第一篇：神經(jīng)元發(fā)育與退行性病變的分子細胞遺傳機制

自然科學基金申請書

項目名稱：

神經(jīng)元發(fā)育與退行性病變的分子細胞遺傳機制

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申請日期：

川北醫(yī)學院

637000 南充市順慶區(qū)涪江路234號

0817-2340136

2011年12月

一、研究內(nèi)容

主要研究內(nèi)容:（1）Rheb/mTor信號通路在神經(jīng)元發(fā)生、極化、網(wǎng)絡(luò)化及神經(jīng)退行性病變中的作用及分子機制：

體外研究發(fā)現(xiàn)，mTOR信號通路對神經(jīng)元的發(fā)生、發(fā)育起重要作用，而Rheb處于mTOR蛋白上游并對其起正調(diào)節(jié)作用，前期工作發(fā)現(xiàn)，Rheb1敲除小鼠的大腦發(fā)育出現(xiàn)明顯異常。我們的初步研究表明小鼠中mTOR的激活需要與神經(jīng)元早期發(fā)育密切相關(guān)的Rheb1。Nestin-Cre介導的神經(jīng)前體細胞敲除Rheb1導致小鼠大腦體積和重量均減少約50%?；谏鲜?，我們計劃深入研究Rheb/mTOR信號通路在神經(jīng)元發(fā)生階段作用和機制。預計本課題將幫助我們闡明Rheb1/mTOR信號通路在神經(jīng)元發(fā)生作用和機制，為相關(guān)疾病的防治提供理論基礎(chǔ)。

（2）與鐵離子代謝相關(guān)基因在神經(jīng)元發(fā)生、極化和網(wǎng)絡(luò)化中的作用及分子機制：

研究結(jié)果表明，鐵離子與神經(jīng)元的發(fā)育密切相關(guān)，但其分子機理尚不清楚。為深入研究鐵離子和鐵轉(zhuǎn)運蛋白在腦神經(jīng)發(fā)育中的分子機理，我們將在神經(jīng)前體細胞中敲除鐵離子運輸基因包括鐵轉(zhuǎn)運蛋白受體（Transferrin Receptor，TFR）、二價金屬轉(zhuǎn)運體（DMT1）和運鐵素（Ferroportin，F(xiàn)pn或SLC40A1)。鐵轉(zhuǎn)運蛋白受體主要攝取轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合鐵（Transferrin-bound iron，Tf-Fe），二價金屬轉(zhuǎn)運體主要攝取非轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合鐵（Non-Transferrin-bound iron，NTBI），而運鐵素在機體內(nèi)唯一具有從細胞內(nèi)泵出鐵離子的蛋白。這三個基因涵蓋了細胞攝取和泵出鐵離子的主要通路。通過本課題的研究我們將確定鐵離子轉(zhuǎn)運在神經(jīng)元發(fā)生過程中的作用和機理，為防治鐵離子代謝失調(diào)引起的神經(jīng)性疾病奠定基礎(chǔ)。

并且體外試驗已經(jīng)表明Numb調(diào)節(jié)神經(jīng)元的極化。鐵離子、轉(zhuǎn)鐵蛋白與內(nèi)吞調(diào)節(jié)蛋白Numb共同參與內(nèi)吞功能，但在脊椎動物中還未有遺傳學證據(jù)證明這些分子介導的內(nèi)吞調(diào)節(jié)神經(jīng)元的極化。本課題將以這些基因敲除小鼠為模型，運用多種前沿生物學技術(shù)闡明中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元攝取、泵出鐵離子的通路和內(nèi)吞調(diào)節(jié)蛋白Numb/Numblike在神經(jīng)元極化中的作用及分子機制。課題的研究將確定TFR、DMT1、Fpn、numb和numblike信號通路是否是神經(jīng)元極化所必需的，同時將為進一步揭示它們調(diào)控神經(jīng)元極化的分子機制，為相關(guān)疾病的防治提供新的途徑。

（3）研究Gsα在神經(jīng)元極化中的作用及分子機制：

我們的前期工作表明異三聚體G蛋白的亞基Gs稱性分裂和細胞極性，Emx1-cre介導的在大腦的神經(jīng)前體細胞中敲除Gs致大腦的重量減輕50%和產(chǎn)后月內(nèi)死亡。雖然我們已在Gs胞不對稱細胞分裂的調(diào)控方面取得顯著進展（被資助），最近體外和遺傳學研究提示Gs題的研究將確定Gs號通路調(diào)控神經(jīng)元極化分子機制。

（4）BDNF在神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)化中的作用及分子機制：

BDNF幾乎在神經(jīng)元的各個發(fā)育階段都具有重要功能。其基因突變Val66Met導致它在神經(jīng)元內(nèi)活性誘導分泌缺陷，因而造成精神疾病，但是具體的分子機制還不清楚。為此我們建立了BDNFmet轉(zhuǎn)基因小鼠模型。此模型真實反映BDNFmet相關(guān)精神疾病的行為特點。預計本課題的研究將確定BDNFmet在樹突和樹突棘形成中作用和分子機制，及對神經(jīng)傳遞的調(diào)節(jié)，進一

Gs 3

步深化理解BDNFmet誘導精神疾病的發(fā)生病理及環(huán)境因素對BDNFmet精神疾病的影響，發(fā)現(xiàn)治療BDNFmet誘導精神疾病的介入方式。（5）線粒體自噬在神經(jīng)元發(fā)育和退行性病變中的功能及調(diào)節(jié)機制：

線粒體自噬是細胞控制線粒體數(shù)量和清除受損線粒體的唯一途徑。線粒體自噬不足會導致受損線粒體的積累，引起細胞凋亡；而線粒體自噬過量會導致ATP水平下降，引起細胞的自噬性死亡。由于神經(jīng)元對線粒體的正常運行具有特別高的要求，它們必須具備精細的線粒體自噬調(diào)節(jié)機制，以將它控制在適當水平。在本課題中，我們將運用細胞篩選方法分離線粒體自噬的促進因子和抑制因子，通過研究它們的生化功能，揭示線粒體自噬特有的調(diào)節(jié)方式。進一步通過研究它們在神經(jīng)元發(fā)育和退行性病變過程中的作用和變化，闡明線粒體自噬在神經(jīng)系統(tǒng)中的功能和調(diào)節(jié)機制，為發(fā)展相關(guān)神經(jīng)疾病的新一代防治方法提供理論基礎(chǔ)。

二、預期目標

總體目標：

確定在神經(jīng)細胞發(fā)生發(fā)育及退變過程中起重要作用的信號分子，闡明在該過程中胞外信號如何通過細胞內(nèi)信號傳導發(fā)生作用，為防治神經(jīng)精神性疾病提供理論依據(jù)，并為相關(guān)疾病研究建立動物模型。

五年預期目標：

1、對神經(jīng)細胞發(fā)生，極化，突觸形成，及神經(jīng)退行性病變的機理研究有所突破，明確Rheb/mTOR通路在神經(jīng)元發(fā)育及退行性病變中的作用和機理，確定是 4

