Химический состав и молекулярная организация клеточных мембран.

Тема. Химический состав и молекулярная организация клеточных мембран.

Цель урока: показать роль мембран в клетке; сформировать пред­ставление о важнейших функциях мембраны: барьерной, транспортной и рецепторной.

Оборудование и материалы: схема строения цитоплазматической мембраны; схема фагоцитоза и пиноцитоза; схема, демонст­рирующая рецепторную функцию мембраны.

Базовые понятия и термины: мембрана, мембранный транспорт, фосфолипиды, мембранные белки, жидкостно-мозаичная мо­дель мембраны, натрий-калиевый насос, эндоцитоз, экзоцитоз, фагоцитоз, пиноцитоз, рецепция.

Концепция урока: опираясь на знания школьников о липидах, по­казать, как может образовываться основа мембраны — билипидный слой. Рассказать о теориях строения мембраны и показать жидкостно-мозаичную модель строения мембраны. Затем выйти на основные функции мембран: барьерную, транспортную и рецепторную. Показать, как строение мемб­раны соответствует ее функциям.

Структура и содержание урока

I. АКТУАЛИЗАЦИЯ ОПОРНЫХ ЗНАНИЙ И МОТИВАЦИЯ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

1) Какие соединения называют липидами?

2) Какими свойствами обладают липиды?

3) Какие молекулы называют гидрофильно-гидрофобными?

4) Знаете ли вы что-нибудь о фосфолипидах?

5) Как будут вести себя в жидких средах гидрофильно-гидрофоб­ные молекулы?

6) Какими структурами должны быть отделены от окружающей среды клетки? Какими свойствами, на ваш взгляд, должны об­ладать эти структуры?

II. ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Невозможно понять особенности функционирования каждой мем­бранной органеллы, если неизвестно строение мембраны. Поэтому урокам, посвященным органеллам клетки предшествует урок, на котором учащиеся знакомятся с принципиальным строением биоло­гической мембраны и ее биологическими функциями.

Особенности клеточных мембран можно обсудить совместно с уча­щимися, тезисно формулируя их.

Особенности клеточных мембран

Клеточные мембраны отделяют клеточное содержимое от внеш­ней среды;

регулируют обмен веществ между клеткой и средой;

обладают избирательной проницаемостью: одни вещества пропус­кают, а другие — нет;

делят клетку на отсеки, предназначенные для тех или иных про­цессов;

на мембранах протекают некоторые химические реакции (свето­вые реакции фотосинтеза в хлоропластах или окислительное фосфорилирование придыхании в митохондриях);

на мембранах располагаются рецепторные участки для распозна­вания внешних стимулов, поступающих из окружающей среды или из другой части самого организма;

обеспечивают межклеточные контакты в многоклеточных орга­низмах.

Строение клеточной мембраны

Строение мембраны соответствует ее функциям. В основе любой мембраны лежит двойной слой фосфолипидов. Привлекая схему, показать школьникам, почему гидрофильно-гидрофобные молеку­лы фосфолипидов располагаются именно таким образом: прячут внутрь слоя гидрофобные «хвосты» и разворачивают к воде гидро­фильные «головки». Возможно, придется подробнее остановиться на фосфолипидах и их свойствах, если школьники не готовы к вос­приятию информации по билипидному слою.

На этом уроке впервые используются знания о молекулах с целью понимания строения и функций органелл клетки. Это и есть конк­ретизация перехода с молекулярного уровня живого на клеточный: молекулы проявляют свои природные свойства и образуют сложные структуры — органеллы.

Надо сразу оговорить, что билипидный слой — это еще не готовая мембрана, а только ее основа. С билипидным слоем должны связать­ся белки, которые называют мембранными белками. Именно мемб­ранные белки определяют многие свойства мембран. Входят в со­став мембран и углеводы, которые образуют комплексы с белками или липидами.

Затем можно перейти к обсуждению жидкостно-мозаичной моде­ли строения мембраны, обращая внимание на то, что мембранные белки могут быть погружены в слой липидов, могут располагаться на его поверхности, а могут принизывать его насквозь. Модель была предложена в 1972 году Сингером и Николсоном. Согласно ей бел­ковые молекулы плавают (более или менее свободно) в квазижид­ком липидном бислое, образуя своеобразную мозаику.

Функции клеточных мембран

1. Мембранный транспорт:

пассивный транспорт веществ из зоны с большей концентрацией в зону с меньшей концентрацией (на него не надо тратить энергию);

облегченный транспорт веществ из зоны с большей концентраци­ей в зону с меньшей концентрацией (ему способствует какой-нибудь переносчик или система переносчиков);

активный транспорт веществ из зоны с меньшей концентрацией в зону с большей концентрацией (для этого процесса необходима энергия) — обсуждение активного транспорта идет на примере натрий-калиевого насоса;

эндоцитоз — активный процесс транспорта различных веществ через мембрану в клетки: фагоцитоз — поглощение твердых час­тиц, а пиноцитоз — поглощение жидкого материала;

экзоцитоз — активный процесс транспорта различных веществ через мембрану из клеток.

2. Барьерная функция. Мембраны являются барьером, который предотвращает поступление в клетку разнообразных химических веществ и других агентов.

3. Рецепторная функция. Клеточная поверхность обладает боль­шим набором рецепторов, делающих возможными специфические реакции с различными агентами. Роль многих клеточных рецепто­ров заключается в передаче сигналов извне внутрь клетки.

4. Мембраны обеспечивают межклеточные контакты в многокле­точных организмах.

Обсудив особенности биологических мембран, их строение и био­логические функции, предложите учащимся подвести итог и дать определение: что такое мембрана.

III. ОБОБЩЕНИЕ, СИСТЕМАТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ И УМЕНИЙ УЧАЩИХСЯ

1) Почему многие вещества не могут попасть внутрь клетки?

2) Является ли поверхностная клеточная мембрана абсолютным барьером для веществ, находящихся в окружающей среде?

3) Отличаются ли поверхностная мембрана (плазмалемма) и те мембраны, которые находятся внутри клетки (например мемб­раны эндоплазматической сети)?

4) Чем отличаются активный и пассивный транспорт через плаз­матическую мембрану?

5) Какая мембрана обладает рецепторной функцией?

6) Какие особенности фосфолипидов позволяют им формировать бислой?

7) Какие функции мембраны связаны с липидами, а какие с бел­ками?

IV. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА УЧАЩИХСЯ

1) Как строение мембраны связано с ее функциями?

2) Благодаря чему мембраны могут выполнять довольно разнооб­разные биологические функции?

3) Какие функции могут выполнять те мембраны, которые распо­лагаются внутри клетки?

4) Можно ли сказать, что жизнь началась благодаря мембранам?

5) Есть ли в клетке еще какие-нибудь структуры, биологические функции которых были бы похожи на биологические функции мембран?

6) В чем заключается рецепторная функция мембраны? Какие мембраны обладают рецепторной функцией?

7) Расскажите о жидкостно-мозаичной модели строения мембран. Кто и когда ее предложил? Почему она стала общепринятой? Что вы знаете о других моделях строения мембран?

V. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

ХРОНОМЕТРАЖ УРОКА

Актуализация опорных знаний и мотивация учебной деятельности.......................... 5 мин

Изучение нового материала.......................................................................................... 28 мин

Обобщение, систематизация и контроль знаний и умений учащихся....................... 10 мин

Домашнее задание........................................................................................................... 2 мин