細胞膜-系統(tǒng)的邊界教案

細胞膜——系統(tǒng)的邊界教案教學(xué)目標(biāo)：概述細胞膜的成分和功能體驗科學(xué)家探索細胞膜的歷程認同細胞膜作為系統(tǒng)的邊界，對于細胞的重要意義教學(xué)重難點：用哺乳動物紅細胞制備細胞膜的方法細胞膜對細胞這個生命系統(tǒng)的重要意義教學(xué)過程：這一章，將介紹細胞的基本結(jié)構(gòu)。今天，我們先從細胞膜開始講起。問題探討：是否有這樣的感受：用顯微鏡觀察細胞，分不出，在視野下的哪個是細胞。問題1：大家以前做實驗觀察細胞，怎么區(qū)分氣泡和細胞的，在實驗設(shè)備只有光鏡的情況下，介紹2種科學(xué)家辨別出細胞的方法。①細胞比較復(fù)雜，有細胞核和一些細胞器②當(dāng)然，如果是細胞，它具有立體結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)顯微鏡的焦距可以看到不同的層面問題2：在沒有能明確看到（電子顯微鏡）細胞膜之前，科學(xué)家已經(jīng)能確定細胞膜存在，他們是如何確定的，介紹一種在實驗設(shè)備只有光鏡條件的創(chuàng)造性實驗PPT展示伊紅注入變形蟲圖片并輔以講解，最后提問在以前，科學(xué)家用變形蟲，一種單細胞生物，做實驗，拿一種叫伊紅的物質(zhì)注入體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)擴散到整個細胞，同時，不容易逸出，通過這樣的實驗和現(xiàn)象說明了什么？意識到有一層邊界，就是細胞膜，證明了細胞膜的存在。當(dāng)然，用針觸碰，有彈性也可以感受到細胞膜的存在。（一）細胞膜——系統(tǒng)的邊界通過對單細胞動物變形蟲的研究，我們知道動物細胞存在邊界，就是細胞膜。那么植物細胞呢？是不是也有邊界，邊界又是什么呢？區(qū)分細胞壁不是植物細胞邊界的原因。從細胞壁的成分和功能分析，補充細胞壁的全透性。展示邊境圖片，邊界對于系統(tǒng)的穩(wěn)定至關(guān)重要。所以，我們說，細胞膜是系統(tǒng)的邊界，不論動植物。而系統(tǒng)指細胞這個生命系統(tǒng)的邊界。（二）細胞膜的成分科學(xué)家對細胞膜開始探索，首先要把細胞膜與細胞的其他組分分開。先來看制備細胞膜的實驗。A.體驗制備細胞膜的實驗（1）取材那我們怎樣才能獲得細胞膜呢？我們第一步要獲取細胞。圖片展示，3種生物細胞圖：高等植物、高等動物、細菌那現(xiàn)在我從小白鼠身上采集動物細胞，或者外面采了一些葉子，植物細胞，或者是弄了點大腸桿菌，細菌細胞。請同學(xué)們思考一下，如果我們想要比較容易地分離出細胞膜，應(yīng)該選哪種材料合適？（提示：從易于分離組分，獲取細胞膜的角度考慮，細胞核和眾多細胞器也有膜。）提問：你會選擇那一類細胞呢？[生：回答，原核或動物細胞。]動物細胞，明顯，不用去除細胞壁。原核生物，簡單，因為沒有細胞核和眾多細胞器，省了去除細胞核的膜和眾多細胞器的膜這個步驟。高等動物和細菌細胞各有其優(yōu)越性，但也有其缺憾，那我們想要最省力地獲取細胞膜，在取材方面要怎么取舍呢？理想的實驗材料應(yīng)該是怎樣的呢？[生：理想的實驗材料——沒有細胞壁、細胞核和眾多的細胞器]有沒有一種細胞，再簡單一點，組分再少一點呢？最理想的就是又沒有細胞壁，有沒有細胞核、細胞器了?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，人和其他哺乳動物成熟的紅細胞中沒有細胞核和眾多的細胞器。所以，我們制備細胞膜取材的最優(yōu)方案是什么？為什么要這么做呢？[生：哺乳動物成熟紅細胞，特點是什么三無]當(dāng)然，紅細胞的特殊性也很好理解，紅細胞的功能是什么？紅細胞特殊的結(jié)構(gòu)其實是和它的功能相適應(yīng)的。