必修1《分子与细胞》细胞核的结构和功能教学设计及反思

这是一份必修1《分子与细胞》细胞核的结构和功能教学设计及反思，共7页。
教学目标
1.科学思维:阐明细胞核的结构和功能。
2.科学探究:根据对细胞整体与局部的认识,尝试制作真核细胞的三维结构模型。
3.生命观念:认同细胞核是细胞生命系统的控制中心。
评价目标
1.围绕本节课的教学重点,最终形成“细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心”的概念。
2.理解细胞核的结构和功能,认识到细胞各部分的结构与功能相适应。
教学重难点
重点:1.细胞核的结构和功能。
2.制作真核细胞的三维结构模型。
难点:制作真核细胞的三维结构模型。
教学方法
1.利用好教材中的科学实验材料,引导学生进行思考和讨论,强化实验结果与结论之间的逻辑关系,培养学生基于事实归纳概括形成概念的能力,发展学生的科学思维。
2.尝试制作真核细胞的三维结构模型,帮助学生对全章内容进行总结和深化。
3.采用直观教学法、讲述法、讨论法等教学方法。
课时安排
1课时
教学准备
多媒体,白板,学案,PPT等。
教学设计
导入新课
【师】同学们知道“多莉”羊吧!在初中的时候我们就已经学习并且熟知了它,它可是一只明星羊啊!因为它是第一只通过克隆的方式出生的羊。下面,大家再来看一下它的出生过程并思考一下它长得像谁呢?
【生】看课件内容,并思考讨论。
【生】回答问题:长得像绵羊甲。
【师】请大家考虑为什么?
【生】因为绵羊甲给它提供了细胞核。
【师】总结:细胞核控制绵羊性状。
探究一、细胞核的功能
【师】先请学生阅读课本P54的“思考·讨论”的资料1:美西螈细胞核移植实验,并考虑以下问题:
(1)移植后长大的美西螈是什么体色?
(2)由此你认为生物性状的遗传主要由什么控制的?为什么?
【生】合作交流,小组自由发言。
【师】点评学生的回答,针对出现的问题做进一步的补充和强调。
【师】请学生阅读资料2:蝾螈受精卵横缢实验,提出问题,让学生思考回答。
(1)分隔后蝾螈受精卵的两半有什么不同?会出现什么不同的结果?怎样进一步设计实验证明这个问题?根据结果归纳总结该实验的结论是什么?
(2)整个实验最突出的实验设计思想是什么?怎么设置对照的,围绕什么而对照?
【生】合作交流,小组自由发言。
【师】点评学生的回答,针对出现的问题做进一步的补充和强调。
【师】请学生阅读资料3:变形虫去核及核移植实验,并提出问题:
(1)根据实验结果能得出什么结论?
(2)人成熟的红细胞还能生长分裂吗,为什么?
【生】合作交流,小组自由发言。
【师】点评学生的回答,针对出现的问题做进一步的补充和强调。
【师】请学生阅读资料4:伞藻嫁接与核移植实验,并提出以下问题:
(1)伞藻嫁接实验:切去帽后长出来的新帽的形状是由柄决定的还是由假根决定的?该实验能否说明伞帽的形状由细胞核控制?为什么?要证明“伞帽的形状由细胞核控制”需再怎样设计实验?
(2)根据伞藻嫁接实验和伞藻核移植实验结果,得出什么结论?
【生】合作交流,小组自由发言。
【师】点评学生的回答,针对出现的问题做进一步的补充和强调。
【师】总结细胞核的功能:细胞核控制着细胞的代谢和遗传,是细胞的控制中心。
【师】细胞核为什么能成为细胞代谢和遗传的控制中心?这是由细胞核的结构决定的(引出对细胞核结构的学习)。
探究二、细胞核的结构
【师】大家来看下课本P56内容,并观察“图3-10细胞核结构模式图”,完成学案中的[自主学习]。
【生】阅读教材内容,完成[自主学习]。
【师】教师提问:核膜与细胞膜有什么不同?
【生】核膜是双层膜,而细胞膜是单层膜,除此之外,核膜上有核孔,而细胞膜上没有。
【师】大家还记得细胞膜的功能吗?
【生】将细胞与外界环境分隔开,控制物质进出细胞,进行细胞间的信息交流。
【师】类似的,核膜的功能就是将核内物质与细胞质分开。至于核内要不断地与核外细胞质进行物质交换和信息交流,则不是核膜的主要功能。因为核膜上有核孔,是内外两层生物膜连接在一起形成的。主要是大分子进出的通道,实现了核质之间频繁的物质交换和信息交流的功能。其实核膜和核孔很像我们的蚊帐,既能把床内和床外分隔开,阻挡蚊子等的侵袭,蚊帐上的小孔又能实现空气的流通。
【师】代谢越旺盛的细胞需要交换的物质和信息越多,为适应这一功能,所以核孔的数目就越多。以此,请大家思考:口腔上皮细胞和胰岛细胞哪个核膜上的核孔数目多呢?
