人教版 生物必修一 4.2生物膜的流动镶嵌模型
一、教学目标
1．知识目标：
（1）简述生物膜流动镶嵌模型的基本内容
（2）举例说明生物膜具有流动性的特点
2．能力目标：发挥空间想象能力，构建细胞膜的空间立体结构
3．情感目标：树立辩证的科学观
二、教学重点难点
1．教学重点：
（1）科学家对生物膜结构的探索历程。
（2）生物膜的流动镶嵌模型学说的基本内容。
2．教学难点：
（1）生物膜的空间立体结构。
（2）生物膜的流动性特点。
三、教学方法
讲授与学生讨论相结合、问题引导法、资料分析、归纳
四、课时安排：1课时
五、教学过程
复习导入
之前我们已经学习过生物膜
（1）什么是生物膜？ 核膜、细胞器膜和细胞膜统称为生物膜。
（2）生物膜的主要成分是？ 脂质、蛋白质。脂质当中主要是磷脂
问题探讨：
在制作真核细胞三维结构模型的活动中，某小组同学分别用三种材料做细胞膜：塑料袋、普通布和弹力布。同学们，现在如果让你来制作细胞膜，你会选取哪一种材料，为什么？
（1）细胞膜很薄，是细胞这个生命系统的边界
（2）细胞膜是选择透过性膜，能控制物质的进出，让一部分物质透过，其他物质不能通过
（3）植物细胞质壁分离和复原的实验告诉我们，细胞能够在一定范围内胀大和缩小，说明细胞膜具有一定的弹性
那也就是说弹力布较适合制作细胞膜，大家再调动已有的知识和生活经验，你还能想出更好的材料做细胞膜吗？要找到更好的材料，我们还需要对细胞膜的结构有更深的认识。
（一）对生物膜结构的探索历程
如果有“时光机器”，将此刻的你送回19世纪，你会从哪里入手去研究细胞膜的结构？
下面，就让我们沿着科学家的足迹，和科学家一起来研究这个问题。
1. 探究细胞膜的组成成分
展示材料 ①：欧文顿的实验及其相关的图片
时间：19世纪末 1895年
人物：欧文顿（E. Overton）
实验：用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行过上万次的实验，发现细胞膜对不同物
质的通透性是不一样的：凡可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过
细胞膜进入细胞。
（1）欧文顿对细胞膜的研究是通过什么研究开始的？
科学家是从生理功能入手来探究的
（2）欧文顿发现了细胞膜的通透性具有什么特点？
对不同物质的通透性不同，凡是可以溶于脂质的物质比不溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。
（3）通过实验观察提出什么假说？ 膜是由脂质组成
从现象入手，去进行推测 ，提出假说，这就是生物学研究上常用的一种科学方法--假说法。这也是我们今天探究生物膜的结构的一个重要的方法。
（4）在得出结论之后，还有没有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定？
有必要，通过鉴定能更准确地说明问题。
（5）那为什么一开始不直接对膜的成分进行提取、分离和鉴定？
当时的技术不能实现，这说明技术对科学研究的重要作用。
展示材料 ②：直至20世纪初，科学家才能第一次将细胞膜从哺乳动物红细胞中分离出来，通过化学分析表明，膜的主要成分脂质和蛋白质。这个实验说明了欧文顿的假说是成立的。也就是说假说是在实验与观察的基础上提出来的，同时又需要更进一步的实验来证明。
2. 探究这些物质是如何组成膜的？
磷脂分子是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子，结构既有亲水基团（头部），又有疏水基团（尾部）。
因为磷脂分子的“头部”亲水，所以在水——空气界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，尾部则朝向空气一面。这样磷脂分子可以在空气和水的界面上展开为一层。
细胞膜中磷脂的分布方式是什么呢？
展示材料③：戈特和格伦德对血影的研究
时间：1925年
人物：荷兰科学家Gorter和Grendel
实验：用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气－水界面上排成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的两倍。
假如你是当时的科学家，对于这个结果，大胆地展开你的想象力，你能做出什么假说？
细胞膜中的磷脂是两层的。
为什么磷脂分子在空气－水界面上排成单分子层，而细胞膜中为两层呢？
这与磷脂分子的结构有关。细胞是生存在液体环境中，即细胞膜的两面都处于水环境中。3. 细胞膜中蛋白质和磷脂的位置关系如何？
展示材料④：罗伯特森的单位膜模型
时间：1959年
人物：J. D. Robertson罗伯特森
实验：1959年，罗伯特森利用电镜，获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗的三层结构。
于是罗伯特森结合其他科学家的工作，大胆地提出生物膜的模型：所有的生物膜都由蛋白质-脂质-蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边暗层是蛋白质分子。他把生物膜描述为静态的统一结构。
单位膜结构模型继承了前人的有关“脂双层”和“蛋白质——脂类——蛋白质”三明治模型的结论，有成功地利用了现金的电子显微镜的观察结果作为证据。但是他将生物膜描述为静态的刚性结构，这一点很快又被心的技术手段下的实验所否定。
4. 有什么证据证明细胞膜中的物质不是静态的呢？
放映变形虫的变形运动、白细胞吞噬病原体、细胞分裂的动画，让学生从感性上认识膜不是刚性结构。
运用冰冻蚀刻电子显微扫描法，标本用干冰（液氮）冰冻后用冷刀断开，升温处理后暴露断裂面。我们看到蛋白质不是全部平铺在脂质的表面，有的镶嵌在脂质双分子层中。
该图说明了生物膜并不是静止的，是可以流动的。
5. 细胞膜的结构特点是什么呢？
展示材料⑤：荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验
时间：1970年
人物：Larry Frye等