否可通過干預mTOR通路治療神經(jīng)精神疾病。

2、利用制備的條件性基因敲除小鼠建立一系列特異小鼠模型，確定信號蛋白的不對稱分布和膜蛋白內(nèi)吞在神經(jīng)元發(fā)育和退行性病變中作用及機理。

3、明確變性蛋白、老化線粒體的清除與退行性病變的關(guān)系，建立以干預線粒體自噬活力為基礎(chǔ)的神經(jīng)精神疾病治療方法。

4、建立和完善小鼠遺傳學，活體影象等公用技術(shù)平臺。

三、研究方案

總體研究方案

項目擬以神經(jīng)元為研究核心，分別圍繞神經(jīng)元的發(fā)生與極化，神經(jīng)突起的形態(tài)發(fā)生，以及神經(jīng)元退行性病變的分子機制等問題，從分子、細胞乃至整個機體的層次進行系統(tǒng)而深入的研究。我們希望通過構(gòu)建一系列神經(jīng)細胞特異性基因敲除小鼠，結(jié)合多種現(xiàn)代生物學前沿技術(shù)，如高分辨熒光染色影像分析、基因工程報告小鼠、免疫共沉淀、RNA干擾等，闡明上述問題的分子機制，為進一步的研究和臨床治療打下堅實基礎(chǔ)。本課題立意新穎，技術(shù)先進，重點突出，內(nèi)容具體，具有極大的理論研究意義和實際應(yīng)用價值。

本項目的特色與創(chuàng)新性：

1． 立題新穎：我們的研究將首次揭示胞內(nèi)調(diào)控因子，如

Gsα、Rheb和Fe，在神經(jīng)元分化發(fā)育過程中的作用和機制。本項目的研究內(nèi)容處于當代生命科學的前沿，國內(nèi)外均未見類似的研究報道。

2． 技術(shù)先進：我們將大量采用目前世界上先進的生物學研究手段，如條件性基因敲除和報告基因技術(shù)（如Rosa26-GFP），熒光標記和成像（如catFISH）等，著重在體內(nèi)研究基因在神經(jīng)元發(fā)生和發(fā)育中的作用。

3． 取得重大突破的可能性大：參與本項目的科學家積累了大量前期工作的基礎(chǔ)，在Cell，Nature，Science，Nature Genetics，Nature Neuroscience，Neuron，Moleculler Cell，Development，Genes Development等世界頂級雜志上發(fā)表論文26篇，影響因子達520，被引用次數(shù)達6000多次。該項目應(yīng)用先進的技術(shù)手段，在大量前期工作基礎(chǔ)上，研究神經(jīng)元的發(fā)生、極化、樹突形成及退變的分子機制等神經(jīng)發(fā)育生物學的重大問題。項目所需關(guān)鍵條件性基因敲除小鼠和Cre小鼠已制備（如下圖），因此，取得重大突破的可能性極大。

4． 神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生發(fā)育的基礎(chǔ)研究與臨床疾病緊密相關(guān)。神經(jīng)元生理功能和調(diào)節(jié)的失調(diào)將導致神經(jīng)元退行性病變，如老年性癡呆癥和帕金森氏病，我們對相關(guān)機制的闡明將有利于尋找新的藥物靶點，開發(fā)新的神經(jīng)元保護藥物，從而為治療神經(jīng)疑難疾病發(fā)現(xiàn)新途徑。

課題設(shè)置: 1)神經(jīng)元發(fā)生的分子機制：重點研究Rheb/mTOR信號通路和鐵離子在神經(jīng)元發(fā)生中的作用和機制；2)神經(jīng)元極化的分子機制：重點研究G-蛋白信號通路（Gsa,Rheb）和鐵離子在神經(jīng)元極化中的作用和機制；3)神經(jīng)元突起形態(tài)發(fā)生的分子機制：著重研究生長因子BDNF、Rheb和鐵離子在神經(jīng)元突起形態(tài)發(fā)生的作用和機制；4)神經(jīng)元退行性病變的分子機制：側(cè)重研究線粒體自噬和Rheb/mTOR信號在神經(jīng)元退行性病變中的作用和機制。

各課題既重點突出、內(nèi)容具體、責任明確, 又互相合作、相互促進。各課題之間將在資源、技術(shù)和人才三方面充分實現(xiàn)共享，我們將共同利用多品系的基因敲除小鼠進行各課題相關(guān)基因功能的研究，節(jié)約大量的人力和經(jīng)費，并且互相學習先進實驗技術(shù)和交換專業(yè)人才，提高科研效率。

研究內(nèi)容

1.建立和驗證多個神經(jīng)細胞特異性mTOR上游分子Rheb1、Rheb2及下游分子Shank3敲除小鼠品系。

2.初步分析Rheb/mTOR信號對大腦皮層、海馬神經(jīng)元和小腦蒲肯野細胞發(fā)生、極化和網(wǎng)絡(luò)化的影響。

3.探討Rheb/mTOR信號異常與神經(jīng)祖細胞損傷的關(guān)系。

4.建立和驗證TFR和Fpn等鐵離子代謝相關(guān)基因的中樞神經(jīng)系統(tǒng)敲除模型。5.初步分析上述基因敲除小鼠是否出現(xiàn)中樞神經(jīng)系能發(fā)育異常。

6.探討Gsα與神經(jīng)細胞極化分子如Par3，Par6，LKB1或numb等的轉(zhuǎn)運和定位的關(guān)系。7.通過轉(zhuǎn)基因小鼠觀察BDNFmet變異導致的神經(jīng)元樹突發(fā)生異常有無腦區(qū)的特異性，是否有不同腦區(qū)間的神經(jīng)環(huán)路改變及其相應(yīng)的行為學異常。

8研究BDNF及其受體TrkB參與活性調(diào)控神經(jīng)突起形態(tài)發(fā)生的分子細胞學機制。9.完成線粒體自噬調(diào)節(jié)因子的篩選，并在體外培養(yǎng)的細胞中驗證所篩選出的果蠅基因及其哺乳類同源基因具有線粒體自噬的調(diào)節(jié)功能。

10.研究AD、PD相關(guān)突變是否通過改變線粒體通透性驟變孔（mPTP）的開關(guān)來引發(fā)或抑制它們的自噬，并進一步探討它們影響mPTP的生化機制。

11.著重在生化機理方面有所突破，如，探討Rheb/mTOR信號是否影響與神經(jīng)細胞極化、神經(jīng)突起的形成、網(wǎng)絡(luò)化相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄與蛋白質(zhì)合成；初步揭示Rheb/mTOR對自噬在神經(jīng)元發(fā)育與退行性病變中的功能調(diào)控的分子機制，切實做到表型/功能分析與機理有機結(jié)合。

預期目標

1.完成TFR和Fpn等鐵離子代謝相關(guān)基因的中樞神經(jīng)系統(tǒng)敲除模型的制備及驗證，包括TFRf/f-Nestin-cre和Fpnf/f-Nestin-cre，為研究鐵離子代謝在神經(jīng)元發(fā)生、極化、網(wǎng)絡(luò)化和死亡/退變中的作用打下基礎(chǔ)。

2.建立和完善與研究神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)的解剖學，免疫組化及體內(nèi)成像等實驗技術(shù)，檢測上述基因敲除小鼠是否出現(xiàn)中樞神經(jīng)系能發(fā)育異常。

3.完成多個神經(jīng)細胞特異性Gsα敲除小鼠品系的制備及驗證，包括Gsαf/f-Nex-cre, Gsαf/f-Nestin-cre和 Gsαf/f-Nestin-creER，為研究Gsα在神經(jīng)元極化中有作用和分子機制打下基礎(chǔ)。

4.建立并完善膜片鉗技術(shù)測定軸突和樹突專一的鉀鈉通道，并利用此技術(shù)初步研究Gsα在神經(jīng)元極化中的作用。

5.多個BDNF轉(zhuǎn)基因小鼠系的制備和驗證，包括BDNFmet?Thy1-EGFP，BDNFwt?Thy-EGFP，為研究BDNF在神經(jīng)突起形態(tài)發(fā)生中的作用和分子機制打下基礎(chǔ)。6.確定BDNF及其受體TrkB在神經(jīng)元活性調(diào)控突起生長中的作用，以及BDNFmet突變是否干擾了此過程及其機制。

