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第三章 细胞的基本结构
第1节细胞膜的结构和功能
学校的边界：校门
人体的边界：皮肤、粘膜
细胞的边界是什么呢？
细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜，也叫质膜
1.将细胞与外界环境分隔开
膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段。细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
推测的原始海洋景观图
细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜，也叫质膜。
一、细胞膜的功能
课堂导入
1
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。
讨论
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，台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜。因此活细胞不被染色，死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。
分泌物
③
废物
①
2.控制物质进出细胞
CO2、尿素、多余的无机盐等。
抗体、激素等物质
水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等。
控制的相对性
营养物质
②
病毒病菌
④
①②③表明细胞膜的控制作用具有普遍性；④有些病毒、病菌也能侵入细胞使生物体患病，表明细胞膜的控制作用具有相对性
一、细胞膜的功能
功能特性：
选择透过性
激素
内分泌细胞的激素（如胰岛素），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
（1）通过细胞分泌化学物质完成间接交流
一、细胞膜的功能
（2）通过相邻两个细胞的细胞膜直接接触
发出信号的细胞
靶细胞
与膜结合的信号分子
受体
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）细胞识别得以实现的基础是细胞膜表面某些生物大分子（如糖蛋白、糖脂）提供的识别信息，使细胞可以识别同种与异种、同源与异源细胞
一、细胞膜的功能
（3）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。
胞间连丝
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
一、细胞膜的功能
课堂小结
1
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
进行细胞间的信息交流
除了以上的三种功能外，细胞膜还有细胞识别、保护细胞、参与细胞的运动、分泌等功能。
功能特性：
选择透过性
二、对细胞膜成分的探索
1859年，欧文顿
发现：凡是易溶于脂质的物质，也容易穿过膜，反之，不容易溶于脂质的物质，也不容易穿过膜。
细胞膜
溶于脂质的物质
不溶于脂质的物质
据此推测：细胞膜是由脂质组成的
二、对细胞膜成分的探索
实验：科学家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，进行化学分析，
发现：得知组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，一其中磷脂含量最多。
磷脂
亲水头部
（磷脂）
亲水尾部
（脂肪酸）
二、对细胞膜成分的探索
时间：1925年
人物：戈特和格伦德尔
实验：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，检测其面积。
发现：测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。
据此推测：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
二、对细胞膜成分的探索
时间：1935年
人物：丹尼利和戴维森
实验：研究膜的张力
发现：细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。
（人们已经发现了油脂滴表面如果附有蛋白质成分则表面张力会降低）
据此推测：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质
二、对细胞膜成分的探索
细胞膜的化学成分
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}成分
所占比例
在细胞膜构成中的作用
脂质
约50%
脂质中的磷脂是构成细胞膜的重要成分，此外还有少量的胆固醇
蛋白质
约40%
蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用，因此功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多
糖类
2—10%
糖类与蛋白质或脂质分子结合形成糖蛋白或糖脂，分布在细胞膜的外表面，糖蛋白具有保护、润滑和细胞识别的作用
三、对细胞膜结构的探索
时间：1959年
人物：罗伯特森
发现：在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。
细胞膜结构的电镜照片
提出假说：所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。他把细胞膜描述为静态的统一结构。
三、对细胞膜结构的探索
科学方法——提出假说
细胞膜结构模型的探索过程，反映了提出假说这一科学方法的作用。科学家首先根据已有的知识和信息提出解释某一生物学问题的一种假说，再用进一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充。一种假说最终被接受被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和试验结果相吻合
时间：20世纪60年代以后
质疑：科学家对细胞膜是静态的观点提出质疑：如果是这样，细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的运动这样的现象都难以解释。
变形虫的运动
模拟细胞的生长
三、对细胞膜结构的探索
时间：1970年
实验：人——鼠细胞荧光标记融合实验
证据表明：细胞膜具有流动性
融合细胞
细胞
融合
37℃
40min
正在融合的细胞
红色荧光染料标记膜蛋白
绿色荧光染料标记膜蛋白
人细胞
小鼠细胞
三、对细胞膜结构的探索
三、流动镶嵌模型的基本内容
1972年，辛格和尼科尔森 提出：流动镶嵌模型
（1）基本支架：
（2）蛋白质的位置分布：
（3）细胞膜两侧具有不对称性
（4）磷脂分子可以侧向自由移动，大多数蛋白质也能运动，细胞膜具有流动性。
磷脂双分子层
贯穿、嵌入、覆盖
糖脂
怎么体现？
结构与功能相适应
细胞膜的结构特性—流动性
物质运输、生长、分裂、运动
识别、信息传递
四、流动镶嵌模型的基本内容
磷脂
组成成分
蛋白质
运动
糖类(少)
基本骨架
内部疏水屏障
结构
细胞膜
镶嵌、嵌入、贯穿
物质运输等
细胞膜表面
识别、信息传递
功能
将细胞与外界环境分隔开
运动
控制物质进出细胞
进行细胞间的信息交流
结构特性：流动性
四、流动镶嵌模型的基本内容
细胞膜的流动性与选择透过性
区别
结构特点：具有流动性
功能特点：选择透过性
联系
膜只有具有流动性，才能表现其选择透过性，如果细胞膜中部分蛋白质充当了载体，运输物质进出细胞，只有它是运动的，才能运输物质。
四、流动镶嵌模型的基本内容
课堂总结
课堂精练
1、细胞膜是系统的边界,下列有关其结构和功能的叙述,错误的是(?? )
A.脂质和蛋白质是组成细胞膜的主要物质
B.物质的跨膜运输都是顺相对含量梯度的
C.功能越复杂的细胞膜,蛋白质种类和数量越多
D.细胞产生的激素可与靶细胞膜上相应受体结合
2、提出生物膜流动镶嵌模型的科学家是( )
A.欧文顿 B.罗伯特森
C.桑格和尼克森 D.施莱登和施旺
B
C
课堂精练
3、下列哪项不属于生物膜流动镶嵌模型的基本内容(? ?)
A.磷脂双分子层构成膜的基本支架
B.蛋白质以不同的方式镶在、嵌入、横跨磷脂双分子层
C.磷脂双分子层具有流动性,蛋白质分子也可以运动
D.磷脂分子和蛋白质分子是静止的
D

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