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我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧。
——引自翟中和院士等主编的《细胞生物学》
动物细胞
细胞膜
细胞核
细胞质
植物细胞
第三章 细胞的基本结构
细胞壁
细胞膜
细胞核
细胞质
3.1 细胞膜的结构和功能
本节聚焦：
1.细胞膜有哪些功能？
2.流动镶嵌模型的基本内容是什么？
3.通过对细胞膜结构的探索过程的分析，你对科学的过程和方法有哪些领悟？
边界
一个国家有陆地、海域、领空的边界；使人体内部与外界分隔的皮肤和黏膜，是人体的边界。系统的边界对系统的稳定至关重要。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。
细胞膜
细胞核
细胞质
植物细胞的边界？
细胞膜
1.将细胞与外界坏境分隔开
一、细胞膜的功能
草履虫
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
膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段
讨论：
1.为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
2.据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？
鉴别动物细胞是否死亡常用 染液。用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。
问题探讨：
控制物质进出细胞的功能。
活细胞的细胞膜具有选择透过性，台盼蓝不是细胞需要的物质，不易通过细胞膜
死细胞的细胞膜失去了选择透过性，台盼蓝能进入细胞
台盼蓝
2.控制物质进出细胞
细胞膜的控制作用是相对的
例如：环境中一些有害的物质有可能进入；
有些细菌、病菌也能侵入细胞，使生物体患病。
细胞需要的营养物质
细胞不需要物质
抗体、激素等分泌物
细胞产生的废物
有用的成分不易流失
3.进行细胞间的信息交流
细胞间信息交流的方式
②接触传递
③通道传递
通过分泌化学物质，
如激素、神经递质等信息分子
通过细胞膜直接接触，
如精子和卵细胞的识别和结合
通过相邻细胞间形成的通道，
如高等植物的胞间连丝
受体
本质：糖蛋白
具有专一性
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
物质传递（如激素、神经递质等化学物质）
接触传递（如精子、卵细胞的识别和结合）
通道传递（如高等植物细胞的胞间连丝）
细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的。
一、细胞膜的功能
请根据前面学过的知识思考：细胞膜具有这些功能，需要哪些物质来实现呢？
如果你是科学家， 如何测定细胞膜的化学成分？
探索历史：
①1895年欧文顿：
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；不易溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜。
据此推测：
细胞膜是由______组成的。
脂质
欧文顿是基于什么原理做出的推测？
相似相溶原理
二、对细胞膜成分的探索
推测：膜是由脂质组成的。
探索历史：
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，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。
①1895年欧文顿：
推测：膜是由脂质组成的。
②制备纯净的细胞膜，进行化学分析
结论：组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
1925年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔用丙醇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。
由此推断出：
探索历史：
思考：细胞膜中的磷脂分子如何排列？
①1895年欧文顿：
推测：膜是由脂质组成的。
②制备纯净的细胞膜，进行化学分析
结论：组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
③1925年戈特和格伦德尔：
推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层
细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
甘油
磷酸及其他衍生物
脂肪酸
亲水的“头”
疏水的“尾”
多个磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层。
空气
思考：
1.磷脂分子在空气—水界面如何排列？
2.细胞膜的两侧都有水存在,
细胞膜中的磷脂分子如何排列？
1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜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附着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，可能还附着______。
蛋白质
④1935年丹尼利和戴维森：
探索历史：
①1895年欧文顿：
推测：膜是由脂质组成的。
②制备纯净的细胞膜，进行化学分析
结论：组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
③1925年戈特和格伦德尔：
推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层
推测：细胞膜除含脂质分子外，可能还附着蛋白质。
细胞膜的成分：
脂质
50%
蛋白质
40%
糖类
2%-10%
磷脂的含量最为丰富，
还有少量的胆固醇
功能越复杂的细胞膜，
蛋白质的种类和数量越多。
与蛋白质结合→糖蛋白与脂质结合→糖脂
脂 质
>
蛋白质
>
糖 类
（少量）
>
脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？
二、对细胞膜成分的探索
三、对细胞膜结构的探索
20世纪40年代，有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质。1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗三层结构，他结合其他科学家的工作，大胆提出了细胞膜模型的假说：所有的细胞膜都是由蛋白质—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。
①1959年罗伯特森：
假说：细胞膜都是由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成（静态）。
“蛋白质—脂质—蛋白质”结构模型有什么不足？
如果细胞膜是静态的，细胞膜的复杂功能将难以实现，无法解释细胞的生长、变形虫的变形运动等现象。
探索历史:
1970年科学家用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发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。这两种细胞刚融合时，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，两种颜色的荧光均匀分布。
细胞膜上的蛋白质具有流动性
结论：
①1959年罗伯特森：
假说：细胞膜都是由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成（静态）。
探索历史:
②1970年科学家：
结论：细胞膜具有流动性
荧光标记法！
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。
①1959年罗伯特森：
假说：细胞膜都是由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成（静态）。
探索历史:
②1970年科学家：
结论：细胞膜具有流动性
③1972年辛格和尼科尔森：
提出：流动镶嵌模型
细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的。
磷脂双分子层是膜的基本支架，其内部是疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，具有屏障作用。
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中。这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。
四、流动镶嵌模型的基本内容
细胞膜的外表面还有糖类分子，
与蛋白质结合→糖蛋白
与脂 质结合→糖脂
糖被（分布在细胞膜外表面）
与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能密切相关。
细胞膜具有流动性，主要表现在构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质分子大多也能运动。细胞膜的流动性有利于完成物质运输、生长、分裂、运动等生命活动。
细胞膜结构特点——
细胞膜功能特点——
具有流动性
具有选择透过性
细胞膜的结构和功能
功能特点——
具有选择透过性
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或被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和实验结果相吻合。
细胞膜的结构——
流动镶嵌模型
糖蛋白(糖被)
磷脂双分子层
蛋白质
细胞膜的流动镶嵌模型
磷脂分子层vs磷脂双分子层
思考：
1.制备纯净的细胞膜，材料为什么要选用哺乳动物成熟的红细胞？
如何处理材料？
2.电镜下观察到的“暗—亮—暗”三层结构的本质是什么？
哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和众多的细胞器，避免了核膜、细胞器膜等膜的干扰。
暗——蛋白质
亮——磷脂分子
暗——蛋白质
把红细胞放在清水中，让红细胞吸水涨破
课本P45
既然膜内部是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？
①水分子极小，可以通过由于磷脂分子运动而产生的间隙
②膜上存在水通道蛋白，水分子可以通过通道蛋白通过膜
练习与应用：
2.右下图是由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中，能在水中结晶的药物被包在双分子层中，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。
（1）为什么两类药物的包裹位置各不相同？
（2）请推测：脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞内发挥作用？
两层磷脂分子之间的部分是疏水的，脂溶性的药物能被稳定包裹其中
脂质体的内部是水溶液的环境，能在水中结晶的药物可稳定包裹其中
脂质体与细胞膜融合或被细胞以胞吞的方式进入细胞。

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