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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
第1课时 细胞膜的功能和成分
导入一
从系统的边界——细胞膜开始，认识细胞的结构。
布莱森在《万物简史》中有这样的描述:“每个细胞都是自然界的一个奇迹。即便是最简单的细胞,其构造的精巧程度也是人类的智慧难以企及的。”
导入二
细胞膜是一层很薄的结构,厚度只有7~10 nm,在光学显微镜下很难辨识它的真面目。如果我们将1万层细胞膜堆叠起来,才只有教材的一页纸那么厚。但是,正是这样的细胞膜,帮助细胞成为一个相对独立的系统,维持细胞内部环境的相对稳定。
细胞膜是如何实现这个功能的呢 它又是由什么物质组成的
环节一：细胞膜的功能
资料1 科学家用显微注射器将一种叫作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。
伊红为什么不会逸出细胞？
环节一：细胞膜的功能
思考：
1.作为边界,细胞膜的分隔作用具有什么意义
2.植物细胞细胞膜的外侧有细胞壁,细胞壁是系统的边界吗
细胞膜将细胞与外界环境分隔开,可以维持系统的相对独立,保障细胞内部环境的相对稳定。
植物细胞的边界也是细胞膜，不是细胞壁，因为细胞壁是全透性的，不能保障细胞内部环境的相对稳定。
环节一：细胞膜的功能
资料2 科研上鉴别死细胞和活细胞,常用“染色排除法”。例如,用台盼蓝染液染色,死的动物细胞会被染成蓝色,而活的动物细胞不着色。
台盼蓝染色法鉴别死细胞和活细胞的原理是什么？
环节一：细胞膜的功能
思考：
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
环节一：细胞膜的功能
根据细胞膜的功能，试说出可以通过细胞膜进出人体细胞的物质。
(1)O2、营养物质可以进入细胞。
(2)CO2等代谢废物可以出细胞。
(3)细胞产物如激素、消化酶、抗体等可以出细胞。
(4)某些病菌、病毒等可以入侵人体细胞,某些有害的物质也可以进入细胞。
细胞膜有控制物质进出细胞的功能,但控制作用是相对的
细胞膜具有的控制物质进出细胞的功能有什么意义
环节一：细胞膜的功能
资料3 胰岛A细胞分泌的胰高血糖素,随血液到达全身各处,与靶细胞(肝细胞)细胞膜表面的受体结合,将信息传递给肝细胞,使肝糖原分解为葡萄糖,从而使血糖浓度升高。
环节一：细胞膜的功能
思考：
1.胰高血糖素为什么能与肝细胞结合
2.由此分析,细胞膜具有什么功能
信息交流
环节一：细胞膜的功能
细胞间信息交流的方式一:物质传递。
激素、神经递质、细胞因子
受体
细胞膜
环节一：细胞膜的功能
资料4 形成受精卵的过程中,只有同种生物的精子和卵细胞能够识别和结合。细胞可以识别同种与异种细胞的基础是细胞膜表面某些生物大分子提供的识别信息。
环节一：细胞膜的功能
细胞间信息交流的方式二:接触传递。
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。
环节一：细胞膜的功能
资料5 胞间连丝是贯穿细胞壁、沟通相邻细胞的细胞质连线,它由相互连接的相邻细胞的细胞膜共同组成的直径为20~40 nm的管状结构构成,中央是由内质网延伸形成的连丝微管。
胞间连丝形成了物质从一个细胞进入另一个细胞的通道,在植物细胞的信息交流中起非常重要的作用。例如,在分泌旺盛的细胞中,胞间连丝的数目达15 个/μm2,而一般细胞中约为1 个/μm2。
环节一：细胞膜的功能
细胞间信息交流的方式三:通道传递。
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。
环节一：细胞膜的功能
总结：
环节二：对细胞膜成分的探索
一、对细胞膜成分的探索
1.脂质的推测
资料1 1895年,英国生物学家欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次的实验,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;不溶于脂质的物质,不容易穿过细胞膜。
根据欧文顿的实验结果推测细胞膜的成分。
对现象的推理分析？
对膜成分的提取和检测？
有脂质
对现象的推理分析
环节二：对细胞膜成分的探索
2.脂质成分类型的确定
资料2 科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离,然后进行化学分析。结果表明:组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇,其中磷脂含量最多。
对膜成分的提取和检测
环节二：对细胞膜成分的探索
3.磷脂双分子层的推测
资料3 磷脂的一端为亲水的头,两个脂肪酸一端为疏水的尾。
环节二：对细胞膜成分的探索
磷脂分子结构式与脂肪分子有什么异同
环节二：对细胞膜成分的探索
根据磷脂分子的特点,画出磷脂分子在空气与水的界面上以及在水中的排列方式。
环节二：对细胞膜成分的探索
资料4 1917年,美国化学家朗缪尔将磷脂溶于苯中,并与水混合,当苯挥发完以后,磷脂分子在水面上分布散乱,经过推挤,磷脂分子排列成了单层,而且其磷酸基团的亲水头部浸入水中,疏水端浮于水面。
