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第1节 细胞膜的结构和功能（第一课时）
新人教版 高一 必修1 分子与细胞
第3章 细胞的基本结构
学习目标
生命观念：认同细胞膜作为系统边界对细胞的重要意义。
科学探究：认同选择实验材料对科学研究的作用。
尝试制作生物膜模型，认可结构决定功能。
科学探究：体会有关膜结构特点的实验设计方法和原理
问题探讨
鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。
细胞膜的成分
Components of cell membrane
①为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
活细胞的细胞膜具有选择透过性，染料台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜，所以活细胞没有被染色。死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的这一功能，台盼蓝能够通过细胞膜进入到细胞中，所以死细胞能够被染成蓝色。
②据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？
细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能。
细胞膜的成分
Components of cell membrane
一个国家有边界；皮肤和黏膜使人体的边界；
细胞膜的成分
Components of cell membrane
组成细胞的分子必须有序地组织成细胞的结构，才能成为一个基本的生命系统。
细胞，作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜，也成为了质膜。
对于植物细胞来说，最外面是细胞壁，而不是细胞膜，那植物细胞的边界是细胞壁吗？我们学了本节课将会有所了解。
1、将细胞与外界环境分隔开
电子显微镜下的细胞膜
将生命物质与外界环境分隔开，使细胞成为一个相对独立的系统，细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
细胞膜的功能
Function of cell membrane
（作为界膜，保障细胞内部环境的相对稳定）
一、认识细胞膜的功能
2、控制物质进出细胞
环境中一些对细胞有害的物质有可能进入；有些病毒、病菌也能侵入细胞，使生物体患病。
细胞
营养物质（水、氨基酸、无机盐、葡萄糖等）
废物
（水、CO2、尿素、多余的无机盐等）
抗体、激素等
细胞合成并分泌
细胞代谢产生
（DNA等）
×
细胞膜的控制作用是相对的
细胞膜的功能
Function of cell membrane
一、认识细胞膜的功能
不需要的物质
细胞膜的功能
Function of cell membrane
2、控制物质进出细胞
一、认识细胞膜的功能
实验验证细胞膜具有控制物质进出的功能
正常的玉米种子
煮熟的玉米种子
红墨水处理
红墨水处理
清水冲洗
清水冲洗
胚细胞不是红色
胚细胞是红色
结论：细胞膜具有控制物质进出的功能
台盼蓝能够对动物细胞进行染色，所以死细胞能够被染成蓝色。
3、进行细胞间的信息交流
细胞膜的功能
Function of cell membrane
一、认识细胞膜的功能
在多细胞生物中，各个细胞都不是孤立存在的，它们之间必须保持功能协调，才能让生物体健康生长，这种协调不仅依赖于物质和能量的交换，也有赖于信息的交流。
内分泌细胞
靶细胞
靶细胞
发出信号
的细胞
靶细胞
与膜结合的信号分子
通道
类型一
类型二
类型三
3、进行细胞间的信息交流
一、认识细胞膜的功能
细胞膜的功能
Function of cell membrane
方式1：通过细胞分泌化学物质传递信息
细胞分泌的化学物质（如激素），随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。
3、进行细胞间的信息交流
一、认识细胞膜的功能
细胞膜的功能
Function of cell membrane
方式1：通过细胞分泌化学物质传递信息
细胞分泌的化学物质（如激素），随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。
能够接受内分泌细胞分泌激素刺激的器官或细胞称为靶器官或靶细胞
体
液
的
传
送
内分泌细胞
分泌的激素
与靶细胞膜上的受体结合，将信息传递给靶细胞
靶细胞
靶细胞
细胞膜的功能
Function of cell membrane
糖尿病---信息传递异常引起的疾病
细胞膜的功能
Function of cell membrane
3、进行细胞间的信息交流
一、认识细胞膜的功能
方式2：接触交流
相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。例如，精子和卵细胞之间的识别和结合。
发出信号
的细胞
靶细胞
与膜结合的信号分子
细胞膜的功能
Function of cell membrane
多细胞生物是一个繁忙而有序的“社会”。
方式3：通道交流
相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。例如高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用。
3、进行细胞间的信息交流
一、认识细胞膜的功能
3、进行细胞间的信息交流
项目 通过信息分子间接交流 细胞间直接交流 经特殊通道交流
信息交 流方式 通过细胞分泌的________ (如激素)间接传递信息 通过相邻两个细胞的 _____直接接触传递信息 通过相邻两个细胞之间形成 传递信息
举例 细胞分泌激素经________ 作用于靶细胞 精子和卵细胞之间的识别和结合 高等植物细胞之间通过
进行信息交流
图示
化学物质
细胞膜
通道
体液运输
胞间连丝
细胞膜的功能
Function of cell membrane
多细胞生物是一个繁忙而有序的细胞“社会”。如果没有信息交流，生物体不可能作为一个整体完成生命活动。细胞间信息交流，大多与细胞膜的结构有关。
细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的。但细胞膜非常薄，即使在高倍显微镜下依然难以看清它的真面目，人们对细胞膜化学成分与结构的认识经历了很长时间。
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
任务2：对细胞膜成分的探索
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
资料1: 1859年，欧文顿选用500多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行了上万次的研究。发现凡是易溶于脂质的物质，容易穿过膜，反之，不易溶于脂质的物质，也不易穿过膜。
提出假说：
膜是由脂质组成的
如何获得细胞膜？
细胞膜的主要成分是什么？
问题探讨
科学家进行脂质成分的确定
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
实验：体验制备细胞膜的方法
1.实验原理
细胞内的物质具有一定的浓度，把细胞放入_______中，细胞由于吸水而_______，除去细胞内的其他物质，得________。
清水
胀破
细胞膜
2.实验材料
请从下面细胞中选出符合研究细胞膜的细胞，并尝试说明理由。
A.哺乳动物成熟的红细胞 B.高等动物细胞
