2021-2022学年高中生物人教版（2019）必修一3.1 细胞膜的结构与功能 课件 （38张ppt）

(共38张PPT)
第3章
第1节
细胞膜的结构与功能
问题探讨：
如果将细胞内含有的各种物质配齐，并按照它们在细胞中的比例放在一个试管中，就能行使功能完成生命活动吗？为什么？
不能，组成细胞的分子必须有序地组织成细胞结构，才能成为一个基本的生命系统。
细胞膜的功能
将细胞与外界环境分隔开(主要)
意义：保障了细胞内部环境的相对稳定。
膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，它将生命物质与外界环境分隔开，产生了原始的细胞。
细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞；细胞不需要，或者对细胞有害的物质不容易进入细胞。抗体、激素等物质在细胞内合成后，分泌到细胞外，细胞产生的废物也要排到细胞外；但是细胞内的核酸等重要成分却不会流失到细胞外。表明细胞膜具有什么功能？
环境中一些对细胞有害的物质有可能进入；有些病毒、病菌也能侵人细胞，使生物体患病。这说明了什么？
功能特性：选择透过性
控制物质进出细胞
细胞膜的控制作用是相对的
科研上鉴别死细胞和活细胞，常用“染色排除法”。例如，用台盼蓝染色，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色，从而判断细胞是否死亡。你能解释“染色排除法”的原理吗
用台盼蓝染液染色后的
死细胞和活细胞(放大200倍)
活细胞的细胞膜能控制物质进出细胞，而死细胞的细胞膜不能
进行细胞间的信息交流
思考：吞噬细胞识别并吞噬病毒有没有体现出其细胞膜具有进行
细胞间的信息交流的功能？
演示
细胞间信息交流的方式
1.细胞分泌的化学物质通过体液运输
作用于靶细胞
靶细胞
发出信号的细胞
与膜结合的信号分子
靶细胞膜上接受信号分子的受体
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。
演示
2.通过相邻两个细胞的细胞膜接触，进行细胞间的信息交流
第1节
细胞膜-系统的边界
胞间连丝
胞间连丝
物质转运和信息交流的通道
3.通过相邻两个细胞之间形成通道，进行细胞间的信息交流
三种信息交流的方式都需要受体吗？
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。
啊，伟大的细胞膜呀！
没有你，我会是何等模样！
将细胞与外界环境分隔开开
——控制物质进出细胞
——进行细胞间的信息交流
1.判断题
（1）莲藕“出淤泥而不染”体现了细胞膜的作用是进行细胞间的信息交流。(　　)
（2）DNA等携带遗传信息的大分子物质不能出入细胞，是细胞膜进行信息交流
的功能的体现。(　　)
×
×
2.
血管紧张素Ⅱ受体是一种膜蛋白。当血液中的血管紧张素Ⅱ与该受体结合时，可激活细胞内的第二信使Ca2＋等，进而调节细胞的代谢活动，例如使血管壁平滑肌收缩，导致血压升高。这体现的细胞膜的功能是(　　)
A．分隔细胞与环境
B．信息交流
C．控制物质的进出
D．具有流动性
B
验证：具有活性的细胞膜能控制物质进出细胞。
材料用具：红色花瓣、15%的盐酸、清水和烧杯
实验步骤：
①
②
③
预期结果：
实验探究：
取2只烧杯，编号A、B，各加入等体积的盐酸和清水。
向两只烧杯中各加入等量的红色花瓣。
静置一段时间，观察花瓣和溶液的颜色变化。
A烧杯中的花瓣褪色，盐酸溶液变红；B烧杯的花瓣不褪色，清水不变红。
预期结论：
具有活性的细胞膜能控制物质进出细胞。
光学显微镜下可以看见细胞膜吗？
光学显微镜下不能看见细胞膜，但是能够观察到
细胞与外界环境之间是有界限的。
细胞膜
观察细胞膜必须用电子显微镜
细胞膜的厚度：7—8纳米
在高倍显微镜下可以看到细胞膜
(　　)
×
细胞膜
不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质
一、对细胞膜成分的探索
提出假说：膜是由脂质组成的
实验一
1895年欧文顿（E.Overton）用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行过上万次的实验
细胞膜对不同物质的通透性不一样:凡是可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞
实验二
20世纪初，利用哺乳动物的红细胞，制备出纯净的细胞膜，
进行化学分析，得知组成细胞膜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：
没有细胞核和细胞器，易获得纯净的细胞膜
没有细胞壁，易吸水涨破
实验三
1917年朗姆瓦指出磷脂是一种由甘油、脂肪酸、磷酸及其他衍生物所组成的分子，磷酸“头部”是亲水的，脂肪酸“尾部”是疏水的
疏水尾部
亲水头部
请模拟磷脂分子的排布方式：
磷脂分子
在空气-水界面上
1
完全浸没在水中
2
请思考细胞膜内外的环境，模拟细胞膜中磷脂分子的排布方式。
4
置于水—苯的混合溶剂中
3
空气和
水界面上
水溶液中
形成球状的微团
双层脂分子的球形脂质体
水环境
水环境
水环境
苯
膜外（水溶液）
膜内（水溶液）
连续
