細(xì)胞膜的成分和分子結(jié)構(gòu)模型中養(yǎng)成探究能力的實(shí)例探究能力包括提出問(wèn)題的能力、提出假設(shè)的能力、設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證假設(shè)的能力、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的收集能力、信息的處理和分析能力、概括結(jié)論的能力、以及與伙伴合作和交流的能力等等。下面以細(xì)胞膜的成分和分子結(jié)構(gòu)模型為例，和同學(xué)們談?wù)勔恍┞鋵?shí)探究能力的切入點(diǎn)：1．選擇材料，消除無(wú)關(guān)變量為什么哺乳動(dòng)物的成熟的紅細(xì)胞是獲得細(xì)胞膜的理想材料？【相關(guān)材料】將紅細(xì)胞低滲處理后，造成紅細(xì)胞破裂發(fā)生溶血現(xiàn)象，再將溶出細(xì)胞外的物質(zhì)沖洗掉，剩下的結(jié)構(gòu)就是較純凈的細(xì)胞膜，在生物學(xué)上稱為“血影”。2．發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出假設(shè)2．11925年，GorterGrendel用丙酮提取了紅細(xì)胞細(xì)胞膜的磷脂，并將它在空氣－水的界面展開(kāi)后形成一個(gè)單分子層，發(fā)現(xiàn)這片油脂層的面積相當(dāng)于原來(lái)紅細(xì)胞膜表面積的2倍，由此可以得出什么結(jié)論？細(xì)胞膜上的磷脂雙分子又是怎樣排列的呢？提出假設(shè)。（注：提供三種供選的范圍）2．2葡萄糖不能通過(guò)人工的無(wú)蛋白質(zhì)的磷脂雙分子層膜，但細(xì)胞可以吸收葡萄糖的事實(shí)，為什么？提出你的假設(shè)。3．分析結(jié)果，得出結(jié)論1895年，科學(xué)家歐文頓用500多種物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞進(jìn)行上萬(wàn)次的通透性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)極易通過(guò)細(xì)胞膜，并且細(xì)胞膜很容易被脂溶性物質(zhì)所溶解。你認(rèn)為，這一事實(shí)說(shuō)明細(xì)胞膜的組成成分中應(yīng)有?？茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn)：電鏡下的細(xì)胞膜有“暗—亮—暗”的結(jié)構(gòu)（“亮”處代表電子密度低，“暗”處代表電子密度高）。將細(xì)胞膜樣品經(jīng)冰凍斷裂處理后，細(xì)胞膜會(huì)從雙層磷脂分子中央斷開(kāi)了，這樣就可以在電鏡下清楚的看到細(xì)胞膜上蛋白質(zhì)分子和磷脂分子的外觀形態(tài)，這種技術(shù)叫冰凍蝕刻技術(shù)。冰凍蝕刻技術(shù)證明：脂雙層中分布有蛋白質(zhì)顆粒。由此可知，細(xì)胞膜上的磷脂分子和蛋白質(zhì)分子的位置關(guān)系怎樣？4．問(wèn)題拓展，探究運(yùn)用背景知識(shí)：磷脂分子的頭部親水，尾部疏水（圖-1）如果把一滴油滴在水面上，形成背景知識(shí)：磷脂分子的頭部親水，尾部疏水（圖-1）如果把一滴油滴在水面上，形成“油—水”界面，“油—水”界面上磷脂分子的排列是什么樣的呢？（結(jié)果如圖-2）細(xì)胞膜上的磷脂分子應(yīng)該怎么排列呢？如果把一滴油滴在水面上，再高速振蕩，形成油水乳液，油水乳液中磷脂小滴的結(jié)構(gòu)又會(huì)是什么樣的呢？（結(jié)果如圖-3）材料分析探究-1探究-2推導(dǎo)結(jié)論提出問(wèn)題1925年，高特和戈來(lái)格爾用丙酮提取出紅細(xì)胞膜上的磷脂，并將它在空氣和水的界面上鋪成單分子層，發(fā)現(xiàn)這個(gè)單分子層的面積相當(dāng)于原來(lái)紅細(xì)胞表面積的2倍。據(jù)此，學(xué)生得出了細(xì)胞膜是由連續(xù)的兩層磷脂分子組成的推論。親水親水疏水圖-1：磷脂分子結(jié)構(gòu)模式圖圖-2：油水界面上磷脂分子的排列圖圖-3：高速震蕩成油水乳液，乳液小滴中磷脂分子排列圖圖-4：細(xì)胞膜磷脂分子分布圖（1）圖-3中A的主要成分是水還是油？（2）請(qǐng)根據(jù)探究-1和探究-2的結(jié)果推導(dǎo)細(xì)胞膜上磷脂分子的排布情況，在圖-4中繪出其簡(jiǎn)圖（片段）。（3）根據(jù)圖-4所示結(jié)果，科學(xué)家利用純磷脂制成“脂質(zhì)體”，作為細(xì)胞模型。將“脂質(zhì)體”放置于清水中，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，“脂質(zhì)體”的形態(tài)、體積都沒(méi)有變化。①這一事實(shí)表明：。進(jìn)一步根據(jù)細(xì)胞膜的化學(xué)成分分析推測(cè)，水分子的跨膜運(yùn)輸不是真正的自由擴(kuò)散，它最可能與膜上的蛋白質(zhì)有關(guān)。②彼德·阿格雷從人紅細(xì)胞及腎小管細(xì)胞的膜中分離出一種分子量為28道爾頓的膜蛋白—CHIP28，并證明它是一種“水通道蛋白”。請(qǐng)你完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案證明CHIP28確實(shí)與水分子運(yùn)輸有關(guān)，并預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)步驟：第一步：取兩個(gè)燒杯，盛有等量的蒸餾水，作上標(biāo)記A、B。