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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
我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧。
---引自翟中和院士等主编的《细胞生物学》
>>>2019人教版高中生物学必修1课件
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。
1、为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
2、据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？
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出入细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。
具有控制物质进出细胞的功能。
问题探讨
用台盼蓝染液染色后的死细胞和活细胞
细胞膜的功能
膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，使细胞成为一个相对独立的系统。
一、将细胞与外界环境分隔开
原始海洋景观想象图
细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
健康细胞
④
①②③→细胞膜的控制作用具有普遍性。
④环境中一些对细胞有害的物质有可能进入细胞；有些病毒、病菌也能侵入细胞使生物体患病。→ 细胞膜的控制作用具有相对性。
②
③
不需要或有害物质
①
二、控制物质进出细胞
细胞膜的功能
（一）细胞通过分泌相关物质间接传递信息
细胞膜的功能
三、进行细胞间的信息交流
例如：
内分泌细胞分泌的激素，经血液循环后与靶细胞的细胞膜表面的受体（膜受体）结合，将信息传递给靶细胞。
（二）相邻两个细胞的细胞膜直接接触传递信息：
发出信号的细胞
靶细胞
与膜结合的
信号分子
细胞膜的功能
三、进行细胞间的信息交流
例如：
精子和卵细胞之间的识别和结合。
（三）相邻两个细胞直接形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。
胞间连丝
细胞膜的功能
三、进行细胞间的信息交流
例如：高等植物细胞之间通过胞间连丝互相连接，也有信息交流的作用。
此外，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。
小结
思考·讨论：对细胞膜成分的探索
思考·讨论：对细胞膜成分的探索
时间：19世纪末-1895年
人物：欧文顿（E.Overton）
实验：用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验。
发现：脂质更容易通过细胞膜，不溶于脂质的物质不容易穿过细胞膜。
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细胞膜
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溶于脂质的物质
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●
不溶于脂质的物质
推测：细胞膜是由脂质组成的。
思考·讨论：对细胞膜成分的探索
时间：20世纪初
实验：科学家利用动物的卵细胞、红细胞、神经细胞作为研究材料，从哺乳动物的红细胞中分离出纯净的细胞膜，并进行化学分析。
发现：（1）组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。（2）磷脂的一端为亲水的头，两个脂肪酸一端为疏水的尾，且多个磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层。
亲水头部
疏水尾部
思考·讨论：对细胞膜成分的探索
时间：1925年
人物：戈特（E.Gorter）、格伦德尔（F.Grendel）--荷兰科学家
实验：用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在“空气-水”界面上展铺成单分子层。
发现：测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。
水
空气
2倍
推测：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
思考·讨论：对细胞膜成分的探索
讨论：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”这一结论的？
因为磷脂分子的“头部”亲水，“尾部”疏水，所以在“空气一水”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。
时间：1925年
人物：戈特（E.Gorter）、格伦德尔（F.Grendel）--荷兰科学家
实验：用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在“空气-水”界面上展铺成单分子层。
思考·讨论：对细胞膜成分的探索
讨论：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？
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·讨论：对细胞膜成分的探索
水
水
A
水
水
B
水
水
C
亲水的“头部”与水接触，疏水的“尾巴”远离水。
讨论：细胞膜的两侧都有水环境存在，同学们尝试着大胆地推测和想象一下，在这样的环境中，磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢？
思考·讨论：对细胞膜成分的探索
思考·讨论：对细胞膜成分的探索
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。
思考·讨论：对细胞膜成分的探索
