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3.1 细胞膜的结构和功能
第3章 细胞的基本结构
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
成分的探索
结构的探索
流动镶嵌模型的基本内容
（1）磷脂双分子层
（2）蛋白质分子
（3）糖类分子
（4）结构特性：流动性
（5）功能特性：选择透过性
（1）分泌物质
（2）直接接触
（3）形成通道
纲要
3.1 细胞膜的结构和功能
脂质（磷脂）50%，蛋白质40%，糖类2%—10%
功能
蛋白质-脂质-蛋白质三层结构 → 流动镶嵌模型
基本支架
镶嵌贯穿，决定膜复杂程度
形成糖被，识别、信息传递
（教学内容页面）
人工合成胰岛素的过程非常复杂，
为什么人的胰岛细胞每天分泌胰岛素是很轻而易举的事？
胰腺
胰岛
胰岛素
细胞中是不是有一条条“生产线”？
组成细胞的各种分子怎样有序地组织成各种生产线，进而再组装成具有生命活动的细胞？
P39
细胞这个最基本的生命系统的边界是什么？
讨论
细胞膜作为边界怎样维持细胞的稳定？功能？
系统需要边界
边界能够维持系统的稳定
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。
用台盼蓝染液染色后的
死细胞和活细胞(放大200倍)
讨论：
1.为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
活细胞的细胞膜具有选择透过性，染料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。
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。
用台盼蓝染液染色后的
死细胞和活细胞(放大200倍)
讨论：
2.据此推测，细胞膜作为系统的边界，应该具有什么功能？
控制物质进出
注意：植物细胞的边界是细胞膜，不是细胞壁，因为细胞壁是全透性的。
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
一.细胞膜的功能
与环境完全隔绝的系统能否长期存在？
细胞
核酸
营养：
葡萄糖、氨基酸、核苷酸等
分泌物：抗体、激素
废物：尿素、CO2等
2.控制物质进出细胞
一.细胞膜的功能
对细胞有害的物质、病毒病菌
细胞内有用的成分
不易进
细胞不需要的物质
（1）控制作用是相对的
人体细胞必需协调一致，人体才能健康生存。
细胞之间怎么相互协调？
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。
（1）通过细胞分泌化学物质完成间接交流
3.进行细胞间的信息交流
一.细胞膜的功能
记
P41
3.进行细胞间的信息交流
一.细胞膜的功能
例如：精子和卵细胞之间的识别与结合
（2）通过相邻两个细胞的细胞膜接触（直接接触）
例如：毒性T细胞与靶细胞接触
高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接
（3）相邻两个细胞之间形成通道
（交换物质，交流信息）
3.进行细胞间的信息交流
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
成分的探索
结构的探索
流动镶嵌模型的基本内容
（1）磷脂双分子层
（2）蛋白质分子
（3）糖被
（4）结构特性：流动性
（5）功能特性：选择透过性
（1）分泌物质
（2）直接接触
（3）形成通道
纲要
3.1 细胞膜的结构和功能
脂质（磷脂）50%，蛋白质40%，糖类2%—10%
功能
蛋白质-脂质-蛋白质三层结构 → 流动镶嵌模型
细胞膜应该由什么成分组成？
细胞膜应该具有什么样的结构？
发现脂质更容易通过细胞膜。
推测：
实验：
（1）时间：1895年
人物：欧文顿（E.Overton）
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。
二.对细胞膜成分的探索
推测：膜是由脂质组成的
科学探究的哪个环节？
●
●
不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质
细胞膜
1.科学方法——提出假说
P44
观察发现
提出假说
观察实验
修正补充
接受
否定
二.对细胞膜成分的探索
发现脂质更容易通过细胞膜。
实验：
（1）时间：1895年
人物：欧文顿（E.Overton）
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。
提出假说
二.对细胞膜成分的探索
推测：
推测：膜是由脂质组成的
●
●
不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质
细胞膜
（2） 科学家利用动物的卵细胞、红细胞、神经细胞作为研究材料，利用哺乳动物成熟红细胞中分离出来。化学分析表明：
膜成分化学分析
膜的脂质有磷脂和胆固醇，磷脂最多
验证、修正
二.对细胞膜成分的探索
P42
亲水
疏水
记
二.对细胞膜成分的探索
P42
二.对细胞膜成分的探索
磷酸基团
脂肪酸链
胆碱
甘油
结构式
模型
示意图
头部亲水
尾部疏水
记
亲水头部
疏水尾部
C、H、O、N、P
资料3：
甘油
磷酸
脂肪酸
P67
元素：
二.对细胞膜成分的探索
时间：1925年
人物：荷兰的两位科学家
实验：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，测得单分子层的
面积恰为红细胞表面积的2倍。
细胞膜中脂质分子排列为连续的两层!
