资源简介

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生 物 学 (新人教版)
分子与细胞
第三章第1节
细胞膜的结构和功能
(第一课时)
教学目标
核心素养
1.概述细胞膜的主要功能。 2.分析细胞膜结构的探索过 程，领悟科学的过程和方 法。 3.了解流动镶嵌模型的基本 内容。
生命观念——通过对细胞膜 的学习建立生命的结构与功 能观
科学探究——领悟细胞膜结 构探索过程的科学方法。
科学思维——流动镶嵌模型 及其解读。
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。
课堂导入
1
出细胞的功能
注意：植物细胞的边界是也细胞膜，不是细胞 壁，因为细胞壁是全透性的，
讨论
2.据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能
细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进
2 新课讲授 一、细胞膜的功能
将细胞与外界环境分隔开
细胞膜的功能 控制物质进出细胞
进行细胞间的信息交流
膜的出现是生命起源过程中至关
重要的阶段。细胞膜保障了细 胞内部环境的相对稳定。
细胞作为一个基本的生命
系统，它的边界就是细胞
膜 (cell membrane), 也 叫质膜 (plasma membrane )。
1.将细胞与外界环境分隔开
推测的原始海洋景观图
水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等。
营养物质
作用具有普遍性；④有些 病毒、病菌也能侵入细胞 使生物体患病，表明细胞 膜的控制作用具有相对性
CO 、尿素、
多余的无机盐
等。
④ 病毒病菌
控制的相对性
抗体、激素等
物质
分泌物
③
①②③表明细胞膜的控制
①
废物
细 胞
控 制
进
物
质
出
.
2
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 学物质完成间接交流
3.进行细胞间的信息交流
内分泌细胞
靶细胞
靶细胞
信息从一个细胞传递给另一个细胞(例如精子和卵细胞 之间的识别和结合)细胞识别得以实现的基础是细胞膜 表面某些生物大分子(如糖蛋白、糖脂)提供的识别信 息，使细胞可以识别同种与异种、同源与异源细胞
发出信号的细胞
与膜结合的信号分子
个细胞的细胞膜接
触
(2 )通过相邻两
靶细胞
受体
(3)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
胞间连丝
细胞的功能： (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。除了以上的三种
功能外，细胞膜还有细胞识别、保护细胞、参与细胞的运动、
分泌等功能。
细胞质膜
分泌泡
细胞质
分泌物
三 、对生物膜成分的探索
(探索一 ) 时 间：19世纪末1895年
人物：欧文顿 (E.Overton)
实验：用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透
性实验. 发现脂质更容易通过细胞膜，不溶于脂质的物质
不容易穿过细胞膜。
提 出 假 说 细 胞 膜 是 田 脂 质 组 成 的
●不溶于脂质的物质
●溶于脂质的物质
最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过膜成分的提取和检测
从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。
(探索二)实验：科学家将膜从哺乳动物的红细胞 中分离然后进行化学分析。
化学分析表明：组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇， 其中磷脂含量最多。
CH-N*(CH) 胆碱
磷脂的一端为亲 水的头，两个脂 肪酸一端为疏水 的尾，多个磷脂 分子在水中总是 自发地形成双分 子层。
磷脂分子结构式 磷脂分子模型 磷脂分子示意图
极性部分
非极性部分
亲水头部
疏水尾部
CH
CH
(探索三)时 间：1925年
人物：荷兰科学家Gorter 和Grendel
实验：从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面 积是细胞膜的2倍
提出假说：细胞膜中的磷脂是双层的
磷脂分子的“头部”亲水，尾部疏水，所以在水一空气的界 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。
空气
细胞膜的两侧都有水环境存在，同学们尝试着大胆的
推测和想象一下在这样的环境中，磷脂分子在细胞膜 中可能是怎样排布的呢
水 水
水 水
亲水的“头部”与水接触，疏水的“尾巴”远离水
水 水
B
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。
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
如果将磷脂分子置于水一苯的混合溶剂中，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。
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
在水中形成的磷脂分子层
(探索四)1935年，英国学者丹尼利(.f Danielli)和戴维森(H.
