【文章內(nèi)容簡介】 開始不直接對膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定呢？學(xué)生：當(dāng)時的技術(shù)不能實現(xiàn)。教師：這說明什么問題呢？學(xué)生：這說明技術(shù)對科學(xué)研究的重要作用。教師：直至20世紀(jì)初，科學(xué)家才能第一次將細(xì)胞膜從哺乳動物紅細(xì)胞中分離出來，化學(xué)分析表明，膜的主要成分的確是磷脂和蛋白質(zhì)。從而以實驗說明了歐文頓的假說是成立的。也就是說假說是在實驗與觀察的基礎(chǔ)上提出來的，同時又需要更進(jìn)一步的實驗來證明。問題（2）：探究這些物質(zhì)是如何組成膜的？出示資料②：1917年歐文朗繆爾將提取的膜質(zhì)鋪展在水盤的水面上，發(fā)現(xiàn)脂在水面上形成一薄層，單脂層親水的頭朝向水面，疏水的尾背離水面。于是他提出：磷脂分子是一種由甘油、脂肪酸和磷酸所組成的分子，結(jié)構(gòu)既有疏水基團（尾部），又有親水基團（頭部）。因為磷脂分子的“頭部”親水，所以在水—空氣界面上磷脂分子是“頭部”向下與水面接觸，尾部則朝向空氣一面。這樣磷脂分子可以在空氣和水的界面上展開為一層。教師：大家分組討論，利用手中的磷脂分子模型擺出下面兩種情況下磷脂的分布情況①在空氣水界面上②完全浸沒在水中學(xué)生：小組代表上黑板演示展示材料③：戈特 和格倫德對血影的研究時間：1925年人物：荷蘭科學(xué)家Gorter和Grendel實驗：兩位科學(xué)分離純化了紅細(xì)胞，從一定數(shù)量的紅細(xì)胞中抽提脂類，按Langmuir的方法進(jìn)行展層，并比較展層后的脂單層的面積和根據(jù)體積所推算的總面積，發(fā)現(xiàn)提取的脂鋪展后所測的面積同實際測量的紅細(xì)胞的表面積之比為（～）∶1，約為兩倍。教師：假如你是當(dāng)時的科學(xué)家，當(dāng)你做實驗時發(fā)現(xiàn)單分子的磷脂分子正好是紅細(xì)胞的兩倍時，大膽地展開你的想象力，你能做出什么假說？學(xué)生：細(xì)胞膜中的磷脂是兩層的。教師：那這兩層磷脂分子在細(xì)胞中又是怎樣排布的呢？再分小組討論、利用你手中的模型擺出來吧。學(xué)生：分組討論，共可有六種排布方式，并提出細(xì)胞膜應(yīng)兩面都處于水環(huán)境中，所以討論得到正確的排布方式。問題（3）：那蛋白質(zhì)和磷脂的位置關(guān)系又是如何的呢？展示材料④：羅伯特森的單位膜模型時間：1959年人物：實驗：用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗—明—暗三層結(jié)構(gòu)， nm， nm的雙層脂質(zhì)分子和內(nèi)外表面各為厚約2 nm的蛋白質(zhì)構(gòu)成。提出假說：連續(xù)的脂質(zhì)雙分子層組成膜的主體，磷脂的非極性端朝向膜內(nèi)側(cè)，極性端朝向膜外兩側(cè)，蛋白質(zhì)以單層肽鏈的厚度，通過靜電作用與磷脂極性端相結(jié)合，從而形成蛋白質(zhì)—磷脂—蛋白質(zhì)的三層結(jié)構(gòu)，稱之為單位膜。他提出真核細(xì)胞與原核細(xì)胞具有相同的膜結(jié)構(gòu)。單位膜模型的主要不足在于：把生物膜的結(jié)構(gòu)描述成靜止的、不變的，這顯然與膜功能的多樣性相矛盾。單位膜結(jié)構(gòu)模型繼承了前人的有關(guān)結(jié)論，又成功地利用了先進(jìn)的電子顯微鏡的觀察結(jié)果作為證據(jù)。但是他將生物膜描述為靜態(tài)的剛性的結(jié)構(gòu)，這一點很快又被新的技術(shù)手段下的實驗所否定。問題（4）：有什么證據(jù)證明細(xì)胞膜中的物質(zhì)不是靜態(tài)的呢？教師放映變形蟲的變形運動、白細(xì)胞吞噬病原體、細(xì)胞分裂的動畫，讓學(xué)生從感性上認(rèn)識膜不是剛性結(jié)構(gòu)。展示材料⑤：熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實驗時間：1970年人物：Larry Frye等實驗：將人和鼠的細(xì)胞膜用不同熒光抗體標(biāo)記后，讓兩種細(xì)胞融合，雜種細(xì)胞一半發(fā)紅色熒光、另一半發(fā)綠色熒光，放置一段時間后發(fā)現(xiàn)兩種熒光抗體均勻分布。提出假說：細(xì)胞膜具有流動性。教師：很好，在繼承前人的結(jié)論基礎(chǔ)上，結(jié)合新的觀察和實驗證據(jù)，又有科學(xué)家提出一些關(guān)于生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型。其中1972年桑格（）和尼克森（）提出的流動鑲嵌模型為大多數(shù)人所接受。好，學(xué)到這里，縱觀整個人們對建立生物膜模型的探索過程，我們有些話題想讓大家思考討論。