7.建立線粒體自噬速度的螢光測定方法，并確定能明顯提高或降低線粒體自噬速度的AD、PD相關(guān)突變。

8.建立線粒體自噬調(diào)節(jié)因子的細胞篩選系統(tǒng)，包括果蠅的Tom20-Dendra2穩(wěn)定細胞株和RNAi庫，并通過早期測試，確定大通量篩選的可行性。

9.確定線粒體自噬在神經(jīng)元發(fā)育過程中的作用和調(diào)節(jié)機制。10.確定線粒體自噬異常導致神經(jīng)元退行性死亡的分子機制。

11.確定AD、PD相關(guān)突變是否通過影響新篩選出的調(diào)節(jié)因子來改變細胞內(nèi)的線粒體自噬水平，并進一步闡明它們的作用機制。

第二篇：分子與細胞教學計劃

2012-2013學高一生物教學計劃

高中生物分為三個模塊，分別為分子與細胞、遺傳與進化、穩(wěn)態(tài)與環(huán)境。與初中的生物教材相比較，高中生物教材的知識涉及更廣泛，內(nèi)容更豐富，知識的層次更深，知識點與知識點之間的聯(lián)系更加密切，對于學生的學習要求更高。而必修一的《分子與細胞》模塊是以細胞是基本的生命系統(tǒng)構(gòu)建內(nèi)容體系。

鑒于以上的因素，因此對于高中生物的教與學都有一定的要求和計劃。

一、教學目的要求

(一)要求學生比較系統(tǒng)地掌握關(guān)于細胞、生物的新陳代謝、生物的生殖和發(fā)育、生命活動的調(diào)節(jié)、遺傳和變異等方面的基礎(chǔ)知識，以及這些知識在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、工業(yè)、國防上的應(yīng)用。

(二)通過生物學基礎(chǔ)知識的學習，使學生受到辯證唯物主義和愛國主義思想的教育，以及形成保護環(huán)境的意識。

(三)要求學生了解高倍顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)及能掌握使用高倍顯微鏡，做簡單的生物實驗等的基本技能。

(四)培養(yǎng)學生自學生物學。使學生養(yǎng)成課前預習、自學的習慣，培養(yǎng)學生的自學能力，掌握知識的能力，觀察動植物的生活習性、形態(tài)結(jié)構(gòu)、生殖發(fā)育的能力，分析和解釋一些生物現(xiàn)象的初步能力，并且能留心觀察生活中的生物現(xiàn)象。

二、確定教學內(nèi)容的原則

(一)從學生今后進一步學習和進入社會的需要出發(fā)，認真選取生物學基礎(chǔ)知識：選取生物的結(jié)構(gòu)和生理的知識。結(jié)構(gòu)知識是理解生理知識的基礎(chǔ)。生理知識是闡明生物的新陳代謝，生長、發(fā)育和生殖等的基礎(chǔ)知識。因此，必須重視選取形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理的知識，并且處理好兩者之間的側(cè)重點。

(二)選取生物學基礎(chǔ)知識，必須做到理論密切聯(lián)系實際。

1、選取生物學基礎(chǔ)知識，要密切聯(lián)系工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際。生物學是農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和醫(yī)學等方面實踐的理論基礎(chǔ)，通過學習生物學知識，要使學生知道生物與生產(chǎn)的關(guān)系十分密切，應(yīng)該利用和改造有益的生物，防除有害的生物。

2、要密切聯(lián)系各地的自然實際。由于我國幅員廣大，各地的生物種類有很大差別。因此，所選取的植物和動物，既要重視其典型性，又必須盡可能是各地比較常見的，以便學生可以直接觀察到這些動植物和了解這些動植物的生活規(guī)律。

3、注重學生的自主實驗及探究能力，培養(yǎng)學生的實踐能力、自主學習的能力及團結(jié)與互助的精神。

三、具體的實施要求

1、依據(jù)不同的教學內(nèi)容，不同的學生情況，備好每一堂課，并及時寫好教案

2、認真、有效地上好每一堂課

3、及時布置學生的作業(yè)，并且及時收取、批改、發(fā)放作業(yè)

4、按時下班進行輔導

5、命好每次課前小測的題目，及時進行課前小測，并進行批改

6、若安排月考或期中、期末考時，認真命好測試題

7、每節(jié)課后需要認真反思，吸取經(jīng)驗教訓

四、對于學生的學習提出簡單的要求：

1、上課認真聽課，勤做筆記；

2、多做練習，獨立思考，不抄作業(yè)；

3、注意歸納，多提出問題；

4、實驗課做好課前預習，寫預習報告；

5、做好課前預習，課后復習。

胡名亮

2012年9月16日

第三篇：《遺傳的分子基礎(chǔ)》的教學思考與探討

《遺傳的分子基礎(chǔ)》的教學思考與探討

北京師范大學附屬實驗中學 林祖榮

——本文載《生物學通報》2007年第2期

《遺傳的分子基礎(chǔ)》揭示了DNA是主要的遺傳物質(zhì)，以及遺傳物質(zhì)對遺傳信息的儲存、傳遞和表達?！哆z傳的細胞學基礎(chǔ)》是從細胞水平闡述遺傳的原理，本單元則從分子水平揭示遺傳的本質(zhì)，這兩個單元共同構(gòu)成了遺傳學的理論基礎(chǔ)。1 教學內(nèi)容與要求

課標規(guī)定的本單元的內(nèi)容包括:總結(jié)人類對遺傳物質(zhì)的探索過程；概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點；說明基因和遺傳信息的關(guān)系；概述DNA分子的復制；概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯?；顒咏ㄗh有兩項：搜集DNA分子結(jié)構(gòu)模型建立過程的資料，并進行討論和交流；制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。1）知識目標

“總結(jié)人類對遺傳物質(zhì)的探索過程”屬于應(yīng)用性的內(nèi)容。這部分內(nèi)容的教學不是要求學生記住對遺傳物質(zhì)探索過程的史實，而是通過對科學過程的分析領(lǐng)悟科學實驗的思想、方法、過程與價值。具體選擇哪些科學史實？肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗以及噬菌體侵染細菌的實驗是兩個經(jīng)典實驗，應(yīng)該進行具體的分析。煙草花葉病毒感染煙葉的實驗主要用于說明RNA也可以作為遺傳物質(zhì)，在實驗設(shè)計的思想與方法上與DNA是遺傳物質(zhì)的實驗是類似的，因此可以從簡些。具體目標包括：①分析肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗及噬菌體侵染細菌的實驗，證明DNA是遺傳物質(zhì)；②分析煙草花葉病毒侵染煙草的實驗，證明RNA也是遺傳物質(zhì)；③總結(jié)遺傳物質(zhì)的共同特征；④評價人類探索遺傳物質(zhì)的實驗設(shè)計思想與方法。

“概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點”屬于理解水平。只有明確DNA的結(jié)構(gòu)特點，才能理解DNA對遺傳信息的貯存、傳遞與表達等基本功能。要明確DNA的結(jié)構(gòu)特點，首先應(yīng)掌握DNA的結(jié)構(gòu)及化學組成，具體目標包括：①概述DNA的元素組成、基本組成物質(zhì)、結(jié)構(gòu)單位、一級結(jié)構(gòu)，以及沃森-克里克提出的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的基本論點；②說明DNA分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、特異性和多樣性。

“說明基因和遺傳信息的關(guān)系”屬于理解水平。本單元的核心內(nèi)容是闡明基因概念，即從基因與性狀的關(guān)系上說明基因是控制性狀遺傳的基本單位，從基因與染色體的關(guān)系上說明基因的存在部位及方式，從基因與DNA的關(guān)系上說明基因的化學本質(zhì)，從功能上揭示基因中蘊涵著特定的遺傳信息。具體目標包括：①舉例說明基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段；②說明基因與遺傳信息的關(guān)系。

