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第3章 第1节 细胞膜的结构和功能
内容标准细化 核心素养 1.简述细胞膜的功能。 2.体会科学家探索细胞膜结构的过程。 3.简述生物膜流动镶嵌模型的基本内容。 4.结合相关图形和实例，阐明细胞核的结构和功能。 5.尝试制作真核细胞的三维结构模型。 6.结合相关实验，理解细胞核是生命系统的控制中心。 生命观念 通过分析细胞膜和细胞核的功能和结构特点，概述出结构与功能的适应性。
科学思维 结合生物膜的结构模型，掌握流动镶嵌模型的基本内容。
科学探究 通过分析细胞膜成分和结构的探索历程， 掌握科学探究的一般方法。
目标要求
一、细胞的边界
国家的边界:
边防线等
人体的边界：
皮肤和黏膜
每个系统都有一定边界
细胞的边界：
黏膜
皮肤
细胞膜(质膜)
一、细胞的边界
为什么细胞壁不是细胞的边界？
成分：
纤维素和果胶(植物)
几丁质(真菌)
肽聚糖(细菌)
功能：
支持和保护
特点：
全透性(植物)；半透性(真菌和细菌)
二.细胞膜的功能
鸡的卵细胞是自然界中较大的细胞，卵黄膜可看作是卵细胞膜，只有卵黄膜完好时，才能维持卵细胞的正常形态。鸡蛋黄和鸡蛋清是分开的，说明了细胞膜有什么功能？细胞膜具有该功能的意义是什么？
1.将细胞与外界环境分隔开
推测的原始地球环境
二、细胞膜的功能
产生了原始的细胞，并成为相对独立的系统。
细胞膜出现
意义
细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
原始海洋中有机物聚集进化出原始生命
资料1: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。
二、细胞膜的功能
死细胞
活细胞
2.(活细胞的)细胞膜控制物质进出细胞
即：具有选择透过性
资料2：用凉水洗苋菜时，水不变色；但是炒或者煮汤时，汤汁都会变红。
细胞膜对进出物质的控制作用是相对的
二、细胞膜的功能
为什么我们可以闻到香味呢？
3.进行细胞间的信息交流
二、细胞膜的功能
细胞膜上存在着可以接受信号的蛋白质称为受体。
接受信号的细胞
方式一：通过分泌物质间接交流
细胞间的信息交流方式：
二、细胞膜的功能
内分泌细胞分泌的激素，随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面受体结合，将信息传递给靶细胞。
方式二：细胞膜直接接触交流
细胞间的信息交流方式：
二、细胞膜的功能
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。
方式三：相邻两细胞通过通道进行交流
高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接
（交换物质，交流信息）
细胞间的信息交流方式：
二、细胞膜的功能
通道交流不需要细胞膜上的受体
易错警示
对细胞间信息交流的两个认知误区
(1)三种信息交流方式是发生于细胞与细胞之间的，而不是细胞内的信息交流。
(2)细胞间信息交流并非都依赖于细胞膜上的受体蛋白，如通过细胞通道的信息交流方式；而某些通过化学物质传递信息和通过细胞膜接触传递信息大都依赖于细胞膜上的受体蛋白。
(1)细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能进入细胞，而对细胞有害的物质则不能进入(　　)
(2)植物细胞之间的胞间连丝具有物质运输的作用(　　)
(3)细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构(　　)
×
√
×
辨析易错易混
一、细胞膜的功能
种类 以分泌物为媒介 细胞膜直接接触 细胞间形成通道
图示
交流方式 通过分泌信号分子 的信息交流 通过细胞膜接触的信息交流 通过细胞间通道的信息交流
内分泌细胞分泌激素作用于靶细胞；神经元（突触前膜）分泌神经递质作用于神经元（突触后膜）、肌肉细胞或腺体等；T细胞分泌淋巴因子作用于免疫细胞 精子与卵细胞相互识别并结合；效应T细胞识别靶细胞并使其裂解 高等植物相邻细胞间形成胞间连丝；动物细胞通过孔道结构形成间隙连接
资料1：1895年，欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次的实验,发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜;不溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜。
