细胞膜──系统的边界
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教学目的 |
1.简述细胞膜的成分和功能
2.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。
3.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。 |
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教学难点 |
1、用哺乳动物红细胞制备细胞膜的方法。
2、细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义。 |
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知识重点 |
1、细胞膜的成分和功能。
2、细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义。 |
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教学目标 |
细胞膜的成分——属于了解水平，初中有关细胞内容的学习，学生知道细胞是由细胞膜、细胞质和细胞核组成的。实验“使用高倍镜观察几种细胞”为基础，完成“体验制备细胞膜的方法”的实验，感知细胞膜的存在。
细胞膜的功能——属于理解水平，细胞膜的功能，涉及了原始细胞的产生。对这个问题的认识会让学生感到思维的跨度太大 |
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教学设计思路 |
1、问题探讨：
基本内容：光学显微镜下未染色的细胞图
基本策略：利用学生的学习经验进行，让学生区分细胞和气泡，引导学生感觉细胞的存在，引入
2、细胞膜的成分：
基本内容：制备细胞膜的方法和细胞膜的化学成分
基本策略：安排实验“体验制备细胞膜的方法”。使学生在观察的基础上，练习制备细胞膜的技能和方法，尤其要重视实验材料的选择
3、细胞膜的功能
基本内容：将细胞与外界分开；控制物质进出细胞；进行细胞间的信息交流
基本策略：利用视频图像，帮助学生展开想像的翅膀，拓展思维的空间，认同细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义。中的动物细胞的显微镜物像和第1章实验“使用高倍。 |
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教学过程 |
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创设问题情景 |
教师活动：出示光学显微镜下观察到的未经染色的细胞结构图片
学生活动：观察图片，思考
１、怎么区分视野里的细胞和气泡？能看到细胞膜吗？
2、科学家怎么确定细胞膜存在的？ |
初中细胞内容的学习，学生知道细胞是由细胞膜、细胞质和细胞核组成的。因此本节要利用学生的学习经验进行“问题探讨” |
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细胞膜
的成分 |
教师活动：提出问题：细胞膜是如何保护细胞的？细胞膜的结构和成分与一般的膜存在什么根本的区别？ 引导学生学习研究细胞膜成分的方法
学生设计实验：１、证明膜的存在。（质壁分离；显微探针感受阻力；电镜观察。）
2、研究细胞膜的结构需要得到实验的材料，选用什么样的生物提供材料？理由？如何得到细胞膜？
教师活动：介绍细胞膜的获取方法，使学生了解科学家设计实验的思路。介绍科学家通过化学分析的方法测定了细胞膜的化学成分的过程：提出下列事实，供学生思考
事实一：膜易被脂类溶剂溶解。容易被蛋白酶溶解。
事实二：脂类物质很容易通过细胞膜。
事实三：用指示剂可以确认其成分：磷脂分子和蛋白质分子。
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安排实验“体验制备细胞膜的方法”。使学生在观察的基础上，练习制备细胞膜的技能和方法，尤其要重视实验材料的选择。指导学生将细胞的物质组成与细胞的结构有机地联系起来，对细胞形成系统的认识，使学生将前后知识建立起有机的联系，同时，为“生物膜的流动镶嵌模型”的学习奠定基础。 |
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细胞膜
的功能 |
教师活动：问题：这样的结构与一般的“膜”有什么重要区别？
学生活动：阅读42页关于细胞膜功能，思考问题
教师出示：原始生命形成的相关图片
学生活动：观察思考
1、细胞膜对细胞的保护有什么重要的生物学意义？
2、细胞与外界进行物质交换，和细胞膜有关系吗？任何物质都能进入吗？什么物质不能自由进入呢？
3、细胞之间进行“交谈”与细胞膜有关吗？
教师小节：细胞膜的三个生理功能。设疑引导学生预习
１、为什么说细胞膜是有生命的？它与塑料膜的本质不同是什么？
2、 细胞膜结构和功能特性之间的因果关系？
3、 膜的选择透过性对细胞的意义？ |
利用视频图像，帮助学生展开想像的翅膀，拓展思维的空间，认同细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义。利用板图、幻灯片，目的是使学生能够将抽象的语言与图解结合起来，加深对细胞膜功能的理解 |
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细胞壁 |
教师提问：细胞膜就是细胞最外界吗？
