2021-2022学年高一上学期生物人教版必修1 (1)-----3.1细胞膜的结构和功能课件（35张PPT）

(共35张PPT)
由于活细胞的细胞膜能够控制物质进出细胞，台盼蓝染色剂是细胞不需要的物质，不能通过细胞膜进入细胞内，所以活细胞不会被染色。当细胞死亡后，细胞膜随之失去控制物质进出的能力，所以染色剂可以进入细胞，细胞被染色。
台盼蓝染色检测细胞存活率
问题探讨
材料2：鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液，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。你能解释原理吗？
材料1：苏木精-伊红染色法，苏木精为碱性染料，主要使细胞核内的染色质与细胞质的核酸着紫蓝色；伊红为酸性染料，主要使细胞质成分着红色。用显微注射器将伊红注入变形虫内，伊红很快扩散到整个细胞，却不能逸出。这说明什么？
最基本的生命系统细胞有边界——细胞膜/质膜
讨论1：据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？
第3章 细胞的基本结构
第1节 细胞膜的结构和功能
学习目标：
1．从系统与环境关系的角度，阐释细胞膜作为系统的边界所具有的功能。
2．分析细胞膜的组成成分与结构的关系，说明细胞膜结构的物质基础，概述流动镶嵌模型的主要内容。
3．分析细胞膜成分与结构的探索历程，认同科学理论的形成是一个科学精神、科学思维和技术手段结合下不断修正与完善的过程。
江西生物组 东东老师
1．将细胞与外界坏境分隔开
原始地球环境
细胞膜的出现在生命起源过程中至关重要。它使原始细胞成为相对独立的系统，细胞膜维持了细胞内部环境的相对稳定
草
履
虫
一、细胞膜的功能
讨论1：推测作为细胞边界的细胞膜应具有什么功能？
功能特点：选择透过性
一、细胞膜的功能
2．控制物质进出细胞-
控制是相对的
病毒、病菌
分泌物
在多细胞生物体内，各个细胞不是孤立存在的，它们之间必需保持功能的协调。这种协调性的出现不仅依赖于物质和能量的交换，也依赖于______的传递。
细胞外
一、细胞膜的功能
3．进行细胞间的信息交流
细胞内
物质传递（激素、递质、淋巴因子等信息分子通过体液或血液运输，结合靶细胞受体）
接触传递（精子卵细胞的识别；吞噬细胞吞噬细菌；效应T细胞密切接触靶细胞等两个细胞的细胞膜直接接触，一个细胞膜上有与另一个细胞膜结合的信号分子，另一个细胞膜上有与之识别结合的受体）
通道传递（高等植物细胞间的通道—胞间连丝）
信息
细胞膜之歌
是谁，隔开原始海洋的动荡？
是谁，奏响生命的乐章？
是谁，为我日夜守边疆？
啊，伟大的细胞膜，没有你我将是何等模样!
控制物质进出
隔开
细胞间的信息交流
讨论2：细胞膜功能是由其成分和结构决定的，其成分和结构如何？
●
●
细胞膜含磷脂为主的脂质、蛋白质和糖类
非脂溶性物质
脂溶性物质
细胞膜
材料1：1895年欧文顿用500多种物质对植物细胞的透性进行上万次实验时发现脂溶性物质易透过细胞膜，非脂溶性物质不易穿过细胞膜。科学家用哺乳动物红细胞制备出纯净细胞膜，进行化学分析得知组成细胞膜脂质有磷脂和胆固醇，磷脂最多。用脂质溶剂或卵磷脂酶或蛋白酶处理细胞，细胞膜被溶解破坏。同时在膜成分中加双缩脲试剂有紫色反应。用盐酸处理膜后加入斐林试剂，热水浴后有砖红色沉淀。1935年英国丹尼利和戴维森发现细胞表面张力明显低于油-水界面表面张力。人们已经发现油脂表面如果吸附有蛋白质则表面张力会降低。他们推断细胞膜除含有脂质外，可能还附有蛋白质。
亲水头部
疏水尾部
相似相溶原理
二、对细胞膜结构的探索
细胞膜的成分
Cell membrane composition
细胞膜的主要成分
脂质（大约占50%）
蛋白质（大约占40%）
糖类（大约占2%—10%）
功能越复杂的细胞膜，蛋白质的_____和______越多
（P43）
磷脂最丰富
磷脂（主要）、胆固醇（动物细胞膜）
种类
数量
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。
细胞膜的脂质分子必然排列为连续的两层
