资源简介

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第3章第1节
细胞膜的结构和功能
教学目标
通过对细胞膜流动镶嵌模型的学习，培养模型与建模的科学思维方式。
（科学思维）
通过学习细胞膜成分和结构的探索历程，培养科学探究能力。
（社会责任）
通过对细胞膜的功能、组成和结构的学习，形成结构与功能相适应的生命观念。
（生命观念）
01
02
03
回顾导入
一、细胞膜的功能
(1)将细胞与外界环境分隔开 保障了细胞内部环境的相对稳定。
(2)控制物质进出细胞 细胞膜的控制作用是相对的
（功能特性：选择透过性）
(3)进行细胞间的信息交流 细胞间信息交流的方式多种多样
科学史---对细胞膜成分、结构的探索
请阅读42页“思考·讨论，细胞膜化学成分的探索历程”并思考以下问题
时间 科学家 贡献
对细胞膜成分的探索 1895 欧文顿
1925 戈特、格伦德尔
1935 丹尼利、戴维森
对细胞膜结构的探索 1959 罗伯特森
1970
1972 辛格、尼科尔森
我是欧文顿，经过上万次
实验我发现……
细胞膜
非脂溶性物质
脂溶性物质
相似相溶原理
1.1895年--欧文顿实验
实验现象：
推测：
脂质分子更容易通过细胞膜
细胞膜是由脂质组成的
二、对细胞膜成分的探索
实验：细胞膜的制备
（1）原理：动物细胞放在清水里，细胞吸水胀破，内容物流出即可离心得到细胞膜
（2）材料：哺乳动物的成熟红细胞---可得到纯净的细胞膜
2.对细胞膜进行成分分析
细胞膜化学分析表明：脂质有磷脂和胆固醇，磷脂含量最多
思考：哺乳动物的成熟红细胞作材料的优点是什么？
二、对细胞膜成分的探索
二、对细胞膜成分的探索
磷脂的结构
合作探究：请根据磷脂分子的特点猜测其在空气-水、苯-水界面上是如何排布的？
磷脂的结构
磷脂分子在空气—水界面上分布的模型
二、对细胞膜成分的探索
空气
水
磷脂的结构
磷脂分子在苯—水界面上分布的模型
思考：同学们尝试着大胆的推测和想象一下如果在细胞膜的两侧都有水的环境中，磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢？
二、对细胞膜成分的探索
苯
水
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
水
水
磷脂的结构
在细胞膜的两侧都有水的环境中磷脂分子的排布
二、对细胞膜成分的探索
S1
S2
3.1925年--荷兰科学家戈特和格伦德尔
（2）推断：_______________________________________
细胞膜中的磷脂分子必然排列成连续的两层。
思考：若用其他（如鸡或蛙）细胞膜做实验，数量关系还是2倍吗？
二、对细胞膜成分的探索
（1）实验过程：用丙酮从人红细胞膜中提取脂质，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的表面积的2倍。
(1)实验：研究细胞膜的张力。发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。
由于人们已发现了油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低，因此丹尼利和戴维森作如下推测：
细胞膜除含有脂质分子外，还可能附有蛋白质。
4.1935年--丹尼利和戴维森
二、对细胞膜成分的探索
膜功能越复杂，蛋白质的种类与数量就越多。
占比
脂质 50%
蛋白质 约40%
糖类 2%--10%
二.对细胞膜成分的探索
主要：脂质和蛋白质
脂质中磷脂最丰富，还有少量的胆固醇
细胞膜的成分的分析研究的总结
1959年，科学家罗伯特森在电镜下观察细胞膜有“暗-亮-暗”结构。提出了静态统一的蛋白质-脂质-蛋白质结构模型。
蛋白质的电子密度高，在电镜下下显暗色；
磷脂分子层的电子密度低，显亮色。
三、对细胞膜结构的探索
1.罗伯特森--静态统一结构模型
阅读以下资料，指出静态统一的三明治模型的不足之处，并对细胞膜的结构进行合理推测。
资料1：受精卵卵裂与变形虫摄食草履虫
三、对细胞膜结构的探索
思考：分析静态统一结构模型是否成立？