学生活动：通过回忆初中学习的知识思考，植物细胞和动物细胞的区别 |
引导学生回忆初中学习知识 |
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小结与作业 |
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课堂
小结 |
细胞膜内的细胞质在电子显微镜下可以看到哪些结构?它们各有什么重要的生命功能？生命过程是如何进行的？ |
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板书
设计 |
第三章 细胞的结构
第一节 细胞膜——系统的边界
一、细胞膜
脂类分子：磷脂双分子层构成基本化学成分骨架。（５０％）
化学成分 注：还有少量的糖（2%-10%）
蛋白质分子：主要用作载体。覆盖
表面、镶嵌或贯穿磷脂
双分子层（４０％）
将细胞与外界分隔开
功能 控制内外物质交换
进行细胞间的信息交流
二 细胞壁 |
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知识详解
１、细胞的结构
显微结构：光学显微镜下看到的结构（细胞膜、质、核、核仁、线粒体、叶绿体、染色体、液泡等）
亚显微结构：电子显微镜下才能看到的结构（如，细胞膜的结构组成）
2、提取细胞膜
材料：哺乳动物成熟的红细胞（没有核膜和各种细胞器膜）
方法：将细胞放在蒸馏水中，让细胞吸水胀破，内部物质流出来得到纯净的细胞膜。
证明细胞膜成分：脂质溶剂处理，细胞膜被破坏（含脂质）
（ 磷脂酶处理或者利用脂溶性物质比其他物质通过细胞快也可证明）
蛋白酶处理，细胞膜被破坏（含蛋白质）
3、从生物进化的角度看细胞膜的形成
细胞膜的形成是生命由非细胞的原始生命向细胞构造的生物的一个转折点，宣告原始细胞的诞生（细胞膜不是最外面边界，有的细胞外还有细胞壁，有的还有膜外的结构）
参考资料
1.细胞膜和细胞器的分离提纯方法
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。
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
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.细胞膜成分与分析方法
组成细胞膜的成分可分为三大类，即膜脂、膜蛋白和糖类。几种成分所占的比例，依据膜类型的不同，细胞类型的不同，生物类型的不同以及细胞不同的发育时期而发生变化，如肝细胞膜中蛋白质与脂质的比例明显高于红细胞。
膜脂是细胞膜的基本成分，约占膜成分的50%，它又包括三大类脂质分子，即磷脂、糖脂和胆固醇。磷脂含有极性的磷酸基团，以及非极性的烃链，即包括极性的头部和非极性的尾部，属双型性分子。糖脂也是双型性分子，它的结构与鞘磷脂很相似，仅由一个或多个糖基代替了磷脂酰胆碱。胆固醇分子包括三部分：作为极性头部的羟基、类固醇环和一个非极性的碳氢尾部。
膜蛋白是构成细胞膜的重要组分，膜的大部分功能主要由膜蛋白完成。膜蛋白约占膜成分的40%。根据膜蛋白与膜脂的结合方式，膜蛋白可分为内在蛋白（或称跨膜蛋白）和外周蛋白。
膜中的糖类约占膜成分的2%～10%，它们通常与膜脂结合形成糖脂，或与蛋白结合形成糖蛋白。其中的糖类分子有单糖，也有多糖。
对于组成细胞膜的基本成分，最初是通过用脂质溶剂和蛋白酶处理细胞膜来确定的。用脂质溶剂处理细胞，发现细胞膜被溶解，脂质分子进入到溶剂中，说明膜中含有脂质分子；用蛋白酶处理细胞也能破坏膜结构，说明细胞膜的化学组成中除了脂质还有蛋白质。对于一些具体的组成成分，可采用相应酶的处理来确定。例如，用卵磷脂酶处理细胞，可破坏细胞膜，证明膜中有卵磷脂的存在。对于膜中某种蛋白质功能的分析，有很多方法，其中一种是将这种蛋白质分离纯化出来，将它掺入到磷脂小泡中，形成只含一种蛋白质的磷脂小泡，然后检测蛋白质的功能。
3.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，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。
4.细胞壁的结构和功能
细胞壁是在植物细胞外层形成的一种较坚硬的结构，它包围着内部的原生质体。植物体的分生组织区如茎尖和根尖，其组成的细胞具有较强的增殖能力，所产生的新细胞一般比较小，其外层具有一圈细胞壁，称为初生细胞壁。初生细胞壁比较薄，具有一定的弹性，以适应细胞的生长。高等植物的初生细胞壁在不同植物、不同器官组织和不同发育时期，成分和结构都有很大差异，但基本组成和结构是相似的，即以纤维素微纤丝为骨架，以半纤维素和果胶以及糖蛋白为基质，通过共价键和非共价键的结合，交叉形成一种高度复杂的、抗张力强的网状结构。细胞壁中存在多种酶，如过氧化物酶、磷酸酯酶、苹果酸脱氢酶等，在衰老和果实成熟时，还产生自溶酶，如纤维素酶、果胶酶等。
随着细胞的分化，植物体产生各类具有特殊功能的细胞、组织和器官，为适应其特殊生理功能的需要，其细胞壁也发生各种不同的次生修饰，如木质部中的导管和管胞，以及纤维和木纤维细胞的细胞壁都发生次生加厚。
植物细胞壁的形成，首先对细胞具有保护作用，还由于细胞壁具有较坚韧的支撑性，因此它对植物体起着骨架作用。细胞壁虽是细胞外层的一种坚韧的结构，但它并未将相邻细胞完全隔离，细胞间存在着一种穿过细胞壁的特殊结构，即胞间连丝，它使细胞间能进行物质和信息的交流。同时细胞壁还具有运输功能。特化的细胞一般都产生具有某种相应功能的细胞壁。
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