资源简介

(共57张PPT)
细胞是一个统一整体
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！
——翟中和院士
第1节 细胞膜的结构和功能
学习目标：
1.细胞膜的功能
2.细胞膜结构的探索过程
3.流动镶嵌模型的主要内容
问题探讨：P40
台盼蓝染色后的细胞
活细胞
死细胞
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？
2.据此推测，细胞膜应
该有什么功能？
1.动物活细胞的细胞膜具有选择透过性，不
允许台盼蓝（有毒）进入；而死细胞的细
胞膜失去了选择透过性，故被染色。
2.据此推测，细胞膜应该有控制物质进出细胞的功能。
一.细胞膜的功能
国家的边界：
边防线等
人体的边界：
皮肤和黏膜
一个系统总有它的边界
细胞的边界：细胞膜（质膜）
二、细胞膜的功能
1.将细胞与外界环境分隔开（即边界）
原始地球环境
膜的出现至关重要，它将生命物质与外界环境分隔开，产生了原始细胞，成为相对独立的系统，保障了细胞内部环境的相对稳定。
小分子无机物
小分子有机物
大分子有机物
多分子体系（出现膜）
原始生命
生命诞生于原始海洋
细胞膜的控制作用是相对的
细胞膜
细胞外
细胞内
水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等营养物质
细胞内
核酸
对细胞有害物质病毒、病菌
抗体、激素、代谢废物（CO2、尿素等）
例如：有些病毒、细菌也能侵入细胞，使生物体患病。
2、控制物质进出细胞
细胞膜的功能特点：具有选择透过性
３.进行细胞间的信息交流
（1）内分泌细胞与靶细胞
激素与靶细胞受体结合
内分泌细胞
血管
激素
靶细胞
靶细胞
（1）内分泌细胞与靶细胞
（2）细胞识别
2）卵子识别同种生物的精子进
行受精；
　　细胞识别是指生物细胞对同种和异种细胞的认识，对自身和异己物质的鉴别。
与膜结合的信号分子
3）免疫系统如白细胞识别入
侵外来的细菌；
　 相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞通过信号分子与受体结合传递给另一个细胞。
1）神经细胞之间的信息传递；
细胞间信息交流常见的三种方式：
发出信号的细胞
靶细胞
与膜结合的信号分子
（2）细胞识别
2）卵子识别同种生物的精子进
行受精；
　　细胞识别是指生物细胞对同种和异种细胞的认识，对自身和异己物质的鉴别。
与膜结合的信号分子
3）免疫系统如白细胞识别入
侵外来的细菌；
　 相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞通过信号分子与受体结合传递给另一个细胞。
1）神经细胞之间的信息传递；
细胞识别举例：
例３.胞间连丝
高等植物细胞通过胞间连丝（通道）交流信息
细胞间信息交流常见的三种方式：
通过信号分子
传递信息
两个细胞直接接触传递信息
细胞间形成通道
传递信息
功能3：进行细胞间的信息交流
多细胞生物若无信息交流，生物体不可能作为一个整体完成生命活动
细胞膜的功能由它的成分的结构决定的。
细胞膜非常薄，人们对细胞膜化学成分与结构的认识经历了很长的时间。
02
细胞膜的
组成成分
资料一：1895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。
细胞膜
欧文顿根据相似相溶原理提出----细胞膜是由脂质组成的。
●
●
不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质
与化学的联系
相似相溶原理：“相似”是指溶质与溶剂在结构上相似，“相溶”是指溶质与溶剂彼此互溶。
假说
即指按照预先设定，对某种现象进行的解释，即根据已知的科学事实和科学原理，对所研究的自然现象及其规律性提出的推测和说明，而且数据经过详细的分类、归纳与分析，得到一个暂时性但是可以被接受的解释。任何一种科学理论在未得到实验确证之前表现为假设学说或假说。
1.最初对细胞膜成分的认识，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？
通过对现象的推理分析
资料二：科学家利用卵细胞、红细胞、神经细胞等作为研究材料，并利用哺乳动物的红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜，进行化学分析，得知组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
2.哺乳动物成熟的红细胞有什么结构特点？为什么可以用它制备出纯净的细胞膜？
哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和细胞器，所以没有核膜和细胞器膜，吸水胀破后获得的膜是纯净的细胞膜。
三、对细胞膜结构的探索
制备细胞膜
细菌
植物细胞
动物细胞
选择哺乳动物成熟红细胞的原因：
无细胞壁、无细胞核和众多细胞器，容易得到较纯的细胞膜。
三无细胞
红细胞
资料三：磷脂分子结构式 磷脂分子模型 磷脂分子示意图
磷脂是组成细胞的主要脂质，是一种由甘油、脂肪酸、和磷酸等所组成的分子。
它有一个亲水磷酸“头”部，和一个疏水的脂肪酸的“尾”部。
二.对细胞膜成分的探索
活动主题一：请根据磷脂分子的特点构建其在空气与水界面上分布的模型
磷脂分子的特点：
“头”部具亲水性，“尾”部具疏水性
磷脂分子排列为单分子层
2、如果搅动水槽中的水，迫使磷脂分子进入水溶液中，它又将如何分布？
水
磷脂分子的疏水尾由于受到斥力而自发的聚集起来，形成一个脂分子团，亲水头部向外，疏水尾部朝内。
二.对细胞膜成分的探索
