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(共39张PPT)
3.1 细胞膜的结构和功能
思考：细胞的边界为什么不是细胞壁？
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。
细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜，也叫质膜。
推测的原始海洋景观图
将细胞与外界环境分隔开
1
一、细胞膜的功能
将生命物质与外界环境分隔开，使细胞成为一个相对独立的系统，细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
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。
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，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，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？
具有控制物质进出细胞的功能
营养物质（氨基酸、无机盐、葡萄糖等）
不需要、有害的物质（如细菌、病毒等）
抗体、激素等
细胞合成并分泌
废物
（CO2、尿素等）
细胞代谢产生
控制物质进出细胞
2
细胞膜有 性，控制作用是_____的
选择透过
相对
选择透过性：膜上蛋白质的种类和数量不同
资料：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。
进行细胞间的信息交流
提出:1.细胞之间是如何实现协调配合的？
2.细胞之间信息交流的方式有哪些？
控制物质进出细胞
2
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。
（1）通过细胞分泌化学物质间接交流传递信息。
进行细胞间的信息交流
3
受体
化学本质：糖蛋白
作用：接受激素等化学物质的信号
特点：专一性（一种受体只能识别一种或者一类物质）
信息分子
发出信号的细胞
靶细胞
与膜结合的信号分子
受体
信息从一个细胞传递给另一个细胞（如：精子和卵细胞之间的识别和结合），细胞识别得以实现的基础是细胞膜表面的糖蛋白、糖脂。
（2）通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息。
思考：所有细胞间的信息交流都需要膜上的受体吗？
（3）相邻两细胞之间形成通道，来传递信息
胞间连丝
相邻两个细胞之间形成 ，携带信息的物质通过其进入另一个细胞。 例如，高等植物细胞之间通过 相互连接，也有信息交流的作用。
通道
胞间连丝
细胞间的信息交流不一定需要受体（糖蛋白）
细胞膜的功能小结：
（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
①通过细胞分泌化学物质间接传递信息
②细胞间细胞膜直接接触传递信息
③相邻两细胞之间形成通道，来传递信息
选择透过性
请说出下列各实例分别体现了细胞膜的哪项功能：
(1)新鲜的苋菜叶泡进凉水中，水一般不会变红，但高温炒熟的苋菜中却有红红的汤汁；
(2)莲“出淤泥而不染”；
(3)鼻子接触香水分子，为什么大脑皮层能产生“香”的感觉 手碰到火，为什么手臂的肌肉会收缩？
与生活的联系
细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的
是什么决定了细胞膜具有这样的功能呢？
自主阅读教材P41-42，小组合作完成在对细胞膜成分的探索历程中有哪些科学家的参与，他们作出了哪些贡献。
溶于脂质的物质
不溶于脂质的物质
对细胞膜成分的探索
【资料1】1895年欧文顿发现：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。
提问：针对欧文顿的发现，能得出什么推论？
推测：细胞膜是由脂质组成的。
对细胞膜成分的探索
思考:
最初对于膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取与检测？
对细胞膜成分的探索
【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。
提问：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。
对细胞膜成分的探索
磷脂分子结构式
磷脂分子模型
磷酸分子示意图
亲水头部
疏水尾部
朗姆瓦：
结论：磷脂头部亲水，尾部疏水。
对细胞膜成分的探索
水
空气
1.请根据磷脂分子的特点猜测其在空气与水界面上分布的模型。
动脑想一想：
2.如果将磷脂分子置于水一苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布
水
苯
对细胞膜成分的探索
【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，将其在空气—水界面上铺展成单分子层。现象：测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。
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？
S1
S2
结论：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
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
在细胞膜的两侧都有水的环境中磷脂分子的排布
对细胞膜成分的探索
如果用其他细胞膜做实验，数量关系还是2倍吗？
用丙酮从人的胰岛B细胞中提取脂质，在空气和水的界面铺展成单层，测得单分子层的面积应 （“大于”、“等于”或“小于”）胰岛B细胞表面积的2倍。原因是？
大于
胰岛B细胞中除细胞膜外，还有核膜和各种细胞器膜，它们的膜中都含有磷脂分子。
对细胞膜成分的探索
对细胞膜成分的探索
【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。提问：以上资料说明细胞膜中还可能含有什么物质
结论：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质
对细胞膜成分的探索
动脑想一想：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。
由上述材料可知，细胞膜的功能主要由哪一类物质决定？
细胞膜的功能主要由 决定，功能越复杂的细胞膜， 蛋白质的 和 越多。
蛋白质
种类
数量
糖类和蛋白质结合形成C ，与脂质结合成D ，这些糖类叫作_______，与细胞保护、润滑和识别等功能有关。
糖蛋白
糖脂
糖被
A
B
C
D
对细胞膜成分的探索
对细胞膜深入研究发现，细胞膜表面还有糖类分子：
糖被的作用：有糖被的一侧是细胞膜的外侧
细胞膜的主要成分
（约50%）
（约40%）:
（约2%—10%）：形成糖蛋白或糖脂，在细胞膜的外表面，糖被具有保护、润滑和识别的作用
功能越复杂的细胞膜，蛋白质的_____和______越多.
