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高一生物集体备课-4-3物质跨膜运输的方式

[日期:2012-06-24]   来源:生物百花园  作者:生物百花园   阅读:419[字体: ]

一、 教学目标

1.说明物质进出细胞的方式。

2.进行图表数据的解读。

二、教学重点和难点

1.教学重点

物质进出细胞的方式。

2.教学难点

主动运输。

三、教学策略

建议使用1课时。

本节教学建议采用讲授与讨论相结合的方法,基本思路可以确定为:展示现象→提出问题→解释原理→总结概念。

1.介绍物理上的扩散现象,得出扩散的概念;让学生分析水分子进出细胞是不是与上述扩散相似,再列举氧和二氧化碳进出细胞的现象,总结出自由扩散的概念。

2.呈现“问题探讨”中的实验现象,提出“葡萄糖不能通过无蛋白质的脂双层,却能通过细胞膜,这是为什么?”这一问题,让学生尝试作出解释,再指出载体蛋白的作用,总结协助扩散的概念。

3.列举物质逆浓度梯度跨膜运输的现象,提出这些物质为什么能够逆浓度梯度运输的问题,进行解释,总结主动运输的概念(被动运输的概念也可在此对比总结),说明主动运输的意义。最后可让学生列表总结不同运输方式的特点。

教学中还应注意以下几点。

1.注意培养学生提出问题的能力,比如“问题探讨”中第3道讨论题,应该充分重视。第1节“物质跨膜运输的其他实例”中已说明Ca2+、Mg2+能跨膜运输,而本节“问题探讨”中的实验结果显示这两种离子不能通过脂双层,学生可以就此提出问题。

2.可以采用比喻或类比的方法,以便于学生理解,如“逆水行舟”等。

3.注意培养学生解读图表数据的能力。

4.注意联系生活实际,让学生理解研究物质跨膜运输的意义。

四、答案和提示

(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。

五、参考资料

1.生物膜对小分子的转运

细胞膜是细胞内与细胞所处环境之间进行物质交换的通透性屏障,物质进出细胞必须通过细胞膜。物质跨膜运输的方式与物质的大小及性质有着直接的关系。气体分子和小的脂溶性分子可直接穿过细胞膜完成运输,带电离子或大一些的分子需经由离子通道或载体蛋白协助进行运输。

这类蛋白在细胞膜上形成特定的孔道,并且这种孔道的开与关是可调控的。控制开关的机制之一是胞外的信号分子通过与通道蛋白的结合,改变这些蛋白的构象,使通道打开或关闭。这种通道称为配体门通道。另一种控制方式是细胞内或细胞外特定离子的浓度发生变化而导致膜电位变化,而膜电位的变化又导致通道蛋白构象变化,由此来控制通道的开关,此类通道称为电位门通道。例如,当胞液中游离Ca2+的浓度增加时,一些K+的通道打开。通道开放的时间是非常短的,常常只有几毫秒,被运输的物质顺浓度梯度迅速穿过通道。不同通道常形成一个完整的系统,相互间协调,共同产生某一效应。

载体蛋白位于细胞膜上,它能与特定的分子和离子,如糖类、氨基酸,或金属离子等结合,将这些分子或离子从膜的一侧转运到另一侧。载体蛋白具有高度的特异性,一种载体蛋白通常只能转运一类分子或离子。载体蛋白与分子或离子的结合是可逆的,即它转运到一侧后,就会与所运载的分子或离子分离。载体蛋白的转运效率与分子在膜两侧的浓度梯度的大小有关。在协助扩散过程中,载体蛋白将物质从膜的一侧运输到膜的另一侧,不需要细胞提供代谢能量,因为物质是顺着浓度梯度进行运输的。例如,哺乳动物肝细胞上的葡萄糖载体,是一种横跨膜的蛋白,这种蛋白有两种构象,一种构象是载体的葡萄糖结合点面向细胞膜外侧,另一种构象是结合点面向细胞膜的内侧。这种蛋白可将葡萄糖通过膜向细胞内外两个方向运输。究竟向哪个方向运输,决定于物质在膜两侧的浓度。