“概述DNA分子的復制”也屬于理解水平。DNA通過自我復制將遺傳信息從親代傳遞到子代，從而保持親子之間的連續(xù)性。具體教學目標為：①概述DNA的復制場所、時間和過程，②說明DNA復制的條件、分子基礎(chǔ)和特點，③揭示DNA復制的實質(zhì)及意義。

“概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯”仍然是理解水平。在子代的個體發(fā)育階段，基因控制蛋白質(zhì)合成的轉(zhuǎn)錄與翻譯過程，從而使遺傳信息得以通過性狀而表達。具體目標為：①區(qū)別遺傳信息轉(zhuǎn)錄的場所、模板、過程、結(jié)果與條件；②說明翻譯過程是信使RNA、轉(zhuǎn)運RNA、核糖體三者之間協(xié)同作用的結(jié)果；③DNA分子的堿基序列與蛋白質(zhì)分子的氨基酸序列之間的對應(yīng)關(guān)系上分析說明遺傳密碼的構(gòu)成方式；③解說中心法則的論點和意義。④舉例說明基因?qū)ι镄誀畹目刂谱饔谩?）情感態(tài)度與價值觀目標

本單元蘊含了豐富的情感態(tài)度價值觀的內(nèi)容。課標在《遺傳與進化》模塊中提出了要“體驗科學家探索生物生殖、遺傳和進化奧秘的過程”，在具體內(nèi)容標準中列出了應(yīng)用層次的“總結(jié)人類對遺傳物質(zhì)的探索過程”的要求，可見通過生物科學史組織教學應(yīng)該是本模塊的基本要求。從人類對遺傳物質(zhì)的探索過程中，可以領(lǐng)悟人們對科學的認識是不斷的深化與發(fā)展的；從肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗、噬菌體侵染細菌的實驗以及DNA半保留復制等實驗中，可以體會從實驗材料的選擇、研究思路的確定、技術(shù)手段的進步對研究過程所起的作用；從DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模的構(gòu)建過程，可以看到不同學科的交叉與滲透以及合作在科學研究中的重要性。通過完美的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，可以從分子水平領(lǐng)悟DNA分子之美，從復制、轉(zhuǎn)錄與翻譯等過程，可以體驗遺傳信息的傳遞與表達過程中的和諧之美；從遺傳密碼可以感悟生物界多樣性與共同性的統(tǒng)一。3）能力目標

課標建議活動“搜集DNA分子結(jié)構(gòu)模型建立過程的資料，并進行討論和交流”，應(yīng)該盡量讓學生自己去搜集相關(guān)的資料，這對于學生搜集、甄別、處理信息能力的培養(yǎng)是十分有幫助的。建議活動“制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”是要學生動手制作模型，要通過這一活動讓學生體會模型構(gòu)建在科學研究中的應(yīng)用，同時培養(yǎng)空間想象能力及動手操作的能力。除了這兩個活動外，本單元可以安排的探究活動是非常多的，這些活動分別可以從不同的方面培養(yǎng)學生的能力。如運用分析與推理的方法說明遺傳物質(zhì)應(yīng)該具備的條件及DNA具備作為遺傳物質(zhì)的條件；嘗試運用數(shù)學的方法分析遺傳信息的多樣性、堿基與氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系等相關(guān)問題；用假說-邏輯推理的方法探究DNA的復制過程；用資料分析與推理的方法分析遺傳信息的轉(zhuǎn)錄與翻譯過程等等。2 對教學的幾點思考

根據(jù)本單元的教學目標及內(nèi)容特點，筆者以為以下幾個方面值得關(guān)注： 1）充分發(fā)揮科學史的作用。生物學是一門自然科學，知識的結(jié)論都是通過觀察與實驗得出或驗證的。本單元有著許多經(jīng)典的科學實驗，如肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗，噬菌體侵染細菌的實驗，煙草花葉病毒侵染煙葉的實驗，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，DNA的半保留復制的證明實驗，遺傳密碼的破譯實驗等等。通過這些經(jīng)典科學實驗分析與體驗，不僅要讓學生獲得科學知識，更應(yīng)通過這些實驗發(fā)展學生的科學探究能力，培養(yǎng)學生質(zhì)疑、求實、創(chuàng)新及勇于實驗的科學精神和科學態(tài)度。

如何運用好這些經(jīng)典的實驗素材呢？方法可以是多種多樣的，教學中要依據(jù)教學目標、教學對象等因素的不同而確定。例如噬菌體侵染細菌的實驗可組織如下的教學：

步驟一：提供背景資料。通過投影或視頻介紹噬菌體以及噬菌體侵染細菌的過程，讓學生明確在噬菌體侵染細菌的過程中，DNA進入了細菌細胞內(nèi)，而蛋白質(zhì)的外殼留在了細胞外。

步驟二：引發(fā)思考與討論：

問題1：根據(jù)這個實驗你能得出什么結(jié)論？為什么？

問題2：細菌和病毒那么小，用肉眼是無法觀察到的，那么科學家怎么知道DNA進入到了細菌細胞內(nèi)，而蛋白質(zhì)沒有進入的呢？ 問題3：用同位素標記什么元素？

問題4（如果學生無法回答問題3）：科學用32P和35S分別標記了噬菌體的DNA中的P和蛋白質(zhì)中的S，為什么選擇標記這兩種元素呢？ 問題5： 用什么辦法才能使噬菌體標記上同位素呢？

問題6：用含有同位素標記的噬菌體去侵染不含同位素標記的細菌，結(jié)果將會是如何？

問題7：在培養(yǎng)液中我們沒有辦法直接看到32P位于細菌內(nèi)，35S位于細菌之外的，有什么辦法能夠知道呢？

步驟三：歸納總結(jié)。通過圖示或CAI回顧總結(jié)噬菌體侵染細菌的實驗過程，并作如下歸納： ①標記噬菌體

含 35S的培養(yǎng)基 含 35S的細菌 蛋白質(zhì)外殼含35S的T2噬菌體

含 32P的培養(yǎng)基 含32P的細菌 內(nèi)部DNA含32P的T2噬菌體 ②噬菌體侵染細菌

組別 被標記的噬菌體 被侵染細菌 處理 實驗結(jié)果 成分 1 含35S的 T2噬菌體 未標記 的細菌 攪拌

離心 上清液放射性很高 主要是噬菌體外殼

沉淀物放射性很低 主要是細菌 2 含 32P的 T2噬菌體 未標記 的細菌 攪拌

離心 上清液放射性很低 主要是噬菌體外殼

沉淀物放射性很高 主要是細菌 ③原理與結(jié)論

親代噬菌體 寄主細胞內(nèi) 子代噬菌體 實驗結(jié)論

32P標記DNA 有32P標記DNA DNA有32P標記 DNA分子具有連續(xù)性，是遺傳物質(zhì)

35S標記蛋白質(zhì) 無35S標記蛋白質(zhì) 外塹鞍字飾?5S標記 步驟四：深化討論：

問題1．科學家選用噬菌體侵染細菌的實驗來證明DNA是遺傳物質(zhì)，你認為有什么巧妙之處？這一實驗與肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗在實驗設(shè)計的思想與方法上有什么共同之處？

