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第3章 细胞的基本结构
第1节 细胞膜的结构和功能
授课人：
学习目标
1. 生命观念
2. 科学思维
3. 社会责任
通过“问题探讨”及分析细胞膜的功能,概述细胞膜作为系统边界的功能。
通过概括、比较不同细胞膜结构模型,说出不同模型的要点,阐释流动镶嵌模型。
通过分析细胞膜结构模型建立的历程及其他资料,能基于事实和证据进行推理提出或否定假说(或模型),加深对“模型与建模”的理解,感悟科学在质疑与创新中不断发展。
通过“脂质体药物”的分析,体会科学知识与解决现实问题之间的密切联系,增强社会责任感。
1.科学家用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞,却不能逸出细胞。此实验说明了什么？
细胞存在边界——细胞膜
没有受精的鸡蛋中，鸡蛋黄可看作一个卵细胞。蛋清是供受精卵发育的营养物质。鸡蛋打碎后，蛋清会迅速平摊在桌面，朝各个方向流去，蛋黄不会，因为有细胞膜的存在。
思考讨论
2. 在没有显微镜帮助下，日常生活中你是否感受过细胞膜的存在，请举例。
一、细胞膜的功能
生命起源于原始海洋这盆“热汤”中，膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，细胞膜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。
1、将细胞于外界环境分隔开
需要的营养物质
不需要的物质
抗体、激素等物质
代谢废物
细胞
可以进入
不容易进入
排出
分泌出去
有用的成分不会轻易流失到细胞外
细胞膜的控制作用是相对的！
细胞膜的功能特性：选择透过性
病菌、病毒等
可能侵入
一、细胞膜的功能
2、控制物质进出细胞
新鲜的苋菜泡进水中，水一般不会变红，沸水焯后苋菜中却有红红的汤汁，为什么？
当你和朋友面对面时，你们会通过什么方式交流？
间接交流
直接交流
通道交流
一、细胞膜的功能
当你和朋友不在一个地方，你们又会通过什么方式交流呢？
如果你们不在一个地方，但是又想面对面交流，那又怎么办呢？
接触传递
通道传递
物质传递
一、细胞膜的功能
3.进行细胞间的信息交流
通过细胞膜直接接触传递信息
通过化学物质 传递信息
通过胞间连丝传递信息
2018年诺贝尔生理学或医学奖授予两位免疫学家：美国的詹姆斯·艾利森（James P。 Allison）与日本的庶佑（Tasuku Honjo） ，以表彰他们“发现负性免疫调节治疗癌症的疗法方面的贡献”思考讨论：说说下面图片体现细胞间的哪种交流方式？1、成分：纤维素和果胶
3、功能：支持和保护
2、特性：具有全透性
植物的细胞壁起支持和保护的作用，具有全透性，并不能控制物质进出细胞，所以不是真正的边界。
思考：植物细胞最外面是细胞壁，但植物细胞的边界是细胞膜而不是细胞壁，这是为什么呢？
细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的
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。
说出下列实例分别体现细胞膜的哪项功能：
1.新鲜的苋菜叶泡进凉水中，水一般不会变红，但高温炒熟的苋菜中却有红红的汤汁；
2.莲“出淤泥而不染”；
3.没有受精的鸡蛋中，鸡蛋黄可看作一个卵细胞，鸡蛋黄与蛋清之间被什么样的结构分隔开 说明了其有什么功能？
4.鼻子接触香水分子，为什么大脑皮层能产生“香”的感觉？
控制物质进出细胞
控制物质进出细胞
将细胞与外界环境分隔开
进行细胞间的信息交流
小试牛刀：
对细胞膜的探索
细胞膜
非脂溶性物质
脂溶性物质
二、对细胞膜成分的探索
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实验。
资料1
发现：
脂质更容易通过细胞膜
推测：
细胞膜是由脂质组成的
科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来
红细胞的细胞膜
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。
资料2
二、对细胞膜成分的探索
20世纪初科学家利用哺乳动物的红细胞，制备出纯净的细胞膜，进行化学分析。
磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子。
磷酸“头”部是亲水的，
脂肪酸“尾”部是疏水的。
水环境
二、对细胞膜成分的探索
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。
资料3
实验证据：
S2＝2S1
S1
S2
结论：细胞膜中磷脂分子排列为双层
二、对细胞膜成分的探索
1935年，英国学者丹尼利和戴维森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。
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。
资料4
推测：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。
细胞膜的主要成分
（约50%）
（约40%）:
（约2%—10%）：形成糖蛋白或糖脂，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
功能越复杂的细胞膜，蛋白质的_____和______越多.
