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第三章 细胞的基本结构
第1节
细胞膜的结构和功能
本节目标
细胞膜的功能
01
02
对细胞膜结构的探索
03
流动镶嵌模型的基本内容
国家的边界：边防线等
人体的边界：皮肤和黏膜
细胞的边界——细胞膜（质膜）
植物细胞
动物细胞
课堂导入
细胞质
纤毛
细胞膜
细胞壁
鞭毛
核糖体
拟核
思考：细胞的边界为什么是细胞膜而不是细胞壁？
细胞壁的作用是维持细胞形状,具有全透性，并不能控制物质进出细胞,所以不是真正的边界。
资料1：科学家用显微注射器将一种叫做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。
为什么伊红不会溢出细胞？
【思考】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？
1
将细胞和外界环境分开
意义：保持细胞内部环境的相对稳定
推测的原始海洋景观图
膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，它将生命物质与外界环境分隔开，产生了原始的细胞，并成为相对独立的系统。
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，从而判断细胞是否死亡。
【思考】为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
【思考】为什么用凉水洗苋菜水不变色，而炒或者煮汤汁都会变红？可能原因是什么，这一现象与细胞膜的功能有什么关系？
资料3：
死 细 胞
活 细 胞
分泌物
③
废物
①
2.控制物质进出细胞
CO2、尿素、多余的无机盐等。
抗体、激素等物质
水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等。
控制的相对性
营养物质
②
病毒病菌
④
①②③表明细胞膜的控制作用具有普遍性；④有些病毒、病菌也能侵入细胞使生物体患病，表明细胞膜的控制作用具有相对性
资料4：施莱登和施旺在细胞学说中强调“细胞既是一个相对独立的单位，又和其他细胞构成的整体起作用”。由此说明多细胞生物体的生命活动必须依赖于细胞之间的协调配合才能完成。
【思考】细胞之间是如何实现协调配合的？
【思考】细胞之间信息交流的方式有哪些？
3
进行细胞间的信息交流
3
进行细胞间的信息交流
（1）间接交流：细胞分泌化学物质（如激素），通过膜表面的受体传递信息
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。
（2）直接交流：细胞膜的接触
强调：只有同种生物的精子和卵细胞能够识别和结合。
3
进行细胞间的信息交流
发出信号的细胞
靶细胞
与膜集合的信号分子
精子和卵细胞之间的识别和结合
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，精子和卵细胞的识别。细胞发出的信号分子与靶细胞细胞膜外表面的受体结合。
思考：所有细胞间的信息交流都需要膜上的受体吗？
3
进行细胞间的信息交流
胞间连丝
（3）植物细胞通过 传递信息。
通道（胞间连丝）
笔记：通道交流不需要细胞膜上的受体
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.进行细胞间的信息交流
【思考】细胞膜的功能是由什么决定的？
结构→功能
间接交流
直接交流
通道交流
膜功能小结：
细胞膜
非脂溶性物质
脂溶性物质
膜是由脂质组成的
相似相溶原理
【资料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，不溶于脂质的物质，不容易通过细胞膜。
【思考】欧文顿对细胞膜的组成成分作出怎样的推测？
1
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？
从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。
【资料2】科学家利用哺乳动物成熟红细胞作为实验材料，制备出纯净的细胞膜，并对细胞膜的成分进行分析，得出组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
【思考】为什么选择哺乳动物成熟红细胞来制备细胞膜？
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。
【磷脂】是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子。磷酸“头部”是亲水的，脂肪酸“尾部”是疏水的。
亲水的头
疏水的尾
磷脂分子的结构（P42）
水
空气
【思考】磷脂分子在空气——水界面上会怎样排布？
笔记：磷脂的元素组成C H O N P，头部亲水，尾部疏水。
【资料3】1925年，两位荷兰科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。
【问题1】该实验得出了怎样的推论？
水
水
【问题2】细胞膜上的磷脂分子是怎样排列的？
水
水
1层细胞膜含2层磷脂分子
教材深挖：将人的肝细胞中的磷脂全部提取出来，铺成单分子层，其面积是肝细胞表面积的2倍吗？为什么？
大大超过2倍，肝细胞具有多种具膜的细胞器和细胞核
