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细胞膜的结构和功能
第8讲
一轮复习
第2课时（共2课时）
知识点16：细胞膜(质膜)的结构
膜脂
的发现
膜蛋白的发现
膜的其他成分
静态
结构
发现膜具有流动性
提出流动镶嵌模型
细胞膜膜的基本支架
膜蛋白镶嵌在脂双层中
膜脂和膜蛋白可以运动
对细胞膜成分的探索
对细胞膜结构的探索
流动镶嵌模型的基本内容
对细胞膜成分的探索
一、
1.膜脂的发现
①膜的通透性实验
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实验，
发现细胞膜对不同物质的通透性不一样，_______________的物质，容易穿过细胞膜，
___________________，不容易穿过细胞膜。
细胞膜是由______组成的。
实验
结果
结论
溶于脂质
不溶于脂质的物质
脂质
②确定膜脂的类型
用动物的卵细胞、红细胞、神经细胞为材料，并利用____________
____________制备出纯净的细胞膜，进行化学分析。
细胞膜的脂质有______和_______，其中_______含量最多。
实验
结果
哺乳动物
的红细胞
磷脂
胆固醇
磷脂
思考
为什么用哺乳动物的红细胞可以制备出纯净的细胞膜？
因为哺乳动物的红细胞没有细胞核膜和细胞器膜的干扰，因此可以获得纯净的细胞膜。
③推测磷脂分子的排列
亲水头部
疏水尾部
水
水
水
水
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
④磷脂双分子层的实验证据
人的红细胞
实验
结果
用_______
提取脂质
空气-水截面上铺展成单分子层
红细胞的
表面积为S
脂质单分子层
的面积为______
计算
测量
结论
细胞膜中的磷脂分子
必然排列为连续的双层
水
2S
丙酮
思考
1.提取人口腔上皮细胞(表面积为S)中的脂质，在空气-水界面上铺展层单分子层，则测得脂质单分子层的面积_____2S(填大于、小于或等于)，为什么？
答案：大于，人口腔上皮细胞中还有其他生物膜(如核膜、细胞器膜)，提取到脂质分子数多于细胞膜上的脂质分子。
2.提取细菌(表面积为S)中的脂质，在空气-水界面上铺展层单分子层，则测得脂质单分子层的面积_____2S(填大于、小于或等于)，为什么？
答案：等于，细菌除了细胞膜之外，没有其他生物膜，提取到脂质分子都来自于细胞膜上的脂质分子。
脂质在水中的三种行为
将疏水的尾部埋在里面，将亲水的头部露在外面
微团
脂双层
脂质体
自发形成
哪种结果在水中最稳定？________
脂质体
脂质体靶向制剂
_______药物
________药物
抗体
找到靶细胞
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 _____,也可能会被细胞以____的方式进入细胞,从而使药物在细胞内发挥作用。
融合
胞吞
水溶性
脂溶性
2.膜蛋白的发现
细胞的
表面张力
水
油-水界面
表面张力
油-水界面
表面张力_____
蛋白质
水
下降
＜
实验
结论
细胞膜除了含有脂质分子外，
可能还附有________________。
蛋白质
3.膜的其他成分
细胞膜中还有少量的________。
细胞膜的成分
主要成分
少量成分
脂质(50%)
蛋白质(40%)
糖类(2%~10%)
磷脂(丰富)
胆固醇(少量)
糖类
(主要存在于动物细胞膜)
[总结：膜的成分]
对细胞膜结构的探索
二、
1.静态结构
①推测：脂质(脂双层)_______各覆盖着蛋白质。
两边
②实验验证
实验
罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的__________的三层结构
结合其他科学家的工作
所有的细胞膜都是由______________________三层结构构成的。
暗-亮-暗
结论
中间的亮层是脂质分子(脂双层)，两边的暗层是蛋白质分子。
蛋白质-脂质-蛋白质
结合其他科学家的工作
证据1：电镜观察的亮带是3.5nm,刚好符合___________
________________之间的距离。
(其他证据)
层亲水头部
磷脂双分子
结合其他科学家的工作
证据2：
(其他证据)
蛋白质对电子的阻挡作用大
亮带
电子透过样品较多
脂双层对电子的阻挡作用小
电子透过样品较少
暗带
蛋白质对电子的阻挡作用大
电子透过样品较少
暗带
细胞膜的静态结构与细胞膜复杂的功能不适应。
2.发现膜具有流动性
—— 人-鼠细胞融合实验
实验
绿色荧光染料标记的膜蛋白
红色荧光染料标记的膜蛋白
两种颜色的荧光__________分布
结论
细胞膜具有流动性
相关其他实验
均匀
标记
标记
相关其他实验
—— 荧光漂白恢复
未标记的细胞膜表面
荧光染料标记细胞膜上的磷脂或蛋白质
激光漂白细胞膜表面某区域
荧光标记分子进入到漂白区
漂白区恢复到与周围荧光强度相同
激光
实验
结论
证明细胞膜具有流动性
还可根据_____________的速度，
可推算出膜脂或膜蛋白的流动速度。
荧光恢复
时间
激光
荧光密度
3.提出流动镶嵌模型
质壁分离现象
变形虫的运动
胞吞、胞吐等
间接说明细胞膜具有流动性
冰冻蚀刻实验
细胞膜断裂面上有许多镶嵌在膜上、深浅不一的蛋白质颗粒