资料2：1925年，荷兰的戈特E.Gorter和格伦德尔F.Grendel用丙酮从人成熟红细胞分离的细胞膜（血影）中提取脂质于特制水槽，在空气-水界面上铺展成单分子层，测得其面积恰为红细胞表面积的2倍。
推论：
讨论3：脂质怎样构成膜？
亲水性
疏水性
水
提出假说
朗姆瓦水盘
1917年，朗姆瓦（Langmuir）将磷脂溶于苯和水中，当苯挥发完以后，磷脂分子分布散乱，经过推挤，磷脂分子排列成了单层，而且每个分子的一端浸入水中，另一端浮于水面。成功将一层磷脂分子铺在了水面上！
水中的单层磷脂分子
脂溶性药物
思考1：磷脂分子在细胞膜中如何分布？
模拟活动：细胞膜上磷脂分子的排布
水
水
细胞外
细胞内
√
磷脂双分子层
细胞内液
细胞外液
磷脂分子可运动
适当升高温度，磷脂的流动性越大
资料3：
1935年，英国丹尼利（J．Danielli）和戴维森（H．Davson）发现膜的表面张力比油-水界面的张力低得多，推测膜含有蛋白质，从而提出“蛋白质-脂类-蛋白质”三明治模型。认为膜由双层脂类分子及其内外表面附着的蛋白质构成的。
1959年罗伯特森（J．D．Robertson）锇酸处理了细胞膜（蛋白质经锇酸作用后形成高电子密度的锇黑，在电镜下电子束照射蛋白质分子散射度高，显暗色；照射磷脂分子散射度低，显亮色），用超薄切片技术获得了清晰的红细胞细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，厚约7.5nm（厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成），从而提出“单位膜”模型：所有生物膜都是“蛋白质-脂质-蛋白质”三层结构构成静态的统一结构。
讨论4：蛋白质位于脂双层的什么位置呢？
2nm
2nm
3.5nm

细胞生长/变形虫变形运动等怎么解释？
绿色荧光染料标记鼠膜蛋白
人细胞
鼠细胞
红色荧光染料标记人膜蛋白
40min后
370C
人-鼠杂交细胞
三、学习技术 体验结构特点
资料4：1970年，弗雷(Frye) 和埃迪登(Edidin)用荧光标记法和动物细胞融合技术进行人-鼠细胞融合实验。用红色荧光染料标记小鼠细胞膜蛋白，用绿色荧光染料标记人细胞膜蛋白，再让两种细胞融合形成人-鼠杂交细胞。荧光显微镜观察到杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，在370C放置40min后发现2种颜色的荧光点在细胞表面均匀分布了
讨论5：有什么证据证明细胞膜的物质是不断运动的呢？
物理：离心、振动、电激等
化学：聚乙二醇（PEG）
生物：灭活的病毒
细胞膜具有流动性
细胞膜的结构特点：
学习延伸
已学知识可证明细胞膜具流动性的证据：
受精时精卵细胞融合过程；
白细胞吞噬细菌的过程;
质壁分离、质壁分离的复原；
胞吐（分泌蛋白的分泌）/胞吞；
细胞的生长；
变形虫摄食时伪足的变形运动;
人鼠细胞融合实验（动物细胞融合技术）；
……
白细胞吞噬细菌
流动性
适当升高温度，细胞膜的流动性越大
观察蛋白质：
资料5：20世纪60年代，冰冻蚀刻、电子扫描显微法：将细胞膜标本冰冻后用冷刀断开，升温后暴露断裂面观察。
有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中
冰冻蚀刻电镜技术观察的蛋白质分布模型
不对称性
有的贯穿于整个磷脂双分子层
有的镶在磷脂双分子层表面
讨论6：蛋白质位于脂双层的什么位置呢？
1．1895年，欧文顿（E.Overton）通透性实验；
推论：细胞膜是由脂质组成的
2．20世纪初，科学家分离并分析哺乳动物红细胞细胞膜成分；
推论：细胞膜主要含以磷脂为主的脂质和蛋白质，还有少量糖类
3．1925年，荷兰戈特E.Gorter和格伦德尔F.Grendel测得磷脂单分子层面积为膜面积的2倍；
推论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层
4．1935年，英国丹尼利（J．Danielli）和戴维森（H．Davson）发现膜的表面张力比油-水界面的张力低得多；
