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第三章 组成细胞的分子
第1节 细胞膜的结构和功能
科学方法——提出假说
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。
资料1：1895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；不溶于脂质的物质不易穿过细胞膜。
假说：
对生物膜结构的探索历程
1895年
溶于脂质的物质
不溶于脂质的物质
细胞膜
一、细胞膜的成分探索
细胞膜是由脂质组成的
资料2：20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，得知膜的主要成分脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
对生物膜结构的探索历程
1917年
一、细胞膜的成分探索
亲水“头部”
疏水“尾部”
结构图
模型图
磷脂的一端为亲水的头，两个脂肪酸的一端为疏水的尾。
任务：根据磷脂分子的特点，推测并画出磷脂在水-空气界面上的排布方式。
一、细胞膜的成分探索
空气
水
亲水的头
疏水的尾
资料3：1925年，荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取出脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。
假说：
对生物膜结构的探索历程
一、细胞膜的成分探索
1925年
细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层。
水
空气
脂质单分子层面积=红细胞表面积两倍（细胞膜面积）
对生物膜结构的探索历程
一、细胞膜的成分探索
任务：根据猜想细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层，画出构成细胞膜的磷脂在水环境中排布方式。
磷脂双分子层的排列方式
头对头
尾对尾
√
×
资料4：1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究细胞膜的张力，发现细胞膜张力明显低于油—水界面的表面张力。当时人们已经发现了如果油脂滴表面吸附有蛋白质则表面张力降低。
假说：
对生物膜结构的探索历程
1935年
一、细胞膜的成分探索
细胞膜除了含有脂质分子外，可能还附有蛋白质。
细胞膜会被蛋白酶分解（蛋白酶只催化蛋白质的分解）
成分 所占比例 在细胞膜构成中的作用
脂质 约50%
蛋白质 约40%
糖类 2~10%
一、细胞膜的化学成分
脂质中的磷脂是构成细胞膜的重要成分，此外还有少量的胆固醇
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
资料5：1959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。
蛋白质
脂质
蛋白质
对生物膜结构的探索历程
1959年
“三明治模型”
生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”构成的三层静态统一结构
蛋白质
蛋白质
磷脂双分子层
一、细胞膜的结构探索
人细胞
小鼠细胞
细胞融合
40min
37℃
假说：
资料6：1970年，科学家进行了人和小鼠细胞的融合实验。并用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面蛋白质分子，用发红色荧光的染料标记人细胞表面蛋白质分子。
杂交细胞
对生物膜结构的探索历程
1970年
一、细胞膜的结构探索
细胞膜具有流动性
资料7：1972年,辛格和尼科尔森提出的流动镶嵌模型。
细胞膜的流动镶嵌模型
1972年
一、细胞膜的结构探索
磷脂双分子层
糖蛋白
蛋白质：镶嵌、贯穿
糖脂
1972年
1.生物膜的基本骨架？
2.蛋白质的排布方式？
3.细胞膜的成分有哪些？
4.生物膜的流动性体现？
一、流动镶嵌模型的基本内容
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、为什么活细胞不被染色，而死细胞能被染色？
活细胞的细胞膜具有选择透过性，台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜；而死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，所以死细胞能被染成蓝色。
2、据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？
将细胞与外界环境分隔开，控制物质进出细胞。
二、细胞膜的功能
推测的原始海洋景观图
1.将细胞与外界环境分隔开
细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是 ，也叫 。
的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，
它将 与 分隔开，
产生了原始的细胞，并成为 的系统。细胞膜保障了 的相对稳定。
细胞膜
质膜
生命物质
膜
外界环境
相对独立
细胞内部环境
二、细胞膜的功能
分泌物
③
废物
②
CO2、尿素、多余的无机盐等
水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等
控制的相对性
营养物质
①
病毒病菌
④
2.控制物质进出细胞
抗体、激素、分泌蛋白等
活细胞的细胞膜对物质进入细胞具有控制作用，但细胞膜的控制作用是相对的，有些病毒、病菌也能侵入细胞使生物体患病。
二、细胞膜的功能
3.进行细胞间的信息交流
（1）通过细胞分泌化学物质完成间接交流
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
二、细胞膜的功能
发出信号的细胞
靶细胞
与膜结合的信号分子
受体
3.进行细胞间的信息交流
（2）相邻两个细胞的细胞膜直接接触完成信息交流
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，精子和卵细胞之间的识别和结合。
二、细胞膜的功能
（3）相邻两个细胞之间形成通道传递信息
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。
二、细胞膜的功能—小结
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
细胞膜直接接触传递：精卵结合
③进行细胞间的信息交流
通过细胞分泌化学物质完成间接交流：胰岛素、肾上腺素等激素
相邻细胞之间形成通道：胞间连丝
细胞膜的结构和功能
膜的基本骨架
参与细胞的物质运输、生长、分裂、运动等生命活动
磷脂
蛋白质
镶、嵌入、贯穿
细胞膜
糖类（少）
组分
内部疏水，屏障
物质运输等
细胞表面
信息传递等
运动
运动
结构特点：流动性
1.将细胞与外界环境
分隔开
结构
功能
2.控制物质进出细胞
3.进行细胞间的信息交流
细胞膜成分功能小结
细胞膜的功能
细胞膜的成分和结构
①将细胞与外界环境分隔开
②控制物质进出细胞
细胞膜直接接触传递：精卵结合
间接交流：胰岛素、肾上腺素等激素
相邻细胞之间形成通道：胞间连丝
成分
结构
脂质——
本课小结
③进行细胞间的信息交流
蛋白质——
糖类——
磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架
蛋白质在细胞膜行使功能方面有重要作用
与脂质和蛋白质结合，参与细胞表面的识别、细胞间的信息传递
探索历程
流动镶嵌模型
细胞膜结构和功能
细胞膜组成成分有磷脂→磷脂双分子层→细胞膜除了脂质还吸附有蛋白质→“蛋白质-脂质-蛋白质”三明治模型→细胞膜具有流动性→流动镶嵌模型
磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架
蛋白质以不同方式镶嵌在磷脂双分子层
细胞膜具有流动性
【典题·例析】
[典例1]　超滤净水器既能滤除水中的细菌、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。此净水器的功能与细胞膜的哪一功能相似？(　　)
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
[典例2]　作为系统的边界，细胞膜在细胞的生命活动中有多种功能。有关下图模型的说法错误的是(　　 )
A．图示信息主要体现了细胞膜能进行细胞间信息交流的功能
B．甲细胞分泌a物质与细胞膜控制物质进出功能有关
C．乙细胞上识别a物质的受体b可以识别所有的信号分子
D．b物质的主要成分是蛋白质
C
[典例2]　如图为细胞膜的结构模式图，下列相关叙述错误的是(　　)
A．①具有识别和免疫功能
B．细胞膜的选择透过性与②⑤有关
C．a面为膜内侧，b面为膜外侧
D．③为磷脂分子亲水性头部，④为磷脂分子亲脂性尾部
C
【素养评价】
1．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。将细胞浸泡于一定浓度的PI中，仅有死亡细胞的核会被染色，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鉴别细胞死活的基本原理是 (　　)
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

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