《生物膜的流动镶嵌模型》教学设计

摘 要： 生物教师应提供探究素材和经典实验资料，创设探究情景，激发学生学习兴趣，引导学生进行想象分析和推理，紧扣功能与结构相适应观点，使学生建构出生物膜的结构模型。

关键词： 《生物膜流动镶嵌模型》 磷脂双分子层 蛋白质 糖蛋白 教学设计

1.教学目标

1.1知识目标：简述生物膜的结构。

1.2能力目标：

（1）探讨问题并分析实验结果，养成科学探究的能力。

（2）探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。

1.3情感目标：树立生物结构与功能相适应的辩证观点，使学生不畏艰难，热爱探究。

2.教学重点和难点

2.1教学重点：流动镶嵌模型的基本内容。

2.2教学难点：生物膜中磷脂分子的排布形式；探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。

3.教学过程

3.1直接导入

细胞膜等生物膜作为边界，能够选择性地控制物质的进出，水分子可以自由通过，一些离子和小分子也可以通过。其他小分子、大分子则不能通过。生物膜到底有着怎样的结构，使其能够选择性控制物质的进出呢？为了弄清这个问题，生物学家们进行了艰辛而漫长的探究。下面我们循着生物学家的足迹，慢慢揭开掩盖在生物膜上的那层神秘面纱。（设计意图：创设探究情景，激发学生的兴趣，学生回忆前面所学内容并进入学习状态，为进一步学习做好准备并且完成了知识的衔接，进入细胞膜流动镶嵌模型的教学。）

3.2生物膜结构的探究

3.2.1欧文顿――细胞膜中含有脂质

出示资料一：1895年，欧文顿（E.Overton）用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现脂质更容易通过细胞膜。对于他的实验结果，我们分析一下，能得到怎样的结论？学生讨论、分析得出结论：细胞膜是由脂质组成，进一步研究发现组成细胞膜的脂质主要是磷脂和固醇。同时让学生认同欧文顿的研究现在看来是微不足道的，但他用了500多种物质，完成上万次的实验并获取成功，却是值得我们学习和称道的，同样在学习上要获得哪怕是一点点的收获，都需要我们付出艰辛的劳动。（设计意图：培养学生探讨问题并分析实验结果的能力，对学生进行情感教育，激励学生不畏艰难，努力探求未知。）

3.2.2磷脂分子在细胞膜中的排布形式

出示资料二：1925年，荷兰科学家戈特、格伦德尔从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现该面积是细胞膜表面积的2倍。为什么会是2倍的关系，怎么不是1倍呢？学生讨论、分析得出结论：磷脂分子是双层排列的。教师介绍：磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子，磷酸“头”部是亲水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。磷脂分子在空气和水的界面上会铺展成单层分子，这种单层分子具体是怎么排布的？在细胞膜中双层磷脂分子又是如何排布的？教师巡视，指导学生绘出磷脂分子的排布，并予以评价。双层磷脂分子的排布是个难点，教师可作如下分析：在水和空气的界面上，磷脂分子的磷酸“头”部是亲水的，伸入水面，而尾部伸向空气；细胞生活在液体环境中，由于膜内外两侧都是水环境，所以双层磷脂分子的排布都是头部伸入水环境，尾部背离水环境，即头部朝向两侧，尾部靠拢在一起（见图1）。这种双分子层是自发形成的，能自我修复，有一定的延展和伸缩性。（设计意图：培养学生绘图和分析能力，突破磷脂双分子层如何排布这一难点，使学生能深刻理解这种排布的原因。）

3.2.3蛋白质在细胞膜中的排布形式

出示资料三：1935年Danielli和Davson提出“蛋白质―脂质―蛋白质”的“三明治”模型，并在1959年提出了修正，认为膜上还有通道。供亲水物质通过。

接着出示资料四：1959年Robertson提出”单位膜”模型，认为所有膜厚约7.5nm，由厚约3.5nm的双层磷脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成。并且给予提示：

提示①：并不是所有生物膜厚度都是7.5nm，而是在5-10nm之间。

提示②：用物质（如去垢剂）去掉膜上蛋白质时，发现有些蛋白质很容易去掉，有些则很难。

提示③：变形虫的变形运动，以及小鼠细胞和人细胞的融合实验。

教师同时提出问题：你对这两种模型中的蛋白质分子排布有什么看法？让学生积极讨论指出不足：1.静态的；2.蛋白质平铺覆盖在磷脂分子上。依据以上对“三明治”模型、单位膜模型不足之处的分析，使学生了解膜上的蛋白质可能镶在、嵌入或贯穿磷脂双分子层，甚至形成通道。学生再次动手，依据自己的理解画出膜结构并简单地画出来，教师再次巡视，并给予评价。（设计意图：让学生插上想象的翅膀，构建自己心目中的模型。）

3.3流动镶嵌模型的介绍

通过以上一系列的探究和分析，细胞膜的结构呼之欲出，可谓水到渠成。教师对做流动镶嵌模型作如下介绍：现在广为接受的是1972年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型。注意强调基本支架，蛋白质的排布方式，糖被及糖被的位置；注意强调膜结构特点和功能特性的区别；注意强调膜的流动性和膜蛋白分布的不对称性；注意强调其他膜和细胞膜有类似的结构，随着科技的进步，我们对细胞膜的认识会进一步加深。

3.4课堂小结

流动镶嵌模型较好地体现了质膜的流动性和不对称性，这是保证其正常功能的必要条件。例如跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化，以及激素的作用，等等都与膜的流动性、不对称性密切相关。生物体的结构与功能是相适应的。让学生阅读学案，了解生物膜的其他模型――板块镶嵌模型和脂筏模型，脂质体及其应用。（设计意图：让学生树立生物结构与功能相适应的辩证观点，了解其他模型，拓展视野，激发学习兴趣。）

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