【生】胰岛细胞能分泌激素,代谢旺盛;口腔上皮细胞为高度分化的细胞,代谢较弱。由于细胞代谢越旺盛,核孔数目越多,因此胰岛细胞的核孔数目较多,口腔上皮细胞的核孔数目较少。
【师】核仁:与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。通常蛋白质合成旺盛的细胞核仁较大。
【师】接下来大家带着这几个问题阅读课本P56内容:染色质的组成成分是什么?染色质有什么特性?染色质和染色体的关系是怎样的?
【生】讨论并回答。
【师】染色质主要由DNA和蛋白质组成,呈丝状。染色质经过高度螺旋,缩短变粗,变成圆柱状或杆状,也就是染色体,因此,染色质和染色体实际上是同一物质在不同时期的两种形态,细胞分裂期时是染色体,细胞分裂即将结束时是染色质。它们之间的形态变化是通过解螺旋和螺旋化缩短变粗来实现的。就好像我们平常吃的泡面,平时都是高度卷曲、螺旋在一起的一块东西,当我们要吃的时候呢,泡了水就散开来,成为一条条的。形态不一样,但都是泡面,同理,染色质和染色体是同一种物质在不同时期的两种形态。
(设计意图:通过打比方理解染色质和染色体是同一种物质在不同时期的两种形态。)
【师】遗传信息就储存在DNA上,遗传信息就是细胞生命活动的“蓝图”,细胞依据它进行物质合成、能量转化和信息交流,完成生长、发育、衰老和凋亡。因此,对细胞核功能比较全面的阐述是:细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心。
探究三、细胞是一个统一的整体
【师】请学生阅读课本P56内容,完成学案上的[自主学习]。
【生】阅读教材相关内容并填写。
【师】细胞结构的完整性是否会影响细胞的生命活动?请同学们带着问题完成学案上的[合作探究]。
【生】完成学案上的[合作探究]。
【师】点评学生的探究结果,做进一步的补充和强调。
评价反馈
通过让学生用橡皮泥制作真核细胞的三维结构模型,评价学生对细胞核结构和功能以及细胞膜、细胞器相关知识的掌握情况。
课堂小结
1.学生快速浏览本节教材内容,并回忆教师的讲述内容,从整体上感知和把握所学知识。
2.学生口头表述自己的收获。
布置作业
完成学案后的核心素养专练。
教学反思
1.课前精心设计教学环节,通过设计问题引导学生对细胞核结构与功能的理解,基本能做到层层深入,环环相扣。
2.课堂上让学生充分展示,不仅调动了学生学习的积极性,还让学生体会到成功的喜悦。
3.通过问题引导,以及资料分析充分的调动学生的思维。
板书设计
第3节 细胞核的结构和功能
1.细胞核的功能
2.细胞核的结构
3.细胞是一个统一的整体
备课资源
细胞核是细胞内储存遗传物质的场所。真核生物的细胞一般都有细胞核,只有成熟的红细胞和高等植物成熟的筛管细胞没有细胞核。不同类型细胞的细胞核的形态、大小和位置不同,通常是球形,但也有长形、扁平和不规则的形态。典型的细胞核的体积约为细胞体积的5%~10%,细胞核的直径范围从1微米到几百微米不等,平均为5~15微米。一般来说,一个细胞只有一个细胞核,有些特殊的细胞含有多个细胞核,例如脊椎动物的骨骼肌细胞,这种细胞很长,可达几百微米,甚至几厘米,其中含有几十甚至几百个独立的细胞核。
在细胞间期观察到典型的真核生物细胞核的结构有五个主要组成部分:①由双层膜组成的核膜,它将细胞核内物质同细胞质分开;②似液态的核质(nucleplasm),其中含有可溶性的核物质;③一个或多个球形的核仁,这种结构与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关;④核基质(nuclear matrix),为细胞核提供骨架网络;⑤染色质/染色体当它展开存在于细胞核中时称为染色质,组成致密结构时称为染色体。细胞核有两个主要功能:一是通过遗传物质的复制和细胞分裂保持细胞世代间的连续性(遗传);二是通过基因的选择性表达,控制细胞的活动。
1.核膜(nuclear envelpe):真核生物的细胞核的最外层结构,由两层单位膜所组成
核膜的结构比较复杂,它由外核膜、内核膜、核周腔、核孔复合物和核纤层等5个部分组成。外核膜与内质网相连,表面附有大量的核糖体颗粒。内、外核膜间有15~30 nm的透明腔,称为核周腔,膜上有孔。
2.核孔复合物(nuclear pre cmplexs,NPCs)
核膜上有许多孔,称为核孔(nuclear pre),是细胞核膜上沟通核质与胞质的开口,由内外两层膜的局部融合所形成,核孔的直径为80~120 nm。
