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新教材剖析:细胞膜的结构和功能

更新时间:2023-10-14 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

问题剖析Dzv物理好资源网(原物理ok网)

本节问题剖析借助了台盼蓝染色鉴定细胞死活,班主任演示实验并投影的疗效会比直接展示图片好好多。实验结果表明死细胞会被染成红色,而活细胞不会着色。为何活细胞不能被染色,而死细胞能被染色?班主任用书的参考答案是:活细胞的细胞膜具有选择透过性,颜料台盼蓝是细胞不需要的物质,不易通过细胞膜,因而活细胞不被染色;死细胞的细胞膜丧失控制物质进出细胞的功能,台盼蓝能通过细胞膜步入细胞,死细胞能被染成红色。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

我个人觉得上述答案应当是中学生通过学习以后给出的,班主任假如在此处将参考答案抛给中学生,直接解开谜底,中学生继续探究找寻答案的学习热情都会一下子降至冰点。一个问题情景,中学生才能有所思索但又不能完全解决时,这个问题就是导出的最好问题。此处问题剖析最主要的作用是让学生带着不完全理解去思索:细胞膜作为细胞这一系统的边界,应当具有哪些功能?Dzv物理好资源网(原物理ok网)

细胞膜的功能Dzv物理好资源网(原物理ok网)

2.1先讲结构?先讲功能?Dzv物理好资源网(原物理ok网)

新教材先讲细胞膜的功能,从中学生认知来说,这样做是合理的。细胞膜的功能可以具体化为一些实例,实例对中学生来说比较直观、形象。随即我们引导中学生剖析功能背后的缘由,就可以很自然地过渡到讲结构。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

2.2从系统的角度讲细胞膜的功能Dzv物理好资源网(原物理ok网)

细胞膜作为细胞的边界,才能将细胞和外界环境分开。假如没有细胞膜,细胞内容物都会和外界融为一体。正是因为细胞膜的存在细胞膜结构,才使细胞从环境中独立下来,成为一个相对独立的系统。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

作为一个有序的系统,为了维持下去,细胞须要从外界获得物质和能量,同时须要排出代谢废物,这样细胞就难免要和环境之间发生物质交换。细胞膜才能控制物质进出细胞,如同边防检测站一样,对物质进行“检查”,符合条件的给以放行。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

多细胞生物体作为一个更大的系统由分化的细胞构成,不同类型的细胞间要互相协作能够完成各项生命活动,这就要求不同的细胞之间要进行“沟通”和“交流”,也就是细胞间的信息交流。细胞间信息交流大都与细胞膜的结构有关。这儿须要注意,用激素和靶细胞膜上的受体结合举例时,防止用到步入细胞的激素。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

细胞膜结构的探求Dzv物理好资源网(原物理ok网)

3.1从成份到结构Dzv物理好资源网(原物理ok网)

细胞膜结构模式图名称_细胞膜结构_细胞膜的膜结构Dzv物理好资源网(原物理ok网)

与现行教材不同,新教材处理细胞膜结构科学史时,分成了两部份。通过“思考与讨论”分析得出细胞膜的成份主要是磷脂和蛋白质。之后在了解了细胞膜成份的基础上,介绍磷脂和蛋白质如何组装成有序的细胞膜结构。为了表述便捷,我把两部份合并处理。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

3.2细胞膜探求历程的逻辑剖析[1]Dzv物理好资源网(原物理ok网)

欧文顿的实验表明:脂胺类物质更容易穿过细胞膜,据此提出假说:细胞膜由脂类构成(注意这暂时只是个假说还不是推论)。科学家分离得到纯净的喂奶植物成熟红细胞的细胞膜,物理剖析表明组成细胞膜的脂类包括磷脂和固醇。欧文顿的假说得到了验证。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

磷脂在细胞膜中浓度丰富,据此可以提出问题:磷脂在细胞膜中是怎样排列的?让中学生了解磷脂是两性分子(尿酸和磷脂类似也是两性分子),之后明晰细胞膜内外都是水环境,进而引导中学生在理论上推断细胞膜中磷脂应当排成两层(这是个假说)。戈特和格伦德尔的实验证明了细胞膜中磷脂确实是单层排列的。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

因为细胞须要的一些极性分子和离子可以快速通过细胞膜(脂类不容许极性分子和离子快速通过),丹尼利等还发觉细胞膜的表面张力大于油水界面的表面张力,那些都表明细胞膜不仅仅是由脂类构成。到了20世纪30年代,科学家早已确定细胞膜中存在蛋白质,而且极少有人思索蛋白质在磷脂双分子层上是怎样分布的。1935年丹尼利等按照油脂滴吸附蛋白质后也会表现出表面张力增加,这和细胞膜的情况一致,据此提出假说(类比推理):细胞膜是由单层脂类分子及内外表面附着的蛋白质所构成(披萨模型)。但这个模型缺少必要的细节。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

披萨模型随即又有新的内容添加,但基本都是披萨模型的变式,其中影响比较大的是罗伯特森的“单位膜”模型。1959年罗伯特森的电镜观察结果支持披萨模型,罗伯特森依据观察结果以及别人的研究,将松饼模型补充了一些细节(主要是蛋白质怎样和脂类结合的细节),更改为单位膜模型,而且将模型处理成静态的。静态模型很快就面临挑战,它不能解释一系列有关细胞生长、分裂以及变形虫运动等问题。科学家通过冰冻刻蚀技术也发觉,蛋白质并不是铺在磷脂双分子层的外侧,有些蛋白质会嵌入甚至贯串磷脂双分子层。同时,萤光标记的人鼠细胞融合实验表明:细胞膜是动态的。按照一系列实验结果,科学家又提出了新的假说——流动镶嵌结构模型,该模型就能较好解释已观察到的实验现象。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

