高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》细胞核的结构和功能教案设计

这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》细胞核的结构和功能教案设计，共8页。教案主要包含了细胞核的功能，细胞核的结构，细胞是一个统一的整体等内容，欢迎下载使用。
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
请各小组展示制作的真核细胞和原核细胞的模型。通过展示和学生交流,各小组修改模型,使模型更科学、更美观。
同时,教师告诉学生,我们所制作的模型属于物理模型,并介绍物理模型的概念、建构模型的其他形式(如数学模型和概念模型等)。
接下来教师提出问题:真核细胞和原核细胞在结构上最主要的区别是什么?
学生会比较轻松地说出,真核细胞有核膜包被的细胞核。原核细胞没有核膜包被的细胞核,是拟核。
教师总结:细胞核的出现是生物进化过程中的一大飞跃,核膜将核质与细胞质分开,形成了核与质两大结构与功能区域。除了哺乳动物成熟的红细胞和高等植物韧皮部成熟的筛管细胞等极少数细胞外,真核细胞均有细胞核。
如果失去细胞核,一般来说最终将会导致细胞死亡,细胞核到底在细胞的生命活动中起什么作用呢?接下来让我们一起探究细胞核的功能。
(设计意图:学生自制生物模型,提高了学习兴趣,培养了生物建模的能力。通过对模型的比较和交流,使学生充分利用模型对真核细胞和原核细胞的结构有了进一步的认识,体会了细胞核进化的过程,并引出细胞核的教学。)
探究一、细胞核的功能
首先请学生阅读课本P54~55的“思考·讨论”,讨论以下4个问题:
(1)资料1说明美西螈皮肤的颜色是由细胞核还是由细胞质控制的?
(2)从资料2可以看出细胞核与细胞的分裂、分化有什么关系?
(3)分析资料3你可以得出什么结论?
(4)资料4说明生物体形态结构的形成主要与细胞核还是细胞质有关?
学生小组合作讨论的过程中,教师巡视课堂,及时发现学生讨论中存在的问题,并把握讨论的进度。学生小组讨论结束后,并不急于校正答案,而是利用课件向学生依次展示4个资料。
在展示的过程中,由学生小组汇报合作探究的答案。
教师总结:你认为细胞核具有什么功能?
接下来,教师提出问题:细胞核为什么能成为细胞的“控制中心”呢?细胞核有哪些结构与其功能相适应呢?带着疑问进入细胞核结构的学习。
(设计意图:通过对实验资料的分析,提高学生对信息的获取与分析能力,同时加深学生对细胞核功能的认识,培养学生的合作探究能力。)
探究二、细胞核的结构
首先学生自主学习教材P56“细胞核的结构”部分。
然后,请学生自己尝试绘制细胞核的结构模式图,并注明各部分名称,相互交流展示。
(设计意图:锻炼学生的识图能力和绘图能力,对学生的展示交流及时给予肯定,提高学生学习的积极性。)
在学生认识了细胞核的结构之后,教师提出以下几组问题,帮助学生进一步理解细胞核的结构与功能是如何相适应的。
1.核膜与核孔
教师提出问题:
(1)核膜的结构和功能是怎样的?
(2)核膜的化学成分是什么?有什么特点?
(3)蛋白质合成的场所在哪?
(4)DNA和RNA的分布场所在哪?
教师通过引导学生思考蛋白质合成的场所和DNA、RNA分布的场所,为理解大分子进出细胞核的途径作铺垫。然后顺势提出问题:
(5)它们是如何进出细胞核的呢?
接着再请学生思考问题:
(6)代谢越旺盛的细胞需要交换的蛋白质和RNA就越多,细胞核是如何解决这个问题的?
教师总结:核膜与细胞膜的功能相似,也是表现在三个方面:将细胞核与细胞质隔开,与核外细胞质进行物质交换和信息交流。核孔主要是大分子进出的通道。
(设计意图:通过层层设问,引导学生思考,层层深入,最终理解核膜和核孔的结构与功能相适应。)
2.核仁
通过PPT展示如下资料:在光学显微镜下,核仁通常是均质的球形小体,一般有1~2个,但有的也有多个。核仁是真核细胞间期核中最明显的结构。核仁的大小、形态、数目随生物的种类、细胞形状和生理状态而异,蛋白质合成能力旺盛的卵母细胞和分泌细胞,核仁很大;但不具蛋白质合成能力的细胞如肌肉细胞、休眠的植物细胞等核仁很小。
请学生阅读材料,回答问题:从结构与功能相适应的角度分析,为什么代谢和分泌旺盛的细胞核仁较大?
(设计意图:通过资料分析,提高学生对信息的分析与获取的能力,同时加深学生对核仁功能的认识,培养学生的合作探究能力。)
3.染色体和染色质
通过PPT展示下图,帮助学生理解染色体的本质,以及染色体与染色质的关系。
教师讲解:染色质主要由DNA和蛋白质组成,呈细长丝状,因易被碱性染料染成深色而得名。若细胞要分裂,染色质就螺旋化,缩短变粗,形成棒状或杆状的染色体。借助一根电话线,通过拉伸模拟染色质和染色体,帮助学生进一步理解它们是同一种物质在不同时期的两种存在形式。
学生思考以下问题:
(1)染色体和染色质两者之间是什么关系?
(2)遗传物质是什么?染色质是遗传物质吗?
(3)遗传信息存在于哪里?
(4)同一个生物体内所有细胞的“蓝图”都是一样的吗?
(5)你现在认为细胞核功能较为全面的阐述应该是什么?
探究三、细胞是一个统一的整体
教师给出资料:科学实验数据证明,哺乳动物的红细胞和精子(细胞图如下)寿命比正常细胞短。请学生讨论这一事实说明了什么?
课堂小结
本节课主要围绕细胞核的结构和功能这一教学重点,通过自主学习和讨论初步认识了细胞核的结构和功能。在教学中主要采取了讨论学习法,教学设计处处体现问题意识,给学生充分的思考时间,在分析资料、讨论问题的过程中,发展了学生的归纳与概括的能力。最后学生通过分析哺乳动物的红细胞和精子的结构特点,得出了细胞各结构相互依存、不可分割的结论。再回忆前几节的学习,学生可以看出细胞各组分间分工合作,使细胞成为一个有机的整体,使生命活动能够在变化的环境中自我调控,高度有序地进行。而控制实现这种高度有序性的正是我们今天学习的细胞核。
布置作业
1.巩固本节课所学知识。
2.完成学案上核心素养专练部分的习题。
教学反思
“尝试制作真核细胞的三维结构模型”是高中阶段生物学习中的一个重要的模型构建活动,对学生来说有一定的难度,因此安排学生在课后完成,制作的模型各不相同,这体现了学生活跃的思维,也将抽象的真核细胞结构形象化;关于“细胞核有什么功能”的思考讨论活动,有助于学生通过基于事实的归纳和概括,形成“细胞核控制细胞的代谢和遗传”的概念,这部分内容没有用过多的时间,否则会影响“细胞核的结构”这一重点内容的学习;“细胞核的结构”这是本节课的一个重点内容,通过学生自主学习,讨论,教师总结提高,环环相扣,帮助学生初步形成“细胞各部分结构既分工又合作,共同执行细胞的各项生命活动”的概念。
板书设计
第3节 细胞核的结构和功能
一、细胞核的功能 细胞核控制细胞的代谢和遗传
二、细胞核的结构
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。