一个典型的哺乳动物的核膜上有3 000~4 000个核孔,合成功能旺盛的细胞,核孔的数量就多。核孔是以一组蛋白质颗粒以特定的方式排布形成的结构,它可以从核膜上分离出来,被称为核孔复合物。
NPCs是一轮形结构,外径120 nm,并呈现8面对称。轮毂是一个圆柱形的活塞(plug),称之为中央运输蛋白(central transprter)。从中央运输蛋白向外伸出8个轮辐(spke)并与核孔复合物的细胞核面的核质环(nucleplamic ring)和细胞质面的胞质环(cytplasmic ring)相连。在胞质环的表面常有8个细胞质颗粒位于其上,而核质环上有细纤丝伸向核质,形成笼形结构,称之为篮。在某些生物中,NPCs篮常同一种交织的纤维层相连,称之为核被网格(nuclea renvelpe lattice)。
3.核蛋白(nuclear prtein)
核蛋白是指在细胞质内合成,然后运输到核内起作用的一类蛋白质。如各种组蛋白、DNA合成酶类、RNA转录和加工的酶类、各种起调控作用的蛋白因子等。核蛋白一般都含有特殊的氨基酸信号序列,起蛋白质定向、定位作用。
4.核定位信号(nuclear lcalizatin signal,NLS)
核定位信号是另一种形式的信号肽,可位于多肽序列的任何部分。一般含有4~8个氨基酸,且没有专一性,作用是帮助亲核蛋白进入细胞核。入核信号与导肽的区别在于:①由含水的核孔通道来鉴别;②入核信号是蛋白质的永久性部分,在引导入核过程中,并不被切除,可以反复使用,有利于细胞分裂后核蛋白重新入核。
有多种类型的核定位信号,这些信号都具有一个带正电荷的肽核心。第一个被确定的NLS序列的蛋白质是SV40的T抗原(MW=92 kDa),它在细胞质中合成后很快积累在细胞核中,是病毒DNA在核内复制所必需的蛋白质。其野生型的氨基酸序列为Pr-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val,即使单个氨基酸突变所产生的突变型NLS(Pr-Lys-Tyr-Lys-Arg-Lys-Val)也能阻止这种蛋白质进入细胞核而停留在细胞质中。如果将这种信号接到非核蛋白的随机Lys的侧链上,则非核蛋白也能转变成核蛋白。
5.核输出信号(nuclear exptr-signal,NES)
作为核内物质输出细胞核的信号,帮助核内的某些分子迅速通过核孔进入细胞质。另外,有些蛋白并非是核内常驻“人口”,通常要往返于核质和胞质之间,这些穿梭蛋白既有NLS又有NES。
6.输入蛋白(imprtin)
核定位信号的受体蛋白,存在于胞质溶胶中,可与核定位信号结合,帮助核蛋白进入细胞核,这种受体称为输入蛋白。它们作为一种穿梭受体(shuttling receptr)在细胞质内与核蛋白的核定位信号结合,然后一起穿过核,在核内与亲核蛋白分离后再返回到细胞质中。输入蛋白有α和β两种亚基。
7.输出蛋白(exprtin)
存在于细胞核中识别并与输出信号结合的蛋白质,帮助核内物质通过核孔复合物输出到细胞质,而后快速通过核孔复合物回到细胞核。
8.核仁(nuclelus)
核仁是细胞核中一个匀质的球体,由纤维区、颗粒区、核仁染色质、基质等四部分所组成。核仁是真核细胞间期核中最明显的结构。核仁的大小、形状和数目随生物的种类、细胞类型、细胞代谢状态而变化。蛋白质合成旺盛、代谢活跃的细胞,如分泌细胞、卵母细胞的核仁大,可占核体积的25%。不具蛋白质合成能力的细胞如肌肉细胞、休眠的植物细胞,其核仁很小。
大多数细胞只含有一个或两个核仁,但也有少数细胞含有多个甚至上千个核仁。核仁的主要功能是进行核糖体及某种RNA的合成。
9.核仁周期(nuclelar cycle)
核仁是一种动态结构,随细胞周期的变化而变化,即核仁进行分离和重新聚合的过程所需要的时间称为核仁周期。在细胞的有丝分裂前期,核仁变小,并逐渐消失。在有丝分裂末期,rRNA的合成重新开始,核仁形成。核仁形成的分子机理尚不清楚,但需要rRNA基因的激活。
10.染色质(chrmatin)
染色质最早是1879年Flemming提出的用以描述核中染色后强烈着色的物质。现在认为染色质是细胞间期细胞核内能被碱性染料染色的物质。是主要由DNA和蛋白质组成的复合物。
11.染色体(chrmsme)
染色体是细胞在有丝分裂和减数分裂过程中由染色质聚缩而成的棒状结构。染色体和染色质在化学本质上没有差异,只是在构型上不同,是遗传物质在细胞周期不同阶段的不同存在状态。