生物：4.2《生物膜的流动镶嵌模型》教案（新人教版必修1）

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编号：15
第4章 第2节　生物膜的流动镶嵌模型
班级 姓名 学号
用时：45分钟 编制：刘先明 审题： 使用时间：2008年9月 日
教学目标
1．简述生物膜的结构。
2．探讨在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步所起的作用。
3．探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功 ( http: / / www. / Subject / shengwu.html )能相适应的观点。
4．尝试提出问题，作出假设。
5．进行图表数据的解读。
教学重点和难点21世纪教育网
1.教学重点
流动镶嵌模型的基本内容。
2.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。
温故知新：
1、下列四项中除了（ ）外，其余都是一个植物细胞组成的渗透系统的理由。
A、纤维素和果胶构成的细胞壁是全透性的
B、由细胞膜、细胞质、液泡膜构成的原生质层是选择透过膜
C、液泡中具有一定浓度的细胞液
D、细胞液的浓度大于（或小于）外界溶液的浓度
2.请根据下述条件设计一实验，鉴别两种不同浓度的蔗糖溶液，写出实验步骤并分析实验结果。
一瓶10%的蔗糖溶液。一瓶30％的蔗糖溶液，250ml烧杯1个，半透膜制成的透析袋一个，刻度玻璃管一支。细线一根，支架一个。
(1) 实验步骤：
①____________________ ______
②__________________ ________
③___________ _______________
④___________ _______________
（2）实验分析：____________________________
自主学习与要点讲解：
一、对生物膜结构的探索历程
1、欧文顿的推论是
欧文顿的结论：___________________________________________
2、细胞膜中除脂质以外还有没有其他成分呢？
20世纪初，科学家第一次将膜从____________中分离出来。化学分析表明：_______________
3、1925年，荷兰科学家从人的红细胞提出脂质测得结果
测得单分子层的面积为_________的2倍。 结论：细胞膜中的脂质分子排列为 _____________。
问题1:为什么用丙酮提取脂质
问题2:磷脂为什么在空气-水界面上铺展成单分子层
4、1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜的结构
他提出了：所有的生物膜都由______________________结构构成。
科学家在此基础上运用先进的手段揭示了细胞生物膜结构为 _____ ________。
例1：欲获得纯净的细胞膜，以研究其结构与功能，请你帮助设计一个简易的实验，并回答有关问题。
(1)选取人体的 作为获取细胞膜纯净物的来源。
A．成熟红细胞 B.神经细胞 C．白细胞 D．口腔上皮细胞
(2)将选取的上述材料放入 中，由于 作用，一段时间后细胞将破裂。
(3)再用 法获得纯净的细胞膜，上清液中含量最多的有机物是 。
(4)1985年，Oerton在研究各种未受精卵细胞的透性时，发现脂溶性物质容易透过细胞膜，不溶解于脂质的物质透过细胞膜十分困难。这表明组成细胞膜的主要成分中有 。
(5)1925年，Gorter Grendel用丙酮提取细胞膜的磷脂，并将它在空气——水界面上展开时，这个单层分子的面积相当于原来细胞表面积的两倍，由此可以认为细胞膜由 组成。如果单层磷脂分子的面积为S，则该细胞表面积为 。
二、生物膜的结构特点
1970年，科学家用荧光标记法测得细胞膜的结构特点
结论：细胞膜___________________
问题3:哪些实例还能进一步说明细胞膜的这一特点
例2： 一位科学家发现，当温度升高到一定程度时，细胞膜的厚度变小而面积增大，这是由于细胞膜的什么特性所决定的 ( )
A.具有一定的流动性 B.是选择透过性膜 C．具有专一性 D.具有运输物质的功能
例3： 动物细胞有丝分裂过程中，细胞膜中央凹陷，最终缢裂形成2个子细胞，与这一现象有关的细胞学基础是 ( )