以討論小組的形式開展課堂討論交流。（1）生物膜的流動鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？請說說你的看法。學(xué)生：生物膜的流動鑲嵌模型不可能完美無缺。人類對自然界的認(rèn)識永無止境，隨著實驗技術(shù)的不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，對膜的研究將更加細(xì)致入微，對膜結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步認(rèn)識將能更完善地解釋細(xì)胞膜的各種功能，不斷完善和發(fā)展流動鑲嵌模型。的確，流動鑲嵌模型是目前人們普遍認(rèn)同的，但它無法完美地回答生物膜的所有功能。所以后來不斷提出一些新的模型，如Wallach于1975年提出晶格鑲嵌模型；Jain和White于1977年提出板塊鑲嵌模型等，迄今為止，已提出的生物膜結(jié)構(gòu)模型達(dá)幾十種之多，生物膜的結(jié)構(gòu)模型雖然有很多種，但被廣泛接受的結(jié)構(gòu)模型基本內(nèi)容是趨向一致的。其要點和特點基本相同，主要包括膜的分子組成和結(jié)構(gòu)特征。（2）縱觀整個人們對建立生物膜模型的探索過程，你能談?wù)剬嶒灱夹g(shù)的進(jìn)步起到怎樣的作用？學(xué)生：在建立生物膜模型的過程中，實驗技術(shù)的進(jìn)步起到了關(guān)鍵性的推動作用。如血影的制取和化學(xué)成分的鑒定技術(shù)使人們認(rèn)識膜的化學(xué)組成；電子顯微鏡的誕生使人們終于看到了膜的存在；冰凍蝕刻技術(shù)和掃描電子顯微鏡技術(shù)使人們認(rèn)識到膜的內(nèi)外兩側(cè)并不對稱；熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞與人細(xì)胞的融合實驗又證明了膜的流動性等。沒有這些技術(shù)的支持，人類的認(rèn)識便不能發(fā)展。（3）分析生物膜模型的建立過程中，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)是如何得到體現(xiàn)的？學(xué)生：在建立生物膜模型的過程中，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點始終引導(dǎo)人們不斷實踐、認(rèn)識，再實踐、再認(rèn)識；使人類一步步接近生物膜結(jié)構(gòu)的真相。例如，不同生物膜的功能是有差異的。在生命系統(tǒng)中，一般來說，功能的不同常伴隨著結(jié)構(gòu)的差異，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，這顯然與不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。還有，不同膜的厚度也不完全一樣。由此促進(jìn)學(xué)者們重新研究脂質(zhì)和蛋白質(zhì)相互作用的問題。一些學(xué)者使用了更加先進(jìn)的技術(shù)，運用紅外光譜等技術(shù)證明，膜蛋白主要為球形結(jié)構(gòu)。冰凍蝕刻電鏡技術(shù)又證明，脂雙層中分布有蛋白質(zhì)顆粒，這樣又發(fā)展了生物膜模型。生物膜中存在不同種類的蛋白質(zhì)，以及蛋白質(zhì)在生物膜中的不同分布情況，恰能較好地解釋不同結(jié)構(gòu)的生物膜具有不同的生理功能。（4）分析生物膜模型的建立過程，你受到什么啟示？學(xué)生：科學(xué)研究是要在實驗和觀察的基礎(chǔ)上，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛竽懙南胂?，提出假說，再通過實驗進(jìn)一步地驗證假說。學(xué)生：科學(xué)研究依賴于技術(shù)的進(jìn)步，技術(shù)進(jìn)步了，可以得到更多新的實驗數(shù)據(jù)。學(xué)生：科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程是一個長期的過程，涉及到許多科學(xué)家的辛勤工作。學(xué)生：科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程不是一帆風(fēng)順的，往往是在繼承的基礎(chǔ)上不斷驗證、修正和完善發(fā)展的。學(xué)生：科學(xué)家的觀點并不全是真理，還必須通過實踐驗證；科學(xué)學(xué)說不是一成不變的，需要不斷完善。教師：那流動鑲嵌模型的具體內(nèi)容是如何的呢？（1）磷脂雙分子層是生物膜的基本支架。其中磷脂分子的親水性頭部朝向兩側(cè)，疏水性的尾部相對朝向內(nèi)側(cè)。