資源簡介

第三章 細胞的基本結構
第一節 細胞核的結構和功能
學習目標\教學目標
1.通過觀察、分析細胞膜的功能，概述細胞膜作為系統邊界的功能。
2.通過分析細胞膜結構模型建立的歷程及其他資料，能基于事實和證據進行推理、論證，提出或否定假說（或模型），感悟科學在質疑與創新中不斷發展。
3.闡述細胞的流動鑲嵌模型。
教學重點
1.細胞膜的功能。
2.科學家對細胞膜結構的探索歷程。
3.細胞膜的流動鑲嵌模型的相關內容。
教學難點
細胞膜的流動鑲嵌模型。
教學方法
講授、演示、視頻播放、小組討論。
教學過程
【新課導入：情景設置，導入新課】
觀看視頻《人體活細胞內的旅途》，通過熱點問題激發學生的學習興趣。
【新課講授】
小組討論，問題探究：以問題驅動應用所學知識，通過分析和綜合，抽象、概括生物學特征，概述生物學現象和概念。（展示探究問題，死細胞和活細胞被臺盼藍染液染色后顯微鏡下圖片）
鑒別動物細胞是否死亡常用臺盼藍染液。用它染色時，死細胞會被染成藍色，而活細胞不會著色。
1.為什么活細胞不能被染色，而死細胞能被染色？
提示：正常的活細胞，胞膜結構完整，能夠排斥臺昐藍，使之不能夠進入胞內；而喪失活性或細胞膜不完整的細胞，胞膜的通透性增加，可被臺盼藍染成藍色。通常認為細胞膜完整性喪失，即可認為細胞已經死亡。因此，借助臺盼藍染色可以非常簡便、快速地區分活細胞和死細胞。
2.據此推測，細胞膜作為細胞的邊界，應該具有什么功能？
提示：細胞膜作為細胞的邊界，具有控制物質進出細胞的功能。
細胞膜的功能
（展示圖片，培養學生分析問題，推理判斷能力）
1.將細胞與外界壞境分隔開（展示推測的原始海洋景觀圖和草履蟲圖片）
2.控制物質進出細胞（展示物質進出細胞圖解）
3.進行細胞間的信息交流（圖片展示物質傳遞，接觸傳遞和通道傳遞圖解）
（1）物質傳遞（遠距離調控）
內分泌細胞分泌的激素（如胰島素），通過血液到達全身各處， 與靶細胞膜表面的受體結合，將信號分子傳遞給靶細胞。
強調：受體的本質是蛋白質。
（2）接觸傳遞
相鄰兩個細胞的細胞膜直接接觸，信息從一個細胞傳遞給另一個細胞。例如精卵細胞的結合。
（3）通道傳遞
相鄰兩個細胞之間形成通道，攜帶信息的物質通過通道進入另一個細胞。例如，高等植物細胞之間通過胞間連絲相互連接，也有信息交流的作用。
知識點梳理：細胞膜的功能。
二、探索細胞膜結構的成分
分析資料，小組討論，問題探究，提高學生分析推理能力。
資料1：1895年，科學家歐文頓用500多種化學物質對植物細胞的通透性進行了上萬次的實驗，發現細胞膜對不同物質的通透性不一樣：溶于脂質的物質，容易穿過細胞膜；不溶于脂質的物質，不溶于穿過細胞膜。
提出問題：最初對細胞膜成分的認識，是通過對現象的推理分析，還是通過膜成分的提取和檢測？
提示：從生理功能上入手，通過對現象的推理分析的。
資料2：20世紀初科學家利用哺乳動物的紅細胞，制備出純凈的細胞膜，進行化學分析。化學分析表明：組成細胞膜的脂質有磷脂和膽固醇，其中磷脂含量最多。
提出問題：為什么選擇紅細胞作為實驗材料？
提示：正常成熟的哺乳動物紅細胞沒有細胞核，也沒有高爾基體和線粒體等細胞器，但它仍具有代謝功能。
資料3：1917年，科學家朗繆爾把溶有膜脂的揮發性溶劑傾倒在水面上，溶劑揮發掉，而脂類分子可在水面上鋪開成一層，并且測出脂分子的極性一端被吸附在水分子上，而非極性一端直立在水面上（圖片展示）
提出問題：朗繆爾實驗說明組成細胞膜的磷脂在結構上有何特點？
提示：極性頭部和非極性尾部。
資料4：1925年，兩位荷蘭科學家戈特和格倫德爾用丙酮從人的紅細胞中提取脂質，在空氣—水界面上鋪成單分子層，測得單層分子的面積恰為紅細胞表面積的2倍。
提出問題：根據磷脂分子的特點解釋，為什么磷脂在空氣一水界面上鋪展成單分子層
提示：磷脂分子的“頭部”親水，尾部疏水，所以在水一空氣的界面上磷脂分子是“頭部”向下與水面接觸，“尾部”則朝向空氣的一面。
小組討論，問題探究，提高學生分析推理能力。
1.磷脂分子在空氣-水界面是如下排列（圖片展示）
2.細胞膜的兩側都有水存在，那么細胞膜中的磷脂分子又是怎樣排布的呢？
提示：親水的“頭部”與水接觸，疏水的“尾巴”遠離水。
3.為什么磷脂分子在細胞膜 是形成雙分子層，你如何解釋這一現象
提示：因為細胞膜的兩側都有水存在，而磷脂分子有親水的“頭部”和疏水的“尾部”， 磷脂分子的尾部相對排列在內側，頭部則分別朝向兩側水的環境，形成磷脂雙分子層。
4.如果將磷脂分子置于水—苯的混合溶劑中，磷脂分子將會如何分布
提示：如果將磷脂分子置于水一苯的混合溶劑中，磷脂的頭部將與水接觸，尾部與苯接觸，磷脂分子分布成單層。