A．细胞核具有排斥性 B.细胞质具有流动性
C．细胞膜具有流动性 D．细胞具有周期性
三、细胞膜的流动镶嵌模型
1972年，桑格和尼克森提出了流动镶嵌模型：_______________构成了膜的基本支架，_______________具有流动性。蛋白质有的_________、________、_______整个磷脂双分子层中。
在细胞膜的外表，有一层由细胞膜上的 与 结含成的 ，叫做糖被。
四、细胞膜的功能特性：
例4： 食醋中的醋酸成分是活细胞不需要的小分子物质，蔗糖不是活细胞需要的大分子物质。用食醋和蔗糖可将新鲜的大蒜头很快地腌成糖醋蒜，其原因是 ( )
A．醋酸和蔗糖分子均能存在于活细胞的间隙中 B．醋酸和蔗糖分子均能被吸附在活细胞的表面
C. 醋酸能固定和杀死活细胞，细胞膜失去了选择性
D．因腌的时间过久，两种物质均慢慢地进入活细胞
四、被动运输
思考一个物理现象：扩散
1. 自由扩散和协助扩散的异同？
2.举例说明自由扩散和协助扩散。
3.自由扩散和渗透作用有什么关系？
五、主动运输
1.人的红细胞中K+的浓度比血浆高30倍，Na+浓度却只有血浆的1/6倍，这说明了什么？
2.主动运输的条件
3.主动运输的意义
物质跨膜运输方式的总结：
__________
被动运输
物质出 __________
入细胞 主动运输
例5：右图为物质出入细胞膜的示意图，请据图回答：
（1）A代表___________分子；B代表___________；D代表___________。
（2）细胞膜从功能上来说，它是一层___________膜。
（3）动物细胞吸水膨胀时B的厚度变小，这说明B具有___________。
（4）在a~e的五种过程中，代表被动运输的是___________。
（5）可能代表氧气转运过程的是图中编号___________；葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞的过程是图中编号___________。
六、胞吞、胞吐
原理：____________________。_______________物质以这种方式进出细胞。举例：
例6：新生儿小肠上皮细胞通过消耗能量，可以直接吸收母乳中的免疫球蛋白和半乳糖，这两种物质被吸收到血液中的方式分别是 ( )
A．主动运输、主动运输 B．胞吞、主动运输
C．主动运输、胞吞 D．被动运输、主动运输
拓展延伸：
一、选择题
1．提出生物膜流动镶嵌模型的时间和科学家分别是 ( )
A．1959年，罗伯特森 B．1972年，桑格和尼克森
C．19世纪，施旺和施莱登 D．19世纪，欧文顿
2．生物膜的流动镶嵌模型认为生物膜是①以磷脂双分子层为基本骨架 ②蛋白质一脂质一蛋白质的三层结构 ③静止的 ④流动的 ( )
A．①③ B．②④ C．①④ D．②③
3．在细胞膜上，和细胞与细胞之间或者细胞与其他大分子之间互相联系，有密切关系的化学物质是 ( )
A．糖蛋白 B．磷脂 C．脂肪 D．核酸
4．最能代表生物膜基本化学成分的一组化学元素是 ( )
A．C、H、O、N B．C、H、O、N、P C．C、H、O、S、P D．C、H、O、Mg、Fe
5．维生素D能较水溶性维生素优先通过细胞膜，这是因为 ( )
A．细胞膜以磷脂双分子层作基本支架 B. 磷脂双分子层内不同程度地镶嵌着蛋白质
C．细胞膜的结构特点是具有一定的流动性 D．细胞膜是选择透过性膜
6．有一种物质能顺浓度梯度进出细胞膜，但却不能顺浓度梯度进出无蛋白质的磷脂双层膜。这种物质出人细胞膜的方式是 ( )
A．自由扩散 B．协助扩散 C．主动运输 D．胞吞、胞吐
7.保证活细胞能够按照生命活动的需要，吸收营养物质、排出代谢废物和对细胞有害物质的跨膜运输方式是 ( )
A．自由扩散 B．协助扩散 C．主动运输 D．胞吞、胞吐
8．细胞膜常常被脂质溶剂和蛋白酶处理后溶解，由此可以推断细胞膜的化学成分主要是 ①磷脂 ②蛋白质 ③多糖 ④核酸 ( )
A．①③ B、②③ C．①② D．②④
9．变形虫表面的任何部位都能伸为伪足，人体内的一些白细胞可以吞噬病菌和异物。上述生理过程的完成依赖于细胞膜的 ( )
A．选择透过性 B．流动性 C．保护性 D．主动运输
10.在培养玉米溶液中加入某种阴离子，结果发现玉米根细胞在吸收该种阴离子的同时，对Cl-的主动吸收减少，而对K+的主动吸收并没有影响，原因是 ( )
