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第三章第1节
细胞膜的结构和功能
一
细胞膜的功能
三
细胞膜结构的探索
二
细胞膜成分的探索
目录
四
流动镶嵌模型的基本内容
问题探讨
一个国家有陆地、 海城、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
细胞膜作为系统的边界，它在细胞的生命活动中起什么作用呢
阅读课本P40-41,总结细胞膜的功能有哪些？
细胞膜的功能
一
“清黄不接”的原因是什么？
资料一：蛋黄表面有一层很薄的膜，叫蛋黄膜，它就是细胞结构中的细胞膜。
资料二：蛋黄膜之外的蛋清、系带、壳膜、蛋壳均为非细胞结构。
1、鸡蛋清和鸡蛋黄是分开的，说明了细胞膜有什么作用？
2、细胞膜具有该功能的意义是什么？
将细胞与外界环境分隔开
保障了细胞内部环境的相对稳定
思考·讨论
功能一
资料一:
用显微注射器将色素伊红注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞，却不能逸出细胞。
将 ,使细胞成为_________的系统，保障细胞_________的相对稳定。
相对独立
内部环境
一、细胞膜的功能
观察下列实验结果，分析细胞膜的功能。
细胞与外界环境分隔开
思考1：这种“分隔开”是与外界的完全隔绝吗？为什么？
功能二
控制物质进出细胞(控制作用是相对的)
营养物质
废物
分泌物
细菌、病毒、有害物
资料二:
一、细胞膜的功能
被台盼蓝染色的死细胞
活细胞
控制作用是相对的
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。
细胞膜的功能特点：选择透过性
在球场上，当发现足球快速向你头部飞奔过来，你会迅速躲避或用胳膊阻挡。。
功能三
资料三:
进行细胞间的信息交流。
一、细胞膜的功能
1.哪些细胞参与完成了上述活动？它们发挥的具体作用是什么？
2.眼部组织细胞、神经元细胞和肌肉细胞之间如何实现相互沟通呢？
体
液
的
传
送
化学信号（如激素）
内分泌细胞
与靶细胞膜上的受体结合，将信息传递给靶细胞
靶细胞
进行细胞间的信息交流。
功能三
（1）通过细胞分泌化学物质间接传递信息。
一、细胞膜的功能
受体
与膜结合的信号分子
发出信号的细胞
靶细胞
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
（2）通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息。
进行细胞间的信息交流。
功能三
一、细胞膜的功能
受体
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
细胞壁
（3）相邻两细胞之间形成通道，来传递信息。
进行细胞间的信息交流。
功能三
一、细胞膜的功能
胞间连丝贯穿两个相邻的植物细胞的细胞壁，并连接两个细胞的原生质细丝。胞间连丝的存在使细胞之间保持了生理上的有机联系，有利于细胞间的物质交换，是植物物质运输、信息传导的特有结构。
胞间连丝
细胞壁
（3）相邻两细胞之间形成通道，来传递信息。
进行细胞间的信息交流。
功能三
一、细胞膜的功能
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
通过化学物质间接传递信息
通过细胞间通道传递信息
通过细胞膜直接接触传递信息
总结：
一、细胞膜的功能
注意：
三种信息交流了的方式均发生于细胞与细胞之间，而不是细胞内部
视角应用 优化设计P41
视角1 细胞膜的功能
1.进行细胞间的信息交流是细胞膜的基本功能之一,下列甲、乙、丙三幅图表示细胞间进行信息交流的三种基本情况。下列有关叙述正确的是
(　　)
A.若图甲中的a是胰岛素, B、C均为靶细胞,则B、C细胞质中有识别a的受体
B.图乙中b表示E细胞上的受体,其基本组成单位是核苷酸
C.若图丙表示柿子细胞的胞间连丝,则胞间连丝可将携带信息的物质从一个细胞传递给另一个细胞
D.细胞间的信息交流方式多种多样,全部与细胞膜的结构有关
C
细胞膜成分的探索
二
阅读课本P42与学案008P2,总结完成下列表格。
时间 科学家或实验 结论
1895年 欧文顿 细胞膜是由 组成的。
--- 制备纯净的细胞膜 组成细胞膜的脂质有磷脂和 ，其中 含量最多
1925年 戈特和格伦德尔 细胞膜中的磷脂分子必然为连续排列的 。
1935年 丹尼利和戴维森 细胞膜处含脂质分子外，可能还附有 。
二、细胞膜成分的探索
细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的，细胞膜非常的薄，人们是怎么探索细胞膜的化学成分与结构的呢？
脂质
胆固醇
磷脂
两层
蛋白质
推测/提出假说：
分析欧文顿的实验，推测细胞膜的组成成分？
非脂溶性物质
脂溶性物质
细胞膜
细胞膜是由脂质组成的.
