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(共58张PPT)
第1节 细胞膜的结构和功能
第3章 细胞的基本结构
学习目标
1、通过观察、感受卵黄膜及分析细胞膜的功能，概述细胞膜作为系统边界的三大功能。
2、通过分析细胞膜结构模型建立的科学史资料，能基于事实和证据进行推理论证，提出或否定假说，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。
3、通过阐释流动镶嵌模型的基本内容、并制作细胞膜的模型，体会细胞膜的结构与功能相适应的生命观念。
4、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。
问题探讨1
细胞的边界：细胞膜（质膜）
鸡蛋中，其实只有蛋黄才算真正的细胞，蛋清只是供受精卵发育的营养物质。当你打破一个鸡蛋时，蛋清会迅速平摊在桌面，朝各个方向流去，蛋黄却好像被包裹了起来，不会四处流动，由此你想到了什么？
1.将细胞与外界环境分隔开
推测的原始海洋景观图
细胞膜保障了细胞__________的相对稳定。
内部环境
使细胞成为___________的系统。
相对独立
膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段
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。
讨论
1.为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
问题探讨2
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。因此活细胞不被染色，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，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？
具有控制物质进出细胞的功能
细胞
可“进”
不易“进”
可“出”
不可“出”
营养物质
对细胞有害的物质
抗体、激素等物质，细胞产生的废物
细胞内的核酸等重要成分
病菌、病毒等
可能 侵入
注意：细胞膜的控制作用是相对的！
2.控制物质进出细胞
功能特点：选择透过性
手被烫到，为什么大脑皮层会产生“痛”觉 ？鼻子接触鲜花，为什么大脑皮层能产生“香”的感觉？这体现了细胞膜的什么功能？
缩手反射
闻花香
问题探讨3
3.进行细胞间的信息交流
激素
内分泌细胞的激素
（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。
受体
信号分子
（1）通过细胞分泌化学物质完成间接交流
分泌的化学物质通过血液运输
发出信号的细胞
靶细胞
与膜结合的信号
例如，精子和卵细胞之间的（特异性）识别和结合
（2）通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息。(细胞识别)
受体
（3）相邻两细胞之间形成通道，来传递信息
胞间连丝
是否还需要信息分子和受体？
相邻两个细胞之间形成 ，携带信息的物质通过其进入另一个细胞（物质运输）。例如，高等植物细胞之间通过 相互连接，也有信息交流的作用。
通道
胞间连丝
该过程不需要信息分子受体！
1.将细胞与外界坏境分隔开
一. 细胞膜的功能
2.控制物质进出细胞
3.进行细胞间的信息交流
(2)通过细胞膜直接接触传递信息
(3)通过细胞间通道传递信息
(1)通过化学物质传递信息
方式
小结
(1)细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能进入细胞，而对细胞有害的物质则不能进入(　　)
(2)植物细胞之间的胞间连丝具有物质运输的作用(　　)
(3)细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构(　　)
正误辨析
1.判断关于细胞膜成分和功能说法的正误
×
√
×
【检测】下图为细胞间的3种信息交流方式，请据图回答：
(1)图A表示通过细胞分泌的化学物质，随①　　　到达全身各处，与靶细胞表面的②　　　结合，将信息递给靶细胞。
(2)图B表示通过相邻两细胞的　　　　　，使信息从一个细胞传递给另一个细胞，图中③表示____________________请举一个例子：__________________________________。
血液
受体
细胞膜接触
与膜结合的信号分子
精子与卵细胞之间的识别和结合
(3)图C表示相邻两植物细胞之间形成　　　，携带信息的物质从一个细胞传递给另一个细胞，图中④表示　　　　。
(4)由以上分析可知：在多细胞生物体内，各个细胞之间都维持功能的协调，才能使生物体健康地生存。这种协调性的实现不仅依赖于物质和能量的交换，也依赖于　　　的交流，这种交流大多与_________________有关。
通道
胞间连丝
信息
细胞膜的结构
二. 细胞膜的结构
多细胞生物是一个繁忙而有序的细胞“社会”。如果没有信息交流，生物体不可能作为一个整体完成生命活动。细胞间信息交流，大多与细胞膜的结构有关。
细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的。但细胞膜非常薄，在高显微镜下依然难以看清它的真面目，人们对细胞膜化学成分与结构的认识经历了很长时间。
①
②
③
④
阅读书本第42页的思考与讨论，找出细胞膜成分探索历程与实验推论
Year
1895年
细胞膜
非脂溶性物质
脂溶性物质
相似相溶原理
据此推测：_____________________________