人鼠细胞融合实验
荧光漂白恢复实验
流动
镶嵌
直接说明细胞膜具有流动性
1972年，
辛格和尼克尔森提出流动镶嵌模型
流动镶嵌模型的基本内容
三、
1.成分
①细胞膜的主要成分是________和_______。
②________________是膜的基本支架。
____________或_______不能
自由通过，具有_____作用。
③蛋白质分子以不同方式镶嵌在___________________中。
磷脂
蛋白质
磷脂双分子层
水溶性分子
离子
屏障
磷脂双分子层
流动镶嵌模型的基本内容
三、
1.成分
③蛋白质分子以不同的方式镶嵌在磷脂双分子层中。
有镶在磷脂双分子层________，有的部分或全部_______磷脂双分子层中，有的_______整个磷脂双分子层。
这些蛋白质分子在___________等方面具有重要作用。
表面
嵌入
贯穿
物质运输
磷脂
蛋白质
形成磷脂双分子层
作为细胞膜的基本支架
具有屏障作用
维持蛋白质的结构
镶嵌在磷脂双分子层中
镶在表面
镶在表面
全部嵌入
贯穿其中
部分嵌入
运输：载体/通道
催化：酶
接受、转导信号：受体
结构蛋白：连接蛋白
组织相容性抗原
… …
糖类
位于细胞膜的外表面，与蛋白质或脂质相连形成糖蛋白或糖脂。
糖被
糖蛋白
糖脂
①糖蛋白质和糖脂是在_______和_________中合成的(糖链被加上去)。
②与细胞__________、细胞间___________有关。
③细胞器膜上的糖类位于膜的内表面。
表面识别
信息传递
内质网
高尔基体
2.特性
流动性(结构特点)
①构成膜的______分子可以______自由移动，膜中的_______大多也能运动。
②细胞膜的流动性对于细胞完成__________、______、________、_______等功能都是非常重要的。
侧向自由扩散
细胞骨架
少数蛋白质与细胞骨架相连，不具有运动性。
磷脂
侧向
蛋白质
物质运输
生长
分裂
运动
专题：影响膜流动性的因素
1.温度
膜蛋白和膜脂的运动是一种热运动，
温度越高其流动性越大，
温度越低流动性越小。
存在某个临界温度，低于该温度时，
膜就变成固态状而失去了流动性。
临界温度
温度
固相
液相
专题：影响膜流动性的因素
2.膜脂对流动性的影响
①膜脂的脂肪酸链长度
膜脂的脂肪酸链_____，流动性_____，
膜脂的脂肪酸链_____，流动性_____。
尾部相互作用
使流动性下降
②膜脂的脂肪酸不饱和度
膜脂的脂肪酸不饱和度_____，流动性越强，
膜脂的脂肪酸不饱和度_____，流动性越弱。
不饱和度低
不饱和度高
越短
越强
越长
越弱
越高
越低
2.膜脂对流动性的影响
③胆固醇
在临界温度以上：
胆固醇限制膜的流动性，
具有稳定膜结构的作用。
在临界温度以下：
胆固醇增加脂肪酸链的运动，
增强膜的流动性。
胆固醇对膜的流动性具有调节作用
2.特性
不对称性
磷脂酰肌醇
糖脂
胆固醇
鞘磷脂
①含义
组成细胞膜的脂质、蛋白质和糖类在膜两侧的分布是不对称的。(如图所示)
②意义
导致了膜两侧的功能不同，
导致膜具有方向性，保证了生命活动高度有序。
脂筏模型
糖脂
脂筏
脂筏
糖蛋白
1997年德国生物学家西蒙斯等研究发现，细胞膜的磷脂双分子层并不是完全均匀的结构，内部存在富含胆固醇、鞘磷脂和特定种类膜蛋白的微小区域。由于鞘磷脂具有较长的饱和脂肪酸链，分子间的作用力较强，所以这些区域结构致密，如同漂浮在磷脂双分子层上的“筏”,称为脂筏。
脂筏模型
糖脂
脂筏
脂筏
糖蛋白
脂筏载着具有生物功能的膜蛋白，就像一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号传递、物质的跨膜运输及病原体侵染细胞和蛋白质分选等均有密切的关系。脂筏最初可能在内质网上形成，转运到细胞膜上后，有些脂筏可在不同程度上与膜下细胞骨架蛋自交联。据推测，个直径100nm大小的脂筏可能载有600个蛋白质分子。
治疗艾滋病的新思路——改造细胞膜
艾滋病是对人类危害极大的一种传染病，迄今我们仍然没有找到有效治疗艾滋病的方法。引发艾滋病的HIV专性寄生在人体T淋巴细胞内，病毒的大量增殖会子致患者免疫机能崩溃，使人最终死于各种病原体的感染或恶性肿溜。
治疗艾滋病的新思路——改造细胞膜
HIV表而有一种名为gp41-gp120的蛋白质复合体，它能与T淋巴细胞表面的CD4蛋白发生特异性结合，再在 T淋巴细胞细胞膜中的CCR5蛋白辅助下，使病毒包膜与细胞膜融合，遗传物质最终进入T淋巴细胞。
治疗艾滋病的新思路——改造细胞膜
人群中有些“幸运儿”天生就具有对 HIV 的抵抗力，因为他们带有突变型的CCR5基因，其 CCR5 蛋白不会辅助 HIV 的侵染。布朗是一名艾滋病患者，后来又不幸患上了白血病。
治疗艾滋病的新思路——改造细胞膜
为了治疗白血病，布朗在2007年接受了造血干细胞移植。幸运的是，干细胞捐献者正是一位CCR5基因突变者，布朗的白血病和艾滋病都被治愈了。
治疗艾滋病的新思路——改造细胞膜
这一病例启发了研究人员：如果破坏掉艾滋病患者 T 淋巴细胞的CCR5基因，对细胞膜进行改造，就有望治愈艾滋病。也许在不久的将来，通过合理使用生物技术，人类能够实现征服艾滋病的梦想。

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