三.对细胞膜成分的探索
假说2：细胞膜除脂质外还有蛋白质分子
推测:细胞膜是由脂质组成的
活动一：请根据磷脂分子的特点构建其在空气与水界面上、水中分布的模型
水
资料2：20世纪初，科学家对哺乳动物成熟红细胞膜进行了化学成分分析，发现组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，磷脂含量最多
三.对细胞膜成分的探索
脂单分子层
脂质体
油
微团
资料3：1925年，荷兰科学家戈特E.Gorter和格伦德F.Grendel，用丙酮（一种有机溶剂，可以溶解脂质）从人的红细胞膜中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积约为红细胞表面积的2倍
三.对细胞膜成分的探索
推测:细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两成
推测：细胞膜除脂质外还有蛋白质分子
资料4：1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力,发现细胞的表面张力明显低于油一水界面的表面张力。而油脂滴表面如果吸附有蛋白质则表面张力会降低。
三.对细胞膜成分的探索
三.对细胞膜成分的探索
(1) 成分
_____（约50% ）
_______（约40% ）
糖类（2%～10%）
_____（主要 ）
胆固醇 (几乎存在于动物细胞膜中)
脂质
磷脂
蛋白质
C、H、O
+N
（+P、N）
资料5：构成细胞膜的蛋白质称为膜蛋白。
神经髓鞘的膜蛋白含量不仅少，而且种类仅有3种。神经髓鞘的功能也比较简单，主要起绝缘作用。红细胞、肝细胞、变形虫的细胞膜都承担着非常复杂繁多的生理功能，它们的细胞膜中膜蛋白的种类和数量均较多。
三.对细胞膜成分的探索
成分 种类 蛋白质(%) 脂质(%) 糖类(%)
神经髓鞘 22 77 1
变形虫细胞膜 54 42 4
小鼠肝细胞膜 44 52 4
人红细胞膜 49 43 8
细胞膜的功能主要由 决定，功能越复杂的细胞膜，________的
和 越多。
蛋白质
蛋白质
种类
数量
(2) 细胞膜成分与功能的关系：
脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？
细胞膜的结构是怎样的呢？
资料5:1959年,罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗-亮-暗3层结构, 提出假说:所有细胞膜都由蛋白质-脂质-蛋白质3层结构（三明治模型）构成,并把细胞膜描述为静态的统一结构
四.对细胞膜结构的探索
把细胞膜描述为静态的统一结构的蛋白质-脂质-蛋白质3层结构（三明治模型）正确吗？
四.对细胞膜结构的探索
细胞膜的结构不是静止的，细胞膜具有流动性。
资料6:1970年，科学家将小鼠细胞和人细胞融合，并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。这两种细胞刚融合时，融合细胞的一半发绿色荧光，另一半发红色荧光。在37℃下经过40min，两种颜色的荧光均匀分布。这一实验以及相关的其他实验证据表明，细胞膜具有________性。
四.对细胞膜结构的探索
流动
冰冻蚀刻技术研究细胞膜结构
资料7：科学家研究发现，有些膜蛋白的特定区域主要由疏水氨基酸组成，这些区域很可能与脂双层的疏水区域结合，造成这些部分会深深插入膜的内部。
四.对细胞膜结构的探索
不是，构成细胞膜的蛋白质分子镶嵌、部分或全部嵌入、贯穿于磷脂双分子层
思考：构成细胞膜的蛋白质是平铺在磷脂双分子层的表面的吗？
资料8：1972年，辛格（S.J.Singer）和尼科尔森（G.Nicolson）提出了大多数人所接受的流动镶嵌模型。
四.对细胞膜结构的探索
蛋白质分子镶嵌、部分或全部嵌入、贯穿于磷脂双分子层
流动镶嵌模型
流动镶嵌模型（fluid mosaic model）认为，细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的。
①磷脂双分子层是膜的基本支架，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，因此具有屏障作用。
四.对细胞膜结构的探索
流动镶嵌模型
②蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中：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。这些蛋白质在物质运输、细胞连接等方面具有重要作用。