資料5：1935年，英國學者丹尼利和戴維森研究了細胞膜的張力。他們發現細胞的表面張力明顯低于油—水界面的表面張力。人們已發現了油脂滴表面如果吸附有蛋白質成分則表面張力會降低。
提出問題：丹尼利和戴維森發現了什么？得到怎樣的推論？
提示：推測細胞膜除含脂質分子外，可能還附有蛋白質。
資料6：
提出問題：請概述細胞膜的成分組成？
提示：細胞膜的組成成分包括脂質（又包括磷脂和膽固醇），蛋白質和糖類。
三、探索細胞膜的結構
資料：1959年，羅伯特森在電鏡下看到細胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結構。
提問：羅伯特森對細胞膜模型提出怎樣的假說？（展示細胞膜模型圖片）
提示：生物膜是由“蛋白質—脂質—蛋白質”的三層結構構成的靜態統一結構。
提問：羅伯特森的假說能解釋膜的哪些功能？不能解釋哪些功能？（展示細胞分裂和吞噬細胞吞噬細菌圖片）
提示：無法解釋細胞的生長、變形蟲的變形運動。把生物膜描述為靜態的剛性結構，這顯然與膜功能的多樣性相矛盾。
資料：1970年，科學家用發綠色熒光的燃料標記小鼠細胞表面的蛋白質分子，用發紅色熒光的染料標記人細胞表面的蛋白質分子，將兩個細胞融合。
提問：人鼠細胞融合實驗，得出的結論是什么？
提示：膜上蛋白質可以運動，細胞膜具有一定的流動性
觀看視頻《流動鑲嵌模型的基本內容》：培養學生獲取信息能力及概括分析能力。
學生觀看視頻后，結合資料分析和教材內容，概括細胞膜結構模型的探索過程。
時間：1972年
人物：辛格和尼科爾森
提出假說：細胞膜的流動鑲嵌模型。
細胞膜結構模型的探索過程，反映了提出假說這一科學方法的作用。科學家首先根據___________知識和信息_______________某一生物學問題的一種假說，再用__________________________對已建立的假說進行____________________。一種假說最終被接受或被否定，取決于它是否能與以后不斷得到的____________________相吻合。
知識點梳理：鞏固上述所學，提高學生概括分析能力。（學生完成空白處內容的填寫）
1.成分：磷脂、蛋白質、糖類
2.結構模型（1）磷脂雙分子層
地位：_________________________
特點：_________________________
（2）蛋白質分子有的____________磷脂雙分子層表面，有的部分或全部__________磷脂雙分子層中，有的____________整個磷脂雙分子層。大多數蛋白質分子也是可以__________的。
（3）在細胞膜的外表有一層________，叫糖被。與___________、_______________有關。
3.細胞膜的特點：結構特點是細胞膜具有一定的流動性；功能特點是細胞膜具有一定的選擇透過性。
四、課堂練習
1.用臺盼藍染色，死細胞會被染成藍色，而活細胞不著色。該實驗所利用的細胞膜的功能是（　 ）
A.進行細胞間的信息交流 B.保護細胞內部結構
C.流動性 D.選擇透過性
提示：用臺盼藍染色，臺盼藍為細胞不需要的物質，活細胞不吸收，死細胞的細胞膜喪失了選擇透過性，臺盼藍進入細胞，細胞才會被染成藍色，所以該實驗所利用的是細胞膜的選擇透過性。
2.人體內小腸絨毛上皮細胞和口腔上皮細胞在細胞膜上的不同主要體現在（　 ）
A.糖類的含量及種類不同 B.蛋白質的含量及種類不同
C.脂質的含量及種類不同 D.結構模型不同
提示：蛋白質在細胞膜行使功能方面起著重要的作用，因此功能越復雜的細胞膜，蛋白質的種類與數量就越多，題述兩種細胞的細胞膜上的不同主要體現在蛋白質的含量及種類不同，B正確。
3.利用冷凍蝕刻技術處理細胞膜，并用電鏡觀察，將觀察結果繪制成圖。下列有關說法錯誤的是（　 ）
A.BS側表示細胞膜的外側
B.BF側和PF側都是親水側
C.圖中蛋白質的分布是不對稱的
D.該圖表明細胞膜的基本支架是磷脂雙分子層
提示：有糖蛋白的一側（BS側）表示細胞膜的外側，A正確；磷脂分子的頭部（BS、PS側）是親水的，尾部（BF、PF側）是疏水的，B錯誤；據圖可以看出，蛋白質分子有的鑲在磷脂雙分子層表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的貫穿于整個磷脂雙分子層，其分布是不對稱的，C正確；圖示為細胞膜的流動鑲嵌模型，其中構成細胞膜的基本支架是磷脂雙分子層，D正確。
板書設計
第一節 細胞膜的基本結構
一、細胞膜的功能
二、對生物膜結構的探索歷程
三、流動鑲嵌模型的基本內容

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