细胞膜-系统的边界教案

细胞膜——系统的边界教案教学目标：概述细胞膜的成分和功能体验科学家探索细胞膜的历程认同细胞膜作为系统的边界，对于细胞的重要意义教学重难点：用哺乳动物红细胞制备细胞膜的方法细胞膜对细胞这个生命系统的重要意义教学过程：这一章，将介绍细胞的基本结构。今天，我们先从细胞膜开始讲起。问题探讨：是否有这样的感受：用显微镜观察细胞，分不出，在视野下的哪个是细胞。问题1：大家以前做实验观察细胞，怎么区分气泡和细胞的，在实验设备只有光镜的情况下，介绍2种科学家辨别出细胞的方法。①细胞比较复杂，有细胞核和一些细胞器②当然，如果是细胞，它具有立体结构，调节显微镜的焦距可以看到不同的层面问题2：在没有能明确看到（电子显微镜）细胞膜之前，科学家已经能确定细胞膜存在，他们是如何确定的，介绍一种在实验设备只有光镜条件的创造性实验PPT展示伊红注入变形虫图片并辅以讲解，最后提问在以前，科学家用变形虫，一种单细胞生物，做实验，拿一种叫伊红的物质注入体内，发现扩散到整个细胞，同时，不容易逸出，通过这样的实验和现象说明了什么？意识到有一层边界，就是细胞膜，证明了细胞膜的存在。当然，用针触碰，有弹性也可以感受到细胞膜的存在。（一）细胞膜——系统的边界通过对单细胞动物变形虫的研究，我们知道动物细胞存在边界，就是细胞膜。那么植物细胞呢？是不是也有边界，边界又是什么呢？区分细胞壁不是植物细胞边界的原因。从细胞壁的成分和功能分析，补充细胞壁的全透性。展示边境图片，边界对于系统的稳定至关重要。所以，我们说，细胞膜是系统的边界，不论动植物。而系统指细胞这个生命系统的边界。（二）细胞膜的成分科学家对细胞膜开始探索，首先要把细胞膜与细胞的其他组分分开。先来看制备细胞膜的实验。A.体验制备细胞膜的实验（1）取材那我们怎样才能获得细胞膜呢？我们第一步要获取细胞。图片展示，3种生物细胞图：高等植物、高等动物、细菌那现在我从小白鼠身上采集动物细胞，或者外面采了一些叶子，植物细胞，或者是弄了点大肠杆菌，细菌细胞。请同学们思考一下，如果我们想要比较容易地分离出细胞膜，应该选哪种材料合适？（提示：从易于分离组分，获取细胞膜的角度考虑，细胞核和众多细胞器也有膜。）提问：你会选择那一类细胞呢？[生：回答，原核或动物细胞。]动物细胞，明显，不用去除细胞壁。原核生物，简单，因为没有细胞核和众多细胞器，省了去除细胞核的膜和众多细胞器的膜这个步骤。高等动物和细菌细胞各有其优越性，但也有其缺憾，那我们想要最省力地获取细胞膜，在取材方面要怎么取舍呢？理想的实验材料应该是怎样的呢？[生：理想的实验材料——没有细胞壁、细胞核和众多的细胞器]有没有一种细胞，再简单一点，组分再少一点呢？最理想的就是又没有细胞壁，有没有细胞核、细胞器了。科学家发现，人和其他哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和众多的细胞器。所以，我们制备细胞膜取材的最优方案是什么？为什么要这么做呢？[生：哺乳动物成熟红细胞，特点是什么三无]当然，红细胞的特殊性也很好理解，红细胞的功能是什么？红细胞特殊的结构其实是和它的功能相适应的。为了更好的运输氧气，红细胞里细胞核也退化了，为血红蛋白腾出空间。拓展：如果我取材的时候，抽了鸽子的血可以吗？[生：鸽子是鸟类，不属于哺乳动物]（2）原理现在，选好了实验材料，哺乳动物成熟红细胞，那么，具体要用什么方法来分离细胞膜和其他组分呢？PPT展示红细胞简图，联系气球，引导学生发现得到红细胞膜的简便方法。红细胞的模型大致是这样的，细胞膜作为边界包裹着内部富含血红蛋白的细胞质。大家可以想象一个气球，装了水溶液。想一想，有什么简单易行的方法，原来完整的红细胞，处理之后，细胞膜和里面的物质就自然分开了？[生：灌水]这里我们有一个知识。细胞本身有一定浓度，外界环境也有一定浓度。当外界环境的浓度低的时候，外界的水会主动进入细胞。你们觉得，如果现在人工创造一个低浓度环境，把红细胞置于清水，结局会如何？[生：细胞主动吸水，最终涨破]制备细胞膜的原理：吸水涨破的方法。（3）实验步骤那具体要怎么操作呢？PPT展示实验流程为了体验红细胞吸水涨破的整个过程。红细胞看不到，需要制作临时装片，借助显微镜来观察现象。首先取红细胞，抽血，先将血液稀释一下。然后在载玻片上滴样本，盖上盖玻片，这是制片的过程。临时装片完成后，就要放到光学显微镜下观察。这里为了观察到红细胞吸水涨破的整个过程，你需要持续在显微镜下观察。在正常的红细胞和吸水胀破后的红细胞的不同。所以接下来的操作都要在载物台上完成。在盖玻片的一侧滴加蒸馏水，在另一侧用吸水纸慢慢吸引，可以重复几次。通过显微镜观察红细胞吸水涨破的整个过程。