我是欧文顿，经过上万次
实验我发现……
细胞膜是由脂质组成的
生物膜是由脂质组成的，是通过对实验现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？（课本P42，讨论1）
在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行提取分离鉴定吗
实验现象的推理分析
假说不一定正确，需要实验证明
1、选材 请从下面细胞中选出符合研究细胞膜的细胞，并说明理由
哺乳动物成熟的红细胞
高等动物细胞
高等植物细胞
细菌细胞
1、选材 请从下面细胞中选出符合研究细胞膜的细胞，并说明理由
哺乳动物成熟的红细胞
高等动物细胞
高等植物细胞
细菌细胞
注
原核细胞没有核膜和细胞器膜，但是有细胞壁（支原体除外），所以也不能用原核生物制备细胞膜。
哺乳动物成熟的红细胞：
1、没有细胞壁
2、没有细胞核和其它众多的具膜细胞器。
如果用鸡血（鸟类、鱼类、两栖类）红细胞
清水
实验原理：红细胞吸水涨破，内容物流出
内容物和细胞膜密度不同，
差速离心之后进行提取获得细胞膜。
对细胞膜进行化学成分分析
2、步骤
Year
为了进一步确定细胞膜中的脂质成分的类型，科学家利用_____________________，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜，进行_________，得知组成细胞膜的脂质有_______和__________，其中________含量最多。
磷脂的一端为________的头，两个___________一端为_______的尾，多个磷脂分子在水中总是自发地形成________________。
化学分析
磷脂
胆固醇
磷脂
亲水
脂肪酸
疏水
双分子层
科学家
1895年
哺乳动物成熟的红细胞
CH
CH2
CH2
O
C=O
CH-CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
C=O
CH2
O
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
=
CH
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
ˉ
N
+
（CH ）
3
3
O
O
O=P
ˉ
O
甘油
脂肪酸
尾部
头部
(亲水)
(疏水)
磷酸
磷脂分子
1895年
科学家
Year
Year
1925年
1895年
科学家
1925年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔用_______从人的红细胞中提取脂质，在空气-水界面上铺展成_____分子层，测得_______________________________________________
丙酮
单
单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍
实验现象：S单层磷脂 = 2S红
空气
水层
细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
推断：
实验及其结果：
实验结论：
细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
（磷脂双分子层）
细胞内外侧都是水，细胞膜中两层磷脂分子如何分布？
水
水
1925年
1895年
科学家
1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。他们发现细胞膜的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。人们发现油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低。
1935年
据此推测：______________________________________
细胞膜除脂质分子外，可能还附有蛋白质
Year
实验结果：细胞膜的张力 < 油—水界面张力
油脂滴+蛋白质 < 油—水界面张力
序号 实验过程与结果 实验结论
① 1895年欧文顿：多种物质对膜的通透性实验，溶于脂质的物质容易通过细胞膜，不容易脂质的物质，不容易通过细胞膜。
② 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。
③ 1925年，科学家将红细胞中脂质在空气-水界面上铺展成单分子层，测得単分子层的面积为红细胞的表面积的2倍。
细胞膜由脂质组成
组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇。其中磷脂含量最多。
细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
④ 1935年，发现细胞表面张力明显低于油水界面的表面张力，如果在油水界面中加入一定量的蛋白质，其表面张力降低，并接近细胞表面张力。
细胞膜除含脂质分子外，可能还有附有蛋白质。
1.对细胞膜成分的探索
2.根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气—
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”的结论？
磷脂分子的亲水性头部向水面一侧，疏水性尾部向空气一侧；
脂质在细胞膜中只有排列成连续的两层，铺展成单分子层的面积才会恰为红细胞表面积的2倍。
1.最初认识到生物膜是由脂质组成的，是通过对现
