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第3章 细胞的基本结构
第1节 细胞膜的结构和功能
国界
皮肤&黏膜
思考1：植物细胞最外层是细胞壁，为什么“系统的边界”是细胞膜？
细胞壁是全透性的，不能将细胞与外界环境分隔开，所以，不管是植物细胞还是动物细胞，它们的边界都是细胞膜。
细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜，也叫质膜。
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
一、细胞膜的功能
请同学们快速阅读课本P40-41 ，概述出细胞膜的功能。
一、细胞膜的功能
意义：细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
将细胞与外界环境分隔开
1
营养物质
废物
分泌物
病毒、病菌
控制的相对性
控制物质进出细胞
2
功能特点：选择透过性
①
②
③
④
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具有相对性
抗体、激素等物质
水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等。
CO2、尿素、多余的无机盐等。
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，台盼蓝染液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，台盼蓝染液能通过细胞膜进入细胞，将其染成蓝色。
2.据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？
具有控制物质进出细胞的功能
内分泌细胞
激素
(信息分子)
靶细胞
血管
靶细胞
受体
（1）通过细胞分泌的信息分子间接传递信息
进行细胞间的信息交流
3
受体化学本质：糖蛋白
作用：激素等化学物质的信号接受
特点：专一性（一种受体只能识别一种或者一类物质）
内分泌细胞分泌的激素（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。
发出信号的细胞
靶细胞
与膜结合的信号分子
（2）通过相邻两个细胞的细胞膜直接接触传递信息
受体
进行细胞间的信息交流
3
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。例如，精子和卵细胞之间的识别和结合
胞间连丝
（3）通过相邻两个细胞之间形成通道传递信息
进行细胞间的信息交流
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。
是什么决定了细胞膜具有这样的功能呢？
细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的
①细胞间的信息交流发生在细胞与细胞之间。
②细胞膜上的受体并不是细胞间的信息交流所必需的结构，如高等植物细胞之间通过胞间连丝进行信息交流时就不需要细胞膜上的受体；性激素等部分信号分子的受体在细胞内部。
下列生理活动不能体现细胞间信息交流的是（ ）
A.动物分泌的激素使靶细胞的代谢活动发生改变
B.人成熟的红细胞吸收水分
C.精卵细胞之间的识别与结合
D.高等植物细胞间通过胞间连丝来进行信息交流
B
一.细胞膜的功能
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
物质传递（如激素，需要受体）
接触传递（如精卵识别结合，需要受体）
通道传递（高等植物的胞间连丝，
不需要受体）
小结
细胞膜
非脂溶性物质
脂溶性物质
【资料1】时间：1895年 人物：欧文顿
原理：相似相溶
提出假说：细胞膜是由______组成的。
脂质
二、对细胞膜成分的探索
讨论
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？
通过对现象的推理分析
正常的红细胞
涨破的红细胞
磷脂
胆固醇
思考4：为什么选择哺乳动物成熟的红细胞作为制备细胞膜的实验材料？
材料：哺乳动物的红细胞 方法：化学分析法
结论：细胞膜的脂质有 和 ，其中 含量最多。
哺乳动物成熟的红细胞无细胞壁，能吸水涨破；此外也无细胞核核膜和众多细胞器膜的干扰。
磷脂
【资料2】
尾部(疏水)
头部(亲水)
磷酸
甘油
脂肪酸
磷脂分子的特点是什么？
衍生物
头部(亲水性)
尾部(疏水性)
水
活动探究1
①根据磷脂分子的特点，建构磷脂分子完全浸没在水中的分布模型。
3.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。
水
水
【资料3】
时间：1925年 人物：戈特和格伦德尔
实验：测得一个红细胞单层分子的面积为其表面积的2倍
结论：___________________________________________
细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层。
2层磷脂分子相当于1个磷脂双分子层，
相当于1层细胞膜。
水
空气
活动探究1
②根据磷脂分子的特点，建构磷脂分子在空气——水界面的分布模型。
2、根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气——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
（1）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“头部”向下与水面接触，“尾部” 则朝向空气的一面。
（2）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。
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
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。
水
苯
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。
（1）为什么两类药物的包裹位置各不相同？
水中结晶的药物
（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？
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。
疏水
水
脂溶性药物
细胞的表面张力明显低于油一水界面的表面张力。
已发现油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低。
细胞膜除含脂质分子外，可能还有_______。
时间：1935年 人物：丹尼利和戴维森
实验：
提出假说：
蛋白质
[资料4]
成分 所占比例 成分说明
主要 脂质 约50% ①组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富；
②少量胆固醇是构成动物细胞膜的重要成分。
蛋白质 约40% ① 蛋白质 在细胞膜行使功能时起重要作用；
②功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。
少量 糖类 约2%-10% ①分布在细胞膜外表面；
①与膜蛋白或膜脂结合成糖蛋白或糖脂，这些糖类分子叫作糖被。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。
脂质和蛋白质是如何组成细胞膜的呢？
【资料5】时间：1959年 人物：罗伯特森
实验：在_____下看到细胞膜的____________三层结构
细胞膜是_______________________
三层结构构成的______结构。
提出假说：
电镜
“暗—亮—暗”
“蛋白质—脂质—蛋白质”
静态
三、对细胞膜结构的探索
细胞膜结构的电镜照片
时间：20世纪60年代以后
科学家对细胞膜是静态的观点提出质疑：细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的运动这样的现象都难以解释。
白细胞吞噬细菌
细胞分裂
变形虫的变形运动
【资料6】1970年，人鼠细胞融合实验：
结论：_______________________
细胞膜具有一定的流动性
方法：
荧光标记技术
标记物质：________
蛋白质
细胞膜的流动性主要受温度影响，在适宜的温度范围内，随外界温度升高，细胞膜的流动性增强，但温度超出一定范围，会导致细胞膜被破坏。
【资料7】时间：1972年 人物：______和__________
提出：_______________________
流动镶嵌模型
三、对细胞膜结构的探索
辛格
尼科尔森
细胞膜主要是由 和 构成的。
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，具有屏障作用。
流动镶嵌模型的基本内容
磷脂分子
蛋白质分子
磷脂双分子层
2.蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中：
有的 ，有的 磷脂双分子层中，有的 整个磷脂双分子层。
这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。
流动镶嵌模型的基本内容
镶在磷脂双分子层表面
部分或全部嵌入
贯穿于
镶
嵌
嵌
贯穿
3.细胞膜不是静止不动的，而是具有 ，主要表现为构成膜的磷脂分子可以 ，膜中的蛋白质 也能运动。
流动镶嵌模型的基本内容
流动性
侧向自由移动
大多
科学方法——
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。
提出假说
一种假说最终被接受或被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和实验结果相吻合。
联系：
细胞膜的流动性与选择透过性
区别
结构特点：
功能特点：
细胞膜的流动性是选择透过性的基础
具有流动性
选择透过性
原因：磷脂分子和大多数蛋白质分子
都是可以运动的
水分子
水通道蛋白
既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？
（1）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;
（2）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。
课堂总结
练习与应用
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
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B

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