借鉴朗缪尔的实验,以小组为单位,设计实验推导细胞膜中磷脂分子的层数。
环节二：对细胞膜成分的探索
资料5 1925年,荷兰生物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。
细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
环节二：对细胞膜成分的探索
4.蛋白质的推测
资料6 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。此前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。
细胞膜除含脂质分子外,可能还附有蛋白质。
根据已学知识,如何设计实验验证这个推测成立
环节二：对细胞膜成分的探索
二、细胞膜的成分
资料7
1.结合对细胞膜成分的探索的相关知识,列举出细胞膜的组成成分。
2.比较哺乳动物红细胞膜和大肠杆菌细胞膜成分的异同,分析哪种成分决定了细胞膜功能的复杂程度。
成分 蛋白质/% 磷脂/% 胆固醇/% 糖类/%
哺乳动物红细胞膜 49 33 10 8
小鼠肝细胞膜 44 45 8 3
大肠杆菌细胞膜 75 25 0 0
环节二：对细胞膜成分的探索
三、拓展应用
资料8 如图是由磷脂分子构成的脂质体,它可以作为药物的运载体,将药物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不相同
2.脂质体到达细胞后,药物将如何进入细胞发挥作用
环节二：对细胞膜成分的探索
课外制作:
利用废旧物品制作磷脂双分子层模型(局部)。
核心总结
1.细胞膜的功能
(1)将细胞与外界环境分隔开
(2)控制物质进出细胞
(3)进行细胞间信息交流
通过分泌信息分子传递信息
通过细胞接触传递信息
通过相邻细胞间的通道传递信息
核心总结
2.细胞膜的成分
(1)脂质的推测:欧文顿通过实验发现脂质、脂溶性的物质更容易通过细胞膜,推测细胞膜是由脂质组成的。
(2)通过化学分析得出组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇。
(3)脂双层的推测:戈特和格伦德尔测得单分子层的面积为红细胞表面积的2倍,推测细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
(4)蛋白质的推测:丹尼利和戴维森研究细胞膜张力,推测细胞膜除含脂质分子外,可能还附有蛋白质。
课堂练习
1.下列哪一项不是细胞间信息交流的方式 ( )
A.细胞分泌的激素通过血液运输将信息传递给靶细胞
B.精子和卵细胞通过相互接触实现信息的传递
C.细胞膜将细胞与外界环境分隔开
D.高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接
C
2.超滤净水器制出来的水既能彻底滤除掉水中的细菌、铁锈、胶体等有害物质,又能保留水中原有的微量元素和矿物质,补充我们日常所需。这是试图模拟细胞膜的 ( )
A.将细胞与外界环境分隔开的功能
B.控制物质进出细胞的功能
C.保护功能
D.进行细胞间信息交流的功能
B
课堂练习
3.水溶性染色剂(PI)能与核酸结合而使细胞核着色,可将其应用于细胞死活的鉴别。细胞浸泡于一定浓度的PI中,仅有死亡细胞的细胞核会被染色,活细胞则不着色。但将PI注射到活细胞中,则细胞核会着色。利用PI鉴别细胞的基本原理是 ( )
A.死细胞与活细胞的核酸结构不同
B.死细胞与活细胞的核酸含量不同
C.活细胞能分解染色剂PI
D.活细胞的细胞膜能阻止PI的进入
D
课堂练习
4.现有人的成熟红细胞及相关用具,请完成下列实验设计并分析相关问题。
(1)通过有关方法测得多种膜的化学成分，如表所示。
表中数据显示,细胞膜与细胞器膜的化学物质组成上的共同点是_____________________________;主要区别是___________________________________________。
都主要由蛋白质和脂质组成
细胞器膜蛋白质含量较高、脂质含量较低
课堂练习
(2)科学家在实验中发现:脂溶性物质能够优先通过细胞膜,并且细胞膜会被溶解脂质的溶剂溶解,也会被蛋白酶破坏。这些事实说明,组成细胞膜的物质中含有______________。
(3)在组成细胞膜时,磷脂自发形成双分子层,形成这种排列方式的原因是__________________________________________________________。
(4)科研上鉴别死细胞和活细胞常用“染色排除法”。如用台盼蓝染色,死的动物细胞会被染成蓝色,而活的动物细胞不着色,从而可以判断细胞是否死亡。细胞膜将细胞与__________分开,保障了_______________的相对稳定。
(5)细胞膜除了上述功能外还有________________和________________________的功能。
脂质和蛋白质
磷脂分子头部有亲水性、尾部有疏水性,细胞膜内外侧都是水环境
外界环境
细胞内部环境
控制物质的进出
课堂练习
进行细胞间的信息交流
谢谢！

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