問題2．同位素的標記還可以用于哪些類型的研究？

2）注重演繹、推理的運用。在科學發(fā)現(xiàn)過程中，與觀察、實驗法一樣，演繹與推理也是科學發(fā)現(xiàn)的重要方法。課標也明確提出了《遺傳與變異》教學應(yīng)讓學生領(lǐng)悟假說與演繹在科學研究中的作用的要求。在本單元的教學中，許多內(nèi)容是適宜組織學生進行演繹與推理的，如遺傳物質(zhì)應(yīng)該具備的條件，可從自然界生命現(xiàn)象的特點入手進行分析推理；DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型可以科學家相關(guān)的實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)為資料，引導學生去分析推理。下面重點以DNA半保留復制證明為例，說明演繹與推理在教學中的應(yīng)用。

步驟一：作出假設(shè)。要求學生根據(jù)已有DNA結(jié)構(gòu)等方面的知識對DNA可能的復制作出猜測，并對所猜測的復制方式作簡要的描述。

步驟二：分析推演。告訴學生，科學家已證實，DNA是一種半保留式的復制。問題1：從理論上作出推演，如果是半保留復制，親代的DNA分子復制后得到的第一代DNA和第二代DNA的組成是怎么樣的？

問題2：你如何識別DNA中的哪一條鏈是母鏈哪一條是子鏈呢？（啟發(fā)學生采用同位素標記的方法。）

問題3：你準備用同位素標記哪種物質(zhì)？哪種元素？

問題4：如果原DNA是15N的，原料是14N的，那么請推演復制后的第一代DNA與第二代DNA中N的情況如何？用圖解表示出來。

問題5：根據(jù)分析第一代的每條DNA都是一條鏈含有15N，另一條鏈含有14N的（表示為15N/14N—DNA）；第二代的DNA中有一半是14N/14N-DNA，另一半為15N/14N-DNA。但我們是看不出DNA分子的，有什么辦法我們可以知道這一結(jié)論呢？

（引導學生考慮同位素除了放射性不同外，還有哪些性質(zhì)。啟發(fā)學生明確同位素的質(zhì)量也是不相同的。）

問題6：根據(jù)同位素質(zhì)量的不同，你有什么辦法可以區(qū)別不同同位素標記的DNA呢？

問題7：如果對每一代的DNA進行離心分離，推演實驗的結(jié)果會是怎樣的呢？ 最后向?qū)W生介紹科學家所做的具體實驗，并分析討論DNA半保留復制的具體過程。

3）重視模型的構(gòu)建與運用。模型構(gòu)建是自然科學研究中的一種常用方法。在現(xiàn)代生物科學研究中，模型方法被廣泛運用。模型方法也被引入新課標中。在生物科學學習中，模型提供觀念和印象，是非常吸引學生的生動的感性材料，是學生知識結(jié)構(gòu)的重要組成部分。本單元的兩個建議活動都是與模型構(gòu)建相關(guān)的，教學中要切實加以落實。

例如，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，教學中可以采取以下步驟：

步驟一：資料搜集。課前由學生搜集DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建的相關(guān)資料，為課上進行交流與討論作為準備。

步驟二：模型討論。圍繞模型構(gòu)建過程的相關(guān)資料，提出問題讓學生進行分析討論，如：①哪些資料支持DNA是雙鏈的結(jié)構(gòu)？②哪些資料支持DNA堿基間的配對是嘌呤與嘧啶？哪些支持A與T配對，G與C配對？③哪些觀點支持磷酸與核糖的骨架在螺旋的外部，堿基對在螺旋的內(nèi)部？④DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建運用到了哪些學科的知識與方法？有哪些科學家為此作出了貢獻？能夠給你哪些方面的啟迪？等等。

步驟三：模型構(gòu)建。學生自己動手構(gòu)建模型。

對于條件有限，學生搜集資料有困難的學校，也可由教師搜集并提供資料給學生進行討論。例如，提供不同生物DNA堿基組成的材料以及嘌呤與嘧啶的分子結(jié)構(gòu)資料，讓學生分析堿基之間的數(shù)量關(guān)系，進而推測堿基間的可能配對關(guān)系等。4）重視直觀教學手段的運用。本單元是內(nèi)容復雜抽象，運用現(xiàn)代化的多媒體教學手段輔助教學，能充分體現(xiàn)多媒體手段的優(yōu)勢，化微觀為宏觀，化靜止為動態(tài)。如DNA的復制過程，基因控制蛋白質(zhì)的合成過程等，如果能制作或有選用一些多媒體動畫，對促進學生理解知識知識，突破難點，提高教學質(zhì)量是十分有益的。但要注意避免將知識的理解作為唯一的目標追求，用多媒體的手段替代學生活動過程及思維過程的做法。

如何運用多媒體組織教學，要依據(jù)教學目標、教學內(nèi)容及教學對象的具體情況來確定。如噬菌體的結(jié)構(gòu)，屬于陳述性內(nèi)容，而且了解其結(jié)構(gòu)的目的是服務(wù)于對噬菌體侵染細菌的過程的理解，其結(jié)構(gòu)的掌握本身并不是教學需要達成的目標，因此可通過幻燈片直接向?qū)W生介紹；噬菌體侵染細菌過程的也只是為了服務(wù)于DNA是遺傳物質(zhì)的實驗證明的，因此也可以直接向?qū)W生展示侵染過程的動畫。但DNA的半保留復制，就必須在學生充分分析推理探究的基礎(chǔ)上再展示，其展示的目標在于進一步印證自己的分析推斷，并加深對這一知識的理解。同樣蛋白質(zhì)的合成過程也不宜直接通過多媒體向?qū)W生展示其過程，媒體的使用宜用來提供學生分析推理的情境與資料，以及證明學生分析推理的結(jié)論，否則學生就失去了親歷探究的過程，思維訓練被弱化，也就背離了課標的要求。

第四篇：高中生物必修1分子與細胞教學案

高中生物必修①《分子與細胞》教學案

【課 題】第3章細胞的基本結(jié)構(gòu) 第3課時細胞器——系統(tǒng)內(nèi)的分工合作

（二）【本節(jié)聚焦】

1、細胞器之間的協(xié)調(diào)配合

2、生物膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能 【知識結(jié)構(gòu)】

【自主學習】

1.分泌蛋白的合成和運輸：

分泌蛋白是指在 合成，但是分泌到 起作用的蛋白質(zhì)。此過程所采取的研究方法：。分析各細胞器在分泌蛋白的合成和運輸中所起的作用：

核糖體：，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)： ,高爾基體：，線粒體： 2.生物膜系統(tǒng)包括：細胞膜，核膜，細胞器膜

（雙層膜：，單層膜：，，）這些膜的 和 很相似，在 和 緊密聯(lián)系。3.生物膜系統(tǒng)在細胞生命活動中所起的作用： ① ； ② ；③ ； 【合作探究】

1.屏幕顯示細胞的亞顯微結(jié)構(gòu).并設(shè)計如下問題:(1).細胞內(nèi)有哪些細胞器?各有什么功能?(2).蛋白質(zhì)的合成場所是什么?(3).核糖體有哪幾種存在形式?引導思考這兩種類型的核糖體所合成的蛋白質(zhì)有何不同呢? 引出分泌蛋白的概念,研究所采取的方法是同位素標記法.閱讀資料分析: 回答課本問題

2.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(jié)構(gòu)決定的.屏幕展示細胞的亞顯微結(jié)構(gòu).并設(shè)計下列問題:(1).具有單層膜的細胞結(jié)構(gòu)有哪些?(2).具有雙層膜的細胞結(jié)構(gòu)有哪些?(3).細胞膜的化學成分是怎樣的? 結(jié)構(gòu)如何? 引出生物膜系統(tǒng)的概念.3.這些生物膜在結(jié)構(gòu)上有什么聯(lián)系呢? 結(jié)合圖3-9 分析內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與細胞膜、核膜直接聯(lián)系.通過剛才對各細胞器之間的協(xié)調(diào)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“囊泡“以“出芽”，“突起”等形式相互融合。表現(xiàn)為生物膜之間的間接聯(lián)系。最后分析細胞內(nèi)的生物膜系統(tǒng)在細胞的生命活動中起著什么作用呢？ 【規(guī)律總結(jié)】