讨论：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？
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。
【资料4】1935年，英国学者丹尼利和戴维森发现细胞表面张力明显低于油水界面的表面张力；当时人们已经知道了，如果在油水界面中加入一定量的蛋白质，其表面张力降低。
【思考】以上资料说明细胞膜中还可能含有什么物质？
推测：细胞膜除含有脂质分子外，可能还附有蛋白质。
细胞膜
_____（约50% ）
_______（约40% ）：
糖类（2%～10%）
_____（主要 ）
胆固醇 (动物细胞膜具有)
与细胞膜功能密切相关
脂质
磷脂
蛋白质
C、H、O
+N
（+P、N）
2
细胞膜的成分
【资料5】神经髓鞘的蛋白质含量不仅少，而且蛋白质种类只有3种。神经髓鞘也比较简单，主要起绝缘作用。红细胞、肝细胞、大肠杆菌的细胞膜都承担着非常复杂繁多的生理功能，它们的细胞膜中蛋白质的种类和数量均较多。
细胞膜的功能主要由 决定，功能越复杂的细胞膜， 的
和 越多。
【思考】由上述材料可知，细胞膜的功能主要由哪一类物质决定？
蛋白质
蛋白质
种类
数量
1
细胞膜结构的探索
(1)1959年，罗伯特森
①方法：在电子显微镜下观察细胞膜。
②现象：细胞膜呈现清晰的______________的三层结构。
③结论：所有的细胞膜都由______________________三层结构构成，是一种______的统一结构。
暗—亮—暗
蛋白质—脂质—蛋白质
静态
分析：“三明治模型”的静态结构模型不能解释哪些功能？
不能解释细胞的生长、白细胞吞噬细菌、受精时细胞融合等。
细胞膜结构的电镜照片
(2)1970年，人鼠细胞融合实验
①方法：________法(如图)。
②现象：
a．开始：一半发________，另一半发________。
b．在37 ℃下经过40 min后两种颜色的荧光________。
③．结论：细胞膜具有______。
荧光标记
绿光荧光
红色荧光
均匀分布
流动性
1
细胞膜结构的探索
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
1
细胞膜结构的探索
(3)1972年，辛格和尼科尔森
①方法：新的观察和实验证据。
②结果：提出为大多数人所接受的____________。
流动镶嵌模型
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。
【自主学习】
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：
1.细胞膜的基本支架是什么？
2.蛋白质在细胞膜上如何分布？
3.细胞膜具有流动性的原因是什么？
4.什么叫糖蛋白？有什么功能？
1.生物膜的基本支架：
A 磷脂双分子层
2.蛋白质分子存在形态
B 镶在表面 嵌入 贯穿
3.在细胞膜外表面，糖类和蛋白质结合形成C( )，与脂质结合成D( )，这些糖类叫作_______，和细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有关。
糖蛋白
糖脂
糖被
细胞膜的流动性与选择透过性
区别
结构特点：具有流动性
功能特点：选择透过性
联系
膜只有具有流动性，才能表现其选择透过性，如果细胞膜中部分蛋白质充当了载体，运输物质进出细胞，只有它是运动的，才能运输物质。
课堂总结
.
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，细胞膜上会留下一个空洞。（ ）
4.1 概念检测
×
×
×
巩固反馈
.
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
4.1 概念检测
解析：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，水分子可以通过通道蛋白通过膜。
.
4.2 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岀。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方？
把细胞膜与窗纱进行类比,合理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。这样的类比也有不妥之处。例如，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，而窗纱是没有生命的，它只能是被动地在起作用。
.
4.2 拓展应用
2.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。
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。
（1）为什么两类药物的包裹位置各不相同？
.
4.2 拓展应用
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。
（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？
谢谢聆听!
同学们辛苦啦！

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