课本实验1
二、细胞膜成分的探索
结论
20世纪初，科学家从哺乳动物成熟的红细胞分离出细胞膜，离心过滤并进行了化学分析
通过化学分析确定细胞膜的脂质成分有______和_______，组成膜的脂质中 含量最多。
思考：为什么选择哺乳动物成熟红细胞来制备细胞膜？
磷脂
胆固醇
磷脂
①无细胞壁，细胞容易吸水涨破；
②无细胞核和众多的细胞器，易制得纯净的细胞膜。
课本实验2
二、细胞膜成分的探索
吸水涨破
结论
磷脂分子结构
磷酸
甘油
脂肪酸
其他衍生物
观察磷脂分子的结构并分析其特点
亲水的头
疏水的尾
亲水的头
疏水的尾
推测磷脂分子在空气—水界面上会怎么样铺展？
推测磷脂分子在细胞膜（两侧均由水）中可能是怎样排布的？
推测磷脂分子在水—苯混合溶剂中，会如何分布
思考 讨论
空气—水界面
根据磷脂分子的特点
苯等疏水环境
水
水
水
水
水—苯混合溶剂
细胞膜
1925年，戈特和格伦德尔从人的红细胞细胞膜中提取脂质，
在空气—水界面上铺成单分子层。
细胞膜的磷脂分子是排列为连续的两层
思考：若用人的肝细胞，脂单分子层的面积还是细胞表面积的2倍吗？
课本实验3
二、细胞膜成分的探索
表面积=S
脂单分子层面积=2S
推测
结论
学以致用
1.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。
A
B
思考1：水溶性药物、脂溶性药物分别包裹在A、B的哪个位置？
思考2：如何让药物只进入病变细胞（癌细胞），而不进入正常细胞？
水溶性药物包裹在A位置；
脂溶性药物包裹在B位置。
在脂质体上连接只能被病变细胞识别的信号分子。
丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力，发现细胞的表面张力明显
低于油-水界面的表面张力。
≈
推测：细胞膜除了脂质外还可能有蛋白质
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。
课本实验4
二、细胞膜成分的探索
结论
脂质
蛋白质
少量的糖类
（50%）
（40%）
（2%~10%）
功能越复杂的细胞膜
蛋白质种类和数量越多
磷脂（主要）
胆固醇（动物细胞膜）
二、细胞膜成分的探索
细胞膜的成分
成分 红细胞膜 肝细胞膜 心肌细胞膜
脂质 约43% 约40% 约24%
蛋白质 约49% 约59% 约75%
糖类 约8% 微量 微量
分析比较数据，结合教材P43第一段：概括细胞膜成分的异同
脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的？
学以致用
2.现有如下实验材料和器具，请设计实验证明活细胞膜具有控制物质进出的作用。
实验材料：新鲜的苋菜叶片10片、100℃蒸馏水、 常温蒸馏水 碗2个
实验步骤：
（1）将2个碗编号甲、乙 。
（2）向甲碗倒入常温蒸馏水，向乙碗倒入 。
（3）分别向两碗加入5片苋菜叶片。
（4）观察：水是否变红。
分析：甲碗水不变红，乙碗水变红的原因是 。
甲
乙
等量100℃蒸馏水
乙碗植物细胞被杀死，细胞膜失去控制物质进出的作用。
细胞膜结构的探索
三
脂质
蛋白质
少量的糖类
（50%）
（40%）
（2%~10%）
功能越复杂的细胞膜
蛋白质种类和数量越多
磷脂（主要）
胆固醇（动物细胞膜）
二、细胞膜成分的探索
细胞膜的成分
成分 红细胞膜 肝细胞膜 心肌细胞膜
脂质 约43% 约40% 约24%
蛋白质 约49% 约59% 约75%
糖类 约8% 微量 微量
分析比较数据，结合教材P43第一段：概括细胞膜成分的异同
脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的？
阅读课本P43-P44,总结完成下列表格。
时间 科学家或实验 结论
1959年 罗伯特森 所有的细胞膜都由 三层结构构成。
1970年 荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验 细胞膜具有 。
1972年 辛格和尼科尔森 提出 模型。
二、细胞膜结构的探索
蛋白质—脂质—蛋白质
流动性
流动镶嵌模型
