流动镶嵌模型

生物膜的流动镶嵌模型

【教材分析】

本节主要包括两大部分内容：1、科学家对细胞膜结构的探索历程。利用科学史教育素材，通过引导学生分析科学家们的实验和结论，宛如亲历科学家探索的历程，使学生切身感受科学的魅力，加深对科学过程和方法的理解，明白科学发现是长期的过程；科学家的观点并不全是真理，还必须通过实践验证；科学学说并非一成不变，需要不断修正、发展和完善；科学发展与技术有很大的关系，技术的进步可以更好地促进科学的发展。2、生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。在众多对细胞膜结构的假说中，细胞膜的流动镶嵌模型是目前人们普遍认同的，能较好地解释人们对细胞膜功能的认识，学生必须展开想象力，通过制作模型等，构建细胞膜的空间立体结构，理解和掌握生物膜的流动镶嵌模型的基本要

点。

【教学目标】

1．知识与技能

①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，阐述科学发现的一般规律。 ②举例说明生物膜具有流动性特点。 ③简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。

2．过程与方法

①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，学习做出假设。 ②发挥空间想象力，通过制作模型，构建细胞膜的空间立体结构。

3．情感态度与价值观

①生物膜结构的研究是立足于生物膜所具有的功能特点上开展的，树立生物结构与功能相适应的辩证唯物主义自然观。 ②正确认识科学价值观，理解假说的提出要有实验和观察的依据，需要有严谨的推理和大胆的想象，并通过实验进一步验证。③正确认识实验技术手段的进步在促进科学的发展中的作用。

【教学重点】流动镶嵌模型的基本内容。

【教学难点】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。

【教学方法】谈话法、探究法

【教具准备】多媒体课件、制作生物膜模型的废旧物品（包裹中药丸的球形蜡壳、电线、解剖针、泡沫塑料等）

【课时安排】1课时

【教学设计思路】

教学内容

1.回忆细胞膜的功能有哪些？上节课的探究实验说明细胞膜的什么功能？细胞膜具有弹性吗？细胞膜对物质的选择性吸收是否与其特定的结构相关？细胞膜结构是怎样的呢？

大屏幕演示：正常的洋葱表皮细胞与渗透作用失水后的图像（前后自身对照）

创设情境，激趣导入

第1节主要说明细胞膜是选择透过性膜，膜为什么具有选择透过性？这与膜结构有关，膜结构又是解释物质跨膜运输的方式的基础

提出问题：细胞膜为什么能控制物质的进出；生物膜之间为什么能互相转化；细胞膜为什么能发生形态上的改变（变形虫的图片，或者视频）

2.阅读资料探究，小组讨论合作学习

(1).对生物膜结构的探索历程

1.1从生理功能入手的科学探究

时间：19世纪末（1895年）。实验：欧文顿(E.Overton)用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次实验，发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的：可以溶于脂质的物质比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜。提出假说：膜是由脂质组成的

问题①：你能推测出什么结论？

问题②：最初认识到生物膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？

问题③：在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？

20世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，发现细胞膜不但会被溶

解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶（能专一地分解蛋白质的物质）分解。采用哺乳动物的红细胞,经过特殊处理使细胞发生溶血现象,一些物质溶出,再将溶出细胞外的物质洗掉,即可得到纯净的细胞膜(又称血影).

得出结论：…… 膜的主要成分是脂质和蛋白质！

应用化学手段分析表明：膜的主要成分是脂质和蛋白质，组成膜的脂质中磷脂含量最多

磷脂分子的结构：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。亲水头部、疏水尾部、

时间：1925年。实验：两位荷兰科学家用丙酮（一种有机溶剂，可以溶解脂质）从人的红细胞膜中提取脂质，在空气－水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰好为红细胞表面积的2倍。

得出结论： 细胞膜中的脂质分子排列方式为双层排列.

问题①：你能推测出什么结论？

问题②：细胞膜中的脂质为什么会排列为连续两层呢？细胞膜中的磷脂分子会排列成怎样两层呢？画出来进行比较哪种情况膜稳定性强？

２０世纪４０年代，曾经有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质，但直到５０年代，电子显微镜的诞生，科学家用它来观察细胞膜

小结与思考

讨论对膜的研究为什么是从生理功能入手？

脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？蛋白质位于脂双层的什么位置？那为什么一开始不直接对膜的成分进行提取、分离 和鉴定呢？ 多媒体课件演示相关内容,

学生小组讨论后，推选代表发言

对膜的研究从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。当时的技术不能实现,主要是限于当时的条件。实验、推理想象—假说—进一步验证完善。