实验现象在显微镜下，我们会看到这样的变化，书上选取了两张显微镜下的细胞图像。请同学们思考一下，这两张图代表了什么？是在哪一步骤下发生的？我们要怎样描述这样的现象呢？[生：在显微镜下持续观察，细胞吸水胀破]（5）拓展在书上的这个实验，主要是让同学们体验制备细胞膜，到吸水胀破这一步就结束了，但实际上，细胞破裂后，细胞膜和细胞内部的物质有没有分开呢？所以，实际我们操作要制备细胞膜会有一些不同的地方。第一个不同是在细胞吸水胀破的过程。在书上，为了方便大家更好地看到细胞变化的过程，是直接在装片上滴蒸馏水的，但在实际操作的时候，我们是通过一根试管，在试管中加入血液后加入蒸馏水，到这里完成了细胞吸水胀破的一步。在书上，到这里结束了，但这时，试管内的细胞膜并没有分离出来，还是混在一起。所以还有一步操作让它们彻底分开。联系榨汁机，思考一下要怎样做让它被分离出来。[生：没有分开，离心力完全分开]B.细胞膜的成分科学家继续对细胞膜进行探索。PPT展示资料，请同学们体验科学家探索细胞膜的过程资料1：E.Overton渗透实验，脂溶性物质易进入细胞。请同学们看一看，他通过做这样的实验，观测到这样的结果，可以说明什么问题？（提示：化学中的相似相溶现象）[生：阅读材料，总结出细胞膜的重要成分是脂质]资料2：细胞膜在蛋白酶作用下会崩解。这个实验和现象能说明什么？（提示：蛋白酶的作用）[生：阅读材料，总结出细胞膜的重要成分是蛋白质]投影细胞膜的简图和细胞膜成分的比例，结合图像和数据让同学们理解细胞膜组成。[生：细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，还包含少量糖类]在描述细胞膜成分的比例时，用到了“约”，这个“约”怎么理解呢？（不同细胞膜或是同一细胞膜）不同细胞膜，来自不同生物或者同一生物不同功能的细胞，比例会波动。蛋白质——生命活动的主要承担者，它在生命活动中有多样化的功能，你们觉得如果一个细胞膜的蛋白质比例比较高，它的功能是越复杂还是越简单？[生：功能越复杂的膜，膜上的蛋白质种类和数量越多，理解结构和功能相适应]那么，同一个细胞它的成分会一直一样吗？大家可以看看与生活的联系。认识甲胎蛋白AFP和癌胚抗原CEA。同一个细胞膜的成分一般是稳定的，但是也会发生变化，特别是癌变。像正常细胞是不会有这两种蛋白质的。所以如果我们想检查是不是患了癌症，就会利用癌细胞膜与正常细胞膜成分的不同。[生：阅读书本，利用癌细胞膜与正常细胞膜成分的不同检查是不是患了癌症，现实应用]（三）细胞膜的功能最后，作为系统的边界，细胞膜究竟在生命活动中起什么样的作用呢？请大家在书本上找找细胞膜的具体功能，总结一下三种功能。功能1：将细胞与外界分隔开展示PPT简图，模拟原始海洋中膜的出现，体会细胞膜对生命的重要意义同学们，大家都听过生命起源于海洋，那我们来看一下，如果没有细胞膜这层边界，细胞会变成什么样？细胞是物质性的，对不对？之前我们知道细胞由许多无机物和有机物组成。那么自然界是不是物质性的？[生：回忆细胞的物质组成，肯定生命的物质性]假如没有了细胞膜，是不是细胞里的物质会直接暴露在海洋中？那么还有生命吗？所以，你们觉得，在这里细胞膜体现了一种怎样的功能？[生：混合物状态，无所谓生命或者环境，总结细胞膜的第一个功能是将细胞和外界环境分隔开]对于生命而言，膜的出现是生命起源里至关重要的一步。原始海洋中的生命演化是这样进行的。最开始是化学物质，由简单到复杂。从无机小分子（原始大气，氨气、水、）到有机小分子（氨基酸、单糖）再到有机大分子（蛋白质、核酸），但这时这些物质还暴露在海洋中，只有当它们被膜包裹，和外界分隔开，才可以独立出来，慢慢演化出第一个单细胞生物。功能2：控制物质进出展示PPT简图，细胞与外界环境的物质交换，理解细胞系统的开放性请同学们思考一下，细胞膜作为系统的边界，分隔开了细胞与外界环境，那么被细胞膜围起来的这个系统是完全封闭的吗？这个边界是完全封锁的吗？细胞是有生命的，对吗？作为活的生命，它要存活长大，就会不断进行新陈代谢。新陈代谢是什么？就是物质的更新。这代表了什么？虽然这层主要由脂质和蛋白质构成的细胞膜隔开了细胞与外界环境，但细胞与外界环境还是会有物质交换。[生：联系生活，理解生命的运动性]那么，细胞膜在这个过程，与外界环境必然会有的物质交换中又体现了什么功能呢？同学们可以联系海关想一想。[生：联系生活，总结细胞膜的第二个功能，控制物质进出]那么细胞膜究竟可以控制哪些物质进出细胞呢？同学们可以对照书本将箭头（进出细胞）对应的物质填一填。[生：对照书本，控制特定物质进出]细胞膜是有活性的，可以让它想要的进来，不想要的出去，会分泌一些物质到胞外。我们可以把它称为选择透过性，它能控制物质进出。但，控