科学前沿　授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究课件配套优秀教案设计

《科学前沿 授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究》教学设计

一、教学目标 知识与能力: 1、了解通道蛋白的概念、类型、研究意义。

2、比较并区分通道蛋白与载体蛋白。

3、了解通道蛋白的一些重要应用及发展前景。

过程与方法: 1、通过自主阅读相关材料,掌握有从所给材料中获取有效信息的能力。

2、通过自主查找通道蛋白相关资料,进一步学会搜集整理资源的方法。

情感态度价值观: 1、

通过了解通道蛋白的研究意义,激发学生对科学研究和学习的兴趣。

二、学情分析 本节内容为必修一第四章《物质的输入与输出》的“科学前沿”，面对的教学对象是高一学生。在本节课之前学生已经掌握了物质跨膜运输的方式,如主动运输、自由扩散等等。在这些过程中，涉及到了膜上的一类重要蛋白质——载体蛋白。学生已了解与主动运输和协助扩散密切相关的蛋白质为载体蛋白，不过实际上还有一类非常重要的蛋白质就是通道蛋白，在掌握了跨膜运输的方式以及载体蛋白的前提下,补充学习通道蛋白是很有意义的。另外，学生们对诺贝尔奖了解不多，借由本节课可以向学生介绍有关诺贝尔奖的内容，激发学生对科学探索的兴趣。

三、重点难点

重点: 1、通道蛋白的概念、类型。

2、归纳载体蛋白和通道蛋白的异同点。

难点：

1、

通道蛋白的重要应用及发展前景。

四、教学过程

教学活动 活动1：【导入】

师：上课！同学们好！

生：老师好！

师：好，同学们请坐。

师：我想同学们一定都听说过诺贝尔奖，知道这是非常厉害的一种奖项，对吧？诺贝尔奖每年都会颁发，奖给那些对人类产生重大影响，对人类进步有卓越贡献的伟大工作者。到目前为止中国有谁获得过诺贝尔奖? 生：莫言，屠呦呦。

师：屠呦呦先生是我国首个获得诺贝尔生理医学奖的科学家，她在研究抗疟药物青蒿素方面做出了重大贡献，挽救了很多生命。在自然课领域，我们国家有很多

的优秀科研工作者。比如最近非常火的——清华大学美女教授，博士生导师颜宁。好，咱们来一起看看这段小视频。

播放《清华颜宁教授》视频

两分半钟。

活动2：提问回顾主动运输和协助扩散异同

师：不知道看完这段视频之后，大家是否和我一样为我们的科学家骄傲，是否也想成为科学研究的一分子，为祖国，为人类的进步而奋斗。视频中提到了颜宁教授的重大科研成果，探明了人源葡萄糖转运蛋白的三维结构。葡萄糖的跨膜运输方试有哪些？

生：协助扩散和主动运输

师：这两种运输方式的共同点是什么？区别是什么？

生：都需要载体蛋白，而协助扩散不消耗能量，主动运输消耗能量。

师：是否消耗能量取决于什么？

生：浓度梯度。

师：很好。载体是细胞膜表面非常重要的一类蛋白质，直接决定了细胞膜控制物质进出的功能。不过除了载体蛋白之外，膜上还有其它介导运输的蛋白质——通道蛋白。接下来，请同学们把书翻到第74页，认真阅读科学前沿的内容。任务：总结通道蛋白相关知识。限时3分钟。

活动3：学生自主阅读教材，概括主要内容。

写板书：标题——授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究

师：请同学们把书合上。我找同学总结一下。要求：详细准确。

生：1.有两类：水通道蛋白，离子通道蛋白

2.水通道蛋白与人体体液平衡的维持有关系……. 3.离子通道只允许特定的离子通过（专一性）

4.只在对特定的刺激发生反应时才瞬时开放

6.离子通道和神经信息的传递，神经系统和肌肉方面的疾病有关

5.分离出水通道蛋白的科学家是阿格雷，测出了钾离子通道蛋白的科学家是麦金农

活动4：通过提问和学生质疑补充有关通道蛋白的其它内容。

师：同学们总结的非常好。那么我提一个小问题。之前学习了生物膜的流动镶嵌模型，了解了蛋白质在膜上的位置。那么通道蛋白的位置是哪种？

生：贯穿（横跨），跨越。

师：那么关于通道蛋白你还有哪些疑问和不解？会提问题也是种非常重要的能力。

生：老师，前面我们学习过水的运输方式是自由扩散，现在又学习了水通道蛋白。那以水通道蛋白方式进行运输，属于哪种方式呢？

师：刚才我们回顾了协助扩散和主动运输的区别，那么大家再思考一下。

生：属于协助扩散！因为是顺浓度梯度的运输，不消耗能量

师：是的。

师：能通过通道蛋白运输的方式都可以看作是协助扩散。这也是通道蛋白的特点之一。水分子可以通过磷脂双分子层自由扩散。今天又学习了协助扩散运输水。请思考，哪种运输速率快一些？你的理由是什么？限时讨论2分钟。