2.生物膜对大分子的转运

大分子物质,如蛋白质、多核苷酸、多糖、胆固醇与脂蛋白形成的颗粒等,很难直接穿过细胞膜。这些物质通过与膜上某种蛋白的特异亲和力而附着于膜上,这部分细胞膜内陷形成小囊,将附着物包在里面,然后分离下来形成小囊泡进入细胞内部。这个过程称为内吞作用。吞噬泡或吞饮泡一般与细胞质内的溶酶体融合,逐步将吞进的物质消化分解。

与内吞作用相反,有些物质通过形成囊泡从细胞内部逐步移至细胞表面,囊泡的膜与细胞膜融合,将物质排出细胞。这个过程称外排作用。

内吞作用与外排作用属于主动运输,因为它们与其他主动运输一样,也需要能量供应。有实验证明,如果氧化磷酸化被抑制,巨噬细胞的吞噬作用就会停止,如果是糖酵解被抑制则无阻碍作用。内吞与外排作用的一个重要特征,是细胞摄入的或分泌的大分子被收入在小囊泡中,而不与细胞中其他大分子或细胞器混合。小囊泡快速地大规模地形成和融合,是所有真核细胞的特征之一。

大分子物质通过内吞作用进入胞内,是通过受体分子介导的。首先,大分子结合到细胞表面特定的受体上,受体所处的细胞膜称为有被小窝。大分子与受体结合后,这部分细胞膜内陷,并最终从膜上脱落下来形成小囊泡,由于受体与大分子特异性结合,加之膜内陷与形成囊泡的速度极快,囊泡中含有的胞外液非常少。

细胞内合成的一些大分子若需转运到细胞外,首先包裹在囊泡中,然后转移到细胞膜并与细胞膜融合,囊泡中的物质排出细胞外,组成囊泡的膜成为细胞膜的一部分。胞外基质中的糖蛋白就是通过这种途径运到胞外的。对于一些特殊的细胞,它们分泌的产物如激素、神经递质等,也是通过这种方式释放到细胞外。但是,分泌产物的释放是受特定信号调节的。首先是分泌分子由囊泡包裹,移向细胞膜,当细胞接受到分泌信号后,囊泡与细胞膜融合,将分泌分子释放到胞外。

自我检测的答案和提示

一、概念检测

判断题

1.×。 2.×。 3.×。 4.×。 5.×。

选择题

1.D。 2.C。

画概念图

 

二、知识迁移

提示:小肠绒毛上皮细胞能够从消化了的食物中吸收葡萄糖,却很难吸收相对分子质量比葡萄糖小的木糖。这一事实说明细胞膜对物质进入细胞具有选择透过性。这与细胞的生活关系密切,细胞膜的这一特性使细胞尽可能地只吸收自身需要的物质,细胞不需要或对细胞有害的物质常被阻挡在细胞外。

三、技能应用

提示:温度高低会提高或降低水分子通过半透膜的扩散速率。在一定温度范围内,提高温度会加快水分子通过半透膜的速率;而降低温度则减缓水分子通过半透膜的速率。

实验方案设计如下:

按本章第1节渗透现象示意图组装好三组装置。在第一组的烧杯外用酒精灯或水浴锅加热升温;第二组烧杯外加冰块降温;第三组留作对照。三组装置同时开始实验,并记录液面变化及时间。

四、思维拓展

提示:在顺浓度梯度的情况下,葡萄糖、氨基酸等分子可以通过协助扩散进入细胞。当细胞外葡萄糖或氨基酸的浓度低于细胞内时,如果此时细胞的生命活动需要这些营养物质,细胞还能吸收这些营养物质,是通过主动运输。

教学设计与案例

《生物膜的流动镶嵌模型》

一、教学目标的确定

课程标准中与本节内容有关的具体内容标准是“简述细胞膜系统的结构和功能”。这项要求包括两层含义:一是简述细胞的生物膜系统的概念和功能;二是简述生物膜的结构。“生物膜系统的概念和功能”已安排在第3章第2节中,此外,在第3章第1节还讲述了细胞膜的功能。因此,本节在知识方面的教学目标可定为“简述生物膜的结构”。

