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第三章 细胞的基本结构
第一节 细胞膜的基本结构和功能
学习目标
1.从系统与环境关系的角度，解释细胞膜作为系统的边界所具有的功能
2.分析细胞膜的组成成分与结构的关系，说明细胞膜结构的物质基础，概述流动镶嵌模型的主要内容
3.分析细胞膜成分与结构的探索历程，认同科学理论的形成是在科学精神、科学思维和科学手段的结合下不断修正与完善的过程
1.秦始皇为什么要修建长城？
抵御外敌、作为边境、军事需要等
3.那细胞的边界是什么呢？
细胞膜，也叫“质膜”
2.那人体的边界是什么呢？
皮肤
问题探讨
鉴别动物是否死亡常用台盼蓝染液。
用它染色时，死细胞被染成蓝色，而活细胞不会着色。
1.为什么活细胞不能被染色，而死细胞可以？
2.据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？
细胞膜的功能——由结构和成分决定
将细胞与外界环境分开
控制物质进出
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
细胞膜的功能
1.将细胞与外界环境分开
膜的出现是生命起源过程至关重要的阶段，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
细胞膜的功能
2.控制物质进出
体现了细胞膜的选择透过性——功能特性
①营养物质
③废物
控制作用的相对性
②分泌物
病毒、病菌
对细胞膜有害的物质不是“不能”进入细胞，而是“不易”进入细胞
CO2、尿素等
抗体、尿素等
水、无机盐、葡萄糖、氨基酸等
2.控制物质进出
体现了细胞膜的
选择透过性
①②③控制的普遍性
3.进行物质间的信息交流
细胞分泌的化学物质（如激素）经血液运输与靶细胞上的受体结合，将信息间接传递给靶细胞
靶细胞：接受信号的细胞
受体：
1.分类：细胞表面受体和细胞内受体
2.化学本质：表面受体为糖蛋白,细胞内受体为蛋白质
2.作用：接受激素等化学物质的信号
3.特点：专一性（一种受体只能识别一种或者一类物质）
信息交流方式1：
演示
通过相邻细胞的细胞直接接触传递信息
膜上接受信号分子的受体
信息交流方式2：
与膜结合的信号分子
发出信号的细胞
靶细胞
如：精子和卵细胞之间的识别和结合
信息交流方式3：
通过相邻两个细胞之间形成通道传递信息
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
是谁，隔开了原始海洋的动荡
是谁，奏鸣了生命的交响
是谁，为我日夜守边防
是谁，为我传信报安康。
啊，伟大的细胞膜呀！
没有你，我会是何等模样！
与外界环境隔开
——控制物质进出
——进行细胞间信息交流
这些诗句说的是细胞膜的什么功能？
例1 下列有关细胞膜功能的叙述,正确的是( )
A.用台盼蓝鉴别细胞的死活,体现了细胞膜的功能是将细胞与外界环境分隔开
B.细胞膜作为系统的边界，能够控制物质进出细胞，细胞外的病菌、病毒绝对不能进入细胞
C.相邻细胞间的信息交流都需要受体
D.细胞膜将细胞与外界环境分隔开，保障了细胞内部环境的相对稳定
D
例2 细胞之间通过信息交流,保证功能的协调。下列关于甲、乙、丙三图的说法，错误的是( )
A.图甲中,靶细胞上②的化学本质是糖蛋白
B.图乙可以表示精子与卵细胞的识别
C.图丙表示动物细胞间的信息交流还可以通过相邻细胞间的胞间连丝进行
D.细胞间的信息交流大多与细胞膜的结构和功能有关
C
时间：19世纪末 1895年 人物：欧文顿（E.Overton）
实验：用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验.
●
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细胞膜
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溶于脂质的物质
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不溶于脂质的物质
发现脂质更容易通过细胞膜，不溶于脂质的物质不容易穿过细胞膜
提出假说：细胞膜是由脂质组成的
最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析,还是通过膜成分的提取和检测？
从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的
对细胞膜的成分的探索
（探索二）实验：科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离然后进行化学分析
化学分析表明：组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多
亲水头部
疏水尾部
磷脂分子结构式
磷脂分子示意图
时间：1925年 人物：荷兰科学家Gorter和Grendel
实验：从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面积是细胞膜的2倍
水
空气
提出假说：细胞膜中的磷脂是双层的
水
水
（探索四）1935年，英国学者丹尼利(.f Danielli)和戴维森(H. Davson)研究了细胞膜的张力。
他们发现细胞的表面张力明显低于 油——水 界面的表面张力
由于人们已发现了油脂滴表面如果吸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。
细胞膜的成分
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，此外动物细胞还有少量的胆固醇
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
对细胞膜的结构的探索
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
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“暗-亮-暗”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。
细胞膜结构的电镜照片
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
时间：1970年
科学方法：荧光标记法
实验：人——鼠细胞荧光标记融合实验
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
体现了细胞膜的流动性——结构特性
时间：1972年 人物：辛格和尼科尔森 提出：流动镶嵌模型
流动镶嵌模型的基本内容
①膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的
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
③蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中：有的镶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自由移动，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、运动等功能都是非常重要的。
糖类和脂质相结合，又称“糖被”
对细胞膜的结构
外
内
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
本节小结
细胞
细胞膜
最基本的生命系统
流动性
流动镶嵌模型
系统的边界
结构
成分
脂质（磷脂）50%
糖类
蛋白质 40%
特点
模型
主要表现为构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动。
温度等
影响因素
实例
原因
小鼠细胞和人细胞融合
功
能
磷脂双分子层是膜的基本支架
蛋白质以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中
控制物质进出细胞
进行细胞间的信息交流
流动镶嵌模型
的主要内容
将细胞和外界环境分隔开
特性
选择透过性
磷脂双分子层是膜的基本支架
功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类与数量就越多
蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中
主要成分是磷脂和蛋白质且具有流动性
细胞膜两侧具有不对称性
例1 高考 [高考重组题]判断下列说法是否正确:
A.两个相邻细胞的细胞膜接触可实现细胞间的信息传递 ( )
B.细胞的核膜、内质网膜和细胞膜中都含有磷元素 ( )
C.动物体内的激素可以参与细胞间的信息传递 ( )
D.膜中的磷脂分子是由胆固醇、脂肪酸和磷酸组成的 ( )
E.脂质和蛋白质是组成细胞膜的主要物质 ( )
F.细胞产生的激素与靶细胞膜上相应受体的结合可实现细胞间的信息传递 ( )
√
√
√
√
√
×
例2 关于细胞膜成分和结构的探索历程，下列说法不正确的是（ ）
A.欧文顿在实验基础上提出细胞膜是由磷脂组成的
B.丹尼利和戴维森通过研究细胞膜的张力,推测膜中还含有蛋白质
C.辛格和尼科尔森提出了流动镶嵌模型
D.细胞膜结构的探索历程,应用了提出假说的科学方法
A
脂质
例3 关于细胞膜的流动镶嵌模型如下图所示，①~④表示其中的物质。下列叙述正确的是（ ）
A.①在细胞膜的内外侧均有分布，与细胞间的识别有关
B.②可自发形成双层结构，是静止不动的
C.③分布于细胞膜中，能催化细胞膜中发生的生化反应
D.④可控制某些离子出入细胞
D

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