高一生物《必修1第3章第1节细胞膜系统的边界》

第三章细胞的基本结构第1节细胞膜——系统的边界教学目标：知识目标：简述细胞膜的成分和功能；进行用哺乳动物红细胞制备细胞膜的实验，体验制备细胞膜的方法；认同细胞膜作为系统的边界，对于细胞这个生命系统的重要意义；能力目标：学会用哺乳动物红细胞制备细胞膜的方法，并能设计实验证明细胞膜的存在；情感·态度·价值观目标：能正确理解科学、技术、社会之间的关系，并运用生物科学知识和观念参与社会事务的讨论；教学重点：细胞膜的成分和功能；细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义；教学难点：用哺乳动物红细胞制备细胞膜的方法；细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义；教学准备：多媒体电子课件；课时安排：熟悉教材第4章的内容；教学过程：一引入：任何系统都有边界，生物体也是如此，身体与外部的环境总是分隔开的。细胞作为一个基本的生命系统，也有使细胞和外界隔绝开来的边界，这边界就是细胞膜。那么请仔细阅读课本中的“问题探讨”，并展开讨论，回答问题。二实验：体验制备细胞膜的方法细胞膜有些什么成分？要研究这个问题，首先要把细胞膜与细胞的其他组分分离开。那么，该怎么获得细胞膜呢？现在我们一起来做一个实验：“体验制备细胞膜的方法”。分析实验的原理、目的要求、材料用具、提纯方法及方法步骤。同时，明确临时装片的制作方法和高倍显微镜的使用方法。（1）原理：红细胞在蒸馏水中会吸水张剖；（2）选材：人或其它哺乳动物成熟红细胞（3）原因：因为材料中没有细胞核和众多细胞器（4）提纯方法：差速离心法（5）细节：取材用的是新鲜红细胞稀释液（血液加适量生理盐水）指导学生阅读实验，提出问题：（1）为什么要用人或其他哺乳动物成熟的红细胞做实验材料？（2）怎样获得纯净的细胞膜？（3）细胞破裂后，还需用什么方法获得教纯净的细胞膜？三细胞膜的成分[过渡]一种物质或物体的结构是其组成成分间的组合形式的体现。要弄清某一物质或物体的结构，首先要弄清其化学组成成分。那么，细胞膜的组成成分是什么？[设疑]探究细胞膜的化学组成成分，为什么不用化学分析的方法呢？[展示资料1]细胞膜的通透性实验时间：19世纪末1895年科学家：欧文顿（E.Overton）实验：物质对细胞膜的通透性问题：①实验的现象是什么？②欧文顿提出了什么假说？[设疑]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。假说是否还需要进一步的实验和观察来验证和完善？[展示资料2]细胞膜提取分离和成分分析时间：20世纪初实验：科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，发现细胞膜不但会被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解。问题：细胞膜是由哪些化学成分构成的？幻灯展示哺乳动物红细胞膜各种成分含量，由此阐述细胞膜的组成成分：细胞膜的主要成分是蛋白质和脂质，此外还有少量糖类。而在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富。蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。联系生活实际：细胞在癌变过程中，细胞膜的成分会发生改变，产生甲胎蛋白（AFP）、癌胚抗原（CEA）等物质。因此，在检查癌症的验血报告单上，有AFP、CEA等检测项目。（展示癌症检查的验血报告单）四细胞膜的功能：提出问题：作为系统的边界，细胞膜在细胞的生命活动中起什么作用呢？通过有关图片和资料逐一分析总结细胞膜的功能：（1）将细胞与外界环境分割开；（2）控制物质进出细胞；（3）进行细胞间的信息交流：如肾上腺素对心脏细胞的影响、精卵识别与结合、敌我细胞识别、胞间连丝的信息交流，等等（最好找到图片）。五细胞壁：简要阐述细胞壁的成分及功能。