第二步：制作兩種人造細(xì)胞膜，一種，記作甲，一種，記作乙。第三步：將這兩種人造細(xì)胞膜分別做成脂質(zhì)體，然后把甲膜制成的脂質(zhì)體放在A燒杯中，把乙膜制成的脂質(zhì)體放在B燒杯中。第四步：觀察。預(yù)期結(jié)果：。5．綜合訓(xùn)練，探究應(yīng)用5．1用丙酮從口腔上皮細(xì)胞中提取脂質(zhì)，在空氣——水界面上鋪成單分子層，測(cè)得單分子層面積為S1，設(shè)細(xì)胞膜表面積為S2，S1與S2關(guān)系最恰當(dāng)?shù)氖牵ǎ〢．S1=2S2B．S1＞2S2C．S1＜2S2D．S2＜S1＜2S5．2閱讀有關(guān)生物膜結(jié)構(gòu)探索歷程的材料，回答相關(guān)問(wèn)題。資料1：l895年Overton在研究各種未受精卵細(xì)胞的透性時(shí)，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)容易透過(guò)細(xì)胞膜，不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)透過(guò)細(xì)胞膜十分困難。資料2：20世紀(jì)初，科學(xué)家們第一次將細(xì)胞膜從某種細(xì)胞中分離出來(lái)，化學(xué)分析表明，它們的主要成分是磷脂和蛋白質(zhì)。資料3：1925年荷蘭科學(xué)家用丙酮從某種細(xì)胞中提取脂質(zhì)，在空氣一水界面上鋪展成單分子層，測(cè)得單分子層的面積恰為細(xì)胞表面積的2倍。資料4：19世紀(jì)30年代初，科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜不可能是單純磷脂分子構(gòu)成，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)可能還有蛋白質(zhì)，于是提出在磷脂雙分子層內(nèi)外兩側(cè)都有蛋白質(zhì)分子覆蓋的假說(shuō)。資料5：l959年，羅伯特森在電鏡下看到細(xì)胞膜清晰的“暗一亮一暗”的三層結(jié)構(gòu)。按照“三明治”模型，科學(xué)家經(jīng)過(guò)計(jì)算認(rèn)為生物膜至少厚約1.5—20nm。但電鏡照片中，實(shí)際測(cè)得細(xì)胞膜的厚度約為7-10nm。資料6：1970年，科學(xué)家用熒光標(biāo)記的小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞等做了一系列相關(guān)融合實(shí)驗(yàn)。（1）僅通過(guò)對(duì)資料l的分析，你能對(duì)膜結(jié)構(gòu)提出什么樣的假設(shè)?（2）資料2、3中要獲得純凈細(xì)胞膜，最好選擇哺乳動(dòng)物的哪一類細(xì)胞?試簡(jiǎn)述理由。（3）從資料3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出什么結(jié)論?（4）資料4、5中，通過(guò)比較分析生物膜的計(jì)算厚度和實(shí)測(cè)厚度，科學(xué)家對(duì)膜結(jié)構(gòu)模型提出了什么樣的假說(shuō)?（5）資料6中，科學(xué)家最早是用紅色熒光染料標(biāo)記人細(xì)胞的膜蛋白，用綠色熒光染料標(biāo)記小鼠細(xì)胞的膜蛋白，進(jìn)行融合實(shí)驗(yàn)。剛?cè)诤蠒r(shí)，融合細(xì)胞一半發(fā)綠色熒光，另一半發(fā)紅色熒光。在37℃下經(jīng)過(guò)40min，兩種顏色的熒光均勻分布，這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明________________.（6）1972年，桑格和尼克森綜合以上實(shí)驗(yàn)，并在新的觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù)基礎(chǔ)上，提出了為大多數(shù)人所接受的________________模型。參考答案1．除細(xì)胞膜外無(wú)其他的膜結(jié)構(gòu)存在。2．1細(xì)胞膜上的磷脂分子在呈雙分子層排列細(xì)胞膜上的磷脂雙分子是親水基團(tuán)在兩側(cè)、疏水基團(tuán)在內(nèi)側(cè)2．2細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與人工脂質(zhì)膜有別，還有蛋白質(zhì)分子。葡萄糖的跨膜運(yùn)輸與膜蛋白有關(guān)。3．脂質(zhì)在細(xì)胞膜的中間，是磷脂雙分子層構(gòu)成細(xì)胞膜的基本支架。在磷脂雙分子層的外側(cè)和內(nèi)側(cè)，有許多球形的蛋白質(zhì)分子，它們以不同的深度鑲嵌或者貫穿在磷脂雙分子層中，或者覆蓋在磷脂雙分子層的表面。4．（1）水（2）見(jiàn)圖（兩層磷脂分子層的親水性頭部分別位于細(xì)胞膜的內(nèi)外兩側(cè)，疏水性尾部位于細(xì)胞膜的中間）（3）①水分子不能通過(guò)純粹的磷脂雙分子層②添加CHIP28不添加CHIP28實(shí)時(shí)觀察A、B燒杯中“脂質(zhì)體”的形態(tài)、體積變化預(yù)期結(jié)果：A燒杯中的“脂質(zhì)體”吸收了很多水而膨脹，B中則沒(méi)有變化。5．1B5．2(1)膜是由脂質(zhì)組成的(或膜含有脂