3.3科学史中的一个细节Dzv物理好资源网(原物理ok网)

悉心读者会发觉细胞膜结构,20世纪初科学家分离得到纯净的细胞膜后进行物理剖析。现行教材得到的结果是:膜主要由脂类和蛋白质构成;新教材是:膜脂主要由磷脂和血脂构成。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

通常觉得科学家在1930年左右普遍接受了红细胞膜中富含大量蛋白质,新教材的写法更符合科学发觉的历史。并且此处我们可能会有这样的疑惑:既然科学家分离得到了纯净的细胞膜,但是细胞膜中蛋白质浓度巨大,为何初期科学家却没有注意到呢?说实话,这个问题我不晓得,手头的资料也不能解决这个问题。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

我猜想一下,可能当时制备细胞膜的方式会造成膜蛋白开裂,最终保留的膜蛋白就极少,物理剖析时容易被忽视。我们从1925年两位英国科学家的实验中可以听到[2],她们的估算构建在不考虑蛋白质抢占细胞膜表面积的基础上。到了1932年,Erik的研究表明:红细胞膜中脂类的浓度(20%)是蛋白质浓度(4%)的约5倍[3],现代剖析得出的蛋白质浓度远比这一值要高。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

提出假说Dzv物理好资源网(原物理ok网)

每次讲这个内容,我都跟中学生指出假说的合理智。假说不能陡然臆测,科学的假说要构建在已知事实和观察现象的基础之上,说白了,假说的提出要有以一定的已知信息作为根据。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

在教学中,可以在细胞膜结构(成份)探求历程中,引导中学生剖析科学家怎样依据观察和实验结果提出合理的假说。而且让中学生明晰假说须要进一步的实验进行检验。假如假说与进一步的实验结果不符,就须要修正甚至是放弃原先的假说。我们同时会看见虽然罗伯特森的观察结果支持单位膜模型,并且这并不能保证假说就是合理的,一个假说常常须要得到一系列实验观察的支撑,能够为人们普遍接受。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

流动镶嵌结构模型Dzv物理好资源网(原物理ok网)

5.1膜的流动性对物质运输等特别重要Dzv物理好资源网(原物理ok网)

这句话是新教材新加的,加的好,得点赞。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

物质跨膜转运彰显了膜的选择透过性,但也须要依赖膜的流动性能够完成。一般觉得简单扩散(自由扩散)时,被运输的物质要先溶化在磷脂双分子层中,之后实现跨膜转运,其中磷脂分子的运动是必不可少的。载体介导的协助扩散或主动运输要求载体构型的改变能够实现跨膜转运。通道一般是门控的,通过通道的开关来实现或暂停物质的跨膜转运。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

5.2糖被的叙述更确切Dzv物理好资源网(原物理ok网)

现行教材对糖被的叙述容易让人形成误会,新教材明晰了糖被就是细胞膜外表面的脂类分子。细胞表面的脂类分子可与膜上的蛋白质结合产生糖蛋白,也可与膜上的脂类结合产生糖脂。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

这儿额外说两点:第一,糖被中的糖一般是单糖。第二,此处指出细胞膜上脂类的不对称分布即可,部份教辅指出细胞器中没有糖蛋白,虽然,糖蛋白并除了仅存在于细胞膜上,也存在细胞器膜上,不过此时糖蛋白的朝向是细胞器内部。关于这个问题,下一次读书再议。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

建构概念,发展素质Dzv物理好资源网(原物理ok网)

本节须要建构的概念是:“细胞都由质膜包裹,质膜将细胞与其生活环境分开,能控制物质进出,并参与细胞间的信息交流”。服务于这一概念建构,教材还安排了细胞膜结构的相关内容,让中学生明晰:细胞膜主要由脂类和蛋白质组成,再者还富含少量脂类。细胞膜的磷脂双分子层是膜的基本支架,具有流动性。蛋白质分子镶嵌在磷脂双分子层上,其中大多数蛋白质分子才能运动。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

细胞膜的结构和功能是相适应的。磷脂双分子层构成膜的基本支架,磷脂分子的两性特征造成磷脂双分子层能将细胞内外分开,并保证细胞内外都是以水为基础的液体环境,同时还赋于细胞相对于环境的独立性,使细胞成为一个相对独立的系统。细胞膜才能控制物质进出细胞,这与细胞膜具有一定的流动性密切相关,构成膜的磷脂分子的运动容许非极性和弱极性分子通过,膜转运蛋白的构型改变则保证了细胞须要的离子和极性分子也可以步入细胞。细胞膜表面的糖被则与细胞间进行信息关系密切。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

本节安排了细胞膜结构(成份)相关的科学史,中学生须要理清其中的脉络线索,就能理解看似散乱的科学史实之间的逻辑联系。假说在科学发觉过程中具有重要作用,教材通过设置“提出假说”的栏目,让中学生明晰假说的提出要根据一定的已知事实。这部份科学史中还蕴藏了丰富的科学方法和技术,彰显了科学探究须要探求精神、科学思维和技术手段的结合,科学理论的产生是一个坎坷的过程。细胞膜结构研究过程中,科学家还普遍采用了模型研究的方式,本节前面还安排了“利用废旧物品制做生物膜模型”的活动让中学生感受和落实。Dzv物理好资源网(原物理ok网)

【参考文献】Dzv物理好资源网(原物理ok网)

[1]J.:Onceuponatimethecell:175yearsofcell..,9:32.Dzv物理好资源网(原物理ok网)

[2]E.,F.:Onofontheoftheblood.Theof,41(4):439–43.Dzv物理好资源网(原物理ok网)

[3]E.:Theoftheor..,1932,26:1488-1503.Dzv物理好资源网(原物理ok网)

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