资源简介

(共34张PPT)
第三章 细胞的基本结构
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》
问题探讨
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。
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
用台盼蓝染液染色后的死细胞和活细胞(放大200倍)
任何系统都有边界。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。
第一节　
细胞膜的结构和功能
一、细胞膜的功能
1、将细胞与外界环境分隔开
原始地球环境
细胞膜作为细胞的边界，能够将细胞和外界环境分开。如果没有细胞膜，细胞内容物就会和外界融为一体。正是由于细胞膜的存在，才使细胞从环境中独立出来，成为一个相对独立的系统。
二、细胞膜的功能
2、控制物质进出细胞
细胞膜的控制作用是相对的
细胞膜
细胞外
细胞内
营养物质
细胞内
核酸
对细胞有害物质病毒、病菌
抗体、激素、代谢废物
二、细胞膜的功能
3、进行细胞间的信息交流
内分泌细胞分泌的激素(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。
多细胞生物体作为一个更大的系统由分化的细胞构成，不同类型的细胞间要相互协作才能完成各项生命活动，这就要求不同的细胞之间要进行“沟通”和“交流”，也就是细胞间的信息交流。
易
发出信号的细胞
靶细胞
与膜结合的
信号分子
相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。例如：精子和卵细胞的识别和结合。
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。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
胞间连丝切片（黑枣）
细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的
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.
●
●
细胞膜
●
●
●
●
●
●
溶于脂质的物质
●
●
不溶于脂质的物质
发现溶于脂质的物质更容易通过细胞膜。
提出假说：
细胞膜是由脂质组成的
三、对生物膜成分的探索
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。
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。
磷酸头部
亲水
脂肪酸尾
部疏水
磷脂的一端为亲水的磷酸头部，两个脂肪酸一端为疏水的尾部，多个磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层。
磷脂分子结构式
磷脂分子模型
磷脂分子示意图
时间：1925年
人物：荷兰科学家Gorter和Grendel
实验：用丙酮从人的红细胞膜中提取脂质，在空气-水界面铺成单分子层，发现面积是细胞膜的2倍
细胞膜中的磷脂必然连续排列为连续的两层
水
空气
由此推断：
根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气一水界面上铺展成单分子层 科学家是如何推导出“脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层”这一结论的
磷脂分子的“头部”亲水,尾部疏水,所以在水一空气的界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触,“尾部”则朝向空气的一面。科学家因测得从红细胞中提取的脂质,铺成单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍,才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。
细胞膜的两侧都有水环境存在，同学们尝试着大胆的推测和想象一下在这样的环境中，磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢？
水
水
A
水
水
B
水
水
C
亲水的“头部”与水接触，疏水的“尾巴”远离水
注意选材
如果将磷脂分子置于水一苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布
磷脂分子在水中能自发地形成双分子层，你如何解释这一现象 由此，你能否就细胞膜是由磷脂双分子层构成的原因作出分析
由于磷脂分子有亲水的“头部”和疏水的“尾部”,在水溶液中,朝向水的是头部,尾部受水的排斥。当磷脂分子的内外两侧均是水环境时,磷脂分子的尾部相对排列在内侧,头部则分别朝向两侧水的环境,形成磷脂双分子层。细胞的内外环境都是水溶液,所以细胞膜磷脂分子的头部向着膜的内外两侧而尾部相对排在内侧,形成磷脂双分子层。
如果将磷脂分子置于水一苯的混合溶剂中,磷脂的头部将与水接触,尾部与苯接触,磷脂分子分布成单层。
讨论
在水中形成的磷脂双分子层
细胞膜上的磷脂分子排成下图所示的两层分子层。
细胞内外均为水构成的液体环境
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。
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一水界面的表面张力。
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。
到了20世纪30年代，科学家已经确定细胞膜中存在蛋白质
三、对生物膜结构的探索
细胞膜成分
脂质(约50%)
蛋白质(约40%)
糖类(2%~10%)
磷脂最丰富，此外还有
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。
1、细胞膜的成分
无法解释细胞的生长、变形虫的变形运动等现象
时间：1959年
人物：罗伯特森（J.D.Robertsen）
实验：在电镜下看到细胞膜由“暗—亮—暗”的三层
结构构成
“三明治”结构模型有什么不足？
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。
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
提出假说：
2、对生物膜结构的探索过程
绿色荧光
标记的膜蛋白
红色荧光
标记的膜蛋白
细胞融合
人细胞
鼠细胞
人鼠杂交细胞
细胞融合初期
37℃、40min
细胞融合
时间：1970年
实验：将人和鼠的细胞膜蛋白质用不同荧光染料标记后融合。
结论：蛋白质分子是可以运动的,说明细胞膜具有一定的流动性
在新的观察和实验证据的基础上，1972年辛格(S.J.Singer)和尼科尔森(G.Nicolson)提出了新的生物膜模型———流动镶嵌模型，为多数人所接受。
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。
科学方法——提出假说
四.流动镶嵌模型的基本内容
(1)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。
四.流动镶嵌模型的基本内容
(2)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。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
(3)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。
既然膜内部是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？
一是因为水分子极小，可以通过磷脂分子运动而产生的间隙；
二是因膜上存在水通道蛋白，水分子可以通过通道蛋白通过膜。
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，它和蛋白质分子结合形成的糖蛋白，或与脂质结合形成的糖脂，这些糖类分子叫作糖被( glycocalyx)。糖被在细胞生命活动中具有重要的功能。例如，糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系。。
细胞膜的特点
结构特点：具有流动性
功能特点：选择透过性
小结
?旁栏思考 P45
提示：一是因为水分子极小，可以通过磷脂分子运动而产生的间隙；二是因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 P46
一、概念检测
1．(1)×　提示：构成细胞膜的蛋白质，大部分都是可以运动的。
(2)×　(3)×　提示：由于细胞膜具有流动性，不会造成空洞。
2．B　
二、拓展应用
1．提示：把细胞膜与窗纱进行类比，合理之处是说明细胞膜与窗纱一样具有容许一些物质出入，阻挡其他物质出入的作用。这样类比也有不妥当的地方。例如，窗纱是一种简单的刚性的结构，功能较单一；细胞膜的结构和功能要复杂得多。细胞膜是活细胞的重要组成部分，活细胞的生命活动是一个主动的过程；而窗纱是没有生命的，它只是被动地在起作用。
2．(1)提示：因为两类药物的性质不同，脂质体内部是亲水环境，适合携带水溶性药物；两层磷脂分子之间是亲脂环境，适合携带亲脂药物。
(2)提示：脂质体和细胞膜的结构相似，都含有磷脂分子，到达细胞后可能会与细胞膜发生融合，药物可随着脂质体进入细胞。

