3.1 细胞膜的结构和功能（情境任务式课件）（4大任务）生物人教版必修1

该高中生物学课件聚焦细胞膜的结构与功能，以“研制纳米药物载体”为情境导入，通过“探究功能→分析成分→破解结构→设计应用”的逻辑链，结合科学史资料、实验探究和即时演练搭建学习支架，帮助学生构建流动镶嵌模型等核心概念。 其亮点在于采用情境驱动的任务式教学，融入欧文顿实验、人鼠细胞融合等科学史分析培养科学思维，通过模型构建、脂质体设计等探究实践落实结构与功能观的生命观念。学生在解决真实问题中提升探究与应用能力，教师可借助结构化资源高效开展教学。

3.1 细胞膜的结构和功能 第三章 细胞的基本结构 本节课以 “认识守门人→拆解守门人成分→破解守门人构造→利用守门人为我所用” 为逻辑链，将知识融入任务，在解决真实问题的过程中完成概念建构。 1 我们的目标是研制出一种纳米级药物载体，能够像‘导弹’一样在体内精准找到癌细胞、钻进癌细胞内部释放药物，而不伤害正常细胞。目前，第一道难关就是：它必须能高效地与癌细胞膜融合。我们的研发，从彻底看懂‘细胞膜’这位守门人开始。 情境导入 流动镶嵌模型的基本内容是什么？ 细胞膜有哪些主要功能？ 学习目标 重点 重难点 通过对细胞膜结构的探索过程的分析，你对科学的过程和方法有哪些领悟？ 任务一：探究守门人的职责——细胞膜的功能是什么？ 1 4 任务一：探究守门人的职责——细胞膜的功能是什么？ 任务探究 即时演练 探究新知 “台盼蓝染色鉴别死、活细胞”。活细胞无色，死细胞被染成蓝色。为什么活细胞能拒绝染料，死细胞却门户大开？ 细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能，保障了细胞内部环境的相对稳定。 1.将细胞与外界环境分隔开 任务一：探究守门人的职责——细胞膜的功能是什么？ 任务探究 即时演练 探究新知 “我们的药物需要进入癌细胞内部，但很多药物分子却被癌细胞的细胞膜‘泵’出，导致耐药性。”这体现了细胞膜在物质交换中的什么特点？ 1.细胞需要的 可以从外界进入细胞；细胞不需要的物质 不容易进入细胞。 2.细胞内合成的抗体、 等物质和代谢废物要排到细胞外，细胞内有用的成分不会轻易流失到细胞外。 营养物质 激素 2.控制物质进出细胞 任务一：探究守门人的职责——细胞膜的功能是什么？ 任务探究 即时演练 探究新知 免疫细胞通过表面的“触手”识别并靠近癌细胞；精子和卵细胞依靠表面特殊蛋白相互识别并结合。我们想让‘导弹’只认肺癌细胞，就要模拟这种精确识别。这体现了细胞膜的什么高级功能？ 3.进行细胞间的信息交流 ①通过细胞分泌化学物质完成间接交流 内分泌细胞的激素（如胰岛素），随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。 任务一：探究守门人的职责——细胞膜的功能是什么？ 任务探究 即时演练 探究新知 免疫细胞通过表面的“触手”识别并靠近癌细胞；精子和卵细胞依靠表面特殊蛋白相互识别并结合。我们想让‘导弹’只认肺癌细胞，就要模拟这种精确识别。这体现了细胞膜的什么高级功能？ 3.进行细胞间的信息交流 ②接触传递 发出信号的细胞 靶细胞 受体 相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。例如，精子和卵细胞之间的识别和结合。 任务一：探究守门人的职责——细胞膜的功能是什么？ 任务探究 即时演练 探究新知 免疫细胞通过表面的“触手”识别并靠近癌细胞；精子和卵细胞依靠表面特殊蛋白相互识别并结合。我们想让‘导弹’只认肺癌细胞，就要模拟这种精确识别。这体现了细胞膜的什么高级功能？ 3.进行细胞间的信息交流 ③通道传递 相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。 胞间连丝 即时演练 任务探究 例1.科研上鉴别死细胞与活细胞常用“染色排除法”。例如:用台盼蓝染色，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色，从而判断细胞是否死亡。这项技术所利用的是细胞膜的哪种功能（ ） A.保护细胞内部结构的功能 B.信息交流功能 C.控制物质进出功能 D.保障细胞内部环境相对稳定的功能 C 10 任务二：拆解守门人的零件——细胞膜的成分有哪些？ 2 11 任务二：拆解守门人的零件——细胞膜的成分有哪些？ 任务探究 即时演练 探究新知 既然要模仿细胞膜建造载体，我们首先需要一张原料清单。让我们像科学家一样，从以下历史资料中寻找线索。 科学家 实验方法或现象 实验结论 欧文顿 的物质，容易穿过细胞膜； 的物质，不容易穿过细胞膜 推测细胞膜是由 组成的 溶于脂质 不溶于脂质 脂质 任务二：拆解守门人的零件——细胞膜的成分有哪些？ 任务探究 即时演练 探究新知 既然要模仿细胞膜建造载体，我们首先需要一张原料清单。让我们像科学家一样，从以下历史资料中寻找线索。 