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(共43张PPT)
第3章 细胞的基本结构
国家的边界
人体的边界
细胞的边界是什么？
问题探讨
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？
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。
细胞膜
细胞作为基本的生命系统，其边界就是细胞膜，也称质膜
第1节
细胞膜的结构和功能
（系统的边界）
思考：细胞膜的功能有哪些？
细胞膜的功能
膜的出现
保障细胞内部环境的相对稳定
对生命起源过程至关重要
形成相对独立的系统
1、将细胞与外界环境分隔开
营养物质：水、无机盐 氨基酸等
代谢废物：
CO2、尿素等
病毒病菌等
抗体、激素等分泌物
不容易
2.控制物质进出细胞
不需要、有害物质
细胞膜的控制作用是相对的
如：有些病毒、细菌也能侵入细胞，使生物体患病。
选择透过性
细胞膜的功能
细胞膜的功能特性
3、进行细胞间的信息交流
细胞间信息交流都需要细胞表面的受体么？
植物的胞间连丝只能实现细胞间的信息交流，不能进行物质交换？
细胞膜的结构示意图
对细胞膜成分的探索
01
资料一：
时间：19世纪末 人物：欧文顿
实验：用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行过上万次的实验
对膜成分的探索：（课本42页）
现象：
细胞膜对不同物质的通透性不同：溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜；不溶于脂质的物质，则不容易穿过细胞膜
结论：细胞膜是由脂质构成的。
提出假说：
最初依据实验现象和有关知识，经过严谨的推理和大胆的想像，提出设想，是一种常见的科学方法。假说还需要通过观察和实验结果来证实。
欧文顿对膜成分的推测是结合一定实验现象的推理分析，还是提取膜、对成分进行检验的呢？
假说
对膜成分的探索：
为了进一步确定细胞膜中脂质成分的类型，科学家利用动物的卵细胞、红细胞、神经细胞等作为研究材料，并利用哺乳动物成熟的红细胞，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。
资料二：
哺乳动物成熟的红细胞
特点：无细胞核膜和细胞器膜
提取方法：
吸水涨破
认识磷脂分子：
亲水“头部”
疏水“尾部”
磷脂分子是如何组成细胞膜的呢？
结构图
模型
示意图
磷酸
甘油
脂肪酸
时间：1917年 人物：朗缪尔
实验：将磷脂溶于水苯混合溶剂中，当苯挥发完后，磷脂分子在空气与水的界面上分布散乱，经过推挤排列成了单层。
尝试画出磷脂分子在水-空气界面上的排列方式。
对膜成分的探索：
资料二：
在水—空气介面，磷脂分子是如何排列的？
A
B
C
D
在水环境中是如何排列的呢？
磷脂分子在细胞膜上应该有几层？
微囊
时间：1925年
人物：两位荷兰科学家Gorter和Grendel
实验：用丙酮从人的红细胞中抽提出脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的两倍。
GORTER
对膜成分的探索：
资料三：
结论：脂质分子必然排列为连续的两层
是否还有其他成分？
时间：1935年
人物：丹尼利和戴维森
发现：细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。
（当时人们已经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）
思考：如何证明这个推测成立？
对膜成分的探索：
资料四：
推测：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。
时间：20世纪
实验：科学家对细胞膜化学成分深层分析发现，细胞膜会被蛋白酶分解（提示：蛋白酶是生物体内普遍存在的只对蛋白质分解起催化作用的物质），证实了细胞膜中蛋白质的存在。
对膜成分的探索：
资料五：
细胞膜的成分：
细胞膜主要是由脂质和蛋白质组成的。此外，还有少量的糖类。
脂质（约50%）
蛋白质（约40%）
糖类（约2%-10%）
磷脂（含量最高）
功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多
细胞膜的成分：