（2）蛋白質(zhì)分子有的鑲嵌在磷脂雙分子層表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個磷脂雙分子層。這里體現(xiàn)了膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外的不對稱性。（3）在細(xì)胞膜的外側(cè)，有一層由細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)與糖類結(jié)構(gòu)合形成的糖蛋白，叫做糖被。糖被與細(xì)胞識別、細(xì)胞間的信息交流有密切聯(lián)系。（4）磷脂分子是可以運動的，具有流動性。大多數(shù)的蛋白質(zhì)也是可以運動的，也體現(xiàn)了膜的流動性。［評價反饋］精選練習(xí)（1）變形蟲的任何部位能伸出偽足，人體的某些白細(xì)胞能吞噬病菌，這些生理活動的完成說明細(xì)胞膜具有下列哪一特點 （2）1985年 Overton在研究各種未受精卵細(xì)胞的透性時，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)容易透過細(xì)胞膜，不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)透過細(xì)胞膜十分困難。這表明組成細(xì)胞膜的主要成分中有___________。（3）1925年 Corter Grendel用丙酮提取細(xì)胞膜的脂，并將它在空氣—水界面上展開時，發(fā)現(xiàn)這個單層分子的面積相當(dāng)于原來細(xì)胞表面積的兩倍。由此可以認(rèn)為細(xì)胞膜由___________組成。（4）1970年，科學(xué)家用不同熒光染料標(biāo)記的抗體，分別與鼠和人細(xì)胞膜上的一種抗原相結(jié)合，使它們分別產(chǎn)生綠色和紅色熒光。將兩種細(xì)胞融合成一個細(xì)胞時，開始時一半呈綠色，另一半呈紅色，但在 37 ℃水浴中保溫40 min后，融合細(xì)胞上的兩種顏色的熒光呈現(xiàn)均勻分布。這個實驗說明___________，其原因是___________。參考答案：（1）B（2）脂質(zhì)（3）磷脂雙分子層（4）細(xì)胞膜具有一定的流動性 構(gòu)成細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)分子（抗原）是可以運動的課堂小結(jié)我們這節(jié)課就到這里，一方面我們重溫了科學(xué)家探索細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的歷程，這是一個在繼承中不斷驗證、修正和完善發(fā)展的過程，這段科學(xué)史給予我們很多有用的啟示，使我們加深了對科學(xué)過程和方法的理解。另一方面我們也重點學(xué)習(xí)了生物膜的流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容。在眾多對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的假說中，細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型是目前人們普遍接受認(rèn)同的，能較好地解釋人們對細(xì)胞膜功能的認(rèn)識，理解和掌握流動鑲嵌模型的基本要點，這對于更好的理解下一節(jié)物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞接泻苤匾穆?lián)系。布置作業(yè)在引入時，我們問到大家還能想出什么更好的制作細(xì)胞膜的材料，你們可以調(diào)動已有的生活經(jīng)驗，再結(jié)合今天所講的生物膜的流動鑲嵌模型，利用生活上找得到的廢棄物做一個細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型。第四篇：“生物膜的流動鑲嵌模型”基于科學(xué)史的教學(xué)設(shè)計“生物膜的流動鑲嵌模型”基于科學(xué)史的教學(xué)設(shè)計 劉本舉（濮陽市第一高級中學(xué)河南濮陽 457000）摘要：利用生物膜研究的科學(xué)史資料，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行基于資料的課堂 探究性學(xué)習(xí)，注重學(xué)生自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式，達(dá)成知識、能力、情感態(tài)度與價值觀的三維目標(biāo)。關(guān)鍵詞：流動鑲嵌模型科學(xué)史教學(xué)中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C