活动主题二: 根据以上实验结论构建细胞膜中磷脂分子的排布模型
假说：磷脂分子形成两层，亲水头分别在两侧朝向水溶液，疏水尾相对排列在内。
假说需要实验证据的支持！
资料四：1925年，荷兰科学家戈特（Gorter)和格伦德尔(F.Grendel)用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气——水的界面铺展成单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞的2倍。
他们推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
资料五:1935年，英国学者丹尼利（J.F.Danielli)和戴维森（H.Davson)发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。由于人们已经发现油脂表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低。
他们推断：细胞膜除含有脂质分子外，可能还附有蛋白质。
假说需要实验证据的支持！
成分 红细胞膜 肝细胞膜 心肌细胞膜
磷脂 55% 40% 24%
蛋白质 约40% 约59% 75%
糖类 5% 微量 微量
科学家陆续测定了不同细胞的细胞膜的成分及含量
仔细比较上面表格中不同细胞膜的成分，能说明一些什么问题？
细胞膜中，除了磷脂还含有蛋白质。此外，还含有少量的糖类。
实验证据
二、细胞膜成分的探索
细胞膜的成分:
脂质（约50%）
蛋白质（约40%）
糖类（约2%-10%）
磷脂（主要）
胆固醇（动物细胞膜）
（1）细胞膜主要由脂质和蛋白质组成
（2）在组成细胞膜的脂质中，______最丰富
（3）功能越复杂的细胞膜， 的种类和数量 。
磷脂
蛋白质
越多
细胞外
细胞内
细胞膜
载体蛋白
细胞膜上载体蛋白对物质的运输
细胞外
细胞内
细胞膜
载体蛋白
细胞膜上载体蛋白对物质的运输
讨论
1. 最初对细胞膜成分的认识，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？
最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析得出的。
2.根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气一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，所以在水-空气的界面上磷脂分子是“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。
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？
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。
4.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：
纵观科学家对细胞膜成分的探索过程，你对科学探索有什么感悟？
小结：
细胞是一个基本的生命系统，细胞膜是这个微观生命系统的边界。
细胞膜不仅把细胞与外界环境分隔开，还具有控制物质进出细胞、进行细胞间信息交流等作用。
细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外，还有少量糖类。
1.下列不属于细胞膜的主要功能的是 （ ）
A.作为边界结构，维持细胞的相对独立性
B.控制物质进出细胞
C.遗传物质储存和传递的场所
D.进行细胞间的信息交流
C
2.下列与图相关的叙述不正确的是 （ ）
A.图中a表示信号分子
B.图中反映了细胞膜具有细胞间信息交流的功能
C.图中b表示细胞膜上的受体，能与a发生特异性结合
D.图中甲表示靶细胞，信号分子可随血液循环运输到乙处
甲
b
a
乙
D
3.细胞膜的主要成分是 （ ）
A.蛋白质和糖类
B.蛋白质和磷脂
C.脂肪和糖类
D.蛋白质和核酸
B
时间：1959年
实验：罗伯特森用电镜了观察到了清晰的细胞膜照片，看到了暗－亮－暗的三层结构。
假说：细胞膜由蛋白质－脂质－蛋白质三层统一的静态结构
注：蛋白质电子密度高显黑色发暗，磷脂分子的电子密度低发亮。
三.对细胞膜结构的探索
活动一：请根据罗伯特森观察的结果构建蛋白质在磷脂双分子层中排布方式的模型
蛋白质
资料 冰冻蚀刻电子显微法
标本用干冰（液氮）冰冻后用冷刀断开，升温后暴露断裂面
活动二：
请根据蛋白质的三种存在形式构建蛋白质分子在磷脂双分子层中的排布模型
三.对细胞膜结构的探索
镶在
贯穿
嵌入
角蛙受精卵卵裂
三.对细胞膜结构的探索
细胞膜是静态的观点，难以解释的现象
变形虫摄食纤毛虫
资料 人鼠细胞融合实验（荧光标记实验）
时间：1970年
实验：弗雷和埃迪登( Frye 和 Edidin )将人和鼠的细胞膜蛋白分别用红、绿荧光
标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧
光，放置一段时间后发现两种颜色的荧光均匀分布。
结论：
细胞膜具有流动性
三.对细胞膜结构的探索
融合细胞
细胞
融合
37℃
40min
正在融合的细胞
红色荧光染料标记膜蛋白
绿色荧光染料标记膜蛋白
人细胞
小鼠细胞
四.流动镶嵌模型
时间：1972年
桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)提出了新的生物膜模型——流动镶嵌模型，为多数人所接受。
蛋白质
胆固醇
磷脂分子
磷脂双分子层
糖蛋白
糖脂
流动镶嵌模型的基本内容是什么？
