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第三章 细胞的基本结构
第1节 细胞膜的结构和功能
核心素养
通过对细胞膜的功能、组成和结构的学习，形成结构与功能相适应的生命观念。
生命观念
通过对细胞膜流动镶嵌模型的学习，培养模型与建模的科学思维方式。
科学思维
通过学习细胞膜成分和结构的探索历程，培养科学探究能力。
社会责任
问题探讨
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
细胞膜作为系统的边界，他在细胞的生命活动中起什么作用呢？
细胞膜的功能
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
将细胞与外界环境分隔开
将生命物质与外界环境分隔开，使细胞成为一个相对独立的系统，细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
电子显微镜下的细胞膜
细胞膜的功能
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
控制物质进出细胞
分泌物
③
废物
①
CO2、尿素、多余的无机盐等。
营养物质
②
病毒病菌
④
抗体、激素等物质
①②③表明细胞膜的控制作用具有普遍性；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
细胞膜的功能
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
细胞壁具有全透性，无法在细胞壁内制造一个稳定的内部环境，因此细胞壁不是细胞的生命系统的边界。
细菌细胞壁
肽聚糖
植物细胞壁
纤维素和果胶
真菌细胞壁
几丁质
细胞膜的功能
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
进行细胞间的信息交流
体
液
的
传
送
内分泌细胞
分泌的激素
靶细胞
靶细胞
（1）间接交流：细胞分泌化学物质（如激素），通过膜表面的受体传递信息
与靶细胞膜上的受体（本质为糖蛋白、具有特异性）结合，将信息传递给靶细胞
细胞膜的功能
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
进行细胞间的信息交流
（2）直接传递（直接交流）：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
发出信号的细胞
靶细胞
与膜结合的信号
细胞膜的功能
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
进行细胞间的信息交流
（3）通道交流：相邻两细胞之间形成通道，来传递信息
胞间连丝
通道交流不需要信息分子、受体
通道还有物质运输的功能
思考·讨论——对细胞膜结构的探索
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析而推测出来的。
1895年欧文顿：多种物质对膜的通透性实验，溶于脂质的物质容易通过细胞膜，不溶于脂质的物质，不容易通过细胞膜。
欧文顿（E·Overton）
细胞膜
非脂溶性物质
脂溶性物质
相似相溶原理
膜是由脂质组成的
【思考】欧文顿对细胞膜的组成成分作出怎样的推测？
资料1
思考·讨论——对细胞膜结构的探索
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
资料2
科学家利用哺乳动物成熟红细胞作为实验材料，制备出纯净的细胞膜，并对细胞膜的成分进行分析，得出组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
为什么选择哺乳动物成熟红细胞来制备细胞膜？
1
无细胞壁，细胞容易吸水涨破。
2
无细胞核和众多的细胞器，易制得纯净的细胞膜。
吸水
涨破
思考·讨论——对细胞膜结构的探索
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知识讲解
课堂小结
基础检测
头部（亲水）
多个磷脂分子在水中形成双分子层
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。
思考·讨论——对细胞膜结构的探索
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
资料3
1925年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺成单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。
在水中形成的磷脂双分子层模式图
【推断】细胞膜中的磷脂分子必然排列成连续的两层。
思考·讨论——对细胞膜结构的探索
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知识讲解
课堂小结
基础检测
资料4
1935年，英国学者丹尼利和戴维森发现细胞表面张力明显低于油水界面的表面张力；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。
以上资料说明细胞膜中还可能含有什么物质？
推测：细胞膜除含有脂质分子外，可能还附有蛋白质。
思考·讨论——对细胞膜结构的探索
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知识讲解
课堂小结
基础检测
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？
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？
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。
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”向下与水面接触，“尾部”则朝向空气的一面。科学家因测得从哺乳动物成熟的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。
思考·讨论——对细胞膜结构的探索
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课堂小结
基础检测
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？
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？？
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。
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。
对细胞膜结构的探索
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知识讲解
课堂小结
基础检测
细胞膜的成分
脂质（约占50%）
磷脂是构成细胞膜的主要成分，此外还有少量的胆固醇
蛋白质（约占40%）
在细胞膜行使功能时起重要作用，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的数量和种类就越多
糖类（2%-10%）
糖类+蛋白质 糖蛋白；糖类+脂质分子 糖脂；分布在细胞膜的外表面
糖蛋白具有 ①保护、润滑 ②细胞识别 ③提高细胞之间的黏着性的作用
对细胞膜结构的探索
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知识讲解
课堂小结
基础检测
资料6
1959年罗伯特森在电镜下观察到了细胞膜的清晰的暗—亮—暗的三层结构，是一种静态的统一结构。
细胞膜
细胞内
细胞外
“三明治模型”
蛋白质-脂质-蛋白质
细胞外
细胞内
蛋白质
蛋白质
脂双层
对细胞膜结构的探索
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知识讲解
课堂小结
基础检测
资料5
1970年，人——鼠细胞融合实验（荧光标记实验）
小鼠细胞
人细胞
正在融合的细胞
融合细胞
绿色荧光染料标记的膜蛋白
红色荧光染料标记的膜蛋白
细胞融合
37℃
40min
【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。
【细胞融合】是指在自发或人工诱导下，两个细胞或原生质体融合形成一个杂种细胞。
蛋白质( )在磷脂双分子层中。
对细胞膜结构的探索
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知识讲解
课堂小结
基础检测
资料6
运用冰冻蚀刻技术即用冷刀断开冰冻标本，使断裂面暴露。
镶在、嵌入、贯穿
对细胞膜结构的探索
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知识讲解
课堂小结
基础检测
资料7
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
流动镶嵌模型的基本内容
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知识讲解
课堂小结
基础检测
1
1
1
1
蛋白质
2
2
3
4
5
糖蛋白
3
糖脂
4
胆固醇
磷脂双分子层
2
5
细胞膜的结构模型示意图
流动镶嵌模型的基本内容
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
结构特点：流动性
功能特性：选择透过性
课堂小结
细 胞 膜
成分与结 构
功 能
2.控制物质相对进出
3.信息交流
1.将细胞与外界分隔
脂 质
蛋白质
糖 类
磷脂双分子层-基本支架
镶、嵌、贯穿
糖蛋白
功能特点
结构特点
（选择透过性）
（流动性）
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
基础检测
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
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，细胞膜上会留下一个空洞。( )
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
基础检测
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
二、拓展应用
3.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具有允许一些物质出入、阻挡其他物质出入的作用。这种类比也有不妥当的地方。例如，窗纱是一种简单的刚性结构，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，它只是被动地在起作用。
基础检测
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
二、拓展应用
4.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？
（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？
磷脂分子头部具有亲水性，尾部具有疏水性，脂溶性药物不溶于水，能存在于两层磷脂分子间的疏水部分，而能在水中结晶的药物则包裹在双分子层之间，因为磷脂双分子层之间是水。
细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，脂质体与细胞膜结构相似，可与细胞膜发生融合，使药物进入细胞。

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