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第1节 细胞膜的结构和功能
第3章 细胞的基本结构
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。
2.据此推测，细胞膜作为系统的边界，应该具有什么功能？
细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出的功能。
原始地球环境
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
1.将细胞与外界环境分隔开
细胞膜的出现使生命起源到了细胞的形式，也保障了细胞内部环境的相对稳定。
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
　【思考1】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。你能解释“染色排除法”的原理吗？
　　台盼蓝染色剂是细胞不需要的物质，不能通过细胞膜进入细胞，所以活细胞不被染色。

【思考2】用凉水洗红苋菜，水不变红；煮苋菜汤，汤却是红色的，这与细胞膜的功能有何关系？
与细胞膜具有控制物质进出细胞的功能有关。
演示
(1)通过化学物质传递信息
受体
3.细胞间的信息交流
靶细胞
发出信号的细胞
3.细胞间的信息交流
演示
(2)通过细胞膜直接接触传递信息
受体
信号分子
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。
(细胞识别)
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。
3.细胞间的信息交流
(3)通过细胞间通道传递信息
胞间连丝
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。
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
【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
除了以上提到的三种功能外，细胞膜还有细胞识别、保护细胞、参与细胞的运动、分泌等功能。
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。
二. 细胞膜的结构
1.对细胞膜成分的探索
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，科学家将哺乳动物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。
问题：其他细胞中的脂质分子铺成单分子层，也刚好是细胞表面积的2倍吗？
【思考】
如果要制备细胞膜怎样选材？：选出适合作为研究细胞膜材料的细胞，并说明理由。
理由：
1.哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核膜和众多的细胞器膜，易制得纯净的细胞膜；
2.无细胞壁，细胞容易吸水涨破，容易获取。
磷脂是一种由 等
所组成的分子
甘油、脂肪酸和磷酸
磷脂分子：含CHONP元素
磷脂在空气－水界面上如何分布
水
空气
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
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%）
________（主要）
_________（主要是动物细胞膜具有）
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
脂质和蛋白质等成分如何组成细胞膜的呢
细胞膜成分的小结：
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
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。
③ 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
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。
细胞膜具有流动性
2.对细胞膜结构的探索
荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验示意图
用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质
用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质
细胞膜上的大多数蛋白质是可以运动的，即细胞膜具有流动性
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。
③ 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
④ 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。 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。
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
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
【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
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
【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

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