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
思考：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。
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
细胞膜外表面，有糖类分子与蛋白质分子结合形成的糖蛋白，或与脂质结合形成的糖脂，这些糖类分子叫作糖被。（糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系。）
磷脂分子
磷脂双分子层
蛋白质分子
糖蛋白
糖脂
糖被
结构特点:
细胞膜具有一定的流动性。
功能特点:
细胞膜具有选择透过性。
19世纪末，欧文顿的实验和推论：膜是由______组成的；
20世纪初，化学分析结果指出膜主要由_______和_________ 组成；
1925年，细胞膜中的脂质排列为连续的_____层
罗伯特森1959年提出的“三明治”模型：所有生物膜都
由_______________________ _三层结构；
1970年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有 _____________；
1972年，辛格和尼科尔森提出了 _______________ 。
脂质
脂质
蛋白质
蛋白质－脂质－蛋白质
一定的流动性
流动镶嵌模型
生物膜流动镶嵌模型的探索历程
两
课堂总结
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，再用进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。
实验、推理和想象
提出假说
实验验证
提出假说
实验验证
建构模型
修正模型
科学方法
最初依据实验现象和已有的知识和信息，提出解释某一生物学问题的一种假说，再用进一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充。一种假说最终被接收或被否定，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。
提出假说
细胞膜（质膜）
流动镶嵌结构模型
将细胞和外界环境分开
控制物质进出细胞
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上
构成膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动
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
是谁，隔开了原始海洋的动荡
是谁，奏鸣了生命的交响
是谁，为我日夜守边防
是谁，为我传信报安康。
啊，伟大的细胞膜呀！
没有你，我会是何等模样！
把细胞与外界环境隔开
——控制物质进出
——进行细胞间信息交流
一、概念检测
1.基于对细胞膜结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。
(1)构成细胞膜的磷脂分子具有流动性，而蛋白质是固定不动的。( )
(2)细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能进入，而对细胞有害的物质则不能进入。( )
(3)向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下个空洞。( )
×
×
×
2.细胞膜的特性和功能是由其结构决定的。下列相关叙述错误的是( )
A.细胞膜的脂质结构使溶于脂质的物质，容易通过细胞膜
B.由于磷脂双分子层内部是疏水的，因此水分子不能通过细胞膜
C.细胞膜的蛋白质分子有物质运输功能
D.细胞的生长现象不支持细胞膜的静态结构模型
B
二、拓展应用
1.在解释不容易理解的陌生事物时，人们常用类比的方法，将陌生的事物与熟悉的事物作比较。有人在解释细胞膜时，把它与窗纱进行类比：窗纱能把昆虫挡在外面，同时窗纱的小洞又能让空气进出。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方
把细胞膜与窗纱进行类比,合理之处是说明细胞膜与窗纱一样可以允许一些物质出入,阻挡其他物质出入。这样的类比也有不妥之处。例如,窗纱是一种简单的刚性的结构,功能较单纯,细胞膜的结构和功能要复杂得多;细胞膜是活细胞的重要组成部分,活细胞的生命活动是一个主动的过程,而窗纱是没有生命的,它只能是被动地在起作用。
二、拓展应用
2.右下图是由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将其运送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)为什么两类药物的包裹位置各不相同
由双层磷脂分子构成的脂质体,两层磷脂分 之间的部分是疏水的,脂溶性药物能被稳定地包裹在其中;脂质体的内部是水溶液的环境,能在水中结晶的药物可稳定地包裹其中。
二、拓展应用
2.右下图是由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将其运送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。
(2)请推测：脂美质体到达细胞后，药物将如何进入细胞内发挥作用
由于脂质体是磷脂双分子层构成的,到达细胞后可能会与细胞的细胞膜发生融合,也可能会被细胞以胞吞的方式进入细胞,从而使药物在细胞内发挥作用。

展开更多......

收起↑