1、細胞的生物膜系統(tǒng)的概念(分析生物膜的成分和結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)和功能上的緊密聯(lián)系)

2、通過分泌蛋白的合成和運輸實例,理解細胞的生物膜系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上都是一個緊密聯(lián)系的統(tǒng)一整體.3、細胞的生物膜系統(tǒng)的作用 【典題討論】

1.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與核膜、細胞膜相連，這種結(jié)構(gòu)特點表明內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的重要功能之一是()A.擴展細胞內(nèi)膜，有利于酶的附著 B.提供細胞內(nèi)物質(zhì)運輸?shù)耐ǖ?C.提供核糖體附著的支架 D.參與細胞內(nèi)某些代謝反應(yīng)

[精析]題中所闡述的結(jié)構(gòu)特點分析，表達的是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)重要的功能之一提供細胞內(nèi)物質(zhì)運輸?shù)耐ǖ馈＠缂毎麅?nèi)合成的胰島素、抗體、血漿蛋白、各種消化酶等各種分泌蛋白，就是從這些膜構(gòu)成的管道內(nèi)通過，運輸?shù)礁郀柣w，經(jīng)加工包裝后再分泌到細胞外。[答案] B 2.體現(xiàn)各生物膜在結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系，以“出芽”方式進行的是（）

A．核膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜 B．內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和細胞膜 C．細胞膜和高爾基體膜 D．細胞膜和線粒體膜 [精析] 本題從以下幾方面分析：①各種生物膜在結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系分為直接聯(lián)系和間接聯(lián)系兩種方式；②內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與核膜和細胞膜可直接相連，能直接相互轉(zhuǎn)變而成，不需小泡作中介；③內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜、細胞膜之間不直接相連，需要以“出芽”的形式形成小泡.[答案] C 3.從某腺體的細胞中，提取出附著有核糖體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，放入含有放射性標記的氨基酸的培養(yǎng)液中。培養(yǎng)液中含有核糖體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)完成其功能所需的物質(zhì)和條件。很快連續(xù)取樣，并分離核糖體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。測定標記的氨基酸出現(xiàn)在核糖體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的情況，結(jié)果如下圖所示。請回答：

(1)放射性氨基酸首先在核糖體上大量積累，最可能的解釋是_______________。

(2)放射性氨基酸繼在核糖體上積累之后，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中也出現(xiàn)，且數(shù)量不斷增多，最可能的解釋是___。(3)實驗中，培養(yǎng)液相當于細胞中的_________。

解析：核糖體是細胞內(nèi)將氨基酸合成蛋白質(zhì)的場所，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白質(zhì)的運輸通道。分析：在細胞內(nèi)，游離的氨基酸應(yīng)先進入核糖體，在核糖體內(nèi)合成蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)合成后進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運輸。整個實驗過程中，培養(yǎng)液相當于細胞質(zhì)基質(zhì).答案：(1)核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所(2)蛋白質(zhì)進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中(3)細胞質(zhì)基質(zhì) 【課堂鞏固】

1.下列哪種物質(zhì)不是分泌蛋白（）A．抗體 B．血紅蛋白 C．血漿蛋白 D．生長激素

2.分泌蛋白在附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中合成之后，其運輸?shù)姆较蚴?)A．內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→細胞膜→高爾基體 B.高爾基體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→細胞膜 C．內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→細胞膜 D.細胞膜→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體 3.下列有關(guān)生物膜的敘述，正確的是（）（多選）A．各種生物膜的化學組成和結(jié)構(gòu)完全相同

B．不同種細胞器或細胞結(jié)構(gòu)的生物膜之間的可以相互轉(zhuǎn)變的

C．生物膜的研究已經(jīng)深入到分子水平

D．細胞內(nèi)的生物膜既各司其職，又相互協(xié)作，共同完成細胞的生理功能 4.如圖4－1－4所示為某動物細胞結(jié)構(gòu)示意圖，如果在一定時間內(nèi)，讓該細胞吸收放射性同位素標記的氨基酸，請回答下列問題：

(1).放射性同位素將依次出現(xiàn)在圖中的哪些部位（用圖中號碼表示）(2).圖上方的黑圓點首先是附著在[ ] 上的 [ ] 合成的 類物質(zhì)。(3).它是由[ ] 再加工后形成的。(4).該系列過程需要[ ] 提供動力。【課后檢測】 一．單項選擇題

1．組成生物膜系統(tǒng)的生物膜是指()A、在結(jié)構(gòu)上具有直接相連的生物膜 B、細胞內(nèi)所有的生物膜 C、具有單層膜結(jié)構(gòu)的細胞器 D、具有雙層膜的細胞器 2.生物膜在結(jié)構(gòu)上沒有直接相連的是()A．內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與外層核膜

B．內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與細胞膜 C．高爾基體膜與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜

D．內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與線粒體外膜 3.下列有關(guān)生物膜轉(zhuǎn)化的敘述中，正確的是（）A．生物膜的功能特性是膜之間轉(zhuǎn)化的前提條件

B．一種膜結(jié)構(gòu)的膜成為另一種膜結(jié)構(gòu)的一部分與膜的流動性無關(guān)

C．任意兩個膜結(jié)構(gòu)之間的膜可以互相轉(zhuǎn)變 D．囊泡成為具膜結(jié)構(gòu)的一部分要靠膜融合 4.牛奶中含有乳球蛋白和酪蛋白等物質(zhì)，在奶牛的形成過程中，與上述物質(zhì)的合成和分泌有密切關(guān)系的細胞結(jié)構(gòu)是（）

A．核糖體、線粒體、中心體、染色體 B．線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、核膜 C．核糖體、線粒體、質(zhì)體、高爾基體 D．線粒體、核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體 5.在處理污水時，人們設(shè)計出一種膜結(jié)構(gòu)，將有毒重金屬離子阻擋在膜的一側(cè)，以降低 有毒重金屬對水的污染，這是模擬了生物膜的()A.自由擴散功能 B．流動性 C.主動運輸功能 D．選擇透過性 6．把胰腺細胞培養(yǎng)在含某種氨基酸（用放射性同位素標記）的培養(yǎng)基中，最后測得細胞分．．．泌帶有放射性的胰島素。如果用儀器追蹤上述過程中放射性同位素在細胞內(nèi)出現(xiàn)的先后順序，最可能是()①線粒體 ②核糖體 ③中心體 ④染色體 ⑤高爾基體 ⑥細胞膜 ⑦細胞核 A.①③④⑦⑥ B.⑥②⑤⑥ C.②③⑦④⑤ D.⑥②⑦④⑤ 二.多項選擇題

7.若右圖為小鼠某種淋巴細胞，下列分析中正確的是()A．該細胞分泌的物質(zhì)可能是具有免疫功能的抗體 B．圖示物質(zhì)運輸、分泌過程與線粒體有關(guān) C．圖中可見細胞內(nèi)生物膜在結(jié)構(gòu)上具有連續(xù)性 D．分泌蛋白通過胞吐方式排出細胞外

8.下列哪一項對于線粒體高效、有序完成其功能有意義()A．封閉雙層膜結(jié)構(gòu)，化學反應(yīng)不受干擾 B.線粒體呈棒狀 C．有內(nèi)膜形成嵴，增大膜面積