活动5：小组讨论探究运输速率快慢的问题及原因。

生：协助扩散。因为磷脂分子的尾部是疏水的，所以水分子在通过磷脂双分子层内部的时候速度较慢。而协助扩散有通道蛋白的协助，所以速度能快一些。

师：回答的非常好！我们掌声鼓励一下！那么请一句话，概括通道蛋白与载体蛋白的区别。

生：通道蛋白只存在协助扩散，载体蛋白既能主动运输又能协助扩散。

师：通道蛋白，顾名思义，就是在膜上为分子的运输打开了一条通道，加速分子的进出。正是因为如此，水通道蛋白在人体体液平衡的维持当中，发挥了重要的作用！接下来，我们来了解一下人体尿液的形成。

活动6：观看《人体尿液的形成》视频

两分半钟

师：人体每天的新陈代谢，会产生很多代谢废物，例如尿素等等，血液流经肾脏，在这里进行了过滤和重吸收，这其中，水通道蛋白功不可没。

活动7：教师讲解有关神经调节的电位形成，引导学生思考产生机理。

师：好，那么接下来让我们把目光转向离子通道蛋白。离子通道又被称做“门通道”，形容它的作用像“门”一样。那么，离子通道蛋白的运输是非连续性的。就是说，只在特定的条件的刺激之下才会开放，刺激结束之后，又会瞬时间闭合。例如，初中生物学习过神经调节中反射的完成依赖于电信号，即局部电流。在刺激之下，细胞膜内外会因为带电离子的浓度差而形成电势差，就是局部电流。接下来我们来看一看该过程。

师：首先，对于细胞来说，细胞内钾离子浓度高于外侧，而细胞外钠离子浓度高于膜内。首先我想问，细胞这种状态，是靠哪种运输方式维持的？

生：主动运输。

师：回答正确！这是细胞的一种常态。不过对于神经细胞来说，细胞的静息状态和兴奋状态也恰恰和这两类离子相关。

师：好，大家看，静息状态下的神经细胞，是靠钾离子外流来维持内负外正的电位的。钾离子的外流属于哪种运输方式？如何判断的？

生：协助扩散，因为细胞内钾离子浓度高，这是顺浓度梯度运输的。

师：回答的很好。那么我们再来看看兴奋部位的动作电位，是靠钠离子内流来维持外负内正的。运输方式同样属于？

生：协助扩散。

师：而在维持电位的时候，运输离子的就是相应的钾离子通道蛋白和钠离子通道蛋白。可见，对于神经信息的传递，离子通道发挥了巨大的作用。小小的通道蛋白，看似平淡无奇，为什么麦金农和阿格雷被授予伟大的诺贝尔化学奖呢？因为

小小的通道蛋白，有望为我们解决世界性淡水资源急缺的问题。有望为我们解决某些神经系统和肌肉方面的疾病。

活动8：引导学生思考并讨论通道蛋白的应用

师：如何应用水通道蛋白解决饮用水资源不充足的问题呢？请大家认真思考，并给出可行的方案。

生：水通道蛋白只允许水分子的通过，可以设法把水通道蛋白提取出来，制成人工膜，然后用来过滤水。

师：传统的过滤系统需要大量能量，成本较高。而一旦水通道蛋白过滤水的方式实现了，将使海水、污水淡化称为可能。我们来看看新加坡是如何做的。

活动9：播放视频《应用通道蛋白反渗透净化污水》

活动10：学生小结：本节课学习的内容。

1.通道蛋白有离子通道蛋白和水通道蛋白

2.通过通道蛋白运输的方式属于协助扩散

3.水通道蛋白与尿液形成的滤过作用和重吸收作用密切相关

4.离子通道与神经调节中的静息电位和动作电位密切相关

5.我们可以利用水通道蛋白的原理净化污水。

活动11：对位训练

1.水既能直接穿过磷脂双分子层，也能以协助扩散形式运输。

2.水分子的自由扩散速度远远大于协助扩散。

3.静息电位的维持和钠离子通道有密切关系。

4.通道蛋白也可以介导主动运输。

5.请简要说明尿液的形成过程。

【作业】尝试写篇小论文 通过本节内容的学习,相信同学们对科学研究有了一个相对熟悉的认识。请你就“通道蛋白”这一研究内容写一篇小论文。可以尝试多个角度,注意内容的引用要准确,思路要清晰。大概在500字-1200字左右。

五、教学反思

本节课的内容师作为第四章的重要补充，能够拓展学生们的眼界，并提前了解有关必修三人体稳态维持和神经调节相关内容。从课堂效果上来看，本节课的设计是比较成功的。尤其是三个小视频的适时插入，分别从不同的方面唤起了同学们对科学研究的好奇和热情。颜宁教授的科研成果离我们如此之近，科研不再是抽象的名词，和我们学习的知识密切相关。人体尿液的形成更是解开了学生心中的一个疑惑，为以后的学习打下坚实的基础。本节课的不足之处，在于神经调节的电位形成这一环节，怕学生们理解不好，教师讲授过多。从学生的反应来看，他们的认知水平和理解水平较高，可以完全放手给学生，教师适当提示即可。其次，最后关于离子通道的应用，应该再适当拓展，结合当今医学发展的前沿内容，开

拓学生们的眼界。总之，在课时充足的前提下，应该多给学生介绍科学前沿的相关内容。既能拓展学生们的视野，又能培养学生们的科学素养。而教师本人也在搜集整理的过程中收获颇多。