1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗结构。
生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”构成
的三层静态的统一结构（三明治模型）。
三、细胞膜结构的探索
结论
电子显微镜的工作原理是电子束照到大分子物质上会呈现黑暗，反之呈现明亮。
资料2
蛋白质在细胞膜中的分布探索
电子显微镜的工作原理是电子束照到大分子物质上会呈现黑暗，反之呈现明亮。
资料2
蛋白质
(大分子)
脂质
(小分子)
三明治模型
电子显微镜下，细胞膜的厚度约为7.5nm，是单层磷脂厚度的两倍。三明治模型包括两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过 20 nm。
资料3
厚度7.5nm
≥20nm
问题1：如何降低
该模型的厚度？
任务1：推测蛋白质在细胞膜中的分布情况
肯定
矛盾
蛋白质在细胞膜中的分布探索
通过分析膜蛋白与脂分子的结合方式发现，膜蛋白存在疏水区和亲水区的特点。
资料4
任务1：推测蛋白质在细胞膜中的分布情况
疏水区
亲水区
问题2：蛋白质在细胞膜上
有哪些分布方式？
蛋白质在细胞膜中的分布探索
物理科学家将标本用干冰等冰冻，在低温下用冷刀将细胞膜切开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面（冰冻蚀刻法），发现蛋白质在膜中的分布情况。
资料5
任务1：推测蛋白质在细胞膜中的分布情况
贯穿
部分或全部嵌入
②蛋白质在细胞膜中的分布是不均匀的。
①蛋白质或镶或嵌或贯穿于磷脂双分子层；
蛋白质分布的特点P45：
镶在表面
蛋白质在细胞膜中的分布探索
实例：白细胞追击细菌、变形虫运动
资料6
问题3：细胞膜是静态结构吗？
任务2：修正静态结构模型
细胞的生长过程
变形虫的运动
受精卵卵裂
质疑：细胞膜是静态结构吗？
三、细胞膜结构的探索
蛋白质在细胞膜中的分布探索
1970年，弗雷和埃迪登等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。
资料7
问题4：细胞膜中什么结构是可以运动的？
任务2：修正静态结构模型
融合细胞
细胞
融合
37℃
40min
正在融合的细胞
红色荧光染料标记膜蛋白
绿色荧光染料标记膜蛋白
人细胞
小鼠细胞
荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验示意
细胞膜的流动性：
①大多数蛋白质可以运动
②磷脂分子可以运动
问题5：细胞膜结构的流动性有什么意义？
细胞膜具有一定的流动性，是生物膜行使正常功能的必要条件。例如，细胞的物质运输、生长、分裂、运动等都与膜的流动性密切相关。
细胞膜的结构特点
载体蛋白
任务2：修正静态结构模型
蛋白质在细胞膜中的分布探索
细胞膜具有流动性
问题6：糖类在细胞膜中如何分布？
糖类在细胞膜中的分布探索
任务3：推测糖类在细胞膜中的分布情况
糖蛋白
糖脂
糖被的特点：
①位于细胞膜外侧
②与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有关
资料8
对细胞膜的深入研究发现，细胞膜的糖类分子和蛋白质结合形成糖蛋白，与脂质结合形成糖脂，这些糖类分子叫做糖被。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。P45
1972年辛格和尼科尔森通过新的实验依据提出了流动镶嵌模型被多数人所接受。
课本实验7
三、细胞膜结构的探索
流动镶嵌模型的基本内容
四
四、流动镶嵌模型的基本内容
α螺旋蛋白质
通道蛋白
蛋白质
糖类
胆固醇
糖脂
糖蛋白
蛋白质
蛋白质
磷脂双层为基本支架
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、嵌入、贯穿
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
（磷脂分子自由移动，蛋白质大多也能运动）
阅读教材P44—P45关于流动镶嵌模型的基本内容，回答下列问题：
细胞膜的基本支架是什么？
蛋白质在细胞膜上如何分布？