D.含有許多有關(guān)的酶 三．簡答題：

9.下表是某種動物細胞內(nèi)的幾種膜結(jié)構(gòu)的化學成分表，請據(jù)此回答：

(1)表中的膜在結(jié)構(gòu)上具有直接聯(lián)系的是_________，只有在合成旺盛的細胞中才有直接聯(lián)系的膜結(jié)構(gòu)是______.(2)表中正常細胞膜物質(zhì)含量的差別說明細胞膜具有的不同于其他膜的功能是_______.(3)癌細胞膜與正常細胞膜比較，膜的組成成分的差別是______，這樣癌細胞膜與正常細胞膜在功能上的差別是______.10.科學工作者用綠色和紅色熒光染料，分別標記人和鼠的細胞膜上的蛋白質(zhì)，然后將兩個細胞融合成一個細胞。起初，一半膜發(fā)綠色熒光，另一半膜發(fā)紅色熒光。一段時間后，兩種顏色的熒光均勻分布如右圖

（1）該實驗結(jié)果說明細胞膜，這是因為。

（2）若兩個細胞融合成一個細胞后，將融合細胞置于0℃條件下保持40分鐘，則融合細胞仍是一半膜發(fā)綠色熒光，另一半膜發(fā)紅色熒光，這說明。課堂鞏固答案：

1.B 2.C 3.BCD 4.（1）④→⑤→③→②→①

（2）5 內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 4 核糖體 蛋白質(zhì)（3）3 高爾基體（4）6 線粒體 課后檢測答案: 1.B 2.C 3.D 4.B 5.D 6.B 7.ABCD 8.ACD 9.(1)細胞膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和線粒體膜(2)識別和信息傳遞(3)糖 細胞之間的黏著性減少

10.（1）具有一定的流動性 細胞磷脂分子和蛋白質(zhì)分子大都是可以運動的

（2）細胞膜的流動性受溫度影響，在低溫條件下，磷脂分子和蛋白質(zhì)分子的運動受到抑制

第五篇：高中生物必修一“分子與細胞”模塊“細胞的結(jié)構(gòu)”教學研究)作業(yè)

教學流程

設(shè)問引入→“問題探討”→體驗“生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程”→闡述“流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容”

（一）情景創(chuàng)設(shè)

教師：同學們，在前面我們制作真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型中，遇到過用什么材料做細胞膜的問題，現(xiàn)在有三種材料：塑料袋、普通布和彈力布，你選用哪種材料呢？為什么？

學生：細胞膜很薄，是細胞這個生命系統(tǒng)的邊界。

學生：細胞膜是選擇透過性膜，能夠控制物質(zhì)的進出，讓一部分物質(zhì)通過，其他物質(zhì)不能通過。學生：植物細胞質(zhì)壁分離和復原的實驗告訴我們，細胞能夠在一定范圍內(nèi)脹大和縮小，說明細胞膜具有一定的彈性。

學生：塑料袋只能滿足作為系統(tǒng)邊界的要求，普通布能夠滿足系統(tǒng)的邊界和讓一部分物質(zhì)透過這兩項功能的要求，只有彈力布能夠滿足前面提到的三項功能的要求。

教師：大家進行選擇的依據(jù)是利用了細胞膜的功能，這體現(xiàn)了什么樣的生物學思想呢？ 學生：生物體結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的思想。

教師：實際上，彈力布也并不能完全代替生物膜。要找到更好的材料，我們還需要對細胞膜的結(jié)構(gòu)有更深的認識。

（二）師生互動

1、對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程

教師：人們對事物的認識是有一個過程的，科學家當年正是懷著對物質(zhì)跨膜運輸現(xiàn)象產(chǎn)生的疑問，開始了對生物膜結(jié)構(gòu)的孜孜以求地探索，歷經(jīng)了一百多年時間，走過了一條曲折的道路，直到現(xiàn)在仍有許多科學家在繼續(xù)深入研究。讓我們一起重溫一下這段歷史，會讓大家對科學過程和本質(zhì)的理解有所啟發(fā)。我想讓大家穿過時空隧道，回到一百多年前，假想一下：如果你是當時的一位科學家，你會怎樣去研究細胞膜的結(jié)構(gòu)？（提示學生，引導他們明白限于當時的技術(shù)條件，還不能親眼看到生物膜，無法想像它的結(jié)構(gòu)是什么樣的，通過什么辦法進行第一步的探究呢？引導學生看教材后明白當時科學家是從生理功能入手來探究的，通過實驗觀察，科學家才有嚴謹?shù)耐评?，提出膜是由脂質(zhì)組成這一假說，提示學生作出科學探究過程中作出假設(shè)后的步驟是什么（通過實驗來驗證假設(shè)），從而進入下面的學習。

學生：可以從現(xiàn)象入手，去進行推測。

教師：這就是生物學研究上常用的一種科學方法——假說法。這也是我們今天探究生物膜的結(jié)構(gòu)的一個重要的方法，下面，就讓我們沿著科學家的足跡，和科學家一起來研究這個問題。

問題（1）：探究細胞膜的組成成分是什么？ 展示材料①：歐文頓的實驗及其相關(guān)的圖片

時間：19世紀末 1895年 人物：歐文頓（E.Overton）

實驗：用500多種化學物質(zhì)對植物細胞的通透性進行過上萬次的實驗，發(fā)現(xiàn)細胞膜對不同物質(zhì)的通透性是不一樣的：凡可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，比不能溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細胞膜進入細胞。

教師：根據(jù)實驗，你能提出什么假說？ 學生：提出假說：膜是由脂質(zhì)構(gòu)成的。

教師：在得出結(jié)論之后，還有沒有必要對膜的成分進行提取、分離和鑒定呢？ 學生：有必要，通過鑒定能更準確地說明問題。

教師：那為什么一開始不直接對膜的成分進行提取、分離和鑒定呢？ 學生：當時的技術(shù)不能實現(xiàn)。教師：這說明什么問題呢？

學生：這說明技術(shù)對科學研究的重要作用。

教師：直至20世紀初，科學家才能第一次將細胞膜從哺乳動物紅細胞中分離出來，化學分析表明，膜的主要成分的確是磷脂和蛋白質(zhì)。從而以實驗說明了歐文頓的假說是成立的。也就是說假說是在實驗與觀察的基礎(chǔ)上提出來的，同時又需要更進一步的實驗來證明。

問題（2）：探究這些物質(zhì)是如何組成膜的？

出示資料②：1917年歐文·朗繆爾將提取的膜質(zhì)鋪展在水盤的水面上，發(fā)現(xiàn)脂在水面上形成一薄層，單脂層親水的頭朝向水面，疏水的尾背離水面。于是他提出：磷脂分子是一種由甘油、脂肪酸和磷酸所組成的分子，結(jié)構(gòu)既有疏水基團（尾部），又有親水基團（頭部）。因為磷脂分子的“頭部”親水，所以在水—空氣界面上磷脂分子是“頭部”向下與水面接觸，尾部則朝向空氣一面。這樣磷脂分子可以在空氣和水的界面上展開為一層。

教師：大家分組討論，利用手中的磷脂分子模型擺出下面兩種情況下磷脂的分布情況①在空氣-水界面上②完全浸沒在水中

學生：小組代表上黑板演示

展示材料③：戈特 和格倫德對血影的研究 時間：1925年

人物：荷蘭科學家Gorter和Grendel 實驗：兩位科學分離純化了紅細胞，從一定數(shù)量的紅細胞中抽提脂類，按Langmuir的方法進行展層，并比較展層后的脂單層的面積和根據(jù)體積所推算的總面積，發(fā)現(xiàn)提取的脂鋪展后所測的面積同實際測量的紅細胞的表面積之比為（1.8～2.2）∶1，約為兩倍。

