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2019-2020年高一生物新人教版必修1示范教案：《細胞器系統(tǒng)內的分工合作》第3課時 ●教學過程 課前準備］ 將豚鼠胰腺腺泡細胞中分泌物的形成過程，制作成課件，動態(tài)演示分泌物的運輸過程，適當補充一些資料并配以一定的問題，這樣，可以幫助學生理解教材內容，使文字內容形象地保留在記憶中，從而降低了本知識點的難度。 課前給學生布置作業(yè)：通過網(wǎng)絡、報紙、雜志等渠道收集科學界對生物膜和生物膜工程研究的相關資料，經(jīng)篩選后，課上交流。 情境創(chuàng)設］ 屏幕顯示細胞的亞顯微結構。并設計如下問題： （1）細胞內有哪些細胞器？各有何功能？ （2）蛋白質的合成場所是什么？ （3）核糖體有哪幾種存在形式？ 教師引導：這兩種類型的核糖體所合成的蛋白質有何不同呢？ 教師：科學家在研究分泌蛋白的合成和分泌時，發(fā)現(xiàn)了各種生物膜在功能上有一定聯(lián)系。下面介紹證明各種生物膜在功能上有一定聯(lián)系的實驗。 屏幕顯示課題：細胞的生物膜系統(tǒng) 屏幕顯示資料一： 蠶的絲腺細胞在5齡的初期主要是細胞本身增大，這時細胞質中的核糖體多為游離型的，而內質網(wǎng)很貧乏。但到5齡的后半期，腺細胞開始大量合成和分泌絲心蛋白時，則核糖體都與內質網(wǎng)結合，形成發(fā)達的粗面內質網(wǎng)。 師生互動］ 1.細胞器之間的協(xié)調配合 教師：通過資料一事實你可得出什么結論？ 學生：絲心蛋白是在附著于內質網(wǎng)上的核糖體上合成的，它是一種分泌蛋白。 教師：有些蛋白質是在細胞內合成后，分泌到細胞外起作用，這類蛋白質叫做分泌蛋白。豚鼠胰腺腺泡細胞分泌物形成過程的研究就采用了同位素標記法。 屏幕顯示資料二：簡介同位素標記法 同位素用于追蹤物質運行和變化過程時，叫做示蹤元素。用示蹤元素標記的化合物，化學性質不變。人們可以根據(jù)這種化合物的放射性，對有關的一系列化學反應進行追蹤。這種科學研究方法叫做同位素標記法。 屏幕顯示：豚鼠胰腺腺泡細胞分泌物形成過程 首先給豚鼠的胰腺腺泡細胞注射氚（3H）標記的亮氨酸，進行脈沖標記，然后制作電鏡的顯微放射自顯影標本，如課本P48的三組圖。 課件顯示觀察結果是：3 min后，被標記的氨基酸出現(xiàn)在附著有核糖體的內質網(wǎng)中。 教師：被標記的氨基酸出現(xiàn)在附著有核糖體的內質網(wǎng)中說明了什么？ 學生：在附著有核糖體上合成的蛋白質進入到內質網(wǎng)中。 課件繼續(xù)顯示：脈沖標記后17 min和117 min后的情況。學生仔細觀察并回答下列問題： 教師：17 min和117 min后被標記的氨基酸相繼出現(xiàn)在哪些部位？ 學生：分別在高爾基體和細胞外出現(xiàn)。 教師：與此分泌物的合成和分泌有關的結構有哪些？ 學生：核糖體、內質網(wǎng)、高爾基體、細胞膜。 教師：這些分泌物的合成和運輸方向是怎樣的？ 學生：核糖體→內質網(wǎng)→高爾基體→細胞膜→細胞外。 教師：這些分泌物通過哪種方式被運輸?shù)郊毎猓? 學生：外排作用。 課件連續(xù)顯示豚鼠胰臟腺泡細胞分泌物形成過程，教師引導學生總結分泌蛋白的合成與分泌的過程。 