细胞膜具有流动性的原因是什么？
什么叫糖蛋白、糖脂、糖被？
糖被有什么功能？
四、流动镶嵌模型的基本内容
磷脂双分子层为基本支架
镶嵌、嵌入、贯穿磷脂双分子层
磷脂分子自由移动，蛋白质大多也能运动
书本P45小字部分
思考：既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？（P45）
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。
四、流动镶嵌模型的基本内容
癌症——21世纪的“第一杀手”
细胞膜的组分并不是不可变的，如细胞癌变过程中，细胞膜组分发生变化，糖蛋白含量下降，产生甲胎蛋白(AFP)、癌胚抗原(CEA)等物质。
与生活的联系
视角应用
1.对细胞膜成分和结构的探索经历了漫长的过程,下列结论或假说对应错误的是(　　)
A.根据脂溶性物质更易通过细胞膜推测细胞膜是由脂质组成的
B.根据提取的哺乳动物成熟红细胞的脂质铺展成的单分子层面积是该红细胞表面积的2倍,推测细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层
C.根据电镜下细胞膜呈现清晰的暗—亮—暗三层结构,罗伯特森认为所有的细胞膜都由脂质—蛋白质—脂质三层结构构成
D.小鼠细胞和人细胞融合实验可证明细胞膜具有流动性
C
解析　根据电镜下细胞膜呈现清晰的暗—亮—暗三层结构,罗伯特森认为所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成,C项错误。
视角应用
视角1 细胞膜的流动镶嵌模型
1.如图为细胞膜的结构模型示意图,A、B表示细胞膜的两侧。下列有关说法错误的是(　　)
A.细胞膜因具有图中1表示的基本支架而具有对称性
B.动物细胞吸水时,图中1的厚度会变小
C.图中A侧具有糖蛋白,是细胞膜的外侧
D.细胞膜具有流动性与图中1、3都有关
A
2.下列关于证明脂质是细胞膜组成成分的实验,不正确的是(　　)
A.用磷脂酶处理细胞膜,细胞膜被破坏
B.用脂溶剂处理细胞膜,细胞膜被溶解
C.比较细胞膜对脂溶性物质与非脂溶性物质的通透性
D.欧文顿提取了细胞膜并证明了膜是由脂质组成的
D
解析　磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架,用磷脂酶处理细胞膜,细胞膜被破坏,A项正确;磷脂属于脂质,用脂溶剂处理细胞膜,细胞膜被溶解,B项正确;根据相似相溶的原理,脂溶性物质比非脂溶性物质更容易透过细胞膜,C项正确;欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行实验,发现细胞膜对不同物质的通透性不同,提出细胞膜是由脂质组成的,但并未将细胞膜从细胞中分离出来,D项错误。
视角2 细胞膜的结构特点和功能特性
2.下列关于细胞膜结构特点和功能特性的叙述,错误的是(　　)
A.脂溶性物质更易进入细胞,说明细胞膜中含有脂质
B.白细胞能吞噬某些细菌,说明细胞膜具有流动性
C.植物细胞发生质壁分离,说明细胞膜具有选择透过性
D.胞间连丝能传递信息,说明细胞膜具有识别功能
D
视角2 细胞膜功能的验证方法优化设计P40
2.细胞学研究常用“染色排除法”鉴别细胞的生命力。例如,用台盼蓝染液处理动物细胞时,活细胞不着色,死细胞则被染成蓝色。
(1)“染色排除法”依据的原理是:________________________________ 。
(2)某同学为验证“染色排除法”的原理,用紫色洋葱鳞片叶内表皮及台盼蓝染液等进行相关实验。
实验操作步骤如下:
步骤一,取洋葱鳞片叶内表皮,分成两组,一组将洋葱鳞片叶内表皮细胞杀死,另一组对洋葱鳞片叶内表皮不做处理。
步骤二,用相同浓度的台盼蓝染液染色相同时间,然后制作洋葱鳞片叶内表皮细胞的__________。
步骤三,使用__________观察____________________。
活细胞的细胞膜具有控制物质进出细胞的功能,死细胞失去此功能
临时装片
显微镜
细胞是否被染成蓝色

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