1、第四章 細胞的物質輸入與輸出第二節 生物膜的流動鑲嵌模型教學目標1.簡述生物膜的結構。2.探討在建立生物膜模型的過程中，實驗技術的進步所起的作用。3.探討建立生物膜模型的過程如何體現結構與功能相適應的觀點。教學重點流動鑲嵌模型的基本內容。教學難點探討建立生物膜模型的過程如何體現結構與功能相適應的觀點。教學過程：教學內容教師活動學生活動復習設問導入教師設問：生物膜的功能是什么？其功能特性是什么？為什么生物膜表現出這樣的特性？教師闡述：依據生物體的結構和功能相適應的觀點，生物膜在功能上的選擇性與生物膜的結構有著一定的關系。學生回答：（略）問題探討在制作真核細胞三維結構模型的活動中，某同學分別用三種

2、材料做細胞膜：塑料袋、普通布和彈力布，應選哪種好？教師提示：選擇合適的材料，是科學實驗成功的關鍵。那么選擇哪種材料制作細胞膜模型，更適于體現細胞膜的功能呢？教師設問：彈力布有彈力性，那它能完全具有生物膜的特點嗎？教師引述：顯然彈力布不具有生物膜的選擇透過功能，那么生物膜究竟具有怎樣的結構呢？科學家也是帶著這些問題，進行了探索生物膜結構的探索。下面讓我們體驗一下科學家探索生物膜結構的歷程。問題探討1.提示：三種材料比較，彈力布更能體現細胞膜的柔變性和一定的通透性，相對好一些。當然，這幾種材料的特點與真實的細胞膜之間還有不小的差距。2.提示：有條件的話，使用微孔塑膠或利用激光給氣球打上微孔都可以作

3、為模型的細胞膜。使用透析袋也可以。如果制作臨時使用的模型，利用豬或其他動物的膀胱做細胞膜是更加理想的材料。學生回答：（略）體驗對生物膜結構的探索歷程19世紀末“歐文頓實驗”教師設問：對“歐文頓實驗”實驗得到什么現象？教師設問：最初實驗得到生物膜是由脂質組成的，是通過對現象的推理分析還是通過膜成分的提取和堅定？假說是如何提出的？在推理分析得到結論之后還有必要對膜的成分進行提取、分離和鑒定嗎？ 教師講述：對現象的推理分析是要進行鑒定，才能準確地說明問題。可是鑒于當時技術的限制，不能進行對結構物質的提取。20世紀初“荷蘭科學家實驗”教師設問：對“荷蘭科學家實驗”實驗得到什么現象？如果你是科學家，展開

4、大膽想象，你會推測出什么樣的結論？展示“磷脂分子圖”教師講述：先解釋磷脂的結構組成，強調頭部磷脂的親水性和尾部脂肪酸的疏水性，解釋細胞膜中的磷脂是雙層的；然后說明科學技術的發展促進了科學探索的進程。磷脂分子的特點：一個親水性頭部，兩個疏水性尾部。（在水空氣界面上如何分布，在水中如何分布）思考與討論11.最初認識到細胞膜是由脂質組成的，是通過對現象的推理分析得出的。2.有必要。僅靠推理得出的結論不一定準確，還應通過科學實驗進行檢驗和修正。3.提示：因為磷脂分子的“頭部”親水，所以在水空氣界面上磷脂分子是“頭部”向下與水面接觸，尾部則朝向空氣一面?？茖W家因測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍，

5、才得出膜中的脂質必然排列為連續的兩層這一結論。教師引述：知道了膜中脂質的結構，那么蛋白質又處于如何的位置呢？有人推測出脂質兩邊覆蓋蛋白質的理論。20世紀40年代“羅伯特森電鏡實驗”教師設問：對“羅伯特森電鏡實驗”實驗得到什么現象？讓你來推測，你會推出什么樣的結論？ 圖片展示電鏡下細胞膜的結構。教師講述：借助于電鏡，羅伯特森觀察到了細胞膜的結構，并推出靜態結構?！叭髦巍苯Y構模型有什么不足？課件展示：細胞分裂、草履蟲的運動和分裂、成熟植物細胞的質壁分裂與復原現象。教師設問：羅伯特森細胞膜靜態結構能說明這些生命現象嗎？教師講述：20世紀60年代,有人對此靜態觀點提出異議。并隨著科學技術的發展，對蛋