教師：在核糖體上合成的分泌蛋白，為什么要經(jīng)過內質網(wǎng)和高爾基體，而不是直接運輸?shù)郊毎つ兀績荣|網(wǎng)和高爾基體與蛋白質的形成有何關系呢？ 學生思考并復習內質網(wǎng)和高爾基體的功能，然后討論回答。 教師歸納：分泌蛋白的形成過程是這樣的：首先在內質網(wǎng)的核糖體上由氨基酸形成肽鏈，肽鏈進入內質網(wǎng)后，還要經(jīng)過一些加工，如折疊、組裝、加上一些糖基團等，才能形成具有一定空間結構的蛋白質。然后，由內質網(wǎng)腔膨大、出芽形成具膜的囊泡，囊泡包裹著蛋白質轉移到高爾基體，與高爾基體膜融合，把蛋白質輸送到高爾基體腔內，作進一步的加工。接著，高爾基體邊緣突起形成囊泡，把蛋白質包裹在囊泡里，運輸?shù)郊毎?，囊泡與細胞膜融合，把蛋白質釋放到細胞外。在分泌蛋白的合成、加工和運輸?shù)倪^程中，需要大量的能量。這些能量的供給來自線粒體。 同時教師板書。 在細胞內，許多由膜構成的囊泡就像深海中的潛艇，在細胞中穿梭往來，繁忙的運輸“貨物”，而高爾基體在其中起著重要的交通樞紐的作用。 綜上所述，細胞內的各種細胞器在功能上既有明確的分工，又有緊密的聯(lián)系。各種細胞器相互配合，協(xié)同工作，才使得細胞這臺高度精密的生命機器能夠繼續(xù)、高效地運轉。這些細胞器為什么在功能上有如此緊密的聯(lián)系呢？這是由它們的結構決定的。（引出下一個內容） 2.細胞的生物膜系統(tǒng) 屏幕顯示細胞的亞顯微結構。并設計如下問題： （1）具有單層膜的細胞結構有哪些？ （2）具有雙層膜的細胞結構有哪些？ （3）細胞膜的化學成分是怎樣的？結構如何？ 學生討論并回答如下： （1）圖中所標注的一些結構：內質網(wǎng)、高爾基體、液泡、溶酶體的膜等均為具單層膜的細胞結構。 （2）而線粒體、葉綠體膜為具雙層膜的細胞結構。 教師：是不是所有膜的成分和結構都與細胞膜一樣呢？ 學生：閱讀課本P41和P49后，討論回答。 （3）生物膜的化學組成是蛋白質、脂類和糖類。 教師點撥：但生物膜的化學成分中的脂類不是專指磷脂，實際上組成脂雙層的脂類成分隨不同生物而不同。在動物細胞中，膽固醇在脂雙層中所占的比例較大，特別是在哺乳動物細胞中，它可和磷脂分子一樣多。而細菌、藍藻等原核細胞和植物細胞中一般沒有膽固醇，細胞中線粒體、葉綠體、溶酶體等的膜化學組成相似，基本結構大致相同，統(tǒng)稱為生物膜。這些細胞器膜和細胞膜、核膜等結構，共同構成細胞的生物膜系統(tǒng)。 教師：各種生物膜在結構上有什么聯(lián)系呢？ 學生觀察課件和課本插圖，分析出各種生物膜在結構上有哪些聯(lián)系。 學生1：內質網(wǎng)向內與外層核膜相連，內質網(wǎng)腔與內、外隔膜之間的腔相通；內質網(wǎng)膜向外與細胞膜相連，并與核糖體、線粒體緊密相連。 學生2：從剛才對細胞器之間的協(xié)調配合的學習中可見，各細胞器膜之間以及與細胞膜之間可通過“具膜小泡——囊泡”以“出芽”“突起”“內陷”的形式相互融合。 教師引導：生物膜的厚度一般為7～8 nm，真核細胞的生物膜約占細胞干重的70％～80％，最多的是內質網(wǎng)膜，因此內質網(wǎng)在各種膜結構的聯(lián)系中處于中心地位。需給學生指出的是：液泡、葉綠體的膜與其他有膜結構也有一定的聯(lián)系。 教師提問：內質網(wǎng)既可以與核膜、線粒體、細胞膜直接相連，還可以借助于囊泡與高爾基體間接相連，其物質基礎是什么？ 