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第三章 细胞的基本结构
3.1 细胞膜的结构和功能(第一课时)
章首语
细胞是生物体结构和功能的基本单位，是最基本的生命系统
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，所以活细胞没有被
染色。死细胞的细胞膜失去选择透过性，台盼蓝可进
入细胞，所以死细胞能够被染成蓝色。
细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能。
2．据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？
台盼蓝染色后的死细胞和活细胞
（放大200倍）
一、细胞膜的功能
情景
科学家用显微注射器将一种色素伊红注入
变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞，
却不能逸出细胞。
结论
变形虫有边界,将细胞与外界环境分隔开,
阻止细胞内物质逸出细胞。
如同国家有陆、海、空的边界，人体有皮肤
做边界与外界分隔一样，细胞作为一个基本的生命系统，细胞的边界就是细胞膜，也叫质膜。
那么，细胞膜作为系统的边界，在细胞的生命中有哪些作用呢？
一、细胞膜的功能
1.将细胞与外界环境分隔开
膜的出现是生命起源过程
中至关重要的阶段。
推测的原始海洋景观图
你能想象出原始生命起源的过程吗？
猜想一下
有机物→凝聚，相互作用→原始质膜
教材原文：
细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
教材原文：
2.控制物质进出细胞
一、细胞膜的功能
水、无机盐、
氨基酸、葡萄糖等
CO2、尿素、
尿酸、无机盐等
病毒、病菌
2）控制作用是相对的 (举例说明)
1）活细胞的细胞膜对物质进入细胞具有控制作用 （选择性） (举例说明)
教材原文：
3.进行细胞间的信息交流
思考：海洋或河流中存在着很多不同物种的精子和卵细胞，为什么只有同一物种的精子与卵细胞才能发生结合？
（1）通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息
发出信号的细胞
靶细胞（接受信号的细胞。）
一、细胞膜的功能
教材原文：
受体
与膜结合的信号分子
靶细胞：接受信号的细胞
受体：靶细胞膜上与信号特异性结合的位点
3.进行细胞间的信息交流
（1）通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息
靶细胞
发出信号的细胞
（2）通过细胞分泌化学物质间接传递信息。
内分泌细胞
靶细胞
激素
血管
靶细胞
3.进行细胞间的信息交流
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，将信息间接传递给靶细胞。
（3）相邻两细胞之间形成通道，来传递信息。
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，高等植物的胞间连丝。
3.进行细胞间的信息交流
胞间连丝
归纳：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。
①通过细胞膜直接接触传递信息
②通过化学物质间接传递信息
③通过细胞间通道传递信息
细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的
多细胞生物
整体生命
你知道细胞膜的成分和结构的认识历程吗？
101
思考 讨论
对生物膜成分的探索
1895年，欧文顿（E.Overton）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。发现脂质更容易通过细胞膜。
●
●
细胞膜
●
●
●
●
●
●
溶于脂质的物质
●
●
不溶于脂质的物质
推测：
细胞膜是由脂质组成的
相似相溶
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。
探索一：
显
隐
20世纪初，科学家从哺乳动物成熟的红细胞分离出细胞膜，
离心过滤并进行了化学分析
分析表明：
思考 讨论
对生物膜成分的探索
探索二：
红细胞吸水胀破后
获得纯净细胞膜
细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，磷脂含量最多
显
隐
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
头部亲水
尾部疏水
磷脂分子示意图
磷脂分子结构式
磷脂分子模型
1925年荷兰科学家戈特(E.Gorter)和格伦德尔（F.Grendel)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
细胞膜中的磷脂是双层的
推断：
讨论2：
探索三:
思考 讨论
对生物膜成分的探索
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
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。
显
隐
磷脂双分子层
讨论4：
讨论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。
在水中形成的磷脂分子层
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
脂质体
脂单分子层
微团
建模活动：
请根据磷脂分子的特点构建其在水中的分布的模型
水-油或水-笨
表面
水中
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。
到了20世纪30年代，科学家已经确定细胞膜中存在蛋白质
探索四：
1935年，英国学者丹尼利(J.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。
思考 讨论
对生物膜成分的探索
推测：
细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。
显
隐
成分 所占比例 在细胞膜构成中的作用
脂质 约50% 磷脂是构成细胞膜的重要成分，还有少量的胆固醇
蛋白质 约40% 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
三、对细胞膜结构的探索
脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？
1.细胞膜的成分
2.思考：
1959年，罗伯特森在
电镜下看到了细胞膜
清晰的暗—亮—暗的
三层结构。
结论： 膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”构成的三层静态的统一结构
三、对细胞膜结构的探索
（1）发现：
质疑： 细胞膜是静态结构吗？
结合其他实验得出结论：
人细胞
鼠细胞
诱导
融合
370C 40分钟
（荧光染料标记人和鼠细胞表面的蛋白质后细胞融合）
细胞膜具有流动性。
三、对细胞膜结构的探索
（2）发现：1970年，人——鼠细胞荧光蛋白标记融合实验
红色荧光染料标记膜蛋白
绿色荧光染料标记膜蛋白
提出假说
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
1、（不定项）细胞膜的成分是什么？下面选项正确的是（）
2、以下哪个模型的磷脂分子排列与细胞膜相同
A、磷脂、蛋白质
B、脂质、蛋白质、糖类
C、磷脂、胆固醇、蛋白质、糖类
BC
1
2
3
2
【自主学习】
阅读教材P44—P45关于流动镶嵌模型的基本内容，回答下列问题：
1、细胞膜的主要成分是什么
2、细胞膜的基本支架是什么？
3、蛋白质在细胞膜上如何分布？
4、细胞膜具有流动性的原因是什么？
5、什么叫糖蛋白？有什么功能？
四、流动镶嵌模型的基本内容
1972年，桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)提出了新的生物膜模型——流动镶嵌模型，为多数人所接受。
胞外
胞内
胞外
胞内
1、主要成分：磷脂分子和蛋白质分子；
2、基本支架：磷脂双分子层
磷脂双分子层构成膜的基本支架。
水溶性分子或离子不能通过，具有屏障作用。
3、蛋白质分子分布：
有的镶在镶在、嵌入、贯穿磷脂双分子层。
蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。
四、流动镶嵌模型的基本内容
蛋白质
胆固醇
磷脂分子
磷脂双分子层
糖蛋白
糖脂
疏水端
亲水端
亲水端
细胞膜的成分是什么？
四、流动镶嵌模型的基本内容
4、细胞膜不是静止的，而是具有流动性。
（1）表现：磷脂分子→侧向自由移动
大多蛋白质→运动
（2）结构特性：细胞膜具有流动性。
（在一定范围内，温度升高，流动性增强）
5、 糖蛋白：糖类分子与蛋白质分子结合形成的糖蛋白
糖脂：脂质结合形成的糖脂
分布：细胞膜外表面
作用：糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递有密切关系。
四、流动镶嵌模型的基本内容
胞外
胞内
糖被
旁栏思考
既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？
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。
四、细胞壁（补充）
1.分布：
2.成分：
3.功能
4.性质：
无生物活性，是全通透的
植物、真菌及大多数原核细胞都有细胞壁
植物---纤维素和果胶
细菌---肽聚糖
真菌：几丁质
支持和保护
为什么细胞壁不是植物细胞的边界？
细胞壁对要进出细胞的物质没有选择性（即全透性），它不能保证细胞内部的稳定。
细胞壁
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，细胞膜上会留下个空洞。( )
×
×
×
即时训练
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
即时训练
二、拓展应用
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岀。
你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方？
【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。
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？
【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。
【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）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？

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