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第3章 细胞的基本结构
第1节 细胞膜的结构
一 细胞膜的功能
（一）将细胞与外界环境分隔开
在生命起源的过程中，原始海洋中的有机物逐渐聚集并且相互作用，进化出原始的生命。
膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，它将生命物质与外界环境分隔开，产生了原始的细胞，并成为相对独立的系统。细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
（二）控制物质进出细胞
一般来说，细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞；细胞不需要的物质不容易进入细胞。
但细胞膜的控制作用是相对的，环境中一些有害的物质有可能进入；有些病毒、病菌也能侵入细胞，使生物患病。
鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染色法。
用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。
（三）进行细胞间的信息交流
在多细胞生物体内，各个细胞都不是孤立存在的，它们之间必须保持
功能的协调，才能使生物体健康地生存。
这种协调性的实现不止依赖于物质和能量的交换，也有赖于信息的交流。
1.相邻细胞直接接触
2.相邻细胞间形成通道
3.通过体液的作用来完成的间接交流
动物细胞间的连接方式主要有紧密连接、粘合带和粘合斑、桥粒和半桥粒、间隙连接四种。
植物细胞间的连接方式为胞间连丝。
1.紧密连接
相邻细胞膜共同构成的一个液体无法穿透的屏障。
主要存在于上皮细胞、与血脑屏障有关。
2.粘合带
相邻细胞膜之间有较大间隙的一种连接方式具有粘合、机械支持、传递细胞收缩力的作用。粘合带与微丝相连，微丝向上伸到微绒毛顶部，下端插入胞质，形成终末网附着于粘合带上。
3.粘合斑
将细胞与细胞外基质进行连接。
4.桥粒
桥粒是一种坚韧、牢固的细胞连接结构。通过与中间纤维形成的网络支架相连，使相邻的细胞连接成一体，可以承受很大的拉力。
多分布于易受机械刺激和磨损的部位，如食管、皮肤等部位的上皮中。
5.半桥粒
上皮的基底细胞与下方基底膜带之间的主要连接结构。
多分布于经常受到机械力量作用的某些组织如表皮、子宫颈等复层鳞状上皮中。
6.间隙连接
直接连接两个细胞的细胞质 ，是各种分子、离子和电脉冲直接通过细胞之间的调节门。
除了成人完全发育的骨骼肌和移动细胞类型（如精子或红细胞）之外，几乎在身体的所有组织中都存在间隙连接。
与心肌细胞的同时收缩有关。
间隙连接类似于连接植物细胞的胞间连丝 。
7.胞间连丝
相邻细胞的细胞质膜、细胞质、滑面内质网交融在一起，胞质可在其间流动，使整个植物体成为共质体。
胞间连丝见于所有的高等植物、某些藻类及真菌。
二 细胞膜的成分探索
1895年，欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次的实验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：
溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜；不溶于脂质的物质不容易穿过细胞膜
细胞膜是由脂质组成的
相似相溶原理：
溶质与溶剂在结构上相似，能彼此相溶
Q1：动物细胞膜也是由脂质组成的吗？
Q2：脂质成分的类型及含量
Q3：除了脂质还有其他成分吗？
为了进一步确定细胞膜中脂质成分的类型，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
利用哺乳动物成熟红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜，进行化学分析
细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多
Q1：动物细胞膜也是由脂质组成的吗？
Q2：脂质成分的类型及含量
Q3：除了脂质还有其他成分吗？
Q4：是用的什么方法？将细胞放置清水中，细胞吸水涨破，胞内物质流出，经过离心处理得到细胞膜。
Q5：为什么选择哺乳动物的成熟红细胞？
①为什么不选择植物细胞或其他动物细胞？
没有核膜和众多细胞器膜；
没有起支持保护作用的细胞壁
能吸水涨破
较为纯净的细胞膜
为什么选择哺乳动物的成熟红细胞？
哺乳动物成熟红细胞
植物细胞亚显微结构模式图
其他动物细胞亚显微结构模式图
细胞膜
细胞质
哺乳动物成熟红细胞
蛙（两栖动物）成熟红细胞
②为什么不选择其他动物的成熟红细胞？
③为什么是成熟的红细胞？
未成熟的红细胞（网状红细胞）含有细胞核、线粒体、核糖体、高尔基体…
为什么选择哺乳动物的成熟红细胞？
细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多
胆碱
磷酸
脂肪酸
甘油
亲水头部
疏水尾部
相似相溶
水是极性分子
胆碱、磷酸、甘油是极性分子
低级脂肪酸（2-10个C）易溶于水，碳链越长溶解度越小
Q6：细胞膜中的磷脂是如何排列的？
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——水界面上铺展成单分子层，
测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍
细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层
Q7：单分子层在空气——水界面如何排列？
Q8：细胞膜中如何排列？
空气
水
提示：细胞膜内外都为液体环境
空气
水
Q3：除了脂质还有其他成分吗？
1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的表面张力。
细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力
已发现油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低
细胞膜还可能附有蛋白质
20世纪50年代，美国学者贝尔和罗斯维尔发现细胞膜中含有糖分子，主要由糖原和糖苷组成，这些糖分子可以与蛋白质组合，形成糖蛋白。
随后科学家发现糖分子还可与脂质结合，形成糖脂。
细胞膜还含有糖类
细胞膜成分总结
细胞膜
蛋白质（≈40%）：功能越复杂的细胞膜，
蛋白质的种类与数量就越多
脂质（≈50%）：磷脂（最丰富）
胆固醇（主要在动物细胞中）
糖类（≈2%~4%）：参与形成糖蛋白和糖脂
三 细胞膜的结构探索
1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构
Q：暗带和亮带主要是什么成分？
静态模型
透射电镜原理：探测穿过样品的电子来成像。 电子穿透较少，则成像较暗；
电子穿透较多，则成像较亮。
蛋白质对电子的阻挡作用很大，脂双层对电子的阻挡作用很小
所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成
20世纪60年代以后，不少科学家对于细胞膜是静态的观点提出质疑：如果这样，细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的变形运动这样的现象都难以实现。
细胞分裂
变形虫捕食
1970年，科学家用绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，
用红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞融合。
刚融合时，融合细胞一半发绿色荧光，
另一半发红色荧光。
在37℃下经过40min，两种颜色均匀分布。
蛋白质具有流动性
结合其他实验证据
细胞膜具有流动性
（细胞膜的结构特点）
在新的观察和实验证据的基础上，又有学者提出了一些关于细胞膜的分子结构模型。其中，1972年，辛格和尼科尔森提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。
流动镶嵌模型的基本内容
①细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的
细胞膜成分探索
②磷脂双分子层是膜的基本支架，其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。
磷脂分子的排列方式及其结构性质
细胞膜的功能：将细胞与外界环境分隔开、控制物质进出细胞
③蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中：有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。
④细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性，主要表现为构成膜的磷脂分子可以侧向移动，膜中的蛋白质大多也能运动。细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能都非常重要。
细胞膜的功能：控制物质进出细胞
细胞膜的结构特点：具有流动性
补充
细胞膜的外表面还有糖类分子，它和蛋白质分子间结合形成糖蛋白，或与脂质结合形成糖脂，这些糖类分子被称为糖被。糖被在细胞生命活动中具有重要的功能，如与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系。
细胞膜的功能：进行细胞间的信息交流

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