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人教版（2019）必修1
第三章 细胞的基本结构
第一节 细胞膜的结构和功能
学习目标
02
01
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）
目录
细胞膜的功能
01
流动镶嵌模型的基本内容
03
对细胞膜结构的探索
02
新课导入
问题探讨
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。
为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？
活细胞的细胞膜具有选择透过性，染料台盼蓝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，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。
细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出的功能。
将细胞与外界环境分隔开
细胞膜的功能
原始地球环境
原始海洋中有机物聚集进化出原始生命
产生了原始的细胞，并成为相对独立的系统
细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定
细胞膜出现
意义
控制物质进出细胞
细胞膜的功能
营养物质（氨基酸、无机盐、葡萄糖等）
抗体、激素等
细胞合成并分泌
废物（CO2、尿素等）
细胞代谢产生
DNA等
×
细胞膜的控制作用是绝对的吗？
将细胞与外界环境分隔开
细胞膜的功能
营养物质（氨基酸、无机盐、葡萄糖等）
不需要、有害的物质（如细菌、病毒等）
抗体、激素等
细胞合成并分泌
废物（CO2、尿素等）
细胞代谢产生
控制作用是相对的——有些病毒、病菌也可能侵入细胞
DNA等
×
将细胞与外界环境分隔开
细胞膜的功能
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。（拓展）
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
进行细胞间的信息交流
细胞膜的功能
间接交流：通过细胞分泌的化学物质（如激素）传递信息
激素
血 液
靶细胞
内分泌细胞
受体：蛋白质
进行细胞间的信息交流
细胞膜的功能
直接交流：通过细胞膜直接接触传递信息
靶细胞
发出信号的细胞
与膜结合的信号分子
膜上接收信号分子的受体
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。
进行细胞间的信息交流
细胞膜的功能
植物细胞通过通道（胞间连丝）传递信息。
通道交流不需要信息分子、受体
胞间连丝
胞间连丝
液泡
初生细胞壁
次生细胞壁
细胞质
细胞膜
两个相邻细胞的细胞壁
细胞膜的功能
对细胞间信息交流的两个认知误区
进行细胞间的信息交流
三种信息交流方式是发生于细胞与细胞之间的，而不是细胞内的信息交流。
细胞间信息交流并非都依赖于细胞膜上的受体蛋白，如通过细胞通道的信息交流方式；而某些通过化学物质传递信息和通过细胞膜接触传递信息大都依赖于细胞膜上的受体蛋白。
思考·讨论 对细胞膜成分的探索
细胞膜的功能
资料1 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。
【提出假说】膜是由脂质组成的
结构相似的物质，彼此就会相融。
【现象】
细胞膜
非脂溶性物质
脂溶性物质
相似相溶原理
思考·讨论 对细胞膜成分的探索
细胞膜的功能
【实验验证】思考：我们应选择哪种为实验材料？
哺乳动物成熟红细胞
哺乳动物成熟红细胞
神经细胞
哺乳动物成熟 红细胞 神经 细胞 玉米细胞
细胞膜 + + ＋
细胞核 - + ＋
细胞壁 - - ＋
高尔基体 - + ＋
【思考】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。
思考·讨论 对细胞膜成分的探索
细胞膜的功能
资料2 20世纪初，科学家从哺乳动物成熟的红细胞分离出细胞膜，离心过滤并进行化学分析。
红细胞的细胞膜
科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来
化学分析表明：组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
思考·讨论 对细胞膜成分的探索
细胞膜的功能
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。
尾部（疏水）
头部（亲水）
思考·讨论 对细胞膜成分的探索
细胞膜的功能
活动1：推测并画出磷脂在水——空气界面上的排布方式
磷脂分子在空气-水界面上分布的模型
水
空气
水
空气
思考·讨论 对细胞膜成分的探索
细胞膜的功能
活动2：多个磷脂分子在水中，总是自发的形成双分子层，推测磷脂在水环境中的排列方式。
思考·讨论 对细胞膜成分的探索
细胞膜的功能
结合细胞所处环境，预测细胞膜中磷脂的排布方式；
水
水
细胞
【预测】磷脂分子在膜上以双分子层形式存在。
将细胞与外界环境分隔开
细胞膜的功能
资料3 1925 年，戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。他们由此推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
若用人的肝细胞，脂单分子层的面积还是细胞表面积的2倍吗？
＞2倍（含细胞器膜等）
S2
实验证据：
S2＝2S1
将细胞与外界环境分隔开
细胞膜的功能
资料4 1935年，丹尼利和戴维森研究细胞膜张力，发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。人们已经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。
推测：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。
表面张力是指液体产生的，使液面尽可能缩小的力。
通过大量分析研究得出
对细胞膜结构的探索
细胞膜成分
脂质（50%）
蛋白质（40%）
少量的糖类（2%~10%）
磷脂最丰富，此外还有少量的胆固醇
功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。