學生：他們的物質基礎都是蛋白質、脂類和糖類。 教師引導：既然它們之間有著直接或間接的聯(lián)系，它們之間能否相互轉化呢？ 大屏幕顯示資料 Grimstone曾觀察到：饑餓的原生動物逐漸停止形成高爾基體，同時粗面內質網(wǎng)也減少或幾乎完全消失，由于這些細胞于實驗期間還繼續(xù)形成分泌小泡，所以每一個高爾基體的囊的數(shù)目減少了，但當給動物重新喂食后，形成了新的粗面內質網(wǎng)，同時產(chǎn)生新的高爾基體，囊的功能也恢復了。 教師提問：該實驗說明了什么問題？ 學生思考并回答： 細胞內的生物膜在結構上具有一定的連續(xù)性，它們之間是可以相互轉化的。 教師歸納：可見，細胞內的各種生物膜不僅在功能上有明確的分工和緊密的聯(lián)系，在結構上也有一定的聯(lián)系。各種生物膜相互配合，協(xié)同工作，才使得細胞這臺高度精密的生命機器能夠繼續(xù)、高效地運轉。 教師：細胞的生物膜系統(tǒng)在細胞的生命活動中起著什么樣的作用呢？ 學生：根據(jù)已有的各種生物膜的基礎知識，加以討論、分析，試述生物膜的重要作用。 學生：閱讀課本，總結生物膜系統(tǒng)的重要作用如下： 第一，使細胞具有一個相對穩(wěn)定的內環(huán)境，并使細胞與周圍環(huán)境進行物質運輸、能量交換、信息傳遞。 第二，為酶提供大量的附著位點，為生化反應的有序進行創(chuàng)造條件。 第三，將細胞分成小區(qū)室，使生化反應互不干擾。 教師：設計問題，溫故知新，加深學生對知識的理解。 （1）細胞膜使細胞所具有的內環(huán)境與人體的內環(huán)境有何區(qū)別？ （2）細胞膜在控制物質進出細胞時是如何發(fā)揮作用的？ （3）列舉實例說明在生物膜上發(fā)生的重要的化學反應。 教師介紹：20世紀70年代以來，由于各種新的物理、化學技術和方法的使用，使得生物膜的研究已深入到分子水平，并且取得了突飛猛進的發(fā)展，成為分子細胞生物學研究中的前沿領域之一。 課前給同學們已經(jīng)通過網(wǎng)絡、報紙、雜志等渠道收集科學界對生物膜和生物膜工程研究的相關資料，現(xiàn)在請各小組的代表上臺來介紹，讓我們大家共享。 學生：各小組的代表上臺來介紹。 教師：對學生的匯報進行簡評，然后把自己收集的資料展示給大家。 屏幕顯示：生物膜與膜生物工程國家重點實驗室的介紹。 （1）生物膜與膜生物工程國家重點實驗室是由中國科學院與我國著名的北京大學、清華大學有關實驗室組成的聯(lián)合實驗室之一，它是在中國科學院動物研究所、北京大學生物系、清華大學生物科學與技術系有關從事生物膜及工程的實驗室基礎上于1988年創(chuàng)建的，1990年建成，向國內外開放。 中國科學院動物研究所膜生物化學分實驗室 清華大學膜生物物理分實驗室 北京大學興奮膜電生理分實驗室 主要研究方向：在近代生物學與近代物理學及有關工程學科相互結合的基礎上，探討生物膜的能量轉換、信息識別與傳遞和物質轉移等基本生命現(xiàn)象的分子機理及其結構基礎；揭示這些與生物膜密切相關的基本生命過程的內在聯(lián)系。一方面，為發(fā)展膜分子生物學和解決生物學、醫(yī)學及農學中的重大理論問題服務，如腫瘤和其他主要疾病的防治，神經(jīng)和免疫功能的調節(jié)，發(fā)育和遺傳的控制等；另一方面，通過生物膜的人工模擬研究，當前著重運用人工膜生物技術作為藥物和遺傳物質的定向導運系統(tǒng)，為解決醫(yī)學臨床和動、植物和微生物遺傳工程等方面的重大實際問題服務。