1.2假说是怎样提出的。

单位膜模型的提出

1959年，罗伯特森根据电镜下观察到的细胞膜暗—亮—暗的三层结构，大胆提出假说：“三明治”结构模型，生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构。把生物膜描述为静态的刚性结构，这显然与膜功能的多样性相矛盾。细胞膜的复杂功能难以实现。蛋白质在脂双层的两侧是均匀分布的。

问题①：单位膜结构的主要内容是什么？

问题②：单位膜结构有什么缺陷？

问题③：有哪些证据证明细胞膜中的物质是不断运动的呢？

展示20世纪50年代电子显微镜诞生后拍摄的细胞膜结构的电镜照片

洋葱表皮细胞渗透作用失水图片

人的红细胞渗透作用吸水涨破的图片

胞吞胞吐的图片

引导学生观察后思考

1.3新技术带来新的假设和结论，从而也会提出新模型，

1970年弗雷和埃迪登用（荧光标记法）进行了人—鼠细胞融合实验。用红色荧光染料对小鼠细胞的膜蛋白进行标记，用绿色荧光染料标记人细胞的膜蛋白，然后让两种细胞融合，形成杂交细胞。杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种颜色的荧光点在细胞表面呈均匀分布了。画图 说明细胞膜具有流动性。

问题：①该实验表明什么？

②根据已有的生物知识或生活经验，你能列举哪些证明细胞膜具有流动性的证据

从而推翻了静止模型的观点，提出新的细胞膜模型，至此，生物膜的流动镶嵌模型呼之欲出。

2.生物膜的流动镶嵌模型

1972年，桑格和尼克森在新的观察和实验证据的基础上，提出了流动镶嵌模型。

细胞膜的流动镶嵌模型与蛋白质—脂质—蛋白质三层结构模型的最大的不同是流动镶嵌模型认为细胞膜具有一定的流动性。

流动镶嵌模型的基本内容：以磷脂双分子层为膜的基本支架，中嵌蛋白质

1、膜的组成成分：主要是磷脂和蛋白质，还有少量的糖类．

2、膜的基本支架: 磷脂双分子层构成了膜的基本支架，这个支架不是静止的。磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性。（其中磷脂分子 的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部朝向内侧）画图

3、蛋白质分子的位置:不是固定的也不是唯一的

蛋白质在膜中的分布是不对称的，蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面,有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层。（体现了膜结构内外分布的不对称性），大多数蛋白质分子也是可以运动的。

4、生物膜的结构特点:流动性.(磷脂分子是可以运动的，具有流动性;大多数的蛋白质分子也是可以运动的,也体现了流动性。)

5、细胞膜外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，叫做糖被。（糖被与保护和润滑作用、细胞识别、胞间信息交流等有密切联系）。有些多糖与磷脂分子结合形成糖脂。

问题：①细胞膜的组成成分？

②细胞膜的基本支架？

③蛋白质分子在磷脂双分子层上如何排布的？

④细胞膜的结构特点和功能特点？

探究思路引导

细胞膜具有流动性，必然体现在膜的形状变化或其上分子的运动。如

①白细胞吞噬细菌的过程；②变形虫的变形运动现象；③受精时细胞的融合过程；④动物细胞分裂时细胞膜的缢裂过程；5.植物细胞的质壁分离6. 动物细胞吸水膨胀和失水皱缩

3.思考

2.纵观整个人们建立生物膜模型的探索过程，实验技术的进步所起到怎样的作用？ 实验技术的进步起到了关键性的推动作用。

3.流动镶嵌模型与蛋白质—脂质—蛋白质三层结构模型有何异同？

相同点：都认为组成细胞膜的主要物质是脂质和蛋白质。

不同点：1、流动镶嵌模型认为蛋白质在膜中的分布是不均匀的。而三层结构模型认为

蛋白质均匀分布在脂双层的两侧

2、流动镶嵌模型强调组成膜的分子是运动的，而三层结构认为生物膜是静止结构

1、在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到怎样的作用？

在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到了关键性的推动作用。如电子显微镜的诞生使人们终于看到了膜的存在；冰冻蚀刻技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外两侧并不对称；荧光标记小鼠细胞与人细胞的融合实验又证明了膜的流动性等。没有这些技术的支持，人类的认识便不能发展。

3.分析生物膜模型的建立过程,你受到什么启示?

▪ 科学研究是要在实验和观察的基础上,通过严谨的推理和大胆的想像,提出假说,再通过实验进一步验证假说。

▪ 科学发展是一个长期的过程,涉及到许多科学家辛勤的工作.

▪ 科学研究依赖于科学的进步,科学进步了,就可以得到更多的数据.

▪ 科学家的观点并不全是真理,还必须通过实践验证;科学学说不是一成不变的,需要不断完善.

技术进步推动了假说发展着技术进步，假说不断被修正和完善。实验、推理想象——提出假说——进一步验证完善——不断发展。 科学技术进步对科学研究发展的推动作用。