六小结：细胞作为基本的生命系统，具有系统的一般特征：有边界、有系统内个组分的分工合作、有控制中心起控制作用。细胞的边界是细胞膜，细胞膜不仅能把细胞内外环境分隔开，活的细胞膜还具有控制物质进出、实现细胞间信息交流等功能。七课堂练习：见幻灯；板书设计：略备课资源：1．细胞膜和细胞器的分离提纯方法细胞中的膜结构是整个细胞及多种细胞器的界膜，对于保持细胞和细胞器的独立性是必不可少的，同时很多重要的功能是在膜结构上完成的。为了研究细胞膜和细胞器的结构与功能，首先要分离出形态与结构完整的、具有生物活性的、纯度高的样品。在研究工作中，分离细胞膜和细胞器可以用以下方法。首先是制备一定量的细胞，细胞的来源可以是培养细胞，也可以是某种组织。培养细胞的收集相对简单一些，直接用胰酶将细胞从培养瓶上消化下来，制成细胞悬浮液。比较易碎的组织细胞的收集如肝、脾等，可采用匀浆的方法，稍加研磨就可制成细胞悬液。有些结缔组织，直接研磨不易分离出细胞，可先用适量的胶原酶处理。细胞制备出来后，进行匀浆处理。匀浆的方法有多种，如用高速打碎机破碎，低渗，玻璃珠与细胞共振荡，冻融法，超声波打碎等。可根据实验需要和实验室条件来选择。无论选择哪种方法，都要尽可能保持膜的完整性。整个操作过程要避免过于激烈，pH、离子强度和渗透压等条件要适中，一般常用中性和等渗溶液。匀浆产生的细胞裂解物，可通过一系列差速离心再加上一个梯度离心来分离细胞膜与细胞器，梯度是根据细胞器的大小、密度和沉降特性来设计的。匀浆分步分离的第一步是差速离心，在一系列的离心过程中离心力逐渐加大，并且将细胞器加入到具有密度梯度的介质中离心，常用的分离介质有蔗糖、甘油、葡聚糖等。由于每种细胞器的大小和沉降特性不同，因此可被分离出来。如果只是分离细胞中的某种细胞器，可直接根据那种细胞器所对应的相对离心力，在细胞匀浆后进行离心分离。哺乳动物红细胞的结构比较简单，其细胞膜可用低渗离心的方法分离出来。如果是独特的细胞膜，可根据表面电荷的密度采用电泳的方法分离，也可根据大小采用凝胶过滤的方法分离。2．细胞膜的主要功能细胞膜对于细胞整个结构的完整性以及细胞的正常生命活动都是至关重要的。其功能概括起来有以下几个方面。（1）细胞的界膜这是细胞膜最重要的功能。无论是真核细胞还是原核细胞，都必定有一个由一定膜结构形成的界膜，不然的话就不会有细胞存在。细胞膜的出现使生命起源到了细胞的形式，也保证了细胞生命活动的正常进行。细胞膜的出现使各种生物大分子集中到一个相对稳定的微环境中，这样有利于细胞的物质和能量代谢，也有利于细胞的生长发育。（2）物质的跨膜运输膜的存在使细胞成为一个相对独立的系统，但细胞不是一个封闭的系统，细胞的生存、生长和发育依赖于细胞内外的物质交流。膜对于物质的运输具有选择性，只有在需要时，物质才会被运转。物质既可以从浓度高的一侧转运到浓度低的一侧，也可以从浓度低的一侧转运到浓度高的一侧。前者属被动运输，不需要细胞提供代谢能量；后者属主动运输，需要细胞提供代谢能量。对于大分子的运输，细胞采用的是内吞与外排的方式，通过将物质包裹在囊泡中进行转运。（3）信号转导膜上的某些蛋白属于信号受体蛋白，这些蛋白与胞外信号分子相结合被激活，然后将信号转入胞内，再通过胞内信号转导分子沿信号通路传递，最终产生特定的生物学效应。例如，某些信号分子激活细胞膜上的受体后，可促进细胞增殖。（4）胞间连接与通讯多细胞生物体内，细胞通过细胞膜进行细胞间的多种相互作用。动物细胞间有多种连接方式，概括起来为：紧密连接、锚定连接和间隙连接，植物细胞间主要是通过细胞壁连接在一起。有些细胞连接方式主要是为细胞间的通讯提供结构基础，如动物细胞的间隙连接，在相邻细胞间形成孔道结构；植物细胞间的胞间连丝，也成为细胞间物质转运和信息交流的通道。（5）胞间的识别识别是指细胞对同种或异种细胞、同源或异源细胞以及对自己或异己分子的认识和鉴别。通过细胞表面受体与胞外信号分子的选择性相互作用，导致一系列的生理生化反应，从而实现信号传递。细胞识别是细胞发育和分化过程中一个十分重要的环节，细胞通过识别和黏着形成不同类型的组织。