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第三章 细胞的基本结构
2019人教版必修1
我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧。
—引自翟中和院士等主编的《细胞生物学》
3.1 细胞膜的结构和功能
[学习内容] 概述细胞都由质膜包裹，质膜将细胞与其生活环境
分开，能控制物质进出，并参与细胞间的信息交流
[素养达成]
1．基于科学家的研究资料进行演绎推理．通过生物膜模型的构建过程，理解生物膜的结构和功能相适应。(生命观念)
2．简述细胞膜的成分和功能。(科学思维)
3．结合生物膜的结构模型，掌握流动镶嵌模型的基本内容。(科学思维)
4．认同细胞膜作为系统边界，对细胞这个生命系统的重要意义(社会责任)
体验： 感受细胞膜的存在
“清黄不接”的原因？
想一想：
存在细胞膜
用凉水洗汉菜时，水是清的。
炒完之后，汤汁却是红色的。
细胞死亡，细胞内容物外流，色素分子也流出细胞外。
为什么？为什么？
活的细胞能够控制物质进出细胞
这一现象表明了细胞膜的什么功能呢？
联系生活
问题探讨：P40
为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
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
动物活细胞的细胞膜具有选择透过性，不允许台盼蓝进入（不是细胞所需的营养物质）；而死细胞的细胞膜失去了选择透过性，故被染色。
功能：细胞膜能控制物质进出细胞
推测
根据细胞是否被染色来细胞是否具有活力
1、将细胞与外界环境分隔开，
细胞膜也叫质膜。
一、细胞膜的功能
2、控制物质进出细胞
营养物质
分泌物
废物
细菌、病毒
控制的相对性
功能特点：选择透过性
需要的营养物质可以从外界进入细胞，不需要的物质则不易进入细胞
阅读P40--41的内容
保障了细胞内部环境的相对稳定。
切记：表述要完整
3、进行细胞间的信息交流
一、细胞膜的功能
（3种方式）
（1）通过“信息分子”间接交流
（3）经特殊通道交流信息
胞间连丝
除以上三种功能外，细胞膜还有细胞识别、保护细胞、参与运动、分泌等。
该过程不需要受体！
植物细胞的细胞壁
功能：支持和保护；特性：全透性
拓展提升
为什么细胞壁不能作为植物细胞的边界？
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。
啊，伟大的细胞膜呀！
没有你，我会是何等模样！
—进行细胞间信息交流
是谁，隔开了原始海洋的动荡
是谁，奏鸣了生命的交响
是谁，为我日夜守边防
是谁，为我传信报安康。
将细胞与外界环境隔开
——控制物质进出细胞
细胞膜功能--趣味总结
这些诗句说的是细
胞膜的什么功能？
P41最后一自然段中有这样一句话：
“细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的”
？
？
回到19世纪重温科学发现之旅……
但细胞膜非常薄，即使在高倍显微镜下依然难以看清它的真面目，人们对细胞膜化学成分与结构的认识经历了很长的过程
●
细胞膜
不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质
●
●
●
●
●
●
二、科学家对细胞膜成分的探索历程
1895年，欧文顿：选用500多种化学物质对植物细胞膜通透性进行实验。
现象：凡是可溶于脂质的物质，比不溶于脂质的物质更容易穿过细胞膜。
如果你是欧文顿，你能得出怎样的结论呢？
膜是由脂质组成的
(提出假说)
如何验证呢？
验证：制备纯净的细胞膜（在试管中进行）
选材：哺乳动物成熟的红细胞。
方法：在蒸馏水中渗透吸水涨破后进行差速离心分离。
为什么选材用哺乳动物成熟的红细胞？
哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和众多细胞器，没有其他膜的干扰，能够获得纯净的细胞膜；
