科学前沿　授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究课堂实录【1】

科学前沿

<<授予诺贝尔化学奖的通道蛋白的研究>>教学设计

一．教学目标：

1.

知识方面：

1）

.认识水通道蛋白和钾离子通道蛋白; 2）

.区别通道蛋白和载体蛋白。

2.

能力方面：

通过阅读资料能够分析、解决问题。

3.

情感态度价值观：

强调积极参与讨论，主动观察思考，增强科学实践的意识。

二．教学重点、难点：

1.

教学重点：载体蛋白与通道蛋白的区别和联系。

2.

教学难点：水通道蛋白和钾离子通道蛋白的特异性。

三．课时安排：

1课时。

四．教学方法：

模型直观教学法，讲授法，讨论法。

五．教具准备：

学生制作的流动镶嵌模型和物质跨膜运输的示意图，多媒体。

六．教学过程：

（一）.知识回顾

1.

物质进出细胞的方式有那些？

2.

通过跨膜运输的示意图，说明物质跨膜运输的方式有那些？

3.

主动运输与协助扩散的异同

区别

联系

协助扩散

主动运输

4.

细胞与膜功能的复杂程度什么有关? (二)

.本节活动

抽查预习

1）.通道蛋白是______________。

2）.通道蛋白的种类有________________和_________________。

3）.2003年获得诺贝尔化学奖的科学家是____________和____________。

新课引入：

地球上最基本的生命系统是细胞，水和无机盐是构成细胞的重要无机化合物，那么一些细胞是如何让水和无机盐快速跨膜运输的呢？如：初中课本中原尿形成尿时肾小管和集合管对水的重吸收速度；高中必修三第二章神经元静息和动作时排钾吸钠的速度，分别通过我们本章学习的自由扩散和主动运输是达不到的，于是，有人提出了它们通过通道蛋白介导，但一直没人发现这个

蛋白，直到1998年美国科学家阿格雷和麦金农分别测出了水通道蛋白和钾离子通道蛋白，从而说明跨膜运输物质的除了有载体蛋白外还有通道蛋白。今天我们通过科学前沿来学习通道蛋白。

首先介绍两位科学家。

课堂探究活动一：

1, 说明通道蛋白在细胞膜上的位置：引导学生通过概念说明通道蛋白跨越细胞膜磷脂双分子层，并让学生在模型上安装。

2，说明通道蛋白的种类：让学生阅读资料说明种类有水的通道蛋白和离子的通道蛋白，后者有钾离子通道蛋白、氯离子通道蛋白、钙离子通道蛋白、钠离子通道蛋白等。今天重点学习水通道蛋白和钾离子通道蛋白。

课堂探究活动二：

1.

学生观察水通道蛋白的结构，并阅读资料说明水通道蛋白的特点：借助通道蛋白从水浓度高的一侧向低的一侧快速运输，属于协助扩散。从而说明180L原尿经过肾小管和集合管的重吸收作用仅仅形成1-2L的尿的原因。

2.

学生观察钾离子通道蛋白的结构，并阅读资料说明钾离子通道蛋白的特点：借助通道蛋白从水浓度高的一侧向低的一侧快速运输，属于协助扩散。从而说明神经元排钾吸钠的快速变化的过程。

师生共同小结通道蛋白对物质的运输具有特异性。

课堂探究活动三：

阅读课本3,4段说明水通道蛋白和离子通道蛋白的意义。

课堂探究活动四：

1.学生分组讨论，比较通道蛋白和载体蛋白

同点：化学本质均为蛋白质、分布均在细胞的膜结构中、都有控制特定物质跨膜运输的功能

不同点：

1.通道蛋白参与的只是被动运输,在运输过程中并不与被运输的分子结合,也不会移动,并且是从高浓度向低浓度运输,所以运输时不消耗能量。

2.载体蛋白参与的有主动运输和协助扩散，在运输过程中与相应的分子结合，并且会移动。在主动运输过程中由低浓度侧向高浓度运动，且消耗代谢能量；在协助扩散过程中，由高浓度侧向低浓度侧运动，不消耗代谢能。

进一步验证了细胞膜上蛋白质种类和数量越多，细胞膜的功能越复杂。

七．课堂小结：

八．板书设计：

一．通道蛋白1.概念：

2.分类：

3.结构：

4.功能：

5.意义：

二．比较通道蛋白和载体蛋白

九．课堂练习：

1.下图是细胞膜的亚显微结构模式图，①～③表示构成细胞膜的物质，有关说法错误的是(

)

A．②与③是静止不动的

B．③构成细胞膜的基本支架

C．葡萄糖通过细胞膜需要②的协助

D．细胞识别与糖蛋白①有关

2.水通道蛋白是一组与水通透有关的膜蛋白，可以使细胞快速膨胀或收缩以适应细胞间渗透性的变化。右图是水通道蛋白AQP2调节肾脏水的运输和通透过程。下面关于水分跨膜运输的叙述，

错误的是（ ）

A．与ATP关系密切

C．属于主动运输方式

B．水通道蛋白不是载体

D．有利于维持体液平衡

3.图甲、乙分别表示载体介导和通道介导的两种协助扩散方式，其中通道介导的扩散比载体介导快1000倍．下列有关叙述正确的是（

）

A、载体蛋白和通道蛋白在细胞膜上是静止不动的

B、载体蛋白和通道蛋白均具有一定的专一性

C、甲乙两种方式均属于跨膜运输，故属于被动运输

D、物质主要以通道介导的方式进出细胞

课后师生共同多关注生命科学的新发现。

资料（一）通道蛋白有水通道蛋白和离子通道蛋白

一.水通道蛋白的种类及作用

目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有11种，被命名为水通道蛋白（AQP），均具有选择性的让水分子通过的特性。在实验植物拟南芥中已发现35个这类水通道。

目前已知哺乳类动物体内的水通道蛋白有十三种，其中六种位于肾脏，但科学家对于其他水通道蛋白的存在仍有疑虑。最受关注的几项水通道蛋白比较如下：

种类

水通道蛋白1

位置

肾脏近端小管曲部（PCT）近端小管直部（PST）亨利氏环下降细端（tDLH）

水通道蛋白2

水通道蛋白3

水通道蛋白4

二.离子通道蛋白有钾离子通道蛋白、氯离子通道蛋白、钙离子通道蛋白、钠离子通道蛋白等。

肾脏

水分再吸收

肾脏

肾脏

对抗利尿激素作出重吸收反应

水分再吸收

功能

水分再吸收

资料（二）水通道蛋白的结构、功能及水跨膜运输特点

一个水通道蛋白是由4个亚基组成，每个亚基都有一个运输水的通道，对亚基进一步研究发现水通道的直径非常小，这样可以有效地阻止分子比水分子大的物质进入。

其次，在中心最窄处带正电荷，有效阻止带电离子进入细胞，

由于这两个特点就使得水通道蛋白可以特异性地运输水分。

借助通道蛋白从水浓度高的一侧向低的一侧快速运输，属于协助扩散

资料（三）钾离子通道蛋白的结构、功能及钾离子跨膜运输特点

钾离子通道一般由两部分组成:一部分是通道区,他选择并允许钾离子通过,而阻碍钠离子;另一部分是门控开关,根据环境中的信号而开关通道,这是一种细菌的钾离子通道的通道区部分,它由四个同源的跨膜蛋白质组成,在中心部分形成一个选择性的孔洞.钾离子(绿色)以每秒一亿个的速度自由通过.由于特异的选择性,每一万个钾离子通过才允许一个钠离子通过。

借助通道蛋白从水浓度高的一侧向低的一侧快速运输，属于协助扩散。