6、白質的位置也提出了準確的說法，指出蛋白質不是全部平鋪在脂質的表面，有的鑲嵌在脂質雙分子層中。20世紀70年代“熒光染料標記實驗”教師設問：對“熒光染料標記實驗”觀察得到怎樣的動態現象？推出什么結論？說明了什么？教師講述：細胞膜的流動性是與細胞膜的成分磷脂分子和蛋白質分子的運動分不開的。白細胞吞噬細菌、變形蟲運動等例子更強有力地說明細胞膜具有流動性。教師引述：1972年，桑格和尼克森通過觀察和實驗，并在繼承前人的研究成果基礎上，提出了生物膜分子模型，即流動鑲嵌模型，并被人們所接受。思考與討論21.提示：在建立生物膜模型的過程中，實驗技術的進步起到了關鍵性的推動作用。如電子顯微鏡的誕生使人們終于看

7、到了膜的存在；冰凍蝕刻技術和掃描電子顯微鏡技術使人們認識到膜的內外兩側并不對稱；熒光標記小鼠細胞與人細胞的融合實驗又證明了膜的流動性等。沒有這些技術的支持，人類的認識便不能發展。2.提示：在建立生物膜模型的過程中，結構與功能相適應的觀點始終引導人們不斷實踐、認識，再實踐、再認識；使人類一步步接近生物膜結構的真相。例如，不同生物膜的功能是有差異的。在生命系統中，一般來說，功能的不同常伴隨著結構的差異，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，這顯然與不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。還有，不同膜的厚度也不完全一樣。由此促進學者們重新研究脂質和蛋白質相互作用的問題。一些學者使用了更加先進

8、的技術，運用紅外光譜等技術證明，膜蛋白主要為球形結構。冰凍蝕刻電鏡技術又證明，脂雙層中分布有蛋白質顆粒，這樣又發展了生物膜模型。生物膜中存在不同種類的蛋白質，以及蛋白質在生物膜中的不同分布情況，恰能較好地解釋不同結構的生物膜具有不同的生理功能。學生回答：學生交流、討論：學生討論、交流、學生交流、討論：（略）學生回答學生交流、討論：（略）流動鑲嵌模型的基本內容結合生物膜結構的探索歷程，學生展開想象，結合生物膜的組分，自我構建細胞膜的三維立體結構。課件展示“生物膜流動鑲嵌模型的結構”教師有順序、有層次闡述其基本內容：生物膜的組成：主要由蛋白質和脂質組成，還含少量的糖類。生物膜的基本骨架：磷脂雙分子

9、層（親水性頭部朝向兩側，疏水性尾部朝向內側）。蛋白質分子存在形態：有鑲在表面、嵌入、橫跨三種，外側的蛋白質分子與糖類結合形成糖被。體現了生物膜的不對稱性。糖蛋白的作用：與細胞的識別，信息傳遞，免疫，血型決定等有關（與細胞膜的功能聯系：細胞間的信息交流） 生物膜的結構特點：一定的流動性（磷脂分子和大多數蛋白質分子都是運動的）如何證明細胞膜具有流動性：吞噬作用、變形蟲的變形運動、人和小鼠細胞的融合實驗，細胞融合，胞吞和胞吐等。教師設問：此生物膜的流動鑲嵌模型是不是完美無缺呢？學生回答課堂小結教師講述：本節我們體驗了科學家探索生物膜結構的歷程?？茖W家的觀點并不全是真理，還必須通過實踐驗證；科學學說不

10、是一成不變的，需要后人不斷修正和完善；時時刻刻要認識到科學技術在科學探索的過程中所起的關鍵作用；并要以發展的觀點看待科學。質疑：同學們，如果你是當時的科學家，你也會像當時的科學家一樣，進行這樣的思維嗎？ 教師講述：在體驗探索歷程過程中，我們要通過功能現象的觀察分析，推理假設生物膜的結構特點，依據結構與功能相統一的觀點，一步一步地探討。在其他領域也是如此。學生回答：（略）練習基礎題1.提示：細胞膜太薄了，光學顯微鏡下看不見，而19世紀時還沒有電子顯微鏡，學者們只好從細胞膜的生理功能入手進行探究。2.脂質和蛋白質。3.提示：這兩種結構模型都認為，組成細胞膜的主要物質是脂質和蛋白質，這是它們的相同點。不同點是：（1）流動鑲嵌模型提出蛋白質在膜中的分布是不均勻的，有些橫跨整個脂雙層，有些部分或全部嵌入脂雙層，有些則鑲嵌在脂雙層的內外兩側表面；而三層結構模型認為蛋白質均勻分布在脂雙層的兩側。（2）流動鑲嵌模型強調組成膜的分子是運動的；而三層結構模型認為生物膜是靜態結構。4.D。拓展題1.提示：生物膜結構的研究歷史反映了科學研究的艱辛歷程，也告訴我們建立模型的一般方法。科學家根據觀察到的現象和已有的知識提出解釋某一生物學問題的假說或模型，用觀察和實驗對假說或模型進行檢驗、修正和補充。一種模型