用凉水洗红苋菜，水不变红；煮苋菜汤，汤却是红色的，这与细胞膜的功能有何关系？
思 考
1．(2020·安阳三十六中高一期中)据最新研究发现，内皮素在皮肤中分布不均，是造成色斑的主要原因。内皮素拮抗剂进入皮肤，可以和黑色素细胞膜的受体结合，使内皮素失去作用，这为美容研究机构带来了福音。上述材料体现了细胞膜的哪项功能(　　)
A．细胞膜中磷脂含量越高，功能越复杂
B．细胞膜作为系统的边界，严格控制物质进出细胞
C．细胞膜的组成成分主要为磷脂和蛋白质
D．细胞膜具有信息交流的功能
D
2.下列关于细胞膜成分的叙述，正确的是(　　)
A．细胞在癌变的过程中，细胞膜的成分发生改变
B．细胞膜的功能主要取决于膜中磷脂的含量和种类
C．糖蛋白和糖脂分别位于细胞膜的内外两侧
D．脂类物质能优先通过细胞膜与膜中蛋白质的种类有关
A
3.(不定项)下列关于细胞膜成分和结构的探索历程的说法，正确的是(　　　)
A．欧文顿通过对膜成分的提取和鉴定，认识到细胞膜是由脂质组成的
B．科学家通过提取红细胞中的脂质实验，得出结论：细胞膜中的磷脂分子是双层排列的
C．磷脂是甘油、脂肪酸和磷酸组成的，其中磷酸“头”部是亲水的，脂肪酸“尾”部是疏水的
D．在建立细胞膜结构模型的过程中，实验技术起了关键的推动作用
BCD
4.科学家在细胞膜成分和结构的探索过程中，运用了假说法，在学习了“细胞膜的流动镶嵌模型”一节后，某同学作出下列比喻，其中错误的是(　　)
A．把静态的三维结构比作“三明治”或“三合板”
B．细胞膜的流动镶嵌模型比作“枣糕”，如(1)所示
C．细胞膜的流动镶嵌模型比作“正在煮着的粥”，如(2)所示
D．细胞膜外表面的糖蛋白比作“信号接收塔”
B
5.(不定项)如下图所示为细胞膜的亚显微结构模式图，下列有关叙述错误的是(　　)
A．②在细胞鲜重中含量最多，其化学元素组成是C、H、O、N
ABC
B．②和③大都是运动的，所以细胞膜具有流动性和选择透过性
C．②③构成细胞膜的基本支架，由双层膜构成
D．①是糖分子与膜蛋白结合成的糖蛋白，在细胞膜外侧
6.细胞之间通过信息交流，保证细胞间功能的协调。下列关于细胞间信息交流的说法，错误的是(　　)
A．图1是远距离的细胞间信息交流，图2是细胞直接接触
B．图2可以表示精子与卵细胞的识别
C．图1表示内分泌细胞产生激素，通过血液循环最终作用于靶细胞
D．细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构
D

展开更多......

收起↑