资料2：电子显微镜下，细胞膜的厚度约为7~8 nm，是单层磷脂厚度的两倍，加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过 20 nm。
资料3：人工合成的脂双层也呈现为“暗-亮-暗”结构。
静态结构模型无法解释：细胞的生长与分裂；电镜下细胞膜的厚度等。
推断
细胞膜应该能流动，蛋白质也不是全部平铺在磷脂的两侧
三、对细胞膜结构的探索
人鼠细胞融合实验
三、对细胞膜结构的探索
荧光标记法
2.实验：1970年，荧光染料标记膜蛋白技术
实验证明了细胞膜具有流动性
方法
结论
小鼠肝细胞膜用干冰（液氮）冰冻后用冷刀断开，升温后暴露断裂面，发现有些蛋白质镶在磷脂双分子层表面、有些嵌入磷脂双分子层中，还有些贯穿整个磷脂分子层。如图：
小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻的电镜照片
冰冻蚀刻电镜技术观察的蛋白质分布模型
结论：从该电镜模型图可看出蛋白质分别以 、 、 的形式与磷脂分子结合？
蛋白质
镶在
嵌入
贯穿
资料4.冰冻蚀刻电镜技术
问题1：
蛋白质一定是存在于脂双层的两侧吗？
已知：
罗伯特森“静态统一结构”
脂双层两侧吸附（覆盖）着蛋白质
问题2：
生物膜一定是静态的吗？
实验1：
冰冻蚀刻电镜图发现细胞膜中的蛋白质有不同的结合方式
实验2：
人—鼠细胞融合实验发现，细胞膜上的蛋白质分子是流动的。
流动镶嵌模型
提出假说
人鼠细胞融合实验
三、对细胞膜结构的探索
如果改变温度与时间，实验结果会不会发生改变？
2.实验：1970年，荧光染料标记膜蛋白技术
内容：基本支架：磷脂双分子层
蛋白质分子镶在表面、部分或全部嵌入、贯穿于脂双层；
细胞膜外表面还有糖类，与蛋白质形成糖蛋白，与脂质形成糖脂，这些糖类分子叫糖被。 作用：与细胞表面的识别、细胞间信息传递有关。
糖脂
3.1972年，辛格和尼科尔森提出流动镶嵌模型
三、对细胞膜结构的探索
细胞膜具有流动性：
主要表现在磷脂分子可以侧向自由移动；
膜中的蛋白质大多数可以运动。
磷脂双分子层为基本骨架
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）
组分
内部疏水，屏障
物质运输等
细胞外表面
信息传递等
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
3. 流动镶嵌模型的基本内容
功能特点：选择透过性
运动
动动手：建构生物膜流动镶嵌模型模型
用我们手中的小卡片拼一拼
思考：我们用卡片构建的细胞膜模型与真实的细胞膜相比有什么不足？
我们构建的模型是个平面结构，静态的
而真实细胞膜是立体结构，且磷脂和大部分蛋白质是流动的
膜内部是疏水的，为什么水分子能跨膜运输呢？
水分子极小，可以在磷脂分子运动的间隙通过
膜上存在水通道蛋白，水分子可以通过通道蛋白通过
旁栏思考 P45
1. 下列说法中，与生物膜发现史不一致的是( )
A.欧文顿在实验基础上提出，膜是由脂质组成的
B.荷兰科学家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，测得单分子层面积为红细胞表面积的两倍.由此推出：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两
C.罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗-亮-暗的三层结构，提出所有的生物膜都是由磷脂-蛋白质-磷脂三层结构构成的
D.科学家将不同荧光染料标记的人细胞和鼠细胞进行融合，证明了细胞膜的流动性
C
练习与应用
2.下图为细胞膜的结构模式图，下列叙述不正确的是( )
A、A面是细胞膜的外侧
B、细胞膜上的蛋白质都像②一样贯穿于③中
C、③构成了细胞膜的基本支架
D、结构①有识别功能
B
小结
课后作业
1.完成资料导学案P41 拓展题，及固学案相关习题。
2.利用废旧物品制作细胞膜流动镶嵌模型
3.参照人鼠细胞融合实验；若给你以下材料，能否设计一个实验证明细胞膜具有流动性，请同学们写下实验过程（可绘图）。
材料：鼠细胞、红色荧光染料、激光笔：激光照射可使荧光分子失去荧光。
谢谢观看！

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