從較長遠的發(fā)展方向上看，膜生物工程將包括在闡明生物膜的換能機理、選擇透性、信息感受、識別和傳遞等工作原理的基礎上結合其他工程技術發(fā)展“生物換能器”“生物分離濃縮器”“生物傳感器”“生物電子計算機”及“生物光計算機”等新興技術領域，更廣泛地為國民經(jīng)濟和國防建設服務。 主要研究成果： 研究了線粒體氧自由基的生成、轉移和靶向的作用機制，提出活性氧理論。 研究了Mf細胞膜上離子通道活動的變化與GM－CSF激活過程的關系以及Mf與NK細胞對同種和異種抗原的識別作用。 研制出對癌細胞惡性增殖有較強抑制活性的藥物和有明顯降糖效果的口服脂質體新劑型。 蛋白質構象變化及基因導入的研究。用表面園二色譜法以及FTIR－ATR（全內反射傅利葉紅外譜）和固體熒光譜法測定了蛋白質與生物醫(yī)用材料表面作用后蛋白質構象的變化； 在國內率先建立了磁園二色譜（MCD）技術，在蛋白質二維晶體組裝的基礎研究和突觸形 成過程中突觸前后膜相互作用的研究中，都取得了許多重要的成果。研制并開展了一系列導入外源基因的新方法，用超聲波法在植物完整細胞及組織塊中實現(xiàn)外源基因的轉移。 細胞膜離子通道特性的研究。人工合成的22肽在肌細胞膜上組裝成具有離子選擇性的通道，分離純化了具有生物活性的抗嗎啡肽和芋螺毒素，在離子通道水平上研究其作用機理；闡明心肌細胞早后去極化的發(fā)生機制、電生理學特性及各種抑制因素。 （2）介紹科學技術在攻克人類疾病、提高糧食產(chǎn)量、改善作物品質等方面的例子。 工業(yè)上：人工模擬生物膜功能。如：海水淡化、污水處理。 農業(yè)上：改善作物品質。如：抗寒、抗旱、耐鹽機理的研究。 醫(yī)學上：人工膜代替病變器官。如：人工腎中的“血液透析膜”。 （3）歸納研究生物膜的重要意義。生物膜與膜生物工程是現(xiàn)代生物科學的重大方向之一，它將近代生物學與近代物理學及有關工程學科互相結合起來，對闡明生物能量轉換、信息識別、傳遞和物質轉移等諸多生命現(xiàn)象具有重大意義，同時在生物學、醫(yī)學及農學中具有實際應用的前景。隨著科學技術的不斷發(fā)展，可以更廣泛地為國民經(jīng)濟和國防建設服務。 教師精講］ 本節(jié)內容課要求同學們從分析細胞器之間的協(xié)調配合為切入點，重點掌握各種生物膜在結構和功能上的聯(lián)系；細胞的生物膜系統(tǒng)的概念和細胞的生物膜系統(tǒng)的重要作用。 細胞內的各種生物膜在結構上有一定的聯(lián)系，同時，結構又決定功能，各種生物膜在功能上分工、協(xié)作，才能保證細胞的生命活動高效、有序地進行。因此必須明確各種生物膜在結構上有哪些聯(lián)系，在功能上又是如何分工協(xié)作的，才能深入理解細胞是生物體結構和功能的基本單位。 評價反饋］ 1.對生物膜化學組成的表述最全面的是 A.蛋白質、糖類、類脂 B.糖蛋白、類脂 C.蛋白質、糖類、脂類 D.糖蛋白、脂類 2.內質網(wǎng)膜與核膜、細胞膜相連，這種結構特點表明內質網(wǎng)的重要功能之一是 A.擴展細胞內膜，有利于酶的附著 B.提供細胞內物質運輸?shù)耐ǖ? C.提供核糖體附著的支架 D.參與細胞內某些代謝反應 3.完成與內環(huán)境之間的信息傳遞的膜是 A.細胞膜 B.