科学前沿　授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究ppt配套教案板书设计

“授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究”教学设计

一、

教材分析

“授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究”是新课程标准教材人教版生物必修1第4章细胞的物质输入和输出科学前沿的内容，是在前面学习了有关物质进出细胞的方式和实例、细胞膜的结构的基础上学习的。学生对细胞膜控制物质进出有所了解和掌握，能够运用所学的知识简单分析物质进出细胞的方式。本节内容从更加微观，更加系统的方面介绍通道蛋白的发现及作用，使学生能够从科学研究的角度学习生物课程。

二、

教学三维目标

1.

知识目标

（1）

了解通道蛋白及其作用

（2）

区别通道蛋白和载体蛋白

2.

能力目标

（1）举例说出物质跨膜运输的特例

（2）说明物质进出细胞的类型、概念

3.

情感目标

体验科学研究中严谨细致的科学态度以及科学家对真理不懈追求的科学精神，进一步激发学生辩证唯物主义世界观的树立。

三、

教学重点和难点

1.

教学重点

（1）通道蛋白的概念和类型

（2）物质跨膜运输的方式

2.

教学难点

通道蛋白与载体蛋白的异同

四、

教学过程

播放水分子进入细胞的动画，引导学生思考，回顾：物质进出细胞的方式有几种？（教学意图：培养学生总结能力，复习本章内容）

1、回顾知识，导入新课

教师：物质进出细胞，顺浓度梯度的扩散，统称为被动运输；逆浓度梯度的运输，统称为主动运输，此外还有胞吞、胞吐等其他运输方式。

教师播放一组图片，包含几种运输方式的模式图，同时做出解释：被动运输主要有两种方式：自由扩散和协助扩散，物质通过简单的扩散作用进出细胞，不需要载体蛋白，不消耗能量，叫做自由扩散，例如水、氧、二氧化碳、甘油等物质进出细胞；物质进出细胞借助载体蛋白的扩散，叫做协助扩散，例如葡萄糖进入红细胞等。物质进出细胞从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫做主动运输，例

如小肠吸收氨基酸，肾小管重吸收葡萄糖等。

播放一组图片，在低渗溶液中红细胞吸水涨破和水生动物的卵母细胞在低渗溶液中不膨胀，设问：为什么两种细胞在低渗溶液中的状态不一样？水分子在两种细胞中进出的方式都是自由扩散吗？（教学意图：通过设问，激发学生的求知欲望，引入学习的主题，通过讨论培养学生合作学习）

2、正确认识水通道和离子通道

探究活动一：

教师：请学生阅读课本P74相关内容，思考讨论回答下列问题：

水分子进出细胞是否只有自由扩散一种形式？

什么是离子通道？

什么是通道蛋白？

学生回答问题，教师总结：

（1）水是一种特别的物质，水分子虽然不溶于脂，并且具有极性，但也很容易通过膜。长期以来，普遍认为细胞内外的水分子是以简单扩散的方式透过脂双层膜，后来发现某些细胞在低渗溶液中对水的通透性很高，很难以简单扩散来解释，因此人们就推测水的跨膜转运除了简单扩散外，还存在某种特殊的机制，并提出了水通道的概念。

1988年，美国科学家阿格雷（P. Agre）在分离纯化红细胞膜上的Rh血型抗原时，发现了一个28 KD 的疏水性跨膜蛋白，称为CHIP28 (Channel-Forming integral membrane protein)。1991年得到CHIP28的cDNA 序列，Agre将CHIP28的mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中,在低渗溶液中,卵母细胞迅速膨胀，并于5 分钟内破裂，纯化的CHIP28置入脂质体，也会得到同样的结果。细胞的这种吸水膨胀现象会被Hg2+抑制，而这是已知的抑制水通透的处理措施，这一发现揭示了细胞膜上确实存在水通道，。

（2）离子通道是由蛋白质复合物构成的，一种离子通道只允许一种离子通过，并且只有在对特定刺激发生反应时才瞬间开放。离子通道有两个显著的特征：一是具有离子选择性。离子通道对被转运的离子的大小和电荷都有高度的选择性，而且转运速度高，可达106个离子/s，其速率是已知的任何一种载体蛋白的最快速率的1000倍以上。驱动带电荷的离子跨膜转运的净驱动力来自两种力的合力，一种是溶质的浓度梯度，另一种是跨膜电位差，这种净驱动力构成离子跨膜的电化学梯度，这种梯度决定离子跨膜的被动运输的方向。第二个特征是离子通道是门控的，即离子通道的活性由通道的开或关两种构象所调节。并通过通道开关应答各种信号。多数情况下，离子通道呈关闭状态，只有在膜电位变化、化学信号或压力刺激后，才开启形成跨膜的离子通道。因此离子通道又区分为电压力通道，

配体门通道和压力激活通道。

直到1998年，美国科学家麦金农（R. MacKinnon）才测出了钾离子通道的立体结构。2003年10月8日，阿格雷和麦金农同时获得了诺贝尔化学奖。

（3）通道蛋白是一类跨越细胞膜双分子层的蛋白质，它所介导的被动运输不需要溶质分子与其结合，而是横跨膜形成亲水通道，允许大小适宜的分子和带电离子通过。

3、通道蛋白与载体蛋白的异同

探究活动二：

教师：播放一组图片，包含载体蛋白和通道蛋白，学生思考讨论这两者的异同。

学生回答问题后，教师总结：载体蛋白是几乎全部类型的生物膜上普遍存在的跨膜蛋白，每种载体蛋白可以和特定的溶质微粒结合，并且可以在细胞膜上移动，通过蛋白自身构象改变介导溶质微粒跨膜转运。载体蛋白相当于结合在细胞膜上的酶，有特异的结合位点，且一种特异性载体只转运一种类型的微粒，因此有人将载体蛋白称为通透酶。

通道蛋白是一类跨越细胞膜磷脂双分子层的蛋白质，它所介导的被动运输不需要溶质分子与其结合，而是横跨膜形成亲水通道，允许大小适宜的分子和带电离子通过。这些通道可分为两类：水通道和离子通道。

相同点：载体蛋白与通道蛋白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，并且对被转运的微粒具有高度的特异性或选择性。

不同点：①通道蛋白参与的只是被动运输（协助扩散），在运输过程中并不与被转运的微粒结合，也不会移动，并且是从高浓度向低浓度运输，运输时不消耗能量。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微粒特异性结合，自身的构象会发生变化，并且会移动。在主动运输过程中被转运微粒由低浓度向高浓度移动，需要消耗能量，在协助扩散过程中，由高浓度向低浓度转运，不消耗能量；②通道蛋白转运速率与物质浓度成比例，且比载体蛋白介导的转运速度快（1000倍以上）；③通道蛋白其结构和功能状态在细胞内外理化因子作用下，能在数毫秒至数十毫秒的时间内迅速激活开放，随后迅速失活或关闭，载体蛋白无此特性。

4、课堂延伸

探究活动三：教师要求学生根据本节课内容，搜集一些诺贝尔化学奖的生命科学领域的科学家，并讨论如何看待这一事实，学生可写一则心得体会。

五、教学反思

本节课内容作为物质跨膜运输内容的延伸学习，有助于学生从更深的层次理解物质跨膜运输的方式。对于本节内容，学生进行探究讨论，对于教学重点“通道蛋白与载体蛋白的异同”，以通道蛋白和载体蛋白为例进行比较学习，教师展示通道蛋白转运模式图和载体蛋白转运模式图，使学生较好掌握。最后以课外探究结束本节课，可以激发学生的学习兴趣和热情。