结论：
脂质分子如何排列成连续的两层？
S
2S
二.对细胞膜成分的探索
验证、修正
活动一：请根据磷脂分子的结构特点，各小组讨论后尝试排列出磷脂分子在水-空气界面中的排布情况。
二.对细胞膜成分的探索
借鉴脂肪在水中的状态
活动一：请根据磷脂分子的结构特点，各小组讨论后尝试排列出磷脂分子在水和空气界面中的排布情况。
水
空气
二.对细胞膜成分的探索
随机浮在水面上？
亲水
疏水
活动一：请根据磷脂分子的结构特点，各小组讨论后尝试排列出磷脂分子在水和空气界面中的排布情况。
水
空气
二.对细胞膜成分的探索
活动一：请根据磷脂分子的结构特点，各小组讨论后尝试排列出磷脂分子在水和空气界面中的排布情况。
水
空气
二.对细胞膜成分的探索
活动二： 结合人体组织细胞内、外环境，预测并摆出细胞膜中磷脂的排列方式。
提醒：细胞膜的两侧都有水环境存在
二.对细胞膜成分的探索
水环境
水环境
二.对细胞膜成分的探索
细胞膜
摆放磷脂分子实物模型
摆放磷脂分子虚拟模型
水环境
水环境
平面图
立体图
二.对细胞膜成分的探索
磷脂分子在水环境中的排布方式。
水环境
拓展（选讲）
二.对细胞膜成分的探索
水环境
二.对细胞膜成分的探索
磷脂分子在水环境中的排布方式。
拓展（选讲）
水环境
二.对细胞膜成分的探索
磷脂分子在水环境中的排布方式。
拓展（选讲）
水环境
二.对细胞膜成分的探索
磷脂分子在水环境中的排布方式。
拓展（选讲）
水环境
二.对细胞膜成分的探索
磷脂分子在水环境中的排布方式。
拓展（选讲）
水环境
二.对细胞膜成分的探索
磷脂分子在水环境中的排布方式。
拓展（选讲）
根据磷脂分子的特点，分析推测细胞膜中磷脂分子的排布情况。
A
B
水环境
戈特和格伦德尔（1925年）
B.脂质体
A.微团
油
二.对细胞膜成分的探索
磷脂分子在水环境中的排布方式。
拓展（选讲）
推理：
细胞膜除脂双层外还有其它成分如蛋白质
实验证据：
油脂表面吸附有蛋白质时，表面张力会减小
新问题：
细胞膜的表面张力比双层磷脂分子小
新的发现
二.对细胞膜成分的探索
（1935年）丹尼利和戴维森研究细胞膜的张力
总结:
细胞通透性实验
膜由脂质组成
膜成分化学分析
推测：膜由脂质、蛋白质组成
膜张力实验
证明
欧文顿
戈特
格伦德尔
丹尼利
戴维森
膜中磷脂排列为连续的两层
二.对细胞膜成分的探索
红细胞膜脂质展层实验
推测
成分 所占比例 在细胞膜构成中的作用
脂质 约50% 构成细胞膜的重要成分；
此外还有少量的胆固醇（动物）。
蛋白质 约40% 在细胞膜行使功能时起重要作用；
糖类 2~10%
主要
二.对细胞膜成分的探索
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？
【答案】从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。
思考与讨论1：
二.对细胞膜成分的探索
P42
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？
【答案】因为磷脂分子的“头部”亲水，尾部疏水，所以在水-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。
思考与讨论2：
二.对细胞膜成分的探索
P42
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？
【答案】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。
思考与讨论3：
二.对细胞膜成分的探索
P42
如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布？
【答案】如果将磷脂分子置于水-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。
思考与讨论4：
二.对细胞膜成分的探索
P42
苯
脂质和蛋白质等成分如何组成细胞膜？
脂 质：约占50%
蛋白质： 约占40%
糖 类：占2~10%
三.对细胞膜结构的探索
电子显微镜
1959年，罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。
磷脂和蛋白质是怎么分布的？
三.对细胞膜结构的探索
蛋白质-磷脂-蛋白质
1959年，罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。
磷脂和蛋白质是怎么分布的？
三.对细胞膜结构的探索
此结构是否最终的正确结构？
蛋白质-磷脂-蛋白质
1959年，罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。
磷脂和蛋白质是怎么分布的？
三.对细胞膜结构的探索
静态结构
电镜观察测定：细胞膜厚度为7-8nm，而三层结构厚度为20nm，能推出？
7-8nm
三.对细胞膜结构的探索
20nm
思考：在细胞生命活动过程中，细胞膜是否保持静态？
细胞膜不是静止不动的
三.对细胞膜结构的探索
1970年，荧光染料标记膜蛋白技术
人鼠细胞融合实验
三.对细胞膜结构的探索
P43
细胞膜上的分子是可以运动的，那么这么分子是怎么组装在一起的？
冰冻蚀刻技术研究细胞膜结构
通过冰冻蚀刻实验，暴露两层磷脂分子之间的断裂面，如图，你可以得出什么结论？
三.对细胞膜结构的探索
细胞膜中的蛋白质以多种方式放置在磷脂双分子层中
四.流动镶嵌模型的基本内容
磷脂分子构成基本支架，内部是磷脂分子疏水端，水溶性分子和离子不能通过
细胞膜具有流动性：磷脂分子可以侧向自由移动，蛋白质大多也能运动
蛋白质分子镶嵌在磷脂双分子层中：有的镶在表面，有的部分或全部嵌入，有的贯穿双分子层
1.