科学家 实验方法或现象 实验结论 － 利用 的红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜，进行 。 组成细胞膜的脂质有 ，其中 含量最多 哺乳动物成熟 化学分析 磷脂和胆固醇 磷脂 任务二：拆解守门人的零件——细胞膜的成分有哪些？ 任务探究 即时演练 探究新知 既然要模仿细胞膜建造载体，我们首先需要一张原料清单。让我们像科学家一样，从以下历史资料中寻找线索。 科学家 实验方法或现象 实验结论 戈特和格伦德尔 用 从 中提取脂质，在空气－水界面上铺展成单分子层，测得单层分子的面积为红细胞表面积的 倍。 推断细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的 。 人的红细胞 两 两层 丙酮 任务二：拆解守门人的零件——细胞膜的成分有哪些？ 任务探究 即时演练 探究新知 既然要模仿细胞膜建造载体，我们首先需要一张原料清单。让我们像科学家一样，从以下历史资料中寻找线索。 科学家 实验方法或现象 实验结论 丹尼利和戴维森 细胞的表面张力明显 油－水界面的表面张力。（人们已经发现油脂滴表面如果附有蛋白质成分则表面张力会下降） 推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有 。 蛋白质 低于 任务二：拆解守门人的零件——细胞膜的成分有哪些？ 任务探究 即时演练 探究新知 既然要模仿细胞膜建造载体，我们首先需要一张原料清单。让我们像科学家一样，从以下历史资料中寻找线索。 成分分析 主要是 ，动物细胞膜还有胆固醇。 与膜的功能有关，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的 越多。 主要在细胞膜外侧，与蛋白质（脂质）结合形成糖蛋白（糖脂）。 脂质 约50% 蛋白质 约40% 糖类 少量 磷脂 种类和数量 即时演练 任务探究 [常考变式] ① 用除哺乳动物成熟红细胞外的其他真核细胞做上述实验，若细胞表面积为S，则磷脂单分子层的表面积_______(”大于“、”小于“、”等于“)2S。 ② 用细菌细胞做上述实验，若细胞表面积为S，则磷脂单分子层的表面积___________(”大于“、”小于“、”等于“)2S。 大于 等于 17 任务三：破解守门人的三维构造——结构模型如何？ 3 18 任务三：破解守门人的三维构造——结构模型如何？ 任务探究 即时演练 探究新知 活动：模型构建与修正（科学史之旅） （1）1959年，罗伯特森——静态的统一结构 ①方法： 在电子显微镜下观察细胞膜。 ②现象： 细胞膜呈现清晰的暗—亮—暗的三层结构。 所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，是一种静态的统一结构。 ③结论： 任务三：破解守门人的三维构造——结构模型如何？ 任务探究 即时演练 探究新知 活动：模型构建与修正（科学史之旅） 如果细胞膜是静态的，细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、运动等现象都难以解释。 （2）20世纪60年代，质疑静态模型 ①理由： 变形虫摄取草履虫 酵母菌出芽生殖 受精卵卵裂 任务三：破解守门人的三维构造——结构模型如何？ 任务探究 即时演练 探究新知 活动：模型构建与修正（科学史之旅） （3）1970年人鼠细胞融合实验 ①方法： 荧光标记法 ②现象： 开始一半发绿色荧光，另一半发红色荧光。在37 ℃下经过40 min后两种颜色的荧光均匀分布。 人和鼠细胞的适宜温度 任务三：破解守门人的三维构造——结构模型如何？ 任务探究 即时演练 探究新知 活动：模型构建与修正（科学史之旅） （4）1972年，辛格和尼科尔森根据前人的研究结果，提出为大多数人所接受的流动镶嵌模型。 任务三：破解守门人的三维构造——结构模型如何？ 任务探究 即时演练 探究新知 1.细胞膜的组成： 2.细胞膜的基本支架： 主要由蛋白质和脂质组成 磷脂双分子层 其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。 ①构成膜的磷脂分子： ②膜中的蛋白质大多数也能运动； 3.细胞膜不是静止不动的，而是具有一定的流动性，主要表现为： 即时演练 任务探究 例1.细胞膜的流动镶嵌模型如图所示。下列叙述正确的是( ) A.磷脂和糖脂分子形成的磷脂双分子层是完全对称的 B.胆固醇镶嵌或贯穿在膜中利于增强膜的流动性 C.物质进出细胞方式中的被动运输过程与膜蛋白无关 D.有些膜蛋白能识别并接受来自细胞内外的化学信号 D 解析:组成蛋白质的氨基酸的基本元素是C、H、O、N,有的含有S,A错误; 双缩脲试剂与蛋白质中的肽键发生紫色反应,从而鉴定蛋白质,而氨基酸中不含此结构,因而食用花卉中的氨基酸不可以用双缩脲试剂来检测,B错误;必需氨基酸是人体不能合成而且是人体需要的氨基酸,因此必需氨基酸只能从食物中获得,故必需氨基酸的种类和含量是评价食物营养价值的重要指标,C正确;通过检测氨基酸的种类不能鉴定区分不同种类的花卉,因为氨基酸不具有物种的特异性,D错误。 