动动手：
化学分析发现：膜中脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
二、科学家对细胞膜成分的探索历程
在水—空气界面上
探究：依据磷脂分子性质与内外环境，请推测磷脂分子在下列界面中的排布？
在水中：
理论需要实验的支持！
二、科学家对细胞膜成分的探索历程
资料分析：1925年，两位荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，将提出的脂质在空气—水界面上铺成单分子层，测得其单分子层所占的面积相当于所用的红细胞表面积的2倍。
水层
空气
结论：细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层。
磷脂双分子层
胞外
胞内
细胞膜
蛋白质
蛋白质在行使功能时起重要作用，功能越复杂的细胞膜，蛋白质种类和数量越多。
细胞膜的成分:
脂质（约50%）
蛋白质（约40%）
糖类（约2%-10%）
动物细胞膜还含少量胆固醇
提问：细胞膜中含有的元素有哪些？
C、H、O、N、P
细胞膜的成分
Cell membrane composition
与生活中的联系：
癌症——21世纪的“第一杀手”
细胞膜的组分并不是不可变的，如细胞癌变过程中，细胞膜组分发生变化，糖蛋白含量下降，产生甲胎蛋白(AFP)、癌胚抗原(CEA)等物质。
三、科学家对细胞膜结构的探索历程
磷脂和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？
“蛋白质－脂质－蛋白质”的静态模型是否有缺陷，应如何修正？
1959年罗伯特森在电镜下看到：
“三明治”模型
（1）蛋白质对称分布（2）静态结构
（结构特点）
人-鼠细胞融合实验（荧光标记实验）
结论：细胞膜具有一定的流动性
质疑：“静态结构”是否能体现膜的功能呢
分泌蛋白的合成与运输
质疑：“静态结构”是否能体现膜的功能呢
细胞膜是否可以运动？
生活在水中的草履虫
嵌
贯穿
20世纪
60年代
Year
1959年
19世纪末
20世纪初
1925年
镶
三、科学家对细胞膜结构的探索历程
冰冻蚀刻电子显微法：
标本用干冰等冰冻。后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。
结论：
蛋白质在膜中的分布是不对称的
蛋白质镶、嵌、贯穿在磷脂双分子层中。
四、流动镶嵌模型
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。
结构特点：具有一定的流动性
原因：构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的
时间：1972
人物：辛格和尼科尔森
提出：流动镶嵌模型。
磷脂分子
蛋白质分子
糖蛋白
四、流动镶嵌模型的基本内容
如图为细胞膜结构示意图,A、B表示细胞膜的两侧。请回答下列问题:
该结构模型为目前被公认的细胞膜模型,名称为 ________________。
流动镶嵌模型
1、细胞膜的基本支架：________________，可用图中_______表示。
磷脂双分子层
2、蛋白质在细胞膜上分布方式有：_________________________________________。
1
镶在表层、嵌入、贯穿于磷脂双分子层
3、细胞膜的结构特点：__________。
流动性
原因：_________________________________________________________。
构成膜的磷脂可以侧向自由移动，膜中蛋白质大多也能运动
4、细胞膜的功能特点：_________________。
具有选择透过性
四、流动镶嵌模型的基本内容
磷脂双
分子层
（基本支架）
蛋白质
承担细胞膜的主要功能；功能越复杂，蛋白质种类和数量越多
识别、保护、润滑
糖被
功能？
分布（膜内/膜外）？
单糖/多糖？
判断细胞膜内外侧的方法：
外侧：糖蛋白的一侧
内侧：没有糖蛋白的一侧