教師：假如你是當時的科學家，當你做實驗時發(fā)現(xiàn)單分子的磷脂分子正好是紅細胞的兩倍時，大膽地展開你的想象力，你能做出什么假說？

學生：細胞膜中的磷脂是兩層的。

教師：那這兩層磷脂分子在細胞中又是怎樣排布的呢？再分小組討論、利用你手中的模型擺出來吧。學生：分組討論，共可有六種排布方式，并提出細胞膜應(yīng)兩面都處于水環(huán)境中，所以討論得到正確的排布方式。

問題（3）：那蛋白質(zhì)和磷脂的位置關(guān)系又是如何的呢？ 展示材料④：羅伯特森的單位膜模型 時間：1959年

人物：J.D.Robertson羅伯特森

實驗：用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細胞膜照片，顯示暗—明—暗三層結(jié)構(gòu)，厚約7.5 nm，它由厚約3.5 nm的雙層脂質(zhì)分子和內(nèi)外表面各為厚約2 nm的蛋白質(zhì)構(gòu)成。

提出假說：連續(xù)的脂質(zhì)雙分子層組成膜的主體，磷脂的非極性端朝向膜內(nèi)側(cè)，極性端朝向膜外兩側(cè)，蛋白質(zhì)以單層肽鏈的厚度，通過靜電作用與磷脂極性端相結(jié)合，從而形成蛋白質(zhì)—磷脂—蛋白質(zhì)的三層結(jié)構(gòu)，稱之為單位膜。他提出真核細胞與原核細胞具有相同的膜結(jié)構(gòu)。單位膜模型的主要不足在于：把生物膜的結(jié)構(gòu)描述成靜止的、不變的，這顯然與膜功能的多樣性相矛盾。

單位膜結(jié)構(gòu)模型繼承了前人的有關(guān)結(jié)論，又成功地利用了先進的電子顯微鏡的觀察結(jié)果作為證據(jù)。但是他將生物膜描述為靜態(tài)的剛性的結(jié)構(gòu)，這一點很快又被新的技術(shù)手段下的實驗所否定。

問題（4）：有什么證據(jù)證明細胞膜中的物質(zhì)不是靜態(tài)的呢？

教師放映變形蟲的變形運動、白細胞吞噬病原體、細胞分裂的動畫，讓學生從感性上認識膜不是剛性結(jié)構(gòu)。展示材料⑤：熒光標記小鼠細胞和人細胞融合實驗

時間：1970年 人物：Larry Frye等

實驗：將人和鼠的細胞膜用不同熒光抗體標記后，讓兩種細胞融合，雜種細胞一半發(fā)紅色熒光、另一半發(fā)綠色熒光，放置一段時間后發(fā)現(xiàn)兩種熒光抗體均勻分布。

提出假說：細胞膜具有流動性。

教師：很好，在繼承前人的結(jié)論基礎(chǔ)上，結(jié)合新的觀察和實驗證據(jù)，又有科學家提出一些關(guān)于生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型。其中1972年桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）提出的流動鑲嵌模型為大多數(shù)人所接受。

好，學到這里，縱觀整個人們對建立生物膜模型的探索過程，我們有些話題想讓大家思考討論。以討論小組的形式開展課堂討論交流。

（1）生物膜的流動鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？請說說你的看法。

學生：生物膜的流動鑲嵌模型不可能完美無缺。人類對自然界的認識永無止境，隨著實驗技術(shù)的不斷創(chuàng)新和改進，對膜的研究將更加細致入微，對膜結(jié)構(gòu)的進一步認識將能更完善地解釋細胞膜的各種功能，不斷完善和發(fā)展流動鑲嵌模型。的確，流動鑲嵌模型是目前人們普遍認同的，但它無法完美地回答生物膜的所有功能。所以后來不斷提出一些新的模型，如Wallach于1975年提出晶格鑲嵌模型；Jain和White于1977年提出板塊鑲嵌模型等，迄今為止，已提出的生物膜結(jié)構(gòu)模型達幾十種之多，生物膜的結(jié)構(gòu)模型雖然有很多種，但被廣泛接受的結(jié)構(gòu)模型基本內(nèi)容是趨向一致的。其要點和特點基本相同，主要包括膜的分子組成和結(jié)構(gòu)特征。

（2）縱觀整個人們對建立生物膜模型的探索過程，你能談?wù)剬嶒灱夹g(shù)的進步起到怎樣的作用？ 學生：在建立生物膜模型的過程中，實驗技術(shù)的進步起到了關(guān)鍵性的推動作用。如血影的制取和化學成分的鑒定技術(shù)使人們認識膜的化學組成；電子顯微鏡的誕生使人們終于看到了膜的存在；冰凍蝕刻技術(shù)和掃描電子顯微鏡技術(shù)使人們認識到膜的內(nèi)外兩側(cè)并不對稱；熒光標記小鼠細胞與人細胞的融合實驗又證明了膜的流動性等。沒有這些技術(shù)的支持，人類的認識便不能發(fā)展。

（3）分析生物膜模型的建立過程中，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)是如何得到體現(xiàn)的？

學生：在建立生物膜模型的過程中，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點始終引導人們不斷實踐、認識，再實踐、再認識；使人類一步步接近生物膜結(jié)構(gòu)的真相。例如，不同生物膜的功能是有差異的。在生命系統(tǒng)中，一般來說，功能的不同常伴隨著結(jié)構(gòu)的差異，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，這顯然與不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。還有，不同膜的厚度也不完全一樣。由此促進學者們重新研究脂質(zhì)和蛋白質(zhì)相互作用的問題。一些學者使用了更加先進的技術(shù)，運用紅外光譜等技術(shù)證明，膜蛋白主要為球形結(jié)構(gòu)。冰凍蝕刻電鏡技術(shù)又證明，脂雙層中分布有蛋白質(zhì)顆粒，這樣又發(fā)展了生物膜模型。生物膜中存在不同種類的蛋白質(zhì)，以及蛋白質(zhì)在生物膜中的不同分布情況，恰能較好地解釋不同結(jié)構(gòu)的生物膜具有不同的生理功能。

（4）分析生物膜模型的建立過程，你受到什么啟示？

學生：科學研究是要在實驗和觀察的基礎(chǔ)上，通過嚴謹?shù)耐评砗痛竽懙南胂?，提出假說，再通過實驗進一步地驗證假說。

學生：科學研究依賴于技術(shù)的進步，技術(shù)進步了，可以得到更多新的實驗數(shù)據(jù)。學生：科學發(fā)現(xiàn)的過程是一個長期的過程，涉及到許多科學家的辛勤工作。

學生：科學發(fā)現(xiàn)的過程不是一帆風順的，往往是在繼承的基礎(chǔ)上不斷驗證、修正和完善發(fā)展的。

學生：科學家的觀點并不全是真理，還必須通過實踐驗證；科學學說不是一成不變的，需要不斷完善。教師：那流動鑲嵌模型的具體內(nèi)容是如何的呢？

（1）磷脂雙分子層是生物膜的基本支架。其中磷脂分子的親水性頭部朝向兩側(cè)，疏水性的尾部相對朝向內(nèi)側(cè)。

（2）蛋白質(zhì)分子有的鑲嵌在磷脂雙分子層表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個磷脂雙分子層。這里體現(xiàn)了膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外的不對稱性。

（3）在細胞膜的外側(cè)，有一層由細胞膜上的蛋白質(zhì)與糖類結(jié)構(gòu)合形成的糖蛋白，叫做糖被。糖被與細胞識別、細胞間的信息交流有密切聯(lián)系。

（4）磷脂分子是可以運動的，具有流動性。大多數(shù)的蛋白質(zhì)也是可以運動的，也體現(xiàn)了膜的流動性。