科学前沿　授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究教学设计

《通道蛋白》教学设计

于跃昆

一、教学目标

1、知识目标：

（1）说出水通道蛋白和离子通道蛋白的运输特点及应用。

（2）探究水通道蛋白的科学发现史。

（3）明确通道蛋白在生命活动中的重要意义

2、能力目标：

（1）学会假说演绎法的研究过程，设计对照实验。

（2）培养学生收集资料的能力，培养分析问题、解决问题的能力。通过对水通道蛋白的讨论，让学生亲历思考和探究的过程，领悟研究方法。

（3）培养学生语言表达能力和团队合作精神。

3、情感态度与价值观目标：

（1）积极参与讨论，学会合作，踊跃发言，在交流中建立自信心。

（2）培养学生善于动脑和严密分析的习惯，在发现过程中提高思维品质。

二、学情分析：

必修一第四章前两节已学习了生物膜的结构特点“流动镶嵌模型”，知道生物膜是一层选择透过性膜，第三节介绍了物质跨膜运输的方式包括主动运输和被动运输，这是学生的知识储备。而通道蛋白是科学前沿内容，是对教材的补充。有了第四章知识的铺垫，教师很1

容易把学生带进课堂。

三、教学重难点

1、水通道蛋白和离子通道蛋白的运输特点及应用。

2、水通道蛋白的科学发现史。

四、教学过程

（一）创设情境，导入新课

视频：播放患老年痴呆症父亲的公益广告。

过渡：每次看到这个公益广告，我都会被父爱深深打动，爸爸忘记了一切却从来没有忘记爱你。老年痴呆症又称阿尔茨海默症，是一种中枢神经系统变性病，目前没有什么治疗的特效药，科学家正在尝试通过抑制神经细胞膜上钾离子通道蛋白的活性，从而达到缓解病情的目的。什么是通道蛋白呢？引出新课--通道蛋白

简介：2003年诺贝尔化学奖获得者：美国科学家阿格雷和麦金农。

学生：（温故知新）利用课件表格复习物质跨膜运输的方式。

（二）新授课

知识点一、水通道蛋白

1、水通道蛋白探究之旅--体验探究历程，提升思维品质

传统观点;水分子只是以自由扩散的方式进出细胞。阿格雷对这种观点产生了怀疑。

活动一：小组探究--水通道蛋白的科学发现史（小组讨论，汇报展示）

小组代表发言：

观察现象：红细胞放入清水中迅速膨胀溶血，某些水生动物的卵母细2

胞放入清水中短时间内体积并无明显变化。

提出问题：水分子究竟是如何通过细胞膜的？

提出假设：细胞膜上存在运输水分子的通道-水通道蛋白

实验验证：设计对照实验（小组展示）

实验结论：细胞膜上确实存在水通道蛋白

教师点评：给学生适当的鼓励

发散思维：其他小组的对照实验有没有别的实验设计方案？

学生发言：对照组是水生动物的卵母细胞，而实验组是想办法安装水通道蛋白的卵母细胞，其他与前面实验一致。

教师点评：这种实验设计思路与当年阿格雷的实验设计不谋而合，不过不能安装水通道蛋白。

教师讲解：1988年阿格雷将红细胞的水通道蛋白MRNA注入了非洲爪蟾的卵母细胞中，通过翻译的过程产生水通道蛋白，在水通道蛋白的介导下水分子快速进入细胞。课件展示实验结果，得出实验结论。

总结：细胞膜可以通过自由扩散的方式缓慢运输水分，也可以通过水通道蛋白快速运输水分

利用水通道蛋白的照片，小组讨论,尝试总结水通道蛋白的运输特点：

1、

2、

比自由扩散转运速率快

运输方向由高浓度向低浓度 不需消耗能量，需通道蛋白介导。

3、

特异性：只允许水分子通过

过渡：水通道蛋白在生物体的生命活动中发挥着重要的作用，人体中3

发现的水通道蛋白大约有11种，而6种分布于我们的肾脏当中。课前老师让大家收集水通蛋白的应用。

活动二：小组代表汇报展示水通道蛋白的应用（介绍肾脏的结构及有关疾病）

知识点二、离子通道蛋白

1988年麦金农利用X射线晶体成像技术公布了世界上第一张离子通道蛋白的照片。大家在收集麦金农科学研究的过程中收获了哪些精神财富呢？

1、活动三：分享个人精神收获

学生各抒己见，互相交流，将自己的收获与全班学生分享

2、播放离子运输动画，简介神经细胞离子运输过程（钾离子外流，钠离子内流），引导学生总结离子通道蛋白的运输特点：

（1）运输方向：由高浓度向低浓度，不消耗能量，需通道蛋白介导，属于被动运输

（2）特异性：只允许某种特定的离子通过。

过渡：离子通道蛋白在神经细胞传递信号时发挥着如此重要的作用，如果这些通道出现了问题，势必会得相应的疾病。课前老师让大家收集与离子通道有关的疾病。

活动四：小组代表展示交流与离子通道有关的疾病和治疗

设计目的：使学生明确离子通道蛋白的重要作用，了解一些疑难疾病最新治疗方法。

首尾呼应：简介阿尔茨海默症的治疗新思路。

4

（三）课堂小结：学生利用黑板总结本节课知识点

小结语：看到两位科学家的成功，与同学们分享一句话：人生是个圆，有的人走了一辈子也没能走出命运画出的圆圈，他就是不知道其实圆上的每个点都有一条腾飞的切线。希望同学们能学习科学家锲而不舍，勤奋好学，勇于探索的精神。

（四）课堂练习：

（2012年北京高考试题）科学家为了研究蛋白A的功能，选用细胞膜中缺乏此蛋白的非洲爪蟾卵母细胞进行实验，处理及结果见下表。

在低渗溶液中测定卵细实验组在等渗溶液中进行的处理

胞的

号

水通透速率（cm/s×10-4）

Ⅰ

向卵母细胞注入微量水（对照）

27.9 Ⅱ

向卵母细胞注入蛋白A的mRNA 210.0 将部分Ⅱ细胞放入含HgCl2的等Ⅲ

80.7 渗溶液中

将部分Ⅲ细胞放入含试剂M的188.0 Ⅳ

等渗溶液中

（1）将I组卵母细胞放入低渗溶液后，水分子经自由扩散（渗透）穿过膜的____________进入卵母细胞。

（2）将蛋白A的mRNA注入卵母细胞一定时间后，该mRNA____________的蛋白质进入细胞膜，使细胞在低渗溶液中体积____________。

（3）与II组细胞相比，III组细胞对水的通透性____________，说明HgC12对蛋白A的功能有________作用。比较III、IV组的结果，表明试剂M能够使蛋白A的功能____________。推测HgC12没有改变蛋白A的氨基酸序列，而是破坏了蛋白A的____________。

（4）已知抗利尿激素通过与细胞膜上的受体结合，可促进蛋白A插入肾小管上皮细胞膜中，从而加快肾小管上皮细胞对原尿中水分子的____________。

（5）综合上述结果，可以得出____________的推论。

5

板书设计：

探究史

水通道蛋白 特点

应用

通道蛋白

离子通道蛋白

特点

应用

6