任务四：组装我们的靶向“纳米导弹”——应用与升华 4 25 任务四：组装我们的靶向“纳米导弹”——应用与升华 任务探究 即时演练 探究新知 现在，我们终于可以用学到的知识设计脂质体了！请你以小组为单位，用简图设计一款能靶向并进入肺癌细胞的脂质体药物载体。 提示： 1.它的基本结构应该是什么？ 2.药物装在哪里？ 3.怎样才能让它只认肺癌细胞，不认其他细胞？ 4.如何高效进入癌细胞？ （磷脂双分子层球形囊泡——利用磷脂的理化性质自组装。） （水溶性药物包在球心水相，脂溶性药物可嵌入双分子层中——体现结构与功能的适应性。） （在脂质体表面连接特定的抗体或配体，模拟细胞膜的信息交流功能，与癌细胞膜上的特定受体结合。） （利用细胞膜的流动性，脂质体膜与癌细胞膜发生融合，将药物释放入内。） 任务四：组装我们的靶向“纳米导弹”——应用与升华 任务探究 即时演练 探究新知 由于双层磷脂分子构成的脂质体的结构与细胞膜的结构类似，到达细胞后，可能会与细胞的细胞膜融合。 （磷脂双分子层球形囊泡——利用磷脂的理化性质自组装。） （水溶性药物包在球心水相，脂溶性药物可嵌入双分子层中——体现结构与功能的适应性。） （在脂质体表面连接特定的抗体或配体，模拟细胞膜的信息交流功能，与癌细胞膜上的特定受体结合。） （利用细胞膜的流动性，脂质体膜与癌细胞膜发生融合，将药物释放入内。） 课后作业 1.请以“细胞膜”为核心词，构建一个概念图。要求包含以下关键词，并用连线上的文字表明其逻辑关系。 关键词库：磷脂双分子层、蛋白质、糖类、基本骨架、信息交流、控制物质进出、流动性、屏障作用、糖蛋白。 这就解释了为什么“常规杀菌方法难以根除”——蓝细菌是原核细胞生物，不是一般意义上的“菌”，且它与环境中的营养物质富集有关，是生态问题，不仅是杀菌问题。 1.基于对细胞膜结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。 (1)构成细胞膜的磷脂分子具有流动性，而蛋白质是固定不动的。 （ ） (2)细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能进入， 而对细胞有害的物质则不能进入。 （ ） (3)向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下一个空洞。 （ ） ✘ ✘ ✘ 随堂小练 29 2.细胞膜的特性和功能是由其结构决定的。下列相关叙述错误的是( ) A.细胞膜的脂质结构使溶于脂质的物质，容易通过细胞膜 B.由于磷脂双分子层内部是疏水的，因此水分子不能通过细胞膜 C.细胞膜的蛋白质分子有物质运输功能 D.细胞的生长现象不支持细胞膜的静态结构模型 B 随堂小练 30 3.在解释不容易理解的陌生事物时，人们常用类比的方法，将陌生的事物与熟悉的事物作比较。有人在解释细胞膜时，把它与窗纱进行类比:窗纱能把昆虫挡在外面，同时窗纱的小洞又能让空气进出。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方? 把细胞膜与窗纱进行类比，合理之处是说明细胞膜与窗纱一样可以允许一些物质出入，阻挡其他物质出入。这样的类比也有不妥之处。例如，窗纱是一种简单的刚性结构，功能较单纯细胞膜的结构和功能要复杂得多；细胞膜是活细胞的重要组成部分，活细胞的生命活动是一个主动的过程，而窗纱是没有生命的，它只能被动地起作用。 随堂小练 31 4.右下图是由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中，能在水中结晶的药物被包在双分子层中，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。 (1)为什么两类药物的包裹位置各不相同? 由双层磷脂分子构成的脂质体，两层磷脂分子之间的部分是疏水的，脂溶性药物能稳定地包裹在其中；脂质体的内部是水溶液的环境，能在水中结晶的药物可稳定地包裹其中。 随堂小练 32 4.右下图是由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中，能在水中结晶的药物被包在双分子层中，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。 (2)请推测:脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞内发挥作用? 由于脂质体是磷脂双分子层构成的，到达细胞后可能会与细胞的细胞膜发生融合，也可能会以胞吞的方式进入细胞，从而使药物在细胞内发挥作用。 随堂小练 33 下节再见 34 $