資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 生物 年級 高一 學期 秋季
課題 人類對通道蛋白的探索歷程
教科書 書 名：《分子與細胞》教材 出版社：人民教育出版社
教學目標
1.通過回顧水通道蛋白的發現歷程，學習實驗設計的程序，提升實驗設計的能力。 2.通過視頻學習和查閱資料，建構通道蛋白的概念，比較水通道和離子通道的異同點。 3.通過對通道蛋白具體實例的討論，嘗試運用本節知識解決有關實際問題，培養社會責任。 4.通過回顧科學家的探究歷程，認識到技術的發展在科學研究中的作用，尊重科學且用發展的觀點看待科學，樹立辨證的科學觀。 5.通過對通道蛋白整個探索歷程的分析，深化結構與功能觀，提升科學思維與科學探究。
教學重難點
教學重點： 1. 水通道蛋白的探索歷程。
2. 通道蛋白的分類與特點。
教學難點： 1. 水通道蛋白的探索歷程。 2. 鉀離子通道蛋白的探索歷程。
教學過程
學習 任務教師活動學生活動設計意圖 情境導入引導學生思考：成年人每天產生的原尿大約是150L，但只有1.5L的終尿排出體外，大部分的水都被腎小管和集合管重吸收回血液循環。 提出問題：水分子快速大量被腎小管和集合管重吸收的原因？觀察一組圖片，信息獲?。核肿邮强梢钥焖偻ㄟ^細胞膜的。通過人體自身實例提升學生學習興趣。 任務一：探究水如何快速大量被腎小管和集合管重吸收？ 任務一：探究水如何快速大量被腎小管和集合管重吸收？ 任務一：探究水如何快速大量被腎小管和集合管重吸收？ 提出問題環節 資料1： 1950年后科學家多次對水分子等進行了細胞膜與人工膜的運輸速率比較實驗，圖示結果顯示： （1）相同點：甘油、O2、CO2在通過人工膜和細胞膜時的運輸速率相同。 （2）不同點：水分子通過細胞膜時的運輸速率高于人工膜。 資料2：
1895年歐文頓發現：溶于脂質的物質容易通過細胞膜，不溶于脂質的物質不容易通過細胞膜，后來證實是因為細胞膜的基本骨架為磷脂雙分子層。磷脂雙分子層內部的疏水端形成屏障，讓水溶性物質不易通過，但磷脂分子通過側向自由移動、翻轉運動等產生的空隙可以使比較小的分子通過，即便如此水分子穿過磷脂雙分子層的速率也比較緩慢，速率只有細胞膜的1/10。 引導學生根據資料2分析實驗1的結果。 小組討論分析實驗結果，回答任務單中一（1）的問題。 引導學生觀察圖表閱讀資料獲取信息的能力。提高解決問題的能力。 做出假說環節： 水分子通過磷脂雙分子層的疏水層很困難，那么大部分的水分子是通過什么途徑進入細胞的呢？ 引導學生比較人工膜與細胞膜的結構，作出推論：細胞膜上含有運輸水分子的通道蛋白質。 比較人工膜與細胞膜的結構，進行思考、推論。 按照結構決定功能的思路引出推論，強化結構與功能觀。 驗證假說環節 資料3： 1988年美國科學家阿格雷成功地從吸水能力很強的紅細胞和腎小管細胞中分離出一種未知功能的膜蛋白CHIP28 ，推測：這就是“水通道蛋白”。 實驗設計1： 探究CHIP28是否可以幫助水分進入爪蟾卵母細胞？ 實驗材料：爪蟾卵母細胞（細胞膜上不含CHIP28 ），含有 CHIP28的爪蟾卵母細胞（注入CHIP28的mRNA使 CHIP28表達的非洲爪蟾卵母細胞）、低滲溶液等。 引導學生重走阿格雷的實驗探究之路，進行實驗設計1。 再根據實驗結果引導學生得出實驗結論。 實驗設計2：探究CHIP28單獨存在是否能幫助水分子進入脂質體？ 實驗材料：人工脂質體 CHIP28 低滲溶液 引導學生進行實驗設計2，預期實驗結果和結論。 實驗設計3：用Hg+（水通道抑制劑）處理含CHIP28的爪蟾卵母細胞和脂質體 引導學生分析實驗結果得出結論。 分析實驗設計1的目的和材料，進行實驗設計1，完成任務單中的一（2）的表格，并預期實驗結果和結論。 分析實驗設計2的目的和材料，進行實驗設計2，完成任務單中的一（3）的表格，并預期實驗結果和結論。 分析4組實驗結果，得出結論。 提高學生設計實驗的能力，培養科學探究和科學思維。得出結論環節： CHIP28蛋白命名為AQP1，被確立為水通道蛋白。 