核膜 C.高爾基體膜 D.內質網(wǎng)膜 4.生物膜結構與功能的研究成果，在工業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)學實踐中有重要的用途，下列有關生物膜的應用敘述中，錯誤的是 A.模擬生物膜可以處理污水、淡化海水 B.研究生物膜可以找尋改善農作物品質的途徑 C.模擬生物膜可以人工合成人體的病變器官 D.通過生物膜工程技術可以診斷、治療疾病、病變細胞的遺傳特征 參考答案： 1.C 2.B 3.A 4.C 課堂小結］ 4.細胞的生物膜系統(tǒng) 內質網(wǎng)、高爾基體、線粒體等細胞器膜和細胞膜、核膜等都由膜構成，這些膜的化學組成相似，基本結構大致相同，共同構成細胞的生物膜系統(tǒng)。 布置作業(yè)］ 課本P50一、基礎題：4，二、拓展題。 課后拓展］ 閱讀下列資料后，回答問題： 人工腎能部分替代真正的腎臟起作用。患者的血液在中空纖維中向一側流動，一種稱為透析液的水溶液在中空纖維外向相反方向流動（圖3－2－8）。血液中的小分子廢物通過血液透析膜（中空纖維壁）進入到透析液中。為了防止某些鹽類等有用的物質隨著廢物離開血液，透析液中的酸堿度和滲透壓應與血液中的基本相同。血液從患者臂部或腿部的血管通路流入人工腎，經(jīng)過人工腎得到凈化后，又流回靜脈（圖3－2－9）?；颊叩难阂鹘?jīng)人工腎許多次之后，才能除去大部分的小分子廢物。 圖3－2－8 人工腎的透析原理 圖3－2－9 患者與人工腎的連接方式示意圖 （1）人工腎中流出的溶液中含有尿素。試加以解釋。 （2）患者的血液要流經(jīng)人工腎許多次之后，才能除去大部分的小分子廢物，原因是_____________________。 （3）該治療每隔一段時間要重復進行（每星期約2～3次）。為什么？ （4）灌入人工腎的溶液中應含有________、________、____________（答三種）等物質。患者某一段時間因病情嚴重不能飲食，只能注射葡萄糖，請寫出葡萄糖轉化成蛋白質的生理生化過程。_____________________。 （5）治療腎衰竭的另一種辦法是進行腎移植。腎移植的最大問題是缺乏供腎者，克隆是解決這一問題的好辦法。從理論上分析，利用患者皮膚的生發(fā)層細胞是否能培養(yǎng)出腎臟來？請說明理由。 參考答案： （1）由于人工腎的透性與人的微血管壁的透性相似，血液在流經(jīng)透析管時，其中的尿素就滲到人工腎溶液中。（2）一次透析不能全部交換充分 （3）因為人體蛋白質代謝過程中，通過脫氨基作用繼續(xù)產(chǎn)生尿素。（4）無機鹽 葡萄糖 氨基酸 葡萄糖丙酮酸丙氨酸蛋白質 5.能。因為生發(fā)層細胞具有一定的全能性。 ●板書設計 第三課時 細胞的生物膜系統(tǒng) 一、細胞器之間的協(xié)調配合 核糖體（合成肽鏈）內質網(wǎng)膜（折疊、組裝、糖基化）高爾基體（濃縮、加工、運輸）細胞膜（外排作用）細胞外。 二、細胞的生物膜系統(tǒng) 1.概念：內質網(wǎng)、高爾基體、線粒體等細胞器膜和細胞膜、核膜等都由膜構成，這些膜的化學組成相似，基本結構大致相同，共同構成細胞的生物膜系統(tǒng)。 2.三種膜之間的轉化關系 圖中①②⑤⑥是以“出芽”的形式形成 “小泡”而發(fā)生膜的轉移，③④則是膜之間的直接轉變。 3.生物膜系統(tǒng)在細胞的生命活動中的重要作用