象的推理分析，还是通过膜成分的提取和鉴定？
通过对现象的推理分析的。
讨论：P42
头部将与水接触，尾部与苯接触，磷脂分子分布成单层
4.将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂分子
将会如何分布？
3.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？
因为磷脂分子有一个亲水头部和疏水尾部,疏水尾巴要聚集到一起, 这就使得亲水的头在外与水接触,疏水的尾巴聚在里头,形成稳定的双分子层结构；细胞膜的内外都是水。
__________（约50%）
__________（约40%）
主要
成分
____________（约2%~10%）
________（最多）
_________（动物细胞膜含有少量）
脂质
蛋白质
糖类
磷脂
胆固醇
蛋白质的_______与________
决定细胞膜功能的复杂程度。
种类
数量
细胞膜成分的小结：
脂质和蛋白质等成分如何组成细胞膜的呢
二、对细胞膜结构的探索
1959年
罗伯特森
电镜细胞膜清晰的暗－亮－暗的三层结构 (7～8nm)
蛋白质－脂质－蛋白质三层结构的细胞膜
细胞膜结构的电镜照片(放大400 000倍)( 静态结构 )
Year
1959年
电子显微镜下：
蛋白质发暗
脂质发亮
“三明治”静态结构模型有什么不足？
序号 实验过程与结果 实验结论
① 20世纪40年代，科学家推测细胞膜为脂双层，蛋白质分子覆盖在细胞膜两侧。
② 1959年罗伯特森在电镜看到细胞膜 暗-亮-暗三层结构。
推测为：蛋白质-脂质双层-蛋白质的结构。
细胞膜都是由蛋白质-脂质-蛋白质三层构成。认为细胞膜是静态的统一结构。
2.对细胞膜结构的探索
细胞膜结构的电镜照片(放大400 000倍)
证据1：电镜观察的亮带是3.5nm,刚好符合磷脂双分子层亲水头部之间的距离。
为什么看到细胞膜暗-亮-暗三层结构就能说明细胞膜是由蛋白质-脂质双分子层-蛋白质三层组成的呢？
为什么看到细胞膜暗-亮-暗三层结构就能说明细胞膜是由蛋白质-脂质双分子层-蛋白质三层组成的呢？
证据:2：
细胞膜结构的电镜照片(放大400 000倍)
暗带
电子透过样品少
蛋白质对电子阻挡作用大
亮带
电子透过样品多
脂双层对电子阻挡作用小
暗带
电子透过样品少
蛋白质对电子阻挡作用大
Year
1959年
20世纪60年代以后
生活事实表明：细胞膜可以运动！
Year
人—鼠细胞融合实验
1959年
20世纪
60年代
1970年
用荧光染料标记膜表面蛋白质，利用荧光特性，来反映膜的相关信息。
人细胞
红色荧光染料标记的膜蛋白
绿色荧光染料标记的膜蛋白
小鼠细胞
细胞融合
杂交细胞
37 ℃
40min
结构特点
推论2：细胞膜具有一定的流动性
（荧光标记技术）
实验结论：细胞膜上的蛋白质分子是可以运动的。
Year
1972年
流动镶嵌模型
1972年辛格（S. J. Singer）和尼科尔森（G. Nicolson）提出了新的生物膜模型———________________。
20世纪
60年代
1970
1959年
流动镶嵌模型
磷脂分子
磷脂双分子层
蛋白质分子
序号 实验过程与结果 实验结论
① 1959年罗伯特森在电镜看到细胞膜 暗-亮-暗三层结构。
② 1970年，用不同颜色荧光染料标记分别标记人的细胞和鼠的细胞，然后将人-鼠细胞融合，一段时间后，不同颜色的荧光染料均匀分布在融合细胞膜表面
③ 1972年，辛格和尼科尔森总结前人的研究成果，提出流动镶嵌模型。 细胞膜都是由蛋白质-脂质-蛋白质三层构成。认为细胞膜是静态的统一结构。
细胞膜具有流动性
2.对细胞膜结构的探索
3.流动镶嵌模型的基本内容
①_______________是膜的基本支架。
磷脂双分子层
其内部是疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。
【思考】
既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？
一是因为水分子极小，可以通过由于磷脂分子运动而产生的间隙，二是因为膜上存在水通道蛋白，水分子可以由此通过
②_________________以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中。
有的镶在磷脂分子层表面。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表面。
蛋白质分子
3.流动镶嵌模型的基本内容
流动镶嵌模型
磷脂分子
蛋白质分子
糖蛋白
磷脂分子
磷脂双分子层
蛋白质的位置：
贯穿、嵌入、覆盖（镶）
细胞膜两侧具有不对称性
基本支架：
磷脂双分子层
磷脂分子可以侧向自由移动，大多数蛋白质也是能运动，细胞膜具有流动性
③细胞膜不是静止不动的，而是具有 。
细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能非常重要。
主要表现为构成膜的 。
3.流动镶嵌模型的基本内容
流动性
磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动
④在细胞膜外表面，糖类分子与蛋白质结合形成___________，或与脂质结合形成_________，这些糖类分子叫做_______。
糖蛋白
糖脂
糖被
3.流动镶嵌模型的基本内容
流动镶嵌模型
磷脂分子
蛋白质分子
糖蛋白
磷脂分子
磷脂双分子层
糖被作用：
识别、细胞间的信息传递等作用。
糖脂：
糖类和脂质分子结合而形成的。
糖被：
糖类分子
磷脂分子
蛋白质分子
糖蛋白
磷脂分子
磷脂双分子层
糖蛋白：
