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第1节 细胞膜的结构和功能
人教版 必修1
通过分析细胞膜组成成分与结构的探索历程，认同科学理论的形成是科学精神、科学思维和技 术手段结合下不断修正与完善的过程。
通过利用橡皮泥制作细胞膜模型，概括流动 镶嵌模型的主要内容。
通过癌症治疗方案优化分析，理解细胞膜的结构与功能相适应，体会科学知识与解决现实问题之间的密切联系，增强社会责任感。
我国整体癌症发病率仍持续上升，癌症已经成为严重威胁我国人类健康的重大疾病，传统的手术切除、放射治疗和化学治疗都不尽人意，你能提出治疗癌症的新思路吗？
情境一
2022年全国癌症报告的数据显示，肺癌是我国首位肿瘤致死病因。化学药物治疗是肺癌的主要治疗手段，但在传统化疗中，药物在生物体内难以突破细胞膜屏障导致治疗效果差。
1.细胞膜的成分是什么
2.如果你想进一步研究细胞膜的成分，应该怎么做
3.请学生阅读教材中“科学家对细胞 膜成分的探索”历程，小组合作完成科学史填空，逐步 构建磷脂双分子层平面图，概括细胞膜的成分。
科学家 实验方法或现象 实验结论
欧文顿
科学家
戈特和格伦德尔
尼丹利和戴维森
溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜；不溶于脂质的物质，不溶于穿过细胞膜。
推测细胞膜是由脂质组成的。
利用哺乳动物的红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜，进行化学分析。
组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
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，测得单层分子的面积是红细胞面积的2倍。
推断细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。
推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。
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？
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？
最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析得出的。
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。科学家因测得从哺乳动物成熟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。
思考·讨论
3、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？
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？
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会环境时，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。
如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，林子的“头部”将与水接触，“尾部”将与苯接触，磷脂分子分布成单层。
思考·讨论
细胞膜成分
脂质：主要是磷脂，动物细胞膜还含有胆固醇
蛋白质：与膜的功能有关，功能越复杂的细胞膜，蛋白质
的种类和数量越多。
糖类（少量）：主要在细胞膜外侧，与蛋白质（脂质）结
合形成糖蛋白（糖脂）
细胞膜的成分不是不可改变的，正常细胞癌变后，细胞膜产生甲胎蛋白和癌胚抗原等物质，以此可以作为细胞是否癌变的指标，细胞膜上的糖蛋白等物质减少，使得癌细胞彼此之间黏着性显著降低，容易在体内分散和转移。
根据这两组数据，细胞膜的成分在癌变过程有什么变化
分子靶向药物治疗是指将药物包裹在脂质体中，对脂质体表面进行修饰，药物靶向识别癌 细胞并突破人体细胞膜屏障，从而提高治疗效果。
细胞膜这道屏障的结构是什么 科学家如何探索细胞膜结构 脂质体到达癌细胞后，药物又是怎样进入细胞发挥作用
情境二
方法：在电子显微镜下观察细胞膜
现象：细胞膜呈现清晰的暗-亮-暗的三层结构
结论：所有的细胞膜都有蛋白质-脂质-蛋白质三层结构构成，是一种静态的统一结构
细胞膜结构的电镜照片（放大400000倍）
1、1995年，罗伯特森-静态的统一结构
方法：荧光标记法-是利用荧光蛋白或荧光蛋白基因作为标志物，对研究对象进行分析的方法，常用的荧光蛋白有绿色和红色两种。
现象：开始一半发绿色荧光，另一半发红色荧光，在37℃下经40min后两种颜色的荧光均匀分布。
结论：这一实验及相关的其他实验证据表明，细胞膜具有流动性。
融合细胞
细胞
融合
37℃
40min
正在融合的细胞
红色荧光染料标记膜蛋白
绿色荧光染料标记膜蛋白
人细胞
小鼠细胞
2、1970年人鼠细胞融合实验
方法：新的观察和实验证据
结论：提出为大多数人所接受的流动镶嵌模型
流动镶嵌模型示意图
3、1972年辛格和尼科尔森
科学家在造血干细胞成熟过程的质控机制中发现，机体中的巨噬细胞不仅是发挥吞噬作用的“清道夫”,也是造血干细胞质量的“管理员”,机体内的造血干细胞在扩增之前，巨噬细胞会与其接触进行质量控制。
情境三
你能否利用橡皮泥制作出流动镶嵌模型，并归纳其结构要点 巨噬细胞与造血干细胞接触的过程体现了细胞膜怎样的结构特点
结构特点
内容：具有一定的流动性
原因：构成膜的磷脂双分子层，具有流动性，大多数蛋白
质分子也是可以运动的。
实例：质壁分离、变形虫运动、胞吞和胞吐、细胞融合、
白细胞的吞噬作用
影响因素：温度→在一定范围内，温度升高，膜流动性加快。
癌症的免疫疗法，活化的T细胞表面的PD-1与正常细胞表面的PD-L1结合，T细胞不触发免疫反应，癌细胞通过过量表达PD-L1来逃避免疫系统的追杀，科学家通过阻断这一信号通路，使T细胞有效应对癌细胞。
情境四
免疫疗法过程 体现了细胞膜具有哪些功能
1、将细胞与外界环境分隔开，保障细胞内部环境的相对稳定
2、控制物质进出细胞
营养物质进入
代谢废物、分泌物排出
胞内组成不能排出
病原体不能进入
普遍性
相对性
3、进行细胞间的信息交流
细胞膜的功能
功能特点
内容：具有选择透过性
表现：水分子、被选择的离子和小分子可以通过；大分子、不被选择的离子和小分子不能通过。
实例：植物对离子的吸收具有选择透过性，神经细胞对Na＋、K＋的吸收和排出，肾小管的重吸收。
影响因素：
①内因：膜上转运蛋白的种类和数量
②外因：温度、PH、O2等影响膜流动性或细胞呼吸的因素。
结构特点和功能特点的比较
结构特点 功能特点
区别 具有一定的流动性 具有选择透过性
联系 膜只有具有流动性，才能表现出其选择透过性，如果细胞膜中部分蛋白质充当了载体，运输物质进出细胞，只有它是运动的，才能运输物质。 生物膜的流动性是表现其选择透过性的结构基础
脂双层为基本骨架
细胞的物质运输、生长、分裂、运动等生命活动
磷脂
蛋白质
镶、嵌入、贯穿
流动镶嵌模型
糖类（少）
组分
物质运输等
细胞外侧
识别、信息传递等
结构特点：流动性
1.将细胞与外界环境分隔开
结构
功能
2.控制物质进出细胞
3.进行细胞间的信息交流
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，
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（ ）
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。（ ）
向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下一个空洞。（ ）
一、概念检测
×
×
×
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
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出。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方？
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、右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？
（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？
(1)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。
(2)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。

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