糖蛋白
（受体）
想一想：在细胞膜结构模型的探索过程中采用了什么科学方法？
提出假说
阅读教材44页：
实验、推理和想象
提出假说
实验验证
建构模型
修正模型
细胞膜的组成、结构与功能的关系
磷脂双分子层
磷脂分子+蛋白质分子+糖类
流动性
糖蛋白
选择透过性
信息交流
（细胞识别）
边界作用
控制物质进出
组成
镶嵌、贯穿
分布
部分
物质基础
组成
可以运动
导致
保证
体现
跨膜运输正常进行
结构
决定
功能
课堂总结
方法便笺
生物膜的相关实验研究
控制物质进出细胞功能的验证
正常的玉米种子
红墨水处理
清水冲洗
正常的玉米胚细胞不呈红色
煮熟的玉米种子
红墨水处理
清水冲洗
煮熟的玉米胚细胞
呈红色
细胞膜具有控制物质进出细胞的功能
细胞膜成分 鉴定试剂(方法) 结果
磷脂 ①脂溶剂处理
②磷脂酶处理
③脂溶性物质透过实验
蛋白质 ①双缩脲试剂
②蛋白酶处理
细胞膜被溶解
细胞膜被破坏
脂溶性物质优先通过
紫色
细胞膜被破坏
方法便笺
生物膜的相关实验研究
细胞膜成分的鉴定方法
识别功能的验证
只有同种生物的精子和卵细胞才能结合
细胞膜具有识别作用
（糖蛋白的作用）
验证
方法便笺
生物膜的相关实验研究
?问题探讨 P40
1．提示：因为活细胞有完整的细胞膜，细胞膜会阻止对细胞有害的物质，如染料通过。死细胞的细胞膜控制物质进出的能力已丧失。
2．提示：将细胞与外界环境分隔开，保护细胞；控制物质进出细胞，为细胞生命活动提供营养，及时将细胞的代谢废物排出体外；通过细胞膜的相关结构与其他细胞建立联系，进行信息交流，共同协调完成个体的生命活动。
?思考·讨论 P42
1．提示：最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析。
2．提示：在空气—水界面中，水只在下侧。磷脂分子头亲水而尾疏水，磷脂分子只会头下尾上排列在此界面中，因此只能铺展成单分子层。
对于红细胞来说，其膜结构只有细胞膜。从红细胞中提取的脂质，全部来自细胞膜。这些脂质铺成一层的面积是细胞表面积的2倍，说明这些脂质把红细胞表面围了两层。
3．提示：磷脂头亲水，尾疏水。那么在水中，磷脂分子的尾不接触水才是最稳定的形式。只有磷脂分子尾尾相对时，磷脂分子的尾才能最大限度不接触水。这也意味着，磷脂分子在水中能自发地形成头朝外，尾朝内的双分子层。
对于细胞来讲，其内部是水，外部也是水。包围细胞的磷脂头要朝内，也要朝外。根据前面所讲，磷脂分子在水中总是自发地形成尾尾相对，头部朝向两侧的双分子层。因此，细胞表面就形成了头部朝向细胞内侧和外侧，尾部相对的磷脂双分子层。
4．提示：磷脂分子将集中分布于水—苯交界处。处于水—苯界面位置的磷脂分子，铺展成单层。头朝水，尾朝向苯。
?旁栏思考 P45
提示：因为膜内部分虽是疏水的，并非没有空间，水分子可以通过氢键在其中形成类似冰的结构，从而跨膜运输。
?练习与应用 P46
一、概念检测
1．(1)×　提示：构成细胞膜的蛋白质，大部分都是可以运动的。
(2)×　提示：细胞膜控制物质进出的能力是有限的，一些有害的物质也可以进入细胞内。
(3)×　提示：由于细胞膜具有流动性，不会造成空洞。
2．B　水分子是小分子物质，可以通过磷脂分子间隙进出细胞。
二、拓展应用
1．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具有容许一些物质出入，阻挡其他物质出入的作用。这样类比也有不妥当的地方。例如，窗纱是一种简单的刚性的结构，功能较单一；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，它只是被动地在起作用。
2．(1)提示：因为两类药物的性质不同，脂质体内部是亲水环境，适合携带水溶性药物；两层磷脂分子之间是亲脂环境，适合携带亲脂药物。
(2)提示：脂质体和细胞膜的结构相似，都含有磷脂分子，根据相似相溶的原理，药物可随着脂质体进入细胞。

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