由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成。
分布在膜的外表面，与细胞表面的识别、细胞间的信息传递有关。
根据糖蛋白的分布，可以判断细胞膜的内外侧。因为糖蛋白一般分布在细胞膜的外表面。
判断细胞膜内外侧的方法：
外侧：糖蛋白的一侧
内侧：没有糖蛋白的一侧
1、生物膜的基本支架：
磷脂双分子层
2、蛋白质分子存在形态：
蛋白质分子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。
3、生物膜的主要成分：
脂质和蛋白质
磷脂双
分子层
糖蛋白
蛋白质
判断细胞膜内外侧的方法：
外侧：糖蛋白的一侧
内侧：没有糖蛋白的一侧
1.细胞膜的功能特性：___________________________。
例如利用 ___________ 鉴定细胞死活。
2.细胞膜的结构特性：___________________________。
选择透过性
具有一定的流动性
细胞膜具有一定的流动性主要因为：
________________________________________________________________________
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。
3.细胞膜流动性的主要影响因素：________
温度
在适宜的温度范围内，随外界温度升高，细胞膜的流动性增强，但温度超出一定范围，会导致细胞膜被破坏。
生物膜的结构和功能是相适应的。
4.细胞膜流动性的意义：对于细胞完成____________、________、_________、_______等功能都是非常重要的；
物质运输
生长
分裂
运动
台盼蓝染液
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。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各不相同？
由双层磷脂分子构成的脂质体，两层磷脂分子之间的部分是疏水的，脂溶性药物能被稳定地包裹在其中；脂质体的内部是水溶液的环境，能在水中结晶的药物可稳定地包裹其中。
（2）请推测：脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞内发挥作用？
由于脂质体是磷脂双分子层构成的，到达细胞后可能会与细胞的细胞膜发生融合，也可能会被细胞以胞吞的方式进入细胞，从而使药物在细胞内发挥作用。
四、细胞壁
细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖
1. 化学成分:纤维素和果胶
2. 功能: 支持和保护
细胞壁具有全透性
四、细胞壁
【检测】判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
(1)同一生物体的细胞膜中蛋白质的种类和数量相同。(　　)
(2)在组成细胞膜的脂质中，胆固醇最丰富。(　　)
(3)细胞膜的成分是恒定不变的。(　　)
(4)动物细胞间的黏着性与细胞膜上的糖蛋白有关。(　　)
(5)植物细胞的胞间连丝具有物质运输的作用。(　　)
(6)细胞膜的流动性与ATP没有关系。(　　)
(7)荧光染料标记人鼠细胞融合实验说明细胞膜具有流动性。(　　)
(8)细胞膜的流动性和选择透过性均须在完成物质交换功能时才能体现出来。(　　)
（9）功能越复杂的细胞膜,蛋白质的种类和数量相对越多。( )
×
×
×
√
√
×
√
×
√
【检测】人鼠细胞融合实验是用带有不同荧光染料的抗体标记两种细胞的膜蛋白，一段时间后两种膜蛋白能在杂种细胞膜上均匀分布形成嵌合体。如图是相关实验记录，据此不能得到的结论是(　　)
A.当温度增加到15 ℃以上时，膜的流动性发生变化
B.该实验证明膜蛋白能够在膜表面运动
C.温度对膜蛋白的扩散有影响
D.图中数据说明融合时间越长形成的嵌合体越多
D
【检测】下列对于生物模型建立的完整过程的认识，错误的是( )
A.科学家根据观察的现象和已有的知识提出解释某一生物学问题的假说或模型，用现象和实验对假说或模型进行检验、修正和补充
B.一种模型最终能否被普遍接受，取决于它能否与以后的现象和实验结果相吻合，能否很好地解释相关现象
C.生物膜的流动镶嵌模型完美无缺
D.随实验技术的不断创新和改进，对膜研究更加细致入微，有利于更完善地解释细胞膜的功能
C
【检测】荧光漂白恢复技术在细胞生物学中具有重要的应用价值,其包括三个步骤:绿色荧光染料与膜上的蛋白质结合,使细胞膜上呈现一定强度的绿色→激光照射膜上某绿色荧光区,使该区域内标记的荧光分子不可逆的淬灭(漂白)→检测淬灭部位荧光再现速率。实验过程如图甲所示,结果如图乙所示。下列说法错误的是（ ）
A.淬灭部位荧光再现速率会受温度的影响
B.若不用激光照射淬灭,而是细胞膜的两部分分别被绿色和红色荧光材料标记,则一段时间后两种颜色的荧光会均匀分布
C.被激光照射淬灭部位的细胞膜失去了流动性
D.F2后若再进行一次激光照射淬灭,一段时间后检测的淬灭部位的荧光强度会更低
C
关于细胞膜的4点说明
(1)各种膜所含的蛋白质与脂质的比例同膜的功能有关：功能越复杂的细胞膜，其蛋白质的种类和数量越多。
(2)不同种类的细胞，细胞膜的成分及含量不完全相同：如动物细胞膜中含有一定量的胆固醇，而植物细胞膜中没有。
(3)细胞膜是细胞的边界，因为其具有选择透过性；细胞壁是全透性的，不能作为细胞的边界。
(4)细胞膜的结构特性是具有一定的流动性，功能特性是具有选择透过性。
易错警示

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