本节教材介绍了人类探究生物膜结构的过程和方法,可以加深学生对科学的历史和本质的认识,特别是这些内容中所体现的结构与功能相统一、技术手段的进步促进科学的发展等观点,对学生情感态度与价值观领域的发展有重要价值,在确定教学目标时也应重视。

二、教学设计思路

生物膜结构模型的建构历程比较长,这方面的资料也比较多。教材仅选取了部分主要内容,基本按照时间进程排列,未加小标题。要想让学生自己理清脉络并体验结构模型的构建方法还是有一定难度的。可以对探索历程的内容添加小标题以凸显脉络,像层层剥去笋衣一样,将小标题作为思考讨论的切入点一一展开,帮助学生梳理并体验结构模型的建构方法,同时理解并能够描述流动镶嵌模型的基本内容。

“层层剥去笋衣”的过程无不显现了“结构与功能相适应”的生物学观点以及实验技术的进步对科学模型建立和发展所起的作用。以下思路供参考。

小标题一:从生理功能入手的科学探究

早期对于生物膜结构的探究为什么首先是从生理功能入手的呢?这是限于当时的技术条件,人类还不能亲眼看到生物膜,无法想像它的结构是什么样的。但尝试探究哪些物质能够透过生物膜则是可行的办法。正是有了实验观察,科学家才有了严谨的推理和大胆的想像。膜是由脂质组成的这一假说在19世纪被提出。

假说还需要进一步的实验和观察来验证和完善。20世纪红细胞膜的提取和分离不仅证实了细胞膜含有脂质,同时表明还含有蛋白质。细胞膜为双层脂质分子的结构也在此时提出。

小标题二:单位膜模型的提出

针对蛋白质分子的位置问题,有人提出了单位膜模型,即教科书中所说的蛋白质—脂质—蛋白质三层结构模型。这一模型的直接证据来自电子显微镜的观察。但这一模型将生物膜描述为三明治式的静态统一结构,解释不了膜的许多生理功能。

小标题三:新技术带来新模型

技术的不断改进和创新让科学家发现,膜蛋白并不是全部平铺在脂质表面,有的蛋白质是镶嵌在脂质双分子层中的。

荧光标记的小鼠细胞和人细胞的融合实验,以及相关的其他实验证据又表明,细胞膜具有流动性。

在这些新的实验证据及观察的基础上,又有学者提出了一些关于生物膜的新的分子结构模型。其中流动镶嵌模型因能够比较好地解释生物膜的生理功能,逐渐为大多数人所接受。

最后说明流动镶嵌模型的基本内容。

三、教学实施的程序

学生活动
教师的组织和引导
教学意图

1.回忆上节课的探究活动,思考生物膜对物质的选择性吸收是否与其特定的结构相关?
2.阅读教材正文第二、第三段,讨论对膜的研究为什么是从生理功能入手?
3.思考与讨论(1)
4.继续阅读教材正文,讨论“单位膜模型”是怎样提出的。
5.阅读教材有关“对生物膜结构的探索历程”中余下的全部正文,完成思考与讨论(2)。
6.阅读有关流动镶嵌模型的正文。 1.通过生物课的学习,我们早已有了“结构与功能相适应”的观点。
2.主要是限于当时的条件。实验、推理想像—假说—进一步验证完善。
3.“提出假说”的科学方法介绍。
4.提出技术进步推动了假说发展。
5.随着技术进步,假说不断被修正和完善。突出模型建构方法:实验、推理想像—提出假说—进一步验证完善—不断发展。
6.归纳流动镶嵌模型的基本内容。 1.引起对生物膜结构探讨的兴趣。
2.开始学习模型建构的方法。

3.假说是怎样提出的。
4.了解技术进步对科学研究发展的作用。
5.总结结构与功能相适应的观点。人类对自然的认识是永无止境的。
6.复习强化:流动镶嵌模型的基本内容。

 


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