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3.1 细胞膜的结构和功能
国界
皮肤和粘膜
那么，细胞的边界是什么呢？
活动一：体验“卵黄膜”
鸡蛋黄和蛋清之间被什么样的结构分隔开？鸡蛋黄的边界是什么？
细胞作为一个完整的系统，它的边界是细胞膜。
探究新知：
一、细胞膜的功能
膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段。
原始地球环境
古细菌
原始生命
膜的出现
几种单细胞生物
变形虫细胞
草履虫细胞
衣藻细胞
人的几种细胞
人的红细胞
人的神经细胞
人的精子和卵细胞
思考：根据以上探究活动和资料你认为细胞膜的功能
是什么？
一、细胞膜的功能
1、将细胞与外界环境分隔开
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。
细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
活动二：苋菜实验
材料用具：苋菜叶片、冷水、开水、烧杯、玻璃棒
实验步骤：
①
②
③
预期结果：
用玻璃棒搅拌，观察现象。
取2只烧杯，编号A、B，各加入200mL的冷水和开水。
向两只烧杯中各加入三片红色苋菜叶片。
冷水浸泡花瓣，溶液颜色不变，
而开水浸泡花瓣，溶液颜色变红。
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。
着色的死细胞
着色的死细胞
资料：
思考:联系实验、资料和课本内容回答问题
1、为什么冷水浸泡苋菜叶片，溶液颜色不变，而开水浸泡叶片，溶液颜色变红？这体现了细胞膜的什么功能？
“台盼蓝染色法”中为什么活细胞不能被染色，而死细胞能染色？
为什么卵细胞能通过卵黄膜从蛋清吸收营养？
这些过程体现了细胞膜的什么功能？
2、这一功能与“将细胞与外界环境分隔开“的功能矛盾吗？
3、这一功能是绝对的吗？请举例证明自己的观点。
细胞膜的控制作用是相对的
细胞膜
细胞外
细胞内
水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等营养物质
细胞内
核酸
对细胞有害物质病毒、病菌
抗体、激素、代谢废物（CO2、尿素等）
例如：有些病毒、细菌也能侵入细胞，使生物体患病。
一、细胞膜的功能
2、控制物质进出细胞
细胞膜的功能特点：具有选择透过性
探究新知
活动三：人与人之间的交流、细胞之间的交流
当你和朋友面对面时，你们会通过什么方式交流？当你和朋友不在一个地方，你们又会通过什么方式交流呢？如果你们不在一个地方，但是又想面对面交流，那又怎么办呢？
、
间接交流
直接交流
通道交流
人与人之间需要交流，细胞之间呢？多细胞生物各个细胞不是孤立的，只有通过信息交流才能保持功能的协调，生物体才能作为一个整体完成生命活动。那么细胞之间具体如何交流呢？
思考：
（1）通过内分泌细胞分泌的激素间接传递信息。
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
一、细胞膜的功能
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。
（2）通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息。
3、进行细胞间的信息交流
一、细胞膜的功能
发出信号的细胞
靶细胞
与膜结合的信号分子
受体
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。
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。
（3）相邻两细胞之间形成通道，来传递信息以及物质交换
一、细胞膜的功能
3、进行细胞间的信息交流
３种方式
（1）物质传递
小结：细胞膜信息交流的
3种方式
（2）接触传递
（3）通道传递
细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的，科学家对细胞膜成分和结构的认识经历了很长时间。
一、细胞膜的功能
1、将细胞与外界环境分隔开
3、进行细胞间的信息交流
2、控制物质进出细胞
19世纪末，欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的透性进行过上万次的实验。
不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质
细胞膜
从实验现象能推测出什么呢？
假说：膜是由脂质组成。
探究新知
二、对细胞膜成分的探究
假说需要实验证据的支持！
资料一
思考与讨论:
欧文顿认识到生物膜是由脂质组成的，是通过对实验现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？
在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？
一、对生物膜结构的探索历程
实验证据
20世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，发现细胞膜中的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
哺乳动物成熟的红细胞：无细胞核、各种细胞器，可制备得到纯净的细胞膜。
1917年，科学家朗缪尔把溶有脂质的挥发性溶剂倾倒在水面上，溶剂挥发掉，而脂类分子可在水面上铺开成一层，并且测出脂分子的极性一端被吸附在水分子上，而非极性一端直立在水面上。
水
空气
朗缪尔的实验说明膜中的脂质有何特点？
假说：脂质分子是两性分子，有亲水端和疏水端。
资料二
朗缪尔实验
思考：
磷脂分子的结构
亲水头部
疏水尾部
磷脂是组成细胞的主要脂质，是一种由甘油、脂肪酸、和磷酸等所组成的分子。
它有一个亲水磷酸“头”部，和一个疏水的脂肪酸的“尾”部。
实验证据