為了更好的運輸氧氣，紅細胞里細胞核也退化了，為血紅蛋白騰出空間。拓展：如果我取材的時候，抽了鴿子的血可以嗎？[生：鴿子是鳥類，不屬于哺乳動物]（2）原理現(xiàn)在，選好了實驗材料，哺乳動物成熟紅細胞，那么，具體要用什么方法來分離細胞膜和其他組分呢？PPT展示紅細胞簡圖，聯(lián)系氣球，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)得到紅細胞膜的簡便方法。紅細胞的模型大致是這樣的，細胞膜作為邊界包裹著內(nèi)部富含血紅蛋白的細胞質(zhì)。大家可以想象一個氣球，裝了水溶液。想一想，有什么簡單易行的方法，原來完整的紅細胞，處理之后，細胞膜和里面的物質(zhì)就自然分開了？[生：灌水]這里我們有一個知識。細胞本身有一定濃度，外界環(huán)境也有一定濃度。當(dāng)外界環(huán)境的濃度低的時候，外界的水會主動進入細胞。你們覺得，如果現(xiàn)在人工創(chuàng)造一個低濃度環(huán)境，把紅細胞置于清水，結(jié)局會如何？[生：細胞主動吸水，最終漲破]制備細胞膜的原理：吸水漲破的方法。（3）實驗步驟那具體要怎么操作呢？PPT展示實驗流程為了體驗紅細胞吸水漲破的整個過程。紅細胞看不到，需要制作臨時裝片，借助顯微鏡來觀察現(xiàn)象。首先取紅細胞，抽血，先將血液稀釋一下。然后在載玻片上滴樣本，蓋上蓋玻片，這是制片的過程。臨時裝片完成后，就要放到光學(xué)顯微鏡下觀察。這里為了觀察到紅細胞吸水漲破的整個過程，你需要持續(xù)在顯微鏡下觀察。在正常的紅細胞和吸水脹破后的紅細胞的不同。所以接下來的操作都要在載物臺上完成。在蓋玻片的一側(cè)滴加蒸餾水，在另一側(cè)用吸水紙慢慢吸引，可以重復(fù)幾次。通過顯微鏡觀察紅細胞吸水漲破的整個過程。實驗現(xiàn)象在顯微鏡下，我們會看到這樣的變化，書上選取了兩張顯微鏡下的細胞圖像。請同學(xué)們思考一下，這兩張圖代表了什么？是在哪一步驟下發(fā)生的？我們要怎樣描述這樣的現(xiàn)象呢？[生：在顯微鏡下持續(xù)觀察，細胞吸水脹破]（5）拓展在書上的這個實驗，主要是讓同學(xué)們體驗制備細胞膜，到吸水脹破這一步就結(jié)束了，但實際上，細胞破裂后，細胞膜和細胞內(nèi)部的物質(zhì)有沒有分開呢？所以，實際我們操作要制備細胞膜會有一些不同的地方。第一個不同是在細胞吸水脹破的過程。在書上，為了方便大家更好地看到細胞變化的過程，是直接在裝片上滴蒸餾水的，但在實際操作的時候，我們是通過一根試管，在試管中加入血液后加入蒸餾水，到這里完成了細胞吸水脹破的一步。在書上，到這里結(jié)束了，但這時，試管內(nèi)的細胞膜并沒有分離出來，還是混在一起。所以還有一步操作讓它們徹底分開。聯(lián)系榨汁機，思考一下要怎樣做讓它被分離出來。[生：沒有分開，離心力完全分開]B.細胞膜的成分科學(xué)家繼續(xù)對細胞膜進行探索。PPT展示資料，請同學(xué)們體驗科學(xué)家探索細胞膜的過程資料1：E.Overton滲透實驗，脂溶性物質(zhì)易進入細胞。請同學(xué)們看一看，他通過做這樣的實驗，觀測到這樣的結(jié)果，可以說明什么問題？（提示：化學(xué)中的相似相溶現(xiàn)象）[生：閱讀材料，總結(jié)出細胞膜的重要成分是脂質(zhì)]資料2：細胞膜在蛋白酶作用下會崩解。這個實驗和現(xiàn)象能說明什么？（提示：蛋白酶的作用）[生：閱讀材料，總結(jié)出細胞膜的重要成分是蛋白質(zhì)]投影細胞膜的簡圖和細胞膜成分的比例，結(jié)合圖像和數(shù)據(jù)讓同學(xué)們理解細胞膜組成。[生：細胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成，還包含少量糖類]在描述細胞膜成分的比例時，用到了“約”，這個“約”怎么理解呢？