两层
水—苯的混合溶剂中
由磷脂分子构成的脂质体，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，水溶性药物被包在图中
处，脂溶性药物被包在图中
处
a
b
实验四
1925年，两位荷兰的科学家戈特（Gorter）和格伦德尔（Grendel）
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
S1
S2
测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍
结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层
S2=2S1
思考：用丙酮从人的肝细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单层分子，则单分子层的面积_______（填大于、等于或小于）细胞膜表面积的2倍。
大于
谷氨酸棒状杆菌
等于
时间：1935年
人物：丹尼利和戴维森
实验：研究细胞膜的张力
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
实验五
脂质
大约占50%
（磷脂最丰富,动物细胞膜中还含有少量的胆固醇）
蛋白质
大约占40%
（功能越复杂的细胞膜，蛋白质种类和数量越多）
糖类
大约占2%—10%
细胞膜的成分
1.判断：脂质在细胞膜中的含量比蛋白质要少
(　　)
×
2.将玉米种子浸泡在红墨水中，20min后取出，发现胚乳部分被染成红色，而胚未被染色。这说明
（
）
A．胚是死的，胚乳是活的
B．胚和胚乳均是活的
C．胚是活的，胚乳已死亡
D．胚和胚乳均是死的
C
实验六
1959年，罗伯特森(J.
D.
Robertson)在电镜下看到了细胞膜清晰的暗-亮-暗的三层结构
蛋白质电子密度高，故显暗带，脂质分子电子密度低则呈亮带。
所有的生物膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。他把生物膜描述为静态统一的刚性结构
二、对细胞膜结构的探索
单位膜模型
（三明治模型）
模型特点：
①蛋白质的分布：覆盖在磷脂双分子层的两侧
均匀、对称
②构成膜的分子是静止的
如果细胞膜是静态的，细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、运动等现象都难以解释。
20世纪60年代以后，质疑静态模型
理由：
变形虫摄食纤毛虫
受精卵卵裂
在37℃下经过40
min，两种颜色的荧光均匀分布
诱导
融合
人细胞
鼠细胞
40分钟后37℃
两种细胞刚融合时，融合细胞的一半发绿色荧光，另一半发红色荧光
实验七
1970年，弗雷(L.D.Frye)和埃迪登(H.Edidin)用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞融合。
实验结论：细胞膜具有流动性。
红色荧光染料标记的膜蛋白
绿色荧光染料标记的膜蛋白
方法：荧光标记法
1972年辛格和尼科尔森提出的
流动镶嵌模型为大多数人所接受
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。
三、流动镶嵌模型的基本内容
蛋白质
胆固醇
磷脂分子
磷脂双分子层
糖蛋白
糖脂
（1）细胞膜的主要由磷脂分子和蛋白质分子构成
（2）磷脂双分子层是膜的基本支架
内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用
（3）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
（4）细胞膜具有流动性。
原因：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。
意义：利于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能
（5）细胞膜的外表面还有糖类分子，有的与蛋白质结合形成糖蛋白，有的与脂质结合形成糖脂，这些糖类分子称为糖被。
位置：细胞膜的外表
作用：与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等密切相关
蛋白质
磷脂双
分子层
糖蛋白
_____（A/B）侧为细胞内侧
B

“三明治”结构模型
流动镶嵌模型
蛋白质的分布
均匀、对称
不均匀、不对称
构成膜的分子
构成膜的分子是静止的
构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动的
单位膜模型与流动镶嵌模型的比较
生物膜的结构特点：
生物膜的功能特点：
一定的流动性
选择透过性
原因：构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动
实例：膜变形、膜融合
皮特·阿格雷
罗德里克·麦金农
科学无止境
2003年度诺贝尔化学奖授予两名研究膜蛋白
的美国科学家，这是自1991年来诺贝尔奖第
三次颁发给与细胞膜蛋白质有关的研究成果
水通道蛋白
钾离子通道蛋白
利用生活中的废旧物品，尝试制作立体的生物膜结构模型。