推论：膜含蛋白质，提出“蛋白质-脂类-蛋白质”三明治模型
5．1959年，罗伯特森（J．D．Robertson）用电子显微观察细胞膜
推论：“单位膜”模型：所有生物膜都是“蛋白质-脂质-蛋白质”三层结构构成静态的统一结构
6．1970年，弗雷(Frye) 和埃迪登(Edidin)用荧光标记法和动物细胞融合技术进行人-鼠细胞融合实验
推论：细胞膜具有流动性
7．20世纪60年代，冰冻蚀刻、电子扫描显微法：将细胞膜标本冰冻后用冷刀断开，升温后暴露断裂面观察。
推论：蛋白质分子在细胞膜中不对称分布，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；
根据上述科学事实，尝试提出一个生物膜结构的模型
二、对细胞膜结构的探索
1975年，Wallach在流动镶嵌模型基础上提出晶格镶嵌模型：生物膜中流动性脂质的可逆性变化。这种变化区域呈点状分布在膜上。相变表现为膜脂分子的一种协同效益，即几十个以上的脂分子同时相变。膜脂的相变受温度、脂本身的性质、膜中其他组分、pH和二价阳离子浓度等因素的影响。
1977年，Jain和White提出板块镶嵌模型：在流动的脂双分子层中存在许多大小不同的刚度较大的彼此独立运动的脂质“板块”（有序结构区），板块之间被无序流动的脂质区所分割，这两种区域处于一种连续动态平衡之中
晶格镶嵌模型
板块镶嵌模型
生物膜的结构模型在修正中前进
生物膜的结构模型虽然有很多种，但被广泛接受的结构模型基本内容是趋向一致的。其要点和特点基本相同，主要包括膜的分子组成和结构特征。
构成
特点
结构
分布
主要
成分
生
物
膜
资料6：1972年，美国加州大学的桑格和尼克森创新提出流动镶嵌模型
磷脂
蛋白质
流动性
贯穿
镶在
嵌入
磷脂双分子层
主流模型——生物膜动态弹性的流动镶嵌模型
不对称性
基本支架
磷脂和大多蛋白可动
2．蛋白质不对称地镶嵌在磷脂双分子层中：有的镶在表面，有的部分或全部嵌入，有的贯穿磷脂双分子层；
3．细胞膜具有流动性：磷脂分子可以侧向自由移动，蛋白质大多也能运动；
三、流动镶嵌模型的基本内容
1．细胞膜主要由磷脂和蛋白质构成的。磷脂双分子层是膜的基本骨架，其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；
糖被：细胞表面的识别、细胞间的信息传递等
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。
保护/润滑/识别的糖蛋白/糖脂在细胞膜外侧
2003年度诺贝尔化学奖授予两名1988年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。
科学无止境
2011年10月3日，诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家布鲁斯·博伊特勒、法国籍科学家朱尔斯·霍夫曼，以表彰他们发现了细胞膜上参与免疫的关键“受体蛋白质”。
罗德里克·麦金农
Na+离子通道
彼得·阿格雷与水通道蛋白
学习感悟
思考2：生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺？
科技发展带来更先进的物理、化学等实验技术
严谨的科学研究方法
生物学现象
提出问题
实验验证
提出假说
观察修正
提出新学说
大胆想象、严谨质疑推理结构与功能相适应、坚持不懈等研究精神
…
…
新的理论
思考3：纵观对生物膜结构的探究历程，哪些因素推动了生物膜流动镶嵌模型这一发现的不断发展和深入？你受到哪些启示？
生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。人类对自然界的认识永无止境，随着实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型。
空气和水界面上
单分子排布
搅动后
水溶液中
形成球状的微团
双层脂分子的球形脂质体
细胞膜的结构
Structure of cell membrane
脂质体
脂质体：根据磷脂分子可在水相中形成稳定脂双层膜的现象而制备的人工膜