（主要）
（动物细胞膜）
种类
数量
糖类
脂质
蛋白质
磷脂
胆固醇
二、对细胞膜成分的探索
小试牛刀1、功能越复杂的细胞膜，它的脂质成分越复杂。（ ）2、变形虫和草履虫的细胞膜基本组成成分不同。（ ）3、在组成细胞膜的脂质中，磷脂最为丰富。（ ）4、不同细胞膜的磷脂分子是相同的，而蛋白质分子是不同的。( )脂质、蛋白质等成分是如何组成细胞膜的？三、对细胞膜结构的探索
1959年，罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。
资料5
罗伯特森提出：生物膜是由
“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构
两层暗
一层亮
变形虫摄食纤毛虫
膜静态模型不能解释下列现象：细胞的生长、分裂、变形虫的变形运动等现象都是难以实现的。把生物膜描述为静态的结构，这显然与膜功能的多样性相矛盾。
20世纪60年代以后，人们对这一模型的异议增加了，不少科学家对于生物膜是静态的观点提出质疑。
酵母菌出芽生殖
不合理①：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解释。
不合理②：测定细胞膜的厚度为7—8 nm，恰好是单层磷脂膜厚度的两倍，而按照“三明治”模型，加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20nm。
细胞分裂
冰冻蚀刻技术研究细胞膜结构
资料6
三、对细胞膜结构的探索
结论：蛋白质镶嵌、贯穿、嵌入在磷脂双分子层中
冰冻蚀刻电子显微法：将标本用干冰（或液氮）冰冻后断开，升温后暴露断裂面,在电镜下观察到的蛋白质分布模型如下：
三、对细胞膜结构的探索
1970年，科学家用发绿色荧光的燃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，将两个细胞融合。
资料7
细胞融合
小鼠细胞
人细胞
正在融合的细胞
37℃
40min
融合细胞
结论：膜上蛋白质可以运动，细胞膜具有一定的流动性
三、对细胞膜结构的探索
1972年，桑格和尼克森在新的观察和实验证据的基础上，提出了细胞膜的流动镶嵌模型。
资料8
①A为_____________，是膜的基本支架；
②B为____________，镶嵌在磷脂双分子层中：有的______在表面，有的部分或全部______，有的______磷脂双分子层；
③细胞膜具有______性：磷脂分子侧向自由移动，大多数蛋白质可以运动；
④糖类和蛋白质结合形成C( )，与脂质结合成D( )，这些糖类叫作_______，和细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有关。
磷脂双分子层
蛋白质分子
镶
嵌入
贯穿
流动
糖蛋白
糖脂
糖被
嵌
贯穿
镶
冰冻蚀刻电子显微法
A
B
C
D
四、流动镶嵌模型的基本内容
四、流动镶嵌模型的基本内容
a.细胞膜主要由脂质和蛋白质组成
b.细胞膜的基本支架为磷脂双分子层
磷脂双分子层内部为疏水端（尾部），水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。外部为亲水端（头部）
c.蛋白质分子存在形态：
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。（膜结构内外的不对称性）
d.细胞膜的结构特性：
一定的流动性
构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的
意义：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。
e.细胞膜的功能特性：选择透过性
课堂小结磷脂分子+蛋白质分子+糖类磷脂双分子层组成镶嵌贯穿组成结构决定功能与外界环境分隔开信息交流控制物质运输可运动导致流动性保证跨膜运输正常进行体现选择透过性结构特性功能特性欧文顿
人类对自然界的认识永无止境，随着技术的不断创新和改进，人们对膜的研究必将更加细致入微……。
新的征程
格伦德尔
E.Gorter
尼克尔森
辛格
戈特
戴维森
。。。。。？
科学先驱
细胞膜的成分 细胞膜的结构 。。。
感谢聆听!

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