Davson) 研究了细胞膜的张力。他们发现细胞的表面张力明显低于 油一水界面的表面张力。
细胞需要的一些极性分子和离子可以快速通过细胞
膜(脂质不允许极性分子和离子快速通过)。
由于人们已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。
因此丹尼利和戴维森推测细胞膜除含
脂质分子外，可能还附有蛋白质。
到了20世纪30年代，科学家已经确定细胞膜中存在蛋白质
成分 所占比例
在细胞膜构成中的作用
脂质 约50%
脂质中的磷脂是构成细胞膜的重要成分，此
外还有少量的胆固醇
蛋白质 约40%
蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用，因 此功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数 量越多
糖类 2~10%
糖类与蛋白质或脂质分子结合形成糖蛋白或
糖脂，分布在细胞膜的外表面，糖蛋白具有
保护、润滑和细胞识别的作用
细胞膜的化学成分
当堂检测答案：
生 物 学 (新人教版)
分子与细胞
第三章第1节
细胞膜的结构和功能
(第二课时)
成分 所占比例
在细胞膜构成中的作用
脂质 约50%
脂质中的磷脂是构成细胞膜的重要成分， 此外还有少量的胆固醇
蛋白 质 约40%
蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用，
因此功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种
类和数量越多
糖类 2~10%
糖类与蛋白质或脂质分子结合形成糖蛋 白或糖脂，分布在细胞膜的外表面，糖 蛋白具有保护、润滑和细胞识别的作用
细胞膜的化学成分
复习引入：
二、对细胞膜结构的探索
时间：1959年
人物：罗伯特森
发现：在电镜下看到了细胞膜清晰的暗一亮一暗的三层结构。
假说：所有的细胞膜都由蛋白质 一 脂 质 一 蛋白质三层结构构成，电镜下看到的 中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋 白质分子。他把细胞膜描述为静态的统 一 结构。
细胞膜结构的电镜照片
时间：20世纪60年代以后
质疑：科学家对细胞膜是静态的观点提出质疑：如果是这样，细 胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的运动这
Nikon MicrosCopyU Digital Video Gallery
Amoeba
(Protozoan)
Through the Nikon Eclipse
E600 Microscope with Apodized Phase Contrast
样的现象都难以解释。
模拟细胞的生长
变形虫的运动
荧光标记法是利用荧光蛋 白或荧光蛋白基因作为标 志物对研究对象进行分析 的方法，常用的银光蛋白 有绿色和红色两种颜色
37℃
40min
融合细胞
时间：1970年
实验：人——鼠细胞荧光标记融合实验
人细胞
绿色荧光
染料标记
膜蛋白
小鼠细胞
证据表明：细胞膜具有流动性
红色荧光 染料标记 膜蛋白
正在融合 的细胞
细胞
融合
糖蛋白
指分子
辆脂双分子层
蛋白质分子
时间：1972年
人物：辛格和尼科尔森
提出：流动镶嵌模型
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 试验结果相吻合
科学方法——提出假说
三、流动镶嵌模型的基本内容
磷脂分子 蛋白质分子 磷脂分子
磷脂双分子层
③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(图3-5)。这些蛋白质分子 在物质运输等方面具有重要作用。
④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。
②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。
①膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子
细胞膜------流动镶嵌模型的基本内容
细胞膜的外表面还有糖类分子和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 (glycocalyx) 。
糖被在细胞生命活动中具有重要的功能。例如，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
【答案】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。
既然膜内部分是疏水的，水分子为什么 能跨膜运输呢
对细胞膜的深入研究发现
旁栏思考
【探究案】
1、下图是细胞膜的亚显微结构示意图，请分析回答下列问题： (1).图中的4是哪种成分 为什么在细胞膜中是两层的
4是磷脂分子。因为细胞膜两侧都是水溶液，磷脂分子“头” 部亲水，“尾”部疏水，只有形成双分子层结构，才能稳定。
(2).图中2、5、6在4上的存在方式有什么不同
2是镶在表面，5是贯穿，6是嵌入。
(3).A、B 中哪面是细胞膜的外侧，判断的依据是什么
A表示细胞膜外侧，由于糖蛋白只存在于细胞膜的外侧
(4).试举几个能够体现细胞膜具有一定流动性的实例
白细胞吞噬病菌、人鼠的融合实验等
【提示】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。
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
二、拓展应用
(1)为什么两类药物的包裹位置各不相同
【答案】由双层磷脂分子构成的脂质体，两层磷 脂分子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。
(2)请推测：脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞内发挥作用
【答案】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。
2.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。
课堂检测案答案
1、B
2、C
3、A
磷脂双分子层是膜的 基本支架
蛋白质以不同方式镶 嵌在磷脂双分子层中
影响因素
温度等
主要成分是磷脂和蛋 白质且具有流动性
磷脂双分子层是膜的基本支架
蛋白质分子以不同方式 镶嵌在磷脂双分子层中
脂质(磷脂)50%
蛋白质 40%
糖类
小鼠细胞和 人细胞融合
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。
细胞膜两侧具有不对称性
选择透过性
细胞 最基本的生命系统
将细胞和外界环境分隔开
进行细胞间的信息交流开
控制 物质 进出 细胞
本节小结
功能越复杂的细胞膜，蛋 白质的种类与数量就越多
流动 镶嵌 模型
流动镶 嵌模型 的主要 内 容
系统的边界
实例
原因
细胞膜
流动性
功能
结构
成分
特点
模型
特性
课外制作
利用废旧物品制作生物膜模型

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