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第三章第1节 细胞膜的结构和功能
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《细胞生物学》
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？
参考答案：
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
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。
生命诞生于原始海洋
２.控制物质进出细胞
特点：选择透过性，但有相对性。
细胞需要的营养物质可以进入，有害物质不容易进入；细胞产生废物要排出细胞外，有用成分不会流失。
３.进行细胞间的信息交流
① 化学物质（间接交流）
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的受体结合，将信息传递给靶细胞。
② 直接接触
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。例如：精子和卵细胞之间的识别和结合。
③ 形成通道
相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。例如：高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用。
3.进行细胞间的信息交流
1.将细胞与外界环境分隔开
2.控制物质进出细胞
思考与讨论：
细胞膜为什么具有这些功能？
细胞膜的功能
回到19世纪重温科学发现之旅……
科学家对细胞膜成分的探索历程
----运用提出假说的科学方法
细胞膜之所以具有这些功能与它的成分和结构是分不开，但细胞膜非常薄，高倍镜难以看清。
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细胞膜
不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质
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资料一：1895年，欧文顿选用500多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行上万次的实验。发现：凡是可溶于脂质的物质，比不溶于脂质的物质更容易穿过细胞膜。
如果你是欧文顿，你能得出怎样的结论呢？
膜是由脂质组成的
提出假说→
二、对细胞膜的成分的探索
资料二：科学家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包含 ，其中 含量最多。
胆固醇和磷脂
磷脂
二、对细胞膜的成分的探索
亲水头部
疏水尾部
如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在水—空气界面上排布？
与水亲和的亲水头部分布在水中，而两条疏水尾与水不亲和，因此受到水分子的排斥而朝向空气中。
动动手
空气
水
正常情况下细胞膜一般处于什么环境？
理论：磷脂分子排成两层，亲水头部分别在两侧朝向外部的水溶液，疏水尾部相对排列在内。
动动手
理论需要实验的支持！
资料三：1925年，两位荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，将提出的脂质在空气—水界面上铺成单分子层，测得其单分子层所占的面积相当于所用的红细胞表面积的2倍。
水层
空气
结论：细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层。
磷脂双分子层
二、对细胞膜的成分的探索
资料四：1935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-- 水界面的表面张力。由于人们已经发现油脂滴的表面如果吸附有蛋白质，表面张力会降低。
推测：细胞膜中除含脂质外还 含 。
蛋白质
细胞膜的成分:
脂质（约50%）
蛋白质（约40%）
糖类（约2%-10%）
磷脂最丰富
动物细胞膜含有少量胆固醇
细胞膜中含有的元素主要有：
C、H、O、N、P
蛋白质在行使功能时起重要作用，功能越复杂的细胞膜，蛋白质种类和数量越多。
三、细胞膜结构的探索
1、20世纪50年代，电子显微镜诞生。1959，罗伯特森在电镜下看到细胞膜的暗—亮—暗三层结构，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。称之为单位膜模型。
不足之处：将细胞膜描述为静态的统一结构，不能解释以下例子。
例1：变形虫（单细胞）的运动
静态的统一结构不能解释变形虫的运动。
例2：白细胞吞噬病菌过程
2、荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验
1970年，Larry Frye等人将人和鼠的细胞膜用不同荧光染料标记膜蛋白，然后融合，杂种细胞一半发红色荧光，另一半发绿色荧光，放置一段时间后两种荧光均匀分布。
结论：细胞膜具有流动性。
时间和人物 事件 结论
多种物质对膜通透性实验
对红细胞膜化学分析
红细胞膜的脂质铺展成单层分子的面积是原膜表面积的两倍
电镜下膜呈“暗—亮—暗”三层结构
蛋白质—脂质—蛋白质
人、鼠细胞融合实验
新的观察和实验证据的基础上，提出分子结构模型
膜含脂质
膜中含脂质和蛋白质
脂质双层结构
膜具流动性
流动镶嵌模型
1972年，辛格和尼科尔森
1970年
1959年，
罗伯特森
1925年，
两位荷兰
科学家
20世纪初
19世纪末欧文顿
对生物膜结构的探索历程
四、流动镶嵌模型的基本内容 （辛格和尼科尔森）
贯穿
镶在
嵌入
磷脂分子
蛋白质分子
糖脂
外侧
内侧
磷脂双分子层
糖蛋白
时间：1972年
人物：辛格和尼科尔森
提出：生物膜的流动镶嵌模型
流动镶嵌模型
流动镶嵌模型的基本内容
2.蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿整个磷脂双分子层。具有（跨膜）运输作用；
1.磷脂双分子层是膜的基本支架，具有屏障作用；
3.具有流动性，磷脂分子侧向自由移动，蛋白质大多数也能运动。对细胞完成运输、生长、分裂、运动等功能非常重要。
结构特点：
　1.具有一定的流动性
（1）磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性；
　　
（2）大多数的蛋白质分子也是可以运动的。
2.内外不对称性
（1）磷脂内外两层所含的蛋白质种类和数量不同；
（2）糖蛋白或糖脂分布在膜的外表面。
进一步研究发现：　　
蛋白质可与糖类结合成糖蛋白，糖类与脂质结合成糖脂，这些糖类分子叫作糖被。糖被与细胞识别、信息传递等密切相关。
细胞膜的成分
脂质（磷脂），蛋白质，糖类
细胞膜的功能
将细胞与外界环境分隔开
控制物质进出细胞
进行细胞间的信息交流
具有选择透过性
具有普遍性
具有相对性
细胞与细胞膜的识别和结合
化学物质与靶细胞膜受体的识别
细胞与细胞间通道的连接
小结：
生物膜
结构特性
功能特性
结构组成
结构探索历程
决定
③
④
②
流动性
选择透过性
磷脂双分子层
蛋白质分子
①
练习题：
1.在组成细胞膜的脂质中，最丰富的是：
A.脂肪 　　　B.固醇
C.磷脂 　　　 D.维生素D
2.细胞膜的成分中起支架作用和细胞识别作用的
物质分别是：
A.淀粉和纤维素 B.纤维素和果胶
C.磷脂和糖蛋白 D.蛋白质和磷脂
C
C
3.将紫色水萝卜的根切成的小块放入清水中，清水的颜色没有明显的变化，若把紫色水萝卜的根 切成的小块放入沸水中，水变成其原因是
A.沸水破坏细胞壁的结构
B.水温升高，色素溶解度增大
C.沸水破坏了细胞膜和液泡膜，使其丧失控制 物质进出的功能
D.沸水使反应加快
C
练习题：
4.将小麦种子浸泡在红墨水中10分钟后，取出剖开，发现胚为白色，胚乳为红色， 这说明：
A.胚成活，胚乳已死亡
B.胚已死亡，胚乳成活
C.胚和胚乳均成活
D.胚和胚乳均死亡
A
练习题：
谢谢！

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