C.高等植物细胞 D.细菌细胞
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
2.实验材料——哺乳动物成熟的红细胞
哺乳动物成熟的红细胞没有细胞壁也没有细胞核和其它众多的细胞器，可以避免其它膜的干扰,提取较纯净的细胞膜。
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
实验：体验制备细胞膜的方法
3.实验步骤
将少量哺乳动物新鲜血液滴入生理盐水中摇匀，制备红细胞稀释液
滴一小滴红细胞稀释液在载玻片上，盖上盖玻片，制成临时装片
在显微镜下观察
（先低后高）
保持渗透压，维持细胞的正常形态
使红细胞分散开
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
实验：体验制备细胞膜的方法
涨破的红细胞
3.实验步骤
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
实验：体验制备细胞膜的方法
讨论：如何得到较纯的细胞膜？
差速离心法
采用逐渐增加离心速度或低速和高速交替进行离心，使沉降速度不同的颗粒在不同的分离速度及不同的离心时间下分批分离的方法。
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
任务2：对细胞膜成分的探索
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
资料2：科学家利用动物的卵细胞、红细胞、神经细胞等作为研究材料，并利用哺乳动物的红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜，经过化学分析，得知组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
磷脂分子可能会如何分布呢？
观察磷脂分子的结构并分析其特点。
结构图
模型
示意图
水分子
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
头部
CH2
CH2
CH
O
O
C
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
O
O
C
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH
CH
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
O
P
O
OH
O
CH2
CH2
N+(CH3)3
尾部
磷脂分子结构图
磷脂的一端为亲水的头，两个脂肪酸一端为疏水的尾
双层磷脂分子是如何排布构成生物膜结构的呢？
D
E
C
A
B
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
观察磷脂分子的结构并分析其特点。
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
头部
尾部
磷脂分子示意图
磷脂的一端为亲水的头，两个脂肪酸一端为疏水的尾，在水中会如何分布呢？
资料3：1925年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺展呈单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
任务2：对细胞膜成分的探索
表面积=S
脂质单分子层面积 = 2S
推测
推断：细胞膜中磷脂分子必然排列为连续的两层。
任务2：对细胞膜成分的探索
表面积=S
脂质单分子层面积 = 2S
推测
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
思考：
① 用其他真核细胞（除哺乳动物成熟红细胞）做上述实验，若磷脂单分子层的面积为2S，则细胞表面积为_______S（“大于”、“小于”、“等于”。）
② 用细菌细胞做上述实验，若细胞表面积为S，则磷脂单分子层的表面积______2S（“大于”、“小于”、“等于”）
小于
等于
资料4：1935年，丹尼利和戴维森研究细胞膜张力，发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。由于人们已经发现了油脂表面如果附有蛋白质成分，则表面张力会降低，因此丹尼利和戴维森推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。
思考：如何证明这个推测成立？
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
任务2：对细胞膜成分的探索
由此推断：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。
磷脂
蛋白质
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
思考.讨论
②根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气—水界面上铺展呈单分子层？科学家是如何推导出“脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层”这一结论的？
因为磷脂分子的“头部”亲水，“尾部” 疏水，所以在水-空气的界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，“尾部”则朝向空气的一面。科学家因测定从红细胞中提取的脂质，铺成但分子层的面积恰好为红细胞表面积的2倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。
①最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取与检测？
最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析得出的。
对细胞膜的成分的探索
CThe search for the composition of cell membranes
思考.讨论
由于磷脂分子有亲水的“头部”和疏水的“尾部”，在水溶液中，朝向水的是“头部”，“尾部”受水的排斥。当磷脂分子的内外两侧均是水环境时，磷脂分子的“尾部”相对排列在内侧，“头部”则分别朝向两侧的水的环境，形成磷脂双分子层。细胞的内外环境都是水溶液，所以细胞膜磷脂分子的“头部”向着膜的内外两侧，而“尾部”相对排在内侧，形成磷脂双分子层。
如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂的“头部”将与水接触，“尾部”与苯接触，磷脂分子分布呈单层。
③磷脂分子在水中能自发地形成双分子层，你如何解释这一现象？由此，你能否就细胞膜是由磷脂双分子层构成的原因作出分析？
④如果将磷脂分子置于水—苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布？
课堂总结
Class summary
1.(2021·河北定州中学期末)下列有关细胞膜的制备及观察的叙述，正确的是( )
A.家鸡的红细胞是最佳的实验材料
B.若选用洋葱鳞片叶内表皮细胞，应先用镊子去除细胞壁
C.制备细胞膜可先利用吸水涨破法，再利用离心法
D.用显微镜观察时，可直接用高倍显微镜找到目标
C
随堂练习
In-class practice

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