科学前沿　授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究教学内容概述

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1 第

四

章

科学前沿

授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究

甘肃省会宁二中

武凌云

一、

教学目标

1.知识目标：复习细胞膜的结构和成分、物质扩膜运输的方式，了解水通道蛋白和离子通道蛋白的发现过程。

2.能力目标：比较红细胞和蛙卵细胞在清水中的不同状态，通

过分析讨论，获得运用已有知识解决实际问题的能力。

3.情感价值和态度：科学研究需要严谨的

二、

学情分析

通过对第四章内容的学习，学生已经掌握了物质跨膜运输的方式。复习部分的内容主要由学生自主完成。在此基础之上，进行拓展延伸。因为通道蛋白研究是前沿领域，所以难度较大，主要由教师讲授。

三、

教学过程

1．导入

通过视频，复习实验“体验制备细胞膜的方法”。实验过程中，将哺乳动物成熟红细胞放到清水里时，红细胞很快吸水胀破。由此联想到产于水中的蛙卵细胞，请学生思考蛙卵会不会吸水，会不会涨破，以此唤起学生的好奇心。

2．复习

想要解决前面的问题，就很有必要复习物质扩膜运输方式，请

学生板书，教师进行补充。

3．讨论

通过复习，学生不难回答，蛙卵细胞也会吸水，根据常识，学生可以猜测蛙卵不会吸水涨破，但不能很好的解释为什么不会涨破。

4．讲述

水分子是不带电荷的极性分子，尽管可以通过自由扩散的方式缓慢通过磷脂双分子层。但是，对于某些组织来说

，这一速率明显太慢。比如：1、和亲人久别重逢，热泪夺眶而出；2正常成年人每天产生180升原尿，但最终排出体外的尿液却只有1升左右。显然，“热泪夺眶而出”和“原尿中大量的水分子重吸收”并不是以自由扩散的方式进行的。

早在100多年前，人们就注意到了这些现象

，人们推测，在细胞中存在特殊的输送水分子的通道。美国科学家彼德·阿格雷及其同事在研究红细胞Rh血型抗原的时候，发现了一些“杂蛋白”，当时命名为“通道形成整合蛋白”。

说道血型，大家最熟悉的就是ABO血型，研究人员发现，恒河猴和大多数人的红细胞上存在着Rh血型的抗原物质。

接着，阿格雷给非洲爪蟾卵细胞导入了“通道形成整合蛋白”基因，该基因表达后会整合到卵细胞膜上，然后将转基因卵细胞放在低渗溶液中，结果发现卵细胞很快吸水膨胀。作为对照，当把非转基因卵细胞放在相同的低渗溶液中时，卵细胞不会吸水膨胀。由此得出，“通道形成整合蛋白”就是水通道蛋白。为了增强说服力，阿格雷又

做了构建脂双层实验，即在人工合成的磷脂双分子层上加上“通道形成整合蛋白”后，水分子能快速通过脂双层，进一步确定了“通道形成整合蛋白”就是水通道蛋白。

1988年，在阿格雷成功分离出水通道蛋白的同时，另一位美国科学家罗德里克·麦金农获得了世界上第一张离子通道的高清晰度照片，并第一次从原子层次揭示了离子通道的工作原理。直到10年之后，麦金农才测出了钾离子通道的立体结构。

和动物细胞类似，植物细胞膜上也存在着通道蛋白。

2003年10月8日，瑞典皇家科学院宣布，将2003年诺贝尔化学奖授予美国科学奖彼德·阿格雷和罗德里克·麦金农，分别表彰他们发现细胞膜水通道，以及对离子通道结构和机理研究做出的开创性贡献。他们的发现，阐明了盐分和水如何进出细胞，比如，肾脏怎样从原尿中重吸收水分，以及电信号怎样在细胞中产生并传递等等。这对人类探索肾脏、心脏、肌肉和神经系统等方面的诸多疾病具有极其重要的意义。

值得我们骄傲的是：在通道蛋白的研究过程中，我国科学家也做了大量的工作

。2017年2月10日，清华大学医学院颜宁研究组在《科学》在线发表了题为《真核生物电压门控钠离子通道的近原子分辨率三维结构》的研究长文，在世界上首次报道了真核生物电压门控钠离子通道的3.8A分辨率冷冻电镜结构，为理解其作用机制和相关疾病的致病机理奠定了基础。

人们对通道蛋白的研究还在继续，让我们拭目以待吧！

四、课后反思

本节内容为科学前沿部分，不属于考试大纲。课本内容少，难度大。在做教学设计的过程中，通过复习已经学过的相关内容，尽量降低学习难度。

教学设计中存在着好多不足，需要不断的改进。