实验：将人和鼠的细胞膜用不同荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂种细胞一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布。
提出假说：细胞膜具有流动性。
在继承前人的结论基础上，结合新的观察和实验证据，又有科学家提出一些关于生物膜的分子结构模型。其中1972年桑格（S. J. Singer）和尼克森（G. Nicolson）提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。
（二）流动镶嵌模型的基本内容
1. 磷脂双分子层是生物膜的基本支架。
其中磷脂分子的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部相对朝向内侧。
2. 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。
3. 在细胞膜的外侧，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结构合形成的糖蛋白，叫做糖被。
糖被与细胞识别、细胞间的信息交流有密切联系。
4. 磷脂分子是可以运动的，具有流动性。大多数的蛋白质也是可以运动的，也体现了膜的流动性。
就是因为这些蛋白质分子流动，可以携带一些物质进出细胞膜，所以才使细胞膜具有控
制物质进出细胞功能，这又一次体现了结构和功能想适应的思想。
注意：流动性是生物膜的结构特点；选择透过性是生物膜的功能特点。
生物膜的流动镶嵌模型是否就完美无缺了呢？
不是，科学学说不是一成不变的，需要不断完善。
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象，提出假说，再通过实验进一步地验证假说。
科学研究依赖于技术的进步，技术进步了，可以得到更多新的实验数据。
科学发现的过程是一个长期的过程，涉及到许多科学家的辛勤工作。
科学发现的过程不是一帆风顺的，往往是在继承的基础上不断验证、修正和完善发展的。
六、板书设计
第四章第2节 生物膜的流动镶嵌模型
一、对生物膜结构的探究历程
二、流动镶嵌模型的基本内容
1. 结构特点：具有流动性
2. 功能特点：选择透过性
课件19张PPT。1生物膜的流动镶嵌模型等细胞器膜生 物 膜回顾塑料袋普通布弹力布结构与功能相适应① 作为细胞这一系统的边界② 能让一部分物质透过③ 具有一定的弹性 推论：膜是由脂质组成一、对生物膜结构的探索历程1895年欧文顿（E.Overton）时间：人物：用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性
实验，发现凡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。实验：思考与讨论 吸水涨破表明：膜的主要成分是脂质和蛋白质。时间：实验：20世纪初科学家第一次将膜从哺乳动物的成熟红细
胞中分离出来进行化学分析1. 细胞膜的组成成分？ 亲水性头部疏水性尾部 探究活动 磷脂分子是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分
子，结构既有亲水基团（头部），又有疏水基团（尾部） 画出磷脂在空气—水界面上
的分布？
? 空气 水磷脂分子 推论： 细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层2. 细胞膜中磷脂的分布方式是什么呢？ 时间：人物：实验：1925年荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气
—水界面上铺成单分子层，测得面积恰为
红细胞表面积的2倍。水水3. 细胞膜中蛋白质和磷脂的位置关系如何？
时间：人物：实验：1959年罗伯特森在电镜下看细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层
结构。罗伯特森提出假说：
所有生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”构成
的三层 统一结构。静态单位膜 标本用干冰（液氮）冰冻后用冷刀断开，升温处理后暴露断裂面 蛋白质不是全部平铺在脂质的表面，有的镶嵌
在脂质双分子层中。 冰冻蚀刻电子显微扫描法提出假说：细胞膜具有流动性草履虫3. 细胞膜的结构特点是什么呢？ 时间：人物：实验：1970年费雷和埃迪登等将人和鼠的细胞膜蛋白质分别用红绿荧光染
料标记后融合。（动画） 荧光标记的人鼠细胞融合实验示意图部分嵌入贯穿镶在表面
全部嵌入
二、生物膜的流动镶嵌模型--1972年 桑格和尼克森磷脂双分子层 1972年桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)
提出了新的生物膜模型——流动镶嵌模型，为多数人
所接受。三、流动镶嵌模型的基本内容脂质、蛋白质、糖类磷脂双分子层覆盖、嵌入、贯穿膜具有流动性1. 组成成分：2. 基本支架：3. 蛋白质分布：5. 结构特点：4. 糖被：与细胞识别、细胞间的信息交流有关生物膜结构的探索历程小结脂质脂质和蛋白质蛋白质-脂质-蛋白质流动镶嵌模型小结——生物膜流动镶嵌模型脂质蛋白质生物膜——脂双层——基本骨架镶在部分或全部嵌入横跨/贯穿磷脂双分子层结构特点：具有一定的流动性
（脂质的流动性；大部分蛋白的流动性）功能特点：具有选择透过性主要成分练一练：2. 生物膜的结构特点（ ）A. 构成生物膜的磷脂分子可以运动
B. 构成生物膜的蛋白质分子可以运动
C. 构成生物膜的磷脂分子和蛋白质分子是静止的
D. 构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可
以运动3. 科学家在实验中发现：脂溶性物质能够优
先通过细胞膜，并且细胞膜会被溶解脂质
的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解。这些事
实说明，组成细胞膜的物质中有
_______________ 。脂质和蛋白质