水通道為連續開放的通道，只允許水分子通過，是由4個相同的亞基組成的四聚體，每個亞基單獨形成一個供水分子運動的中央孔，所以水通道又被稱為水孔。 思考、觀察、記錄。該概念是對課本正文學習的有效補充。回扣問題情境： 探究水如何快速大量被腎小管和集合管重吸收？ 學生回答，老師補充。針對前面的環節進行回顧，對問題做出有效思考和回答。提升學生釋疑解疑的能力，對水分子的運輸方式進行全面匯總。 任務二：探究離子運輸是否也需要通道蛋白？ K+、Na+、CI-通過細胞膜的運輸速率也比人工膜快。 推測：細胞膜上也存在運輸離子的通道蛋白。 思考，做出推論。類比法提出假說，節省相似問題思考的時間，給學生多種多樣的問題刺激，產生高效課堂。回顧鉀離子的探索歷程： （1）提出假說：20世紀60年代科學家提出植物細胞中存在K+通道。 （2）有效研究工具的創造：1976年德國科學家內爾和薩德曼創造了膜片鉗法（1991年的諾貝爾生理學或醫學獎）。 （3）檢測出K+通道蛋白：20世紀80年代，科學家檢測出鉀離子通道。 （4）解析出K+通道蛋白的立體結構：1998年美國科學家麥金農首次利用X射線晶體衍射技術解析出一種鉀離子通道蛋白的立體結構（2003年諾貝爾化學獎） 播放視頻，學習膜片鉗法和鉀離子通道的立體結構。 學習鉀離子的探究歷程，體會科學研究的一般思路。 觀看視頻，了解膜片鉗法的基本工作原理和鉀離子的立體結構特點。 通過回顧科學家的探究歷程，認識到技術的發展在科學研究中的作用，尊重科學且用發展的觀點看待科學，樹立辨證的科學觀。小結： 鉀離子通道蛋白： 是由細胞膜中蛋白質復合物組成的孔道，通過大小和電荷等因素相適配來選擇運輸鉀離子。 引導學生描述鉀離子的結構特點。 結合視頻信息和圖示結構，加深理解鉀離子的立體結構，完成任務單二。 提高學生獲取信息和加工整理信息的能力。 任務三：總結通道蛋白的特點，應用到生命健康中。 任務三：總結通道蛋白的特點，應用到生命健康中。 通道蛋白研究的其他進展 （1）近年來解析了一些新型離子通道，如鈣離子通道、鈉離子通道等。 （2）離子通道結構和功能的研究需綜合應用各種技術，包括：膜片鉗法、通道蛋白分離、純化、重建技術、通道藥物學、基因重組技術等。 （3）通道蛋白廣泛存在于動物、植物及微生物細胞膜上，種類繁多。僅水通道蛋白在人體就有13種，在擬南芥細胞中已發現35種。 閱讀資料，找出關鍵詞。 培養學生在大量信息中快速獲取有效信息的能力。播放視頻，總結通道蛋白的特點。結合視頻信息和前面所學知識，完成任務單三（1）培養學生匯總知識的能力，加深生成概念的能力。 觀察圖中關于門控通道的開放和關閉狀態，描述出門控通道的調控過程。提高學生的識圖能力和語言表達能力。 出示通道類疾病的列表，引發學生的思考。 出示某高血壓藥物說明書：“本品為二氫吡啶類鈣通道阻滯劑，抑制血管平滑肌和心肌細胞的跨膜鈣離子內流，引起全身血管的擴張，產生降壓作用。 出示尿崩癥的有關介紹： 尿崩癥是由于抗利尿激素（ADH）缺乏或腎臟對ADH敏感性缺陷導致腎小管重吸收水的功能障礙的疾病。其臨床癥狀為多尿、口渴等。 引導學生提出治療方案。 閱讀說明書，解釋藥物作用機理與本節課的關系。 根據本節所學知識，再結合圖示，嘗試提出治療方案。完成任務單三（2） 引導學生關注健康問題，體會問題來源于實際情景，解決問題離不開嚴謹的科學研究。 培養學生解決問題的能力和習慣，要敢于嘗試將理論知識用于實際問題的解決中。增強學生的社會責任感?？偨Y概括本節主要從三個方面進行探究 （1）水通道的探究歷程 （2）鉀離子通道的探究歷程 （3）通道蛋白的總結和應用 這些成果是歷經半個世紀的多位科學家的不懈探究，并有多位科學家因此獲得諾貝爾獎。高爾基說過“科學的大膽的活動是沒有止境的，也不應該有止境”，愿同學們的科學探究之路也無止境。 構建知識體系，理解記憶本節知識。從宏觀角度幫助學生回憶本節的知識體系，加深理解和記憶，同時鼓勵學生培養探究學習的習慣和能力。

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