通道蛋白与诺贝尔奖教学设计高一上学期生物人教版必修1

通道蛋白与诺贝尔奖教学设计一、教材分析本节主要包括了两大部分内容：①生物学科故事被动运输通道蛋白与诺贝尔奖科学家对细胞膜结构的探索历程这是一个很好的科学史教育素材，通过引导学生一步一步地分析科学家的实验和结论，宛如亲历科学家探索的历程，使学生切身感受科学的魅力②细胞膜的流动镶嵌模型是目前人们普遍接受认同的，能较好地解释人们对细胞膜功能的认识学生必须展开想象力，在头脑中构建细胞膜的空间结构，理解和掌握流动镶嵌模型的基本要点，这对于更好地理解下一节物质跨膜运输的方式有很重要的联系二、教学目标与核心素养1.生命观念∶细胞膜和其他生物膜是一种选择透过性膜。2.科学思维∶

运用渗透模型理解水进出细胞的原理。3.社会责任∶通过探究植物细胞的吸水和失水，体会提出问题、做出假设、吸水和失水的过程及应用。设计实验等探究环节。三、教学重点和难点1.教学重点（1）生物膜的流动性特点2.教学难点（1）对科学探究过程的分析，如何体现生物膜的结构与功能相统一（2）生物膜的空间立体结构四、课前准备：PPT五、教学过程【情景导入】过去人们一度认为水分子在脂双层间穿梭自如，却难以解释某些情境下生物膜极高或极低的透水性。迷雾于1988年才得以揭开。美国科学家阿格雷成功将水分蛋白分离出来，并将2003年诺贝尔化学奖授予美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，以表彰他们在细胞膜通道方面做出的开创性贡献。诺贝尔化学奖评选委员会主席本特·努丁在新闻发布会上说，阿格雷得奖是由于发现了细胞膜水通道，而麦金农的贡献主要是在细胞膜离子通道的结构和机理研究方面。他们的发现阐明了盐分和水如何进出组成活体的细胞。比如，肾脏怎么从原尿中重新吸收水分，以及电信号怎么在细胞中产生并传递等等，这对人类探索肾脏、心脏、肌肉和神经系统等方面的诸多疾病具有极其重要的意义。诺贝尔科学奖通常颁发给年龄较大的科学家，获奖成果都经过几十年的检验。但阿格雷只有54岁，而麦金农才47岁。他们的成果也比较新：麦金农的发现产生于5年前；阿格雷的工作于1988年完成。这在诺贝尔科学奖历史上是比较罕见的。2003年诺贝尔化学奖及生理学或医学奖的结果都显示出了当代科学跨领域研究的趋势。无论是从个体层次还是细胞层次来看，生命系统并不是一个孤立封闭的系统，它要不断与外界发生物质和能量的交换，包括从外界摄入物质（如植物依靠根从土壤溶液中吸收水分和无机盐；我们吸入氧气、吃饭等），同时也包括及时地把代谢产生的废物排出体外（如呼出二氧化碳，排尿，出汗等）那么这一章我们着重探讨在细胞层次上物质是如何跨膜进行输入和输出的（→导入本章，板书课题）不同物质的跨膜运输特点一样吗？水是活细胞中含量最多的物质，首先我们一起来探究水是如何进出细胞的。一．渗透作用(1)概念：指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散过程。(2)渗透作用产生的条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。[来源:学+科+网]渗透作用实验装置的拓展应用(3)验证渗透作用发生的条件(4)比较不同溶液浓度的大小(5)探究物质能否通过半透膜的方法(以碘和淀粉为例)二．动物细胞和植物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的吸水和失水②现象外界溶液浓度<细胞质浓度⇒细胞吸水膨胀；外界溶液浓度>细胞质浓度⇒细胞失水皱缩；外界溶液浓度＝细胞质浓度⇒水分进出平衡。(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)①原理②现象a．当外界溶液的浓度大于细胞液浓度时，细胞就通过渗透作用失水，植物细胞逐渐发生质壁分离现象。b．将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中，此时细胞液的浓度大于外界溶液浓度，植物细胞吸水，逐渐发生质壁分离复原现象。易错辨析：习惯上说的半透膜是无生命的物理性薄膜，物质能否通过取决于微粒的大小；选择透过性膜是具有活性的生物膜，其对不同物质的通过性不仅取决于分子大小，还与细胞的需求有关。因此细胞膜和半透膜类似，又有所不同。(2)细胞壁是全透性的，水分子和溶解在水里的物质都能够自由通过。(P63)三、被动运输建构模型，深入理解自由扩散和协助扩散的机理。结合实例解读“自由扩散和协助扩散示意图”，分析现象并建构自由扩散和协助扩散概念，通过比较两者的异同以强化概念。1.概念物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。2.分类(1)自由扩散①概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，也叫简单扩散。②特点：顺浓度梯度扩散；不消耗能量；不需要转运蛋白的协助。③实例：O2、CO2、甘油、乙醇、苯等通过自由扩散进出细胞。(2)协助扩散①概念：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，也叫易化扩散。②特点：顺浓度梯度扩散；不消耗能量；需要转运蛋白的协助，物质运输速率与转运蛋白的数量有关。③实例：血液中葡萄糖进入红细胞；多数水分子进出细胞。④转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白两类。3.进一步强调(1)扩散的概念：物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象。(2)扩散的速率：气体中最快，液体中次之，固体中最慢；浓度差越大、温度越高、参与的粒子质量越小，扩散的速率越快。补充“生物科学史话”的内容，让学生接受科学史的教育，简要介绍人类对通道蛋白的探索历程。离子通道是另一种类型的细胞膜通道，神经系统和肌肉等方面的疾病与之有关，它还能产生电信号，在神经系统中传递信息。但由于科学家一直不能弄清楚它的结构，进一步的研究无法展开。而麦金农在1998年测出了钾通道的立体结构，“震惊了所有的研究团体”。由于他的发现，人们可以“看见”离子如何通过由不同细胞信号控制开关的通道。转运蛋白有两种类型，载体蛋白和通道蛋白。它们对溶质的转运机制有所不同，但都具有特异性。载体蛋白比如葡萄糖载体，只允许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，就如同载客的船只需要开仓闭仓一样。载体蛋白在每次转运时都会发生自身构象的改变。而通道蛋白比如，钾离子通道只允许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过这个。这个过程就好像玩挡板游戏一样，相应的分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合。关于水分子的跨膜运输，它既可以是自由扩散，也可以借助细胞膜上的水通道蛋白进行协助扩散。联系实际联系实际四、知识深化1.物质跨膜运输与膜的流动性和选择透过性有关，选择透过性的结构基础是膜上载体蛋白的种类和数量。2.物质出入细胞的方式的影响因素：①物质浓度(在一定浓度范围内)a.自由扩散：随着被转运物质浓度的增大，自由扩散速率增大b.协助扩散和主动运输：在一定的浓度范围内，协助扩散运输速率随被转运物质浓度的增大而增大，当被转运物质的浓度达到一定程度后，运输速率不再增大，原因是受到载体蛋白数量的限制。②O2浓度2浓度通过影