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细胞膜的结构和功能
第1节 细胞膜的结构和功能知识清单
一、细胞膜的功能
二、对细胞膜成分的探索
三、对细胞膜结构的探索
四、流动镶嵌模型的基本内容
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。
活细胞
死细胞
1. 为何活细胞不能被染色而死细胞能够被染色？
讨论
细胞膜作为细胞的边界，控制物质进出细胞的功能。
活细胞的细胞膜具有选择透过性，台盼蓝染料是细胞不需要的物质，不容易通过细胞膜，因此活细胞不被染色。死细胞的细胞膜失去控制物质进出的功能，可以使死细胞染成蓝色。
2.据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？
P40问题探讨
台盼蓝染液鉴别
死活细胞(视频)
什么是质膜？
一、细胞膜的功能
细胞膜的功能 实例
1.阅读课本p40-41完成以下表格
1.将细胞与外界环境分隔开
2.控制物质进出细胞
原始细胞
抗体、激素的分泌；有用成分不流失；有害物质阻隔，阻止病毒、病菌修侵入细胞
胰岛素的分泌、精子卵细胞的识别和结合
3.进行细胞间的信息交流
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
2.功能1：将细胞与外界环境分隔开
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
细胞膜使得细胞成为一个相对独立的系统，
保障了细胞内部环境的相对稳定。
细胞膜出现
意义
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。
3.细胞膜功能2：控制物质进出细胞
细胞膜的功能特点：具有选择透过性
4.功能3 进行细胞间的信息交流
细胞分泌的化学物质(如激素)，随血液到达全身各处，与靶细胞膜上的特异性受体结合，将信息传递给靶细胞。
携带信息的物质通过通道
进入另一个细胞(不需要
细胞膜上的受体）
相邻细胞的细胞膜接
触，信息从一个细胞
传递到另一个细胞。
化学信号传递
接触传递
通道传递
实例：激素、神经递质
实例：精卵结合
信号分子
实例：高等植物细胞的胞间连丝
体液运输
化学信号
内分泌细胞
靶
细
胞
胞间连丝
间接交流
直接交流
直接交流
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
1.总结：
19世纪末，欧文顿的实验和推论：膜是由______组成的；
20世纪初，科学家化学分析结果指出膜主要由_______和_________ 组成；
1925年，戈特和格伦德尔细胞膜中的脂质排列为连续的_____层
1935年，丹尼利和戴维森推测细胞膜除脂质分子还有 ___________
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
二.对细胞膜成分的探索
两
蛋白质
欧
文
顿
●
●
细胞膜
●
●
●
●
●
●
●
●
人物 时间 探索内容 结论或假说
欧文顿
1895年
对植物细胞通透性进行探索，发现脂溶性物质更易通过细胞膜
推测细胞膜由脂质组成
相似相溶的原理：
不溶于脂质的物质；
溶于脂质的物质。
2. 对细胞膜成分的探索
人物 时间 探索内容 结论或假说
吸水
涨破
离心
科学家利用哺乳动物的红细胞制备细胞膜，进行化学成分分析
组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
磷脂和
胆固醇
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。
3.对细胞膜成分的探索
磷脂分子结构式
磷脂分子模型
磷脂分子是一种甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子
头部亲水
尾部疏水
磷脂分子示意图
磷脂的一端为亲水的头部，两个脂肪酸一端为疏水的尾部，多个磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层。
4.磷脂分子的特点：
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。
朗缪尔实验
思考：
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：
水
苯
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。
探究4
人物 时间 探索内容 结论或假说
戈特
格伦德尔
1925年
从人的红细胞中提取脂质，在空气-水界面中铺展成单分子层，其面积是红细胞表面的2倍
细胞膜中的磷脂必然排列为连续的两层
空气
水
发现
推测
5. 对细胞膜成分的探索
人物 时间 探索内容 结论或假说
丹尼利
戴维森
1935年
研究了细胞膜的张力，发现细胞表面的张力明显低于油-水界面的表面张力。
细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。
6. 对细胞膜成分的探索
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
1.细胞膜的主要成分？成分？
三、对细胞膜结构的探索
蛋白质
糖类
脂质
细胞膜
的成分
脂质(约占50%)
蛋白质(约占40%)
糖类(2%-10%)
其中磷脂是构成细胞膜的主要成分，此外还有少量的胆固醇。
功能越复杂的细胞膜，蛋白质的数量和种类就越多。
简记：
脂质糖
2.对细胞膜结构的探索历程
1959年：罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗结构。
20世纪40年代：
有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质。
提出假说：结合其他科学家的工作，提出生物膜是由蛋白质-脂质-蛋白质三层结构构成，他把细胞膜描述为静态的统一结构。
20世纪60年代：不少科学家对于生物膜是静态的观点提出质疑。
质疑理由：如果是这样，细胞膜复杂的功能将难以实现，细胞的生长、变形虫的变形运动等现象都是难以实现的。