思考：这些成分如何构成相应的细胞膜结构？
资料1 1959年，科学家罗伯特森在电镜下观察细胞膜有“暗-亮-暗”结构。
对细胞膜结构的探索
“静态三明治模型”
蛋白质对于电子阻挡作用大，电子透过的少，在电镜下较暗，脂质与之相反。
提出假说：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构。
问题:“暗”“亮”分别代表什么物质？
静态、对称
对细胞膜结构的探索
如果细胞膜是静态的，如何解释细胞的生长、分裂、变形虫的运动以及受精时细胞融合等现象呢？
“静态三明治模型”
细胞分裂
变形虫变形运动
受到质疑
资料2 1970年人鼠细胞融合实验。
对细胞膜结构的探索
问题：通过人鼠细胞融合实验结果，你可以得出什么结论？
两种颜色荧光均匀分布
1970年人鼠细胞融合实验
细胞
融合
37℃
40min
小鼠细胞
人细胞
正在融合的细胞
融合细胞
绿色荧光标记的膜蛋白
红色荧光标记的膜蛋白
细胞膜表面的蛋白质分子是可以运动的
结论
对细胞膜结构的探索
资料3
细胞膜的厚度为7—8nm，恰好是单层磷脂膜厚度的两倍，若“三明治”模型成立，两层磷脂加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20nm。
20世纪60年代，科学家利用冰冻蚀刻法在低温下将细胞膜断开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面，发现蛋白质镶嵌、嵌入或贯穿于磷脂双分子层中。
否定了罗伯特森的“三明治模型”
资料4
模型膜的总
厚度＞20nm
厚度约
7-8nm
冰冻蚀刻技术：标本置于-100 C的干冰或-196 C的液氮中，进行冰冻。然后用冷刀骤然将标本断开，升温后，冰在真空条件下迅即升华，暴露出断面结构，称为蚀刻。
资料5 1972年辛格和尼科尔森通过新的实验依据提出了流动镶嵌模型，被多数人所接受。
对细胞膜结构的探索
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
提出假说
科学方法
科学方法：提出假说
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。
提出
问题
提出
假说
观察与实验
修正和补充
观察与实验证实
接受假说
流动镶嵌模型的基本内容
生物膜的基本支架：
磷脂双分子层
蛋白质分子存在形态：
有镶在表面、嵌入、贯穿三种
在细胞膜外表面，糖类分子与蛋白质结合形成_________，或与脂质结合形成_________，这些糖类分子叫作_______。
糖蛋白
糖脂
糖被
基本内容
细胞内侧
细胞外侧
镶在表面
部分嵌入
全部嵌入
贯穿整个
细胞膜具有一定的流动性
细胞膜具有选择透过性
结构特点
功能特性
细胞膜两侧具有不对称性
流动镶嵌模型的基本内容
糖蛋白
糖脂
糖类分子与蛋白质结合形成糖蛋白，或与脂质结合形成糖脂，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。消化道和呼吸道上表皮的糖蛋白有保护和润滑作用。
膜外
膜内
课堂小结
细胞膜的结构和功能
细胞膜的功能
细胞膜的组成
进行细胞间的信息交流
控制物质进出细胞
将细胞与外界环境分隔开
流动镶嵌模型
脂质、蛋白质、糖类
主要内容
结构特点
功能特性
基本支架：磷脂双分子层
蛋白质：镶嵌或贯穿在双磷脂分子层中
糖类：形成糖蛋白或糖脂
具有一定的流动性
选择透过性
1.系统的边界对系统的稳定至关重要。细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜，以下有关细胞膜功能的说法错误的是（ ）
A.细胞膜对于物质的运输具有选择性，细胞需要的物质可以进入细胞
B.动物细胞之间的信息传递需通过激素与靶细胞受体结合来实现
C.植物细胞间的胞间连丝，能进行信息交流和物质转运
D.多细胞生物体内，细胞通过细胞膜进行细胞间的多种相互作用
√
课堂训练
解析：细胞膜具有控制物质进出的功能，细胞需要的物质可以进入细胞，不需要的物质不容易进入细胞，A正确；动物细胞之间的信息传递可以通过激素与靶细胞受体结合实现，也可通过细胞之间直接接触来实现，如精子与卵细胞结合，B错误；植物细胞能通过胞间连丝进行信息交流和物质转运，C正确；细胞通过细胞膜进行细胞间的信息交流等多种相互作用，D正确。
2.在人类对细胞膜结构的探索历程中，罗伯特森提出的三层结构模型与流动镶嵌模型的相同点（ ）
A.两种模型都认为磷脂双分子层是构成膜的基本支架
B.两种模型都认为蛋白质分子均匀排列在脂质分子的两侧
C.两种模型都认为组成细胞膜的主要物质是蛋白质和脂质
D.两种模型都认为组成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动
√
课堂训练
解析：磷脂双分子层是构成膜的基本支架是流动镶嵌模型的内容，A错误；蛋白质分子均匀排列在脂质分子的两侧是三层结构模型的内容，B错误；不论是三层结构模型还是流动镶嵌模型都是建立在生物膜主要由蛋白质和脂质组成这一基础之上的，C正确；三层结构模是静态统一模型，流动镶嵌模型认为组成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动的，D错误。
3.细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的，人们对细胞膜化学成分和结构的认识经历了很长的过程。下列叙述正确的是（ ）
A.磷脂与脂肪的区别在于磷脂中甘油的二个羟基与其他衍生物结合
B.丹尼利和戴维森研究细胞膜张力，推测细胞膜可能还附有蛋白质
C.构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质也能自由运动
D.细胞膜外表面的糖蛋白和糖脂称为糖被，在细胞生命活动中具有重要功能
√
课堂训练
解析：A、磷脂与脂肪的区别主要在于磷脂中甘油的二个羟基与脂肪酸结合，一个与其他衍生物结合，A错误；B、尼利和戴维森研究了细胞膜的张力，分析细胞膜的表面张力明显低于油-水界面的表面张力，因此丹尼利和戴维森推测细胞膜除含脂质外，可能还附有蛋白质，B正确；C、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，C错误；D、细胞膜外表面的糖类分子与蛋白质结合形成糖蛋白，与脂质结合形成糖脂，这些糖类分子叫作糖被，D错误。

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