时间：1935年
人物：丹尼利（F. Danielli）和戴维森（H. Davson）--英国学者
实验：研究细胞膜的张力。
发现：细胞的表面张力 < “油—水”界面张力
油脂滴+蛋白质 < “油—水”界面张力
推测：细胞膜的成分除了有脂质分子外，还有蛋白质。
对细胞膜结构的探索
脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？
时间：1959年
人物：罗伯特森（J.D.Robertsen）
实验：在电镜下观察细胞膜。
提出假说：所有的细胞膜都是由“蛋白质-脂质-蛋白质”三层结构构成的静态的统一结构。
中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。
时间：20世纪60年代以后
质疑：科学家对细胞膜是静态的观点提出质疑：如果是这样，细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的运动这样的现象都难以解释。
对细胞膜结构的探索
脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？
时间：1970年
实验：荧光染料标记人和鼠细胞表面的蛋白质后，将两种细胞融合。
表明：细胞膜具有流动性。
两种颜色的荧光均匀分布
对细胞膜结构的探索
脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？
时间：1972年
人物：辛格（S.J.Singer）和尼科尔森（G.Nicolson）
提出：流动镶嵌模型
脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？
对细胞膜结构的探索
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。
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。
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。
细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能都是非常重要的。
流动镶嵌模型的基本内容
糖蛋白
糖脂
糖被
（细胞表面的识别、细胞间的信息传递等）
镶嵌在表面
部分或全部嵌入
贯穿
磷脂双分子层
基本支架
蛋白质分子
以不同形式镶嵌在磷脂双分子层中
流动镶嵌模型的基本内容
细胞膜上蛋白质的功能
组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富。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。
流动镶嵌模型的基本内容
归纳·总结
小试牛刀
1、下列关于真核细胞细胞膜的叙述，正确的是（ ）
A. 细胞膜上的受体是细胞间信息交流必需的B. 构成膜的脂质主要是磷脂、脂肪和胆固醇C. 细胞膜的特定功能主要由膜蛋白决定D. 细胞膜作为系统的边界，细胞不需要的物质一定不能进入细胞
解析：高等植物细胞之间可通过胞间连丝进行细胞间的信息交流，不需要细胞膜上的受体，A错误；构成膜的脂质主要是磷脂和胆固醇，不含脂肪，B错误；蛋白质在细胞膜行使功能方面起着重要作用，生物膜的特定功能主要由膜蛋白决定，C正确；细胞膜控制物质进出细胞的功能是相对的，细胞不需要的物质如细菌、病毒，也可能进入细胞，D错误。【易错提醒】细胞间信息交流的两点提醒：(1)三种信息交流方式发生于细胞与细胞之间，不是细胞内的信息交流方式。(2)细胞间信息交流并非都需要受体。通过化学物质传递信息、通过细胞膜直接接触传递信息都依赖于细胞膜上的受体，但高等植物细胞之间通过胞间连丝传递信息不需要受体。
C
小试牛刀
2、若将细胞膜的磷脂提取后放入盛有水的容器中，下列能正确反映其分布的图是(　 　)
解析：组成细胞膜的磷脂分子既有亲水的部分，又有疏水的部分，亲水的部分为磷脂分子的“头”部，疏水的部分为磷脂分子的“尾”部，因此，磷脂分子在水中呈现出“头”部在水中，而“尾”部在空气中的分布，即题图A所示的分布情况。
A
小试牛刀
3、提取细胞膜中的磷脂分子，将其放入水中可以形成双层脂分子的球形脂质体(如图)，它载入药物后可以将药物送入相应细胞。下列关于细胞膜和脂质体的叙述，错误的是( 　　)
解析：题中的脂质体是由磷脂双分子层构成的结构，该脂质体上没有蛋白质，只有易溶于脂质的物质才容易进入该脂质体，所以该脂质体也具有一定的选择透过性，A错误。磷脂分子存在亲水的“头”部和疏水的“尾”部，故在水中能自发形成脂双层，B正确。球形脂质体的双层脂分子的亲水端朝外，疏水端朝内，所以图中A处可嵌入水溶性药物，B处可嵌入脂溶性药物；细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，磷脂也是脂质，利用脂质体可以和细胞膜融合的特点，将药物送入靶细胞内部，C、D正确。
A
A. 该脂质体与细胞膜在功能上的主要区别是前者无选择透过性B. 磷脂分子在水中能自发形成脂双层是因为它是一个两性分子C. 在A处嵌入水溶性药物，利用脂质体与细胞膜融合的特点将药物送入细胞D. 在B处嵌入脂溶性药物，利用脂质体与细胞膜融合的特点将药物送入细胞
小试牛刀
4、如图是细胞膜的亚显微结构模式图，①~③表示构成细胞膜的物质，有关说法正确的是( 　　)
解析：细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，则组成细胞膜的化学元素主要是C、H、O、N、P，A错误；细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，功能特性是具有选择透过性，B错误；图中①为糖蛋白，具有细胞识别的功能，C正确；细胞膜是单层膜，D错误。
C
A. 组成细胞膜的化学元素是C、H、O、N
B. 细胞膜结构特点是选择透过性
C. 细胞识别与物质①有关
D. 由③可知细胞膜是双层膜
第3章 第2节
下节课继续学习
细胞器之间的分工合作

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