变形虫的运动(视频)
细胞的生长(视频)
荧光标记 蛋白质
人细胞
诱导
融合
鼠细胞
40分钟后
370C
时间：1970年 人物：弗雷和埃迪登
实验结论：细胞膜具有一定的流动性
实验内容：人和小鼠细胞融合实验
实验方法：用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子
3.对细胞膜结构的探索
荧光标记法
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。
4.对细胞膜结构的探索的科学方法
时间: 1972年
人物: 辛格和尼科尔森
贡献：提出细胞膜的流动镶嵌模型
四、流动镶嵌模型的基本内容
1. 流动镶嵌模型的提出者
四、流动镶嵌模型的基本内容
2. 流动镶嵌模型的基本内容
（1）细胞膜主要是由什么构成？
（3）蛋白质分子在细胞膜中如何排布及状态？
（2）细胞膜的基本支架是什么？磷脂分子在细胞膜中如何 排布及状态？
（4）细胞膜中的磷脂分子和蛋白质分子的动状态 对细胞的生命活动有何重要意义？
磷脂双分子层
基本支架
磷脂分子内部为疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，具有屏障作用。
磷脂分子状态：
多种运动方式
磷脂分子
蛋
白
质
(1)在磷脂双分子层的排布方式：
(3)作用：物质运输、细胞识别等
① 镶在脂双层表面
② 嵌入
③ 贯穿
① 镶、②嵌入、③贯穿
(2)状态：
蛋白质分子在细胞膜中排布方式及状态
大多数可以运动
3.什么是糖蛋白？什么是糖脂？什么是糖被？分布在细胞膜的哪一侧？有何功能？
糖类分子
糖蛋白
糖脂
糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能密切相关。
糖被
多糖
糖类在细胞膜中与哪些物质相结合？
细胞外侧
4.细胞膜的结构与功能社会的联系
脂质体由磷脂分子构成，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。
脂质体
水溶性药物
脂溶性药物
水溶性药物 包裹在磷脂双分子层内部 (疏水)
脂溶性药物 包裹在两层磷脂分子之间 (亲水)
原理
脂双层为基本骨架
磷脂
蛋白质
镶嵌、嵌入、贯穿
细胞膜
糖类(少量)
组成成分
内部疏水，屏障
物质运输等
细胞膜的外表面
识别、信息传递等
运动
结构
1. 将细胞与外界环境分隔开
功能
2. 控制物质进出细胞
3. 进行细胞间的信息交流
单层膜
决定膜的功能
运动
总结：
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
小结
细
胞
膜
功能
功能1：将细胞与外界环境分隔开
② 功能2: 控制物质进出细胞
③ 功能3: 进行细胞间的信息交流
对细胞膜结构的探索
流动镶嵌模型的基本内容
磷脂
蛋白质
糖类(少量)
运动
运动
脂双层为基本骨架
镶嵌、嵌入、贯穿
内部疏水，屏障
物质运输等
细胞膜的外表面
识别、信息传递等
决定膜的功能
对细胞膜成分的探索
当堂训练
1.在高等植物细胞中，相邻细胞之间可通过胞间连丝连接，体现了细胞膜的功能是（ ）
A.将细胞与环境分隔开 B.控制物质进出细胞
C.进行细胞间的信息交流 D.细胞膜具有流动性
当堂训练
2. 纳米颗粒药物递送系统是当前研究热点，其通过设计特定的表面分子与细胞膜上的受体特异性结合，从而将药物精准送入靶细胞。这主要利用了细胞膜（ ）
A. 具有一定的流动性
B. 具有选择透过性
C. 具有信息交流功能
D. 具有保护功能
当堂训练
3. 科学家利用CRISPR-Cas9基因编辑技术对细胞膜上的某种受体蛋白进行定点敲除，从而研究其功能。该技术本身体现了细胞膜的哪项功能( )
A. 将细胞与外界环境分隔开
B. 控制物质进出细胞
C. 进行细胞间的信息交流
D. 保护细胞内部结构
CRISPR-Cas9系统需要通过载体导入细胞，并进入细胞核发挥作用，这个过程涉及到物质（基因编辑工具）进入细胞，体现了细胞膜控制物质进出的功能。
当堂训练
1. 下列各项中，对细胞膜化学成分的表述，最全面的是（ ）
A. 脂肪、蛋白质、糖类
B. 脂质、糖蛋白
C. 蛋白质、脂质、糖类
D. 脂质、蛋白质
当堂训练
2. 利用荧光标记法将小鼠细胞和人细胞膜上的蛋白质做标记的实验，证明了（ ）
A. 细胞膜是由磷脂双分子层组成
B. 细胞膜具有选择透过性
C. 细胞膜具有一定的流动性
D. 细胞膜上的蛋白质种类繁多
当堂训练
3. 下列关于细胞膜结构和功能的叙述中，错误的是（ ）
A. 多细胞生物细胞间的信息交流大多与细胞膜的结构和功能有关
B. 多细胞生物的生存有赖于细胞膜的物质运输、能量转换和信息交流
C. 生物膜系统中，只有细胞膜具有选择透过性
D. 功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多
活细胞中的生物膜（如线粒体膜、叶绿体膜等）都具有选择透过性，并非只有细胞膜具有
当堂训练
4.下图为细胞膜的流动镶嵌模型示意图，下列有关叙述不正确的是(　　)

A．细胞膜具有两层磷脂分子，磷脂分子的头部为亲水基团
B．具有①的一侧为细胞膜的外侧，①与细胞之间的信息交流有关
C．②和③构成了细胞膜的基本支架，是可以运动的
D．细胞膜的选择透过性与①的种类和数量有关
磷脂双分子层
当堂训练
5. 关于细胞膜成分和结构的叙述，正确的是（ ）
A. 细胞膜的主要成分是蛋白质和糖类
B. 磷脂分子的头部疏水，尾部亲水，自发形成双分子层
C. 细胞膜上的蛋白质分子都是静止不动的
D. 胆固醇存在于动物细胞膜中，影响膜的流动
细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质
磷脂分子具有亲水的头部和疏水的尾部，其疏水尾部和亲水头部使得磷脂分子在水中可自发形成双层结构，构成细胞膜的基本支架.
细胞膜中的蛋白质分子大多是可以运动的
当堂训练
6. 血液透析膜是一种人工合成的膜材料，能够把病人血液中的代谢废物透析掉，留下有用的物质。它模拟了生物膜的（ ）
A. 全透性
B. 选择透过性
C. 流动性
D. 高效性

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