膜蛋白的功能
四.对细胞膜结构的探索
蛋白质分子镶嵌、部分或全部嵌入、贯穿于磷脂双分子层
③细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性，主要表现为构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的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
通过对细胞膜的深入研究发现，细胞膜的外表面还有糖类分子
糖 + 蛋白质
糖 + 脂质
—— 糖蛋白
—— 糖脂
功能：
与细胞表面的识别、细胞间的信息传递功能密切相关
糖被
拓展：
流动镶嵌模型
细胞膜
磷脂
脂双层为基本骨架
内部疏水，屏障
蛋白质
镶嵌、嵌入、贯穿
物质运输等
糖类(少)
细胞表面
信息传递等
细胞的物质运输、生长、分裂、运动等生命活动
结构特点：流动性
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
流动镶嵌模型(辛格&尼科尔森)
细胞膜功能
组分
结构
阅读教材46页拓展应用2“脂质体药物”相关内容，回答问题
五.细胞膜结构的拓展应用
2、脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞发挥作用？
3、该脂质体的研究应用是依据了细胞膜的哪些功能？
1、为什么两类药物的包裹位置各不相同？
在水溶液中，磷脂分子会自发地组装成充满液体的脂双层，我们将其称为脂质体。脂质体可以作为药物的运载体，将其运输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。
1.用丙酮从口腔上皮细胞中提取脂质,在空气—水界面上铺成单分子层,测得单分子层面积为S1,设细胞膜表面积为S2,则S1与S2关系最恰当的是(　　)
A.S1<2S2 B.S1=2S2 C.S1>2S2 D.S2C 　　　　　　
学以致用
2.据最新研究发现,内皮素在皮肤中分布不均,是造成色斑的主要原因。内皮素拮抗剂进入皮肤,可以和黑色素细胞膜的受体结合,使内皮素失去作用,这为美容研究机构带来了福音。上述材料体现了细胞膜的哪项功能(　　)
A.细胞膜中磷脂含量越高,功能越复杂
B.细胞膜作为系统的边界,严格控制物质进出细胞
C.细胞膜具有信息交流的功能
D.细胞膜的组成成分主要为磷脂和蛋白质
C 　　　　　　
学以致用
3.提取质膜中的磷脂分子，将其放入水中可以形成双层磷脂分子的球形脂质体(如右图)，它载入药物后可以将药物送入相应细胞。下列关于质膜和脂质体的叙述错误的是 (　　)
A
A．该脂质体与质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Ⅰ处嵌入水溶性药物，利用脂质体与质膜融合的特点将药物送入细胞
D．在Ⅱ处嵌入脂溶性药物，利用脂质体与质膜融合的特点将药物送入细胞
4.如图为生物膜流动镶嵌模型的模式图。下列有关叙述,正确的是 (　　)
D 　　　　　　
A.若该生物膜表示动物细胞膜,则其脂质成分就是图中的a(磷脂)
B.若该生物膜表示细胞膜,则在结构上其存在双层膜
C.若该生物膜表示某动物细胞膜,则a种类的多样性决定了膜功能的多样性
D.若该生物膜表示动物细胞膜,则b可能具有识别的作用
学以致用
5.如图为细胞膜的结构模式图,下列叙述错误的是 (　　)
A.①具有识别功能
B.细胞膜的选择透过性与②⑤有关
C.a面为膜内侧,b面为膜外侧
D.③为磷脂分子亲水性头部,④为磷脂分子亲脂性尾部
C　　　　　　
学以致用
6. 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,使质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地淬灭(漂白)→检测淬灭部位荧光再现速率。实验过程如图中甲所示,结果如图乙所示。下列说法错误的是(　)
A 　　　　　　
A.被激光照射淬灭部位的质膜失去了流动性
B.淬灭部位荧光再现速率会受温度的影响
C.若不用激光照射淬灭,而是质膜的两部分分别被绿色和红色荧光染料标记,则一段时间后两种颜色的荧光会均匀分布
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

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