1、如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，它将如何在水—空气界面上排布？
亲水头部分布在水中，而两条疏水尾受到水分子的排斥而朝向空气中。
空气
水
2、如果搅动水槽中的水，迫使磷脂分子进入水溶液中，它又将如何分布？
水
磷脂分子的疏水尾由于受到斥力而自发的聚集起来，形成一个脂分子团，亲水头部向外，疏水尾部朝内。
探究活动：
3、正常情况下细胞内外均为水环境，磷脂分子在细胞膜上会如何排布？
假说：磷脂分子形成两层，亲水头分别在两侧朝向水溶液，疏水尾相对排列在内。
假说需要实验证据的支持！
探究活动：
1925年，两位荷兰科学家戈特和格仑德尔用丙酮从人的红细胞中抽提脂质，在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。
GORTER
结论：细胞中的磷脂分子必然排列为连续的两层！
实验证据
1935年，英国学者丹尼利和戴维森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—水界面的表面张力。当时人们已经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。
假说需要实验证据的支持！
除了磷脂，细胞膜还含有别的物质吗？
思考：
假说：细胞膜除含磷脂分子外可能还附有蛋白质。
资料三
成分 红细胞膜 肝细胞膜 心肌细胞膜
磷脂 55% 40% 24%
蛋白质 约40% 约59% 75%
糖类 5% 微量 微量
科学家陆续测定了不同细胞的细胞膜的成分及含量
仔细比较上面表格中不同细胞膜的成分，能说明一些什么问题？
细胞膜中，除了磷脂还含有蛋白质。此外，还含有少量的糖类。
实验证据
脂质（约50%，含量最丰富的是磷脂）
蛋白质（约40%）
糖类
（约2%~10%）
细胞膜的主要成分有哪些？
思考：
（蛋白质种类和数量越多，
膜的功能就越复杂）
蛋白质与细胞功能有什么关系？
细胞外
细胞内
细胞膜
载体蛋白
细胞膜上载体蛋白对物质的运输
细胞外
细胞内
细胞膜
载体蛋白
细胞膜上载体蛋白对物质的运输
1959年，罗伯特森根据电镜下观察到“暗－亮－暗”
的三层结构 。
思考：“三明治模型”是否存在不足？
假说：“三明治模型”细胞膜由蛋白质－脂质－蛋白质三层结构构成，亮层是脂质、暗层是蛋白质。
可能具有的特点：
1. 蛋白质均匀分布在磷脂双分子层两侧
2. 膜是静止的结构
探究新知
三、对细胞膜结构的探究
资料一
荧光染料标记实验
资料二
诱导
融合
人细胞
鼠细胞
荧光标记 蛋白质
1970年，科学家人-鼠细胞融合实验
结论：细胞膜的结构具有流动性
40分钟后
370C
罗伯特森利用电子显微镜拍摄测定到膜的厚度是7~8nm，恰好是单层磷脂膜厚度的两倍。而按照“三明治”模型，加上两侧蛋白质，膜的总厚度应当超过20nm。证据能支持磷脂双分子层的假说吗？那么“三明治”三层结构呢？
资料三
假说：蛋白质如果是不均匀地镶嵌在磷脂双分子层中，才能不过多地增加膜的厚度。
支持磷脂双分子层结构，否定了膜的“三明治”三层结构。
电镜冰冻蚀刻细胞膜示意图
镶在、嵌入、贯穿
实验证据
1972年，辛格（S. J. Singer）和尼克尔森（G. Nicolson）总结前人的研究成果，并且在新的观察和实验证据的基础上，提出了新的生物膜模型——流动镶嵌模型，为多数人所接受。
四、流动镶嵌模型的基本内容
探究新知
细胞膜主要由磷脂和蛋白质分子构成。磷脂双分子层是膜的基本支架，内部是磷脂分子的疏水端。蛋白质分子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。
细胞膜不是静止不动的，而是具有一定的流动性，主要表现在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。
流动镶嵌模型的主要内容：
结构特点:
细胞膜具有一定的流动性。
功能特点:
细胞膜具有选择透过性。
在细胞膜外表面，还有糖类，它和蛋白质结合形成糖蛋白。它和脂质结合形成糖脂，这些糖类叫做糖被。作用：与对细胞的保护、润滑，与细胞识别、细胞间信息传递等密切相关。
磷脂双分子层
（具有流动性）
多糖
蛋白质（镶、嵌、贯穿）
糖蛋白
生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺呢？
思考：
结论：结构与功能相适应
大多数也是可以运动的
实验、推理和想象
提出假说
实验验证
提出假说
实验验证
建构模型
修正模型
科学方法
最初依据实验现象和已有的知识和信息，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。一种假说最终被接收或被否定，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。
提出假说
新篇：
科学探索永无止境，随着科技手段、科学思维的进步，人类对自然界的认识日益更新，对膜的研究将更加细致入微……
科学家对细胞膜的研究从此止步了吗？
课堂总结
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
——结构特点
一定的流动性
——功能特点
选择透过性
细胞膜的特点
19世纪末，欧文顿的实验和推论：膜是由______组成的；
20世纪初，化学分析结果指出膜主要由_______和_________ 组成；
1925年，细胞膜中的脂质排列为连续的_____层
罗伯特森1959年提出的“三明治”模型：所有生物膜都
由_______________________ _三层结构；
1970年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有 _____________；
1972年，辛格和尼科尔森提出了 _______________ 。
脂质
脂质
蛋白质
蛋白质－脂质－蛋白质
一定的流动性
流动镶嵌模型
生物膜流动镶嵌模型的探索历程
两
课堂总结

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