（不同細胞膜或是同一細胞膜）不同細胞膜，來自不同生物或者同一生物不同功能的細胞，比例會波動。蛋白質(zhì)——生命活動的主要承擔(dān)者，它在生命活動中有多樣化的功能，你們覺得如果一個細胞膜的蛋白質(zhì)比例比較高，它的功能是越復(fù)雜還是越簡單？[生：功能越復(fù)雜的膜，膜上的蛋白質(zhì)種類和數(shù)量越多，理解結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)]那么，同一個細胞它的成分會一直一樣嗎？大家可以看看與生活的聯(lián)系。認識甲胎蛋白AFP和癌胚抗原CEA。同一個細胞膜的成分一般是穩(wěn)定的，但是也會發(fā)生變化，特別是癌變。像正常細胞是不會有這兩種蛋白質(zhì)的。所以如果我們想檢查是不是患了癌癥，就會利用癌細胞膜與正常細胞膜成分的不同。[生：閱讀書本，利用癌細胞膜與正常細胞膜成分的不同檢查是不是患了癌癥，現(xiàn)實應(yīng)用]（三）細胞膜的功能最后，作為系統(tǒng)的邊界，細胞膜究竟在生命活動中起什么樣的作用呢？請大家在書本上找找細胞膜的具體功能，總結(jié)一下三種功能。功能1：將細胞與外界分隔開展示PPT簡圖，模擬原始海洋中膜的出現(xiàn)，體會細胞膜對生命的重要意義同學(xué)們，大家都聽過生命起源于海洋，那我們來看一下，如果沒有細胞膜這層邊界，細胞會變成什么樣？細胞是物質(zhì)性的，對不對？之前我們知道細胞由許多無機物和有機物組成。那么自然界是不是物質(zhì)性的？[生：回憶細胞的物質(zhì)組成，肯定生命的物質(zhì)性]假如沒有了細胞膜，是不是細胞里的物質(zhì)會直接暴露在海洋中？那么還有生命嗎？所以，你們覺得，在這里細胞膜體現(xiàn)了一種怎樣的功能？[生：混合物狀態(tài)，無所謂生命或者環(huán)境，總結(jié)細胞膜的第一個功能是將細胞和外界環(huán)境分隔開]對于生命而言，膜的出現(xiàn)是生命起源里至關(guān)重要的一步。原始海洋中的生命演化是這樣進行的。最開始是化學(xué)物質(zhì)，由簡單到復(fù)雜。從無機小分子（原始大氣，氨氣、水、）到有機小分子（氨基酸、單糖）再到有機大分子（蛋白質(zhì)、核酸），但這時這些物質(zhì)還暴露在海洋中，只有當(dāng)它們被膜包裹，和外界分隔開，才可以獨立出來，慢慢演化出第一個單細胞生物。功能2：控制物質(zhì)進出展示PPT簡圖，細胞與外界環(huán)境的物質(zhì)交換，理解細胞系統(tǒng)的開放性請同學(xué)們思考一下，細胞膜作為系統(tǒng)的邊界，分隔開了細胞與外界環(huán)境，那么被細胞膜圍起來的這個系統(tǒng)是完全封閉的嗎？這個邊界是完全封鎖的嗎？細胞是有生命的，對嗎？作為活的生命，它要存活長大，就會不斷進行新陳代謝。新陳代謝是什么？就是物質(zhì)的更新。這代表了什么？雖然這層主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)構(gòu)成的細胞膜隔開了細胞與外界環(huán)境，但細胞與外界環(huán)境還是會有物質(zhì)交換。[生：聯(lián)系生活，理解生命的運動性]那么，細胞膜在這個過程，與外界環(huán)境必然會有的物質(zhì)交換中又體現(xiàn)了什么功能呢？同學(xué)們可以聯(lián)系海關(guān)想一想。[生：聯(lián)系生活，總結(jié)細胞膜的第二個功能，控制物質(zhì)進出]那么細胞膜究竟可以控制哪些物質(zhì)進出細胞呢？同學(xué)們可以對照書本將箭頭（進出細胞）對應(yīng)的物質(zhì)填一填。[生：對照書本，控制特定物質(zhì)進出]細胞膜是有活性的，可以讓它想要的進來，不想要的出去，會分泌一些物質(zhì)到胞外。我們可以把它稱為選擇透過性，它能控制物質(zhì)進出。但，控