A．该种负离子妨碍了能量的生成 B.该种负离子抑制了主动运输
C．该种负离子抑制了细胞呼吸 D．该种负离子的载体和Cl-的相同
11.生物膜的“蛋白质一脂质－蛋白质”静态结构模型不能解释下列哪种现象 ( )
A．细胞膜是细胞的边界 B．溶于脂质的物质能够优先通过细胞膜
C．变形虫的变形运动 D.细胞膜中的磷脂分子呈双层排列在膜中间
12．用红色荧光染料标记人细胞膜上的蛋白质，用绿色荧光染料标记鼠细胞膜上的蛋白质。把人和鼠的细胞融合。融合后的细胞一半发红色荧光，另一半发绿色荧光，将融合后的细胞在适宜的条件下培养，保持其活性，但融合后的杂种细胞仍为一半红，一半绿，发生这一现象可能的原因是 ( )
A．人、鼠细胞发生了免疫反应
B．构成人细胞的磷脂分子和鼠细胞的磷脂分子不具亲合性
C．人细胞的蛋白质分子大，位于下方，鼠细胞的蛋白质分子小，位于上方
D.细胞膜上的蛋白质发生变性，细胞膜失去了流动性
二、非选择题
13．用不同荧光染料标记的抗体，分别与小鼠细胞和人细胞的细胞膜上的一种抗原结合，两类细胞则分别产生绿色荧光和红色荧光。将两类细胞融合成一个细胞时，其一半呈绿色，一半呈红色。在370C下保温40 min后，细胞上两种荧光点呈均匀分布(如图所示)，试问：
(1)人和鼠细胞膜表面的抗原属于构成膜结构的起受体作用的 。为使人、鼠细胞膜融合在一起，必须除去细胞膜表面起 作用的糖蛋白。
(2)融合细胞表面的两类荧光染料分布的动态变化，可以证实关于细胞膜结构“模型”的 观点是成立的。
(3)融合细胞表面的两类荧光染料最终均匀分布，原因是 ，这表明膜的结构具有 。
(4)细胞融合实验若在20℃条件下进行，则两种表面抗原平均分布的时间大大延长，这说明 。若在10C条件下，两种表面抗原便难以平均地分布，这又说明 。
14.下图为物质出入细胞的3种方式示意图，请据图回答([ ]内填序号)：
(1)物质利用载体出入细胞的运输方式是图[ ] 和[ ] 。
(2)物质出入细胞需消耗能量的运输方式是图[ ] 。
(3)物质从细胞膜低浓度一侧运到高浓度一侧的运输方式是图[ ] 。
(4)物质从细胞膜高浓度一侧运到低浓度一侧的运输方式是图[ ]和[ ]。
(5)甲、乙两种运输方式合称为 。
第2节　生物膜的流动镶嵌模型答案
温故知新：A
答案：（1）实验步骤：①将一瓶中的溶液倒人烧杯中；②将另一瓶中的溶液装满透析袋，刻度玻璃管插人袋内溶液中，用线将袋口和玻璃管扎紧。③将插有刻度玻璃管的透析袋放人有溶液的烧杯中．垂直固定于支架上，记录玻璃管液面刻度。④一段时间后，观察玻璃管液面刻度，确定液面是升还是降。 (2)结果分析：如液面升高，则透析袋中的溶液是30％蔗糖溶液，烧杯中的溶液为10％的蔗糖溶液；反之，可推知透析袋中是10％蔗糖溶液，烧杯中的溶液为30％蔗糖溶液。
要点讲解：
例1：4. (1)A (2)清水(或蒸馏水) 渗透 (3)离心 血红蛋白 (4)脂质物质 (5)两层 S／2 例2：A例3：C例4：C 例6：B
例5：答案：（1）蛋白质 磷脂双分子层 多糖 （2）选择透过性
（3）具有一定的流动性 （4）b、c、d （5）b a
拓展延伸：
1.B 2.C 3.A 4.B 5.A 6.B 7.C 8.C 9.B 10.D 11.C 12.D
13．(1)糖蛋白 免疫(或识别) (2)膜物质分子能够运动 (3)构成膜结构的磷脂分子和蛋白质分子都是运动的 一定的流动性 (4)膜上蛋白质分子运动的速度随温度的降低而减慢 环境温度很低(接近O℃)时，蛋白质分子运动速度也接近零
14．(1) ① 协助扩散 ③ 主动运输 (2) ③ 主动运输 (3) ③ 主动运输 (4) ① ②
(5)被动运输
答案和提示
（一）问题探讨1.提示：三种材料比较，弹力布更能体现细胞膜的柔变性和一定的通透性，相对好一些。当然，这几种材料的特点与真实的细胞膜之间还有不小的差距。
2.提示：有条件的话，使用微孔塑胶或利用激光给气球打上微孔都可以作为模型的细胞膜。使用透析袋也可以。如果制作临时使用的模型，利用猪或其他动物的膀胱做细胞膜是更加理想的材料。
（二）思考与讨论1
1.最初认识到细胞膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析得出的。
2.有必要。仅靠推理得出的结论不一定准确，还应通过科学实验进行检验和修正。