2.
3.
1972年，科学家提出流动镶嵌模型
P45
四.流动镶嵌模型的基本内容
（基本支架）
蛋白质分子
磷脂双分子层
镶
嵌
贯穿
疏水屏障
水溶性分子和离子不能通过
糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能密切相关。
四.流动镶嵌模型的基本内容
糖蛋白
糖脂
糖蛋白、糖脂
糖（类分子）被
糖类
四.流动镶嵌模型的基本内容
糖蛋白
糖脂
糖类
细胞外
细胞内
哪侧是细胞外？
蛋白质在细胞膜行使功能方面起重要作用，因此，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量就越多。
细胞膜功能的复杂程度与什么物质关系最密切？
四.流动镶嵌模型的基本内容
脂双层为基本骨架
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
细胞膜
糖类（少）
细胞膜成分
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
拓展（选讲）
三.对细胞膜结构的探索
怎么理解细胞膜成分、结构与功能相适应？
拓展（选讲）
解释细胞膜结构的原理
回顾研究过程中的实验，总结科学研究成功需要什么要素？
拓展（选讲）
流动镶嵌模型还在不断发展中……
补充资料：
科学家用去污剂处理细胞膜提取蛋白质时，发现总有些区域的蛋白质不能被提取出来，说明这些区域中的蛋白质与脂质成分的联系十分紧密。
三.对细胞膜结构的探索
拓展（选讲）
一、概念检测
1.基于对细胞膜结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。
(1)构成细胞膜的磷脂分子具有流动性，而蛋白质是固定不动的。( )
(2)细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能进入，而对细胞有害的物质则不能进入。( )
(3)向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下个空洞。( )
×
×
×
练习与应用
(4)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(　　)
(5)植物细胞之间的胞间连丝具有物质运输的作用(　　)
(6)细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构(　　)
×
√
×
P46
2.细胞膜的特性和功能是由其结构决定的。下列相关叙述错误的是( )
A.细胞膜的脂质结构使溶于脂质的物质，容易通过细胞膜
B.由于磷脂双分子层内部是疏水的，因此水分子不能通过细胞膜
C.细胞膜的蛋白质分子有物质运输功能
D.细胞的生长现象不支持细胞膜的静态结构模型
B
练习与应用
P46
二、拓展应用
1.在解释不容易理解的陌生事物时，人们常用类比的方法，将陌生的事物与熟悉的事物作比较。有人在解释细胞膜时，把它与窗纱进行类比：窗纱能把昆虫挡在外面，同时窗纱的小洞又能让空气进出。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方
把细胞膜与窗纱进 类比,合 之处是说明细胞膜与窗纱一样可以允许一些物质出入,阻挡其他物质出入。这样的类 也有 妥之处。 如,窗纱是一种简单的刚性的结构,功能较单纯,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, 窗纱是没有生命的,它只能是被动地在起作用。
练习与应用
P46
二、拓展应用
2.右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 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 中结晶的药物可稳定地包裹其中。
练习与应用
P46
二、拓展应用
2.右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。
(2)请推测：脂美质体到达细胞后，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 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。
练习与应用
P46
利用废旧物品制作生物膜模型
课后实践：
发掘身边可利用的废旧物品，进行生物膜模型的构建吧！
思考：哪些材料能够更好地体现细胞膜的结构特点呢？
具体操作流程可参见教材以及配套光盘
课后实践
P46

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