（主要）
（动物细胞膜）
种类
数量
糖类
脂质
蛋白质
磷脂
胆固醇
细胞膜的成分小结：
对细胞膜结构的探索
脂质和蛋白质是如何组成细胞膜的呢？
对细胞膜结构的探索
1959年，科学家罗伯特森在电镜下观察细胞膜有“暗-亮-暗”结构。
罗伯特森提出：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构
对细胞膜结构的探索
罗伯特森的观点能否满足变形虫的变形运动对膜结构的需求？
无法解释细胞的生长、变形虫的变形运动
“三明治”静态结构模型有什么不足？
这显然与膜功能的多样性相矛盾。
对细胞膜结构的探索
【资料1】1970年，科学家用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子，将两个细胞融合。
思考：依据实验现象你能获得怎样的信息？
结论：细胞膜具有流动性
实验方法：荧光标记法
对细胞膜结构的探索
【资料2】　20世纪60年代，科学家利用冰冻蚀刻技术将细胞进行快速低温冷冻，用冷刀将细胞标本骤然冲断开。通过一定的技术处理，科学家在电子显微镜下观察到，细胞膜中蛋白质的分布。 提问：通过实验结果，你可以得出什么结论？
结论：磷脂双分子层构成了细胞膜的基本支架;
蛋白质分子镶在、部分或全部嵌入、贯穿于脂双层。
对细胞膜结构的探索
在新的观察和实验证据的基础上，又有学者提出了一些关于细胞膜分子的结构模型。其中，1972年，辛格（S.J.Singer）和尼科尔森（G.Nicolson）提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。
1.细胞膜主要由 和 组成，还有少量的 。
2. 是膜的基本支架，其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，具有屏障作用
3.蛋白质有的 磷脂双分子层的表面，有的部分或者全部 磷脂双分子层,有的 整个磷脂双分子层。
4.细胞膜不是静止不动的，而是具有 ，主要表现为构成膜的磷脂分子可以 移动，膜中的 大多也能运动
磷脂分子
蛋白质
糖类
磷脂双分子层
镶在
嵌入
贯穿
流动性
侧向自由
蛋白质
大多数人所接受的模型——流动镶嵌模型
对细胞膜结构的探索
对细胞膜结构的探索
动脑想一想：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，水分子可以通过通道蛋白通过膜。
项目 流动性 选择透过性
结构基础 磷脂分子具有流动性，大多数蛋白质分子也可以运动 膜上蛋白质的种类和数量不同
区别 流动性是膜的结构特点 选择透过性是膜的功能特性
实例 变形虫的变形运动、细胞融合、胞吞、胞吐 植物对离子的选择性吸收、肾小管的重吸收
联系 流动性是选择透过性的基础，只有膜具有流动性，才能表现出选择透过性
小结
欧文顿假说：膜由脂质组成
1895
20世纪初
1917
1925
1959
20世纪60年代
1970
1972
朗姆瓦提出：磷脂头部亲水，尾部疏水
脂质分子排列为两层
膜的三层静态统一结构
有些蛋白质镶嵌在脂质双分子层中
细胞膜具有流动性
辛格和尼科尔森：流动镶嵌模型
膜成分为脂质和蛋白质
磷脂双分子层构成膜的基本支架，这个支架不是静止的，具有流动性。蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面，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。大多数蛋白质分子也是可以运动的。
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
用近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或被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和实验结果相吻合。
利用废旧物品制作生物膜模型(视频)
利用废旧物品制作生物膜模型(成果展示)
细胞膜（质膜）
流动镶嵌结构模型
将细胞和外界环境分开
控制物质进出
（选择透过性）
进行细胞间的信息交流
磷脂双分子层构成膜的基本支架
蛋白质镶嵌在磷脂双分子层中
流动性
结构特性
磷脂
蛋白质
糖类
功能
成分
糖被
主要内容
普遍认可 的结构模型
构成
主要和贯穿型蛋白质有关
总结

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