3.提示：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。科学家因测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。
（三）思考与讨论2
1.提示：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。
2.提示：在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点始终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识；使人类一步步接近生物膜结构的真相。例如，不同生物膜的功能是有差异的。在生命系统中，一般来说，功能的不同常伴随着结构的差异，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，这显然与不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。还有，不同膜的厚度也不完全一样。由此促进学者们重新研究脂质和蛋白质相互作用的问题。一些学者使用了更加先进的技术，运用红外光谱等技术证明，膜蛋白主要为球形结构。冰冻蚀刻电镜技术又证明，脂双层中分布有蛋白质颗粒，这样又发展了生物膜模型。生物膜中存在不同种类的蛋白质，以及蛋白质在生物膜中的不同分布情况，恰能较好地解释不同结构的生物膜具有不同的生理功能。
（四）练习基础题
1.提示：细胞膜太薄了，光学显微镜下看不见，而19世纪时还没有电子显微镜，学者们只好从细胞膜的生理功能入手进行探究。
2.脂质和蛋白质。
3.提示：这两种结构模型都认为，组成细胞膜的主要物质是脂质和蛋白质，这是它们的相同点。不同点是：（1）流动镶嵌模型提出蛋白质在膜中的分布是不均匀的，有些横跨整个脂双层，有些部分或全部嵌入脂双层，有些则镶嵌在脂双层的内外两侧表面；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；而三层结构模型认为生物膜是静态结构
4.D。
拓展题
1.提示：生物膜结构的研究历史反映了科学研究的艰辛历程，也告诉我们建立模型的一般方法。科学家根据观察到的现象和已有的知识提出解释某一生物学问题的假说或模型，用观察和实验对假说或模型进行检验、修正和补充。一种模型最终能否被普遍接受，取决于它能否与以后的观察和实验结果相吻合，能否很好地解释相关现象，科学就是这样一步一步向前迈进的。
2.提示：生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。人类对自然界的认识永无止境，随着实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型。
（一）问题探讨1.从图上可以看出，氧气、二氧化碳、氮气、苯等小分子（苯还是脂溶性的）很容易通过合成的脂双层；水、甘油、乙醇等较小的分子也可以通过；氨基酸、葡萄糖等较大的有机分子和带电荷的离子则不能通过合成的脂双层。
2.提示：葡萄糖不能通过人工合成的无蛋白的脂双层，但小肠上皮细胞能大量吸收葡萄糖，推测小肠上皮细胞的细胞膜上有能够转运葡萄糖的蛋白质。
3.提示：通过观察此图还可联想并提出，细胞需要的离子是否也通过细胞膜上的蛋白质来运输等问题。
（二）思考与讨论1.自由扩散和协助扩散都不需要消耗能量。因为二者都是顺物质的浓度梯度进行的。
2.自由扩散与协助扩散的共同之处是都不需要细胞消耗能量。不同之处是：前者不需要蛋白质的协助，后者必须有蛋白质的协助才能实现。
3.因为自由扩散和协助扩散都是顺物质的浓度梯度进行的，不需要细胞消耗能量，所以统称为被动运输。
（三）旁栏思考题
提示：这是细胞的胞吞作用。这对于人体有防御功能，并有利于细胞新陈代谢的正常进行。
（四）技能训练
1.K+和Mg2+是通过主动运输进入细胞的。
2.Na+和Cl－是通过主动运输排出细胞的。
3.提示：因为以上四种离子细胞膜内外的浓度差较大，细胞只有通过主动运输才能维持这种状况。
（五）练习
基础题1.D。　　2.A。
拓展题
提示：低温环境肯定会影响物质的跨膜运输。温度会影响分子运动的速率，影响化学反应的速率，因此，组成细胞膜的分子的流动性也会相应降低，呼吸作用释放能量的过程也会因有关酶的活性降低而受到抑制。这些都会影响物质跨膜运输的速率。
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