细胞膜主要是由脂质和蛋白质组成的。此外，还有少量的糖类。
这些成分是如何构成细胞膜的呢？
脂质（约50%）
蛋白质（约40%）
糖类（约2%-10%）
磷脂（含量最高）
对细胞膜结构的探索
02
1959年，罗伯特森（J. D. Robertson ）用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜电镜下的照片，显示暗-明-暗三层结构。
蛋白质的电子密度高，在电镜下显暗色；磷脂分子的电子密度低，显亮色。
蛋白质
蛋白质
脂质
单位膜模型
透射电子显微镜（REM）
对膜结构的探索：
资料一：
蛋白质
蛋白质
脂质
单位膜模型
模型特点：
①蛋白质分子镶在磷脂双分子层的两侧，对称分布
②细胞膜是静态的统一结构
“三明治”模型：
思考：“三明治”模型不能解释哪些生物现象？
白细胞吞噬病菌
变形虫的运动
时间：20世纪60年代
实验：科学家用扫描电镜技术和冰冻蚀刻技术揭示了细胞膜结构中的蛋白颗粒。
实验结论：（蛋白质在膜中的分布是不对称的）
蛋白质并不是全部平铺在脂质的表面，有的蛋白质是镶嵌在脂质双分子层中的。
对膜结构的探索：
资料二：电镜冰冻蚀刻细胞膜
冰冻蚀刻:亦称冰冻断裂，将标本置于-100 C的干冰或-196 C的液氮中，进行冰冻。然后用冷刀骤然将标本断开，升温后，冰在真空条件下迅即升华，暴露出断面结构，称为蚀刻。
模型特点：
①蛋白质分子镶在磷脂双分子层的两侧，对称分布
修正为：
磷脂双分子层构成了细胞膜的基本支架；
蛋白质分子镶嵌、部分或全部嵌入、贯穿于磷脂双分子层。
“三明治”模型的修正：
②细胞膜是静态的统一结构
如何修正？
时间：1970年
人物：Larry Frye等
实验：将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体标记细胞膜上蛋白质后，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荧光抗体均匀分布
对膜结构的探索：
资料三：免疫荧光技术细胞融合实验
人细胞
鼠细胞
荧光标记膜蛋白
诱导
融合
40分钟后
370C
结论：膜上的蛋白质具有流动性。
磷脂分子在细胞膜上的运动：
①侧向扩散运动；②旋转运动；③摆动运动
细胞膜上磷脂分子与绝大多数蛋白质分子都是可以运动的。
细胞膜具有一定的流动性。
结构特点
侧向扩散运动
旋转运动
摆动运动
时间：1972年
人物：辛格和尼科尔森
对膜结构的探索：
资料四：生物膜的流动镶嵌模型
流动镶嵌模型的基本内容
03
1、磷脂双分子层构成膜的基本支架。（其中磷脂分子 的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部朝向内侧）
2、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。（体现了膜结构内外的不对称性）
镶
嵌入
贯穿
3、磷脂分子是可以运动的，具有一定的流动性
4、大多数的蛋白质分子也是可以运动的。（也体现了膜的流动性）
5、细胞膜外表，有糖类分子
和蛋白质结合形成的糖蛋白，
或与脂质结合形成的糖脂，这些糖类分子叫做糖被。（糖被与细胞表面的识别、细胞间信息传递、保护、润滑等功能有密切联系）
聚焦前沿：
科学家用去污剂处理细胞膜提取蛋白质时，发现总有些区域的蛋白质不能被提取出来，说明这些区域中的蛋白质与脂质成分的联系十分紧密。
科学探索永无止境，细胞膜的结构还有很多未知等待我们去发现，流动镶嵌模型还在不断完善、发展中......
细胞膜结构在医学领域上的运用：
思考：
1、为什么要用脂质体运送药物
2、水溶性药物与脂溶性药物分别包裹在脂质体的哪里进行运载？
3、推测：脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞发挥作用？
4、该脂质体的研究运用体现了细胞膜的什么特点？
脂质体
——运送药物
细胞膜结构在医学领域上的运用：
思考：
1、为什么要用脂质体运送药物
2、水溶性药物与脂溶性药物分别包裹在脂质体的哪里进行运载？
3、推测：脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞发挥作用？
4、该脂质体的研究运用体现了细胞膜的什么特点？
脂质体
——运送药物
哺乳动物成熟的红细胞
课后作业：

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