用途：可嵌入不同的膜蛋白， 是研究膜脂与膜蛋白生物学性质以及转基因、药物靶向的好材料
随堂练习
In-class practice
√
×
(1) 细胞膜的成分为脂质、蛋白质和糖类 (2013北京卷)
(2)构成膜的脂质主要是磷脂、脂肪和胆固醇(2010·山东卷)
(3)细胞膜含有糖脂和糖蛋白(2011海南卷)
(4)变形虫和草履虫的细胞膜基本组成成分不同(2012广东卷)
(5)生物膜的特定功能主要由膜蛋白决定(2010山东卷)
(6)胰岛B细胞分泌胰岛素依赖于细胞膜的流动性(2010全国卷)
(7)细胞膜上的大多数蛋白质是可以运动的(2011海南卷)
√
×
√
√
√
随堂练习
2．如图的磷脂分子在水中可形成双层脂分子的球形脂质体，它载入药物后可以将药物送入靶细胞内部下列关于脂质体的叙述正确的是（ ）
A．在a处嵌入脂溶性药物，利用它的选择透过性将药物送入细胞
B．在b处嵌入脂溶性药物，利用它的选择透过性将药物送入细胞
C．在a处嵌入水溶性药物，利用它与细胞膜融合的特点将药物送入细胞
D．在b处嵌入水溶性药物，利用它与细胞膜融合的特点将药物送入细胞
C
1．下列关于生物膜结构探索历程的说法，不正确的是（ ）
A．最初通过对现象的推理分析得出细胞膜是由脂质组成的
B．三层结构模型认为生物膜为静态的结构
C．流动镶嵌模型认为构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动
D．三层结构模型和流动镶嵌模型都认为蛋白质分子在膜中的分布是不均匀的
D
3．磷脂是组成细胞膜的重要成分，这与磷脂分子的头部亲水、尾部疏水的性质有关。某研究小组发现植物种子细胞以小油滴的方式贮存油，每个小油滴都由磷脂膜包被着，该膜最可能的结构是（ ）
A．由单层磷脂分子构成，磷脂的尾部向着油滴内
B．由单层磷脂分子构成，磷脂的头部向着油滴内
C．两层磷脂分子构成，结构与细胞膜完全相同
D．由两层磷脂分子构成，两层磷脂的头部相对
A
随堂练习
5．如图为细胞膜流动镶嵌模型示意图，有关叙述不对的是（ ）
A．具有①的一侧为细胞膜的外侧
B．①与细胞表面的识别有关
C．②是构成细胞膜的基本支架
D．细胞膜的选择透过性与①的种类和数量有关
D
4．如图表示各种膜的组成成分含量，图示能说明的是（ ）
A．构成细胞膜的主要成分是蛋白质、脂质和糖类
B．细胞膜中的脂质和蛋白质含量的变化与细胞膜的功能有关
C．细胞膜的功能越简单，所含蛋白质的数量越多
D．蛋白质在进行细胞间的信息交流中具有重要作用
B
随堂练习
课后作业
1．尝试写出本节的概念关系图；
2．针对性训练练习册相应内容。
细胞膜
磷脂、大多蛋白质可动
50%脂质（磷脂为主）、40%蛋白质、2%～10%糖类
成分：
结构：
磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架
蛋白质有的镶在表面，有的部分或全部嵌入，有的贯穿磷脂双分子层；糖被位于膜外侧
功能：
隔开
控制物质进出
细胞间的信息交流：
物质传递
接触传递
通道传递
（功能特点：选择透过性）
适当升温，流动性（结构特点）越大
第3章 细胞的基本结构
第1节 细胞膜的结构和功能
动态弹性
第3章 细胞的基本结构
第1节 细胞膜的结构和功能
植物叶肉细胞
酵母菌
蓝藻
哺乳动物成熟红细胞
人口腔上皮细胞
讨论：应选何种细胞制备细胞膜，研究其成分和功能？
无细胞壁
动物：
支原体：
有细胞壁
有细胞核、细胞器
无细胞核、细胞器
1．原理：
补充实验：体验制备细胞膜的方法
哺乳动物成熟红细胞
无细胞壁
无细胞核和细胞器
人的成熟红细胞
红细胞在清水中吸水破裂
吸水涨破后差速离心，过滤提取纯净细胞膜
2．实验目的：
体验用哺乳动物红细胞制备细胞膜的方法和过程
3．材料用具：
生理盐水稀释哺乳动物（猪/牛/羊/人等）含成熟红细胞的新鲜血液、蒸馏水、滴管、吸水纸、载玻片、盖玻片、显微镜
实验：体验制备细胞膜的方法
4．方法步骤：
（1）制红细胞稀释液临时装片
（2）先低倍后高倍观察：
（3）持续观察细胞变化：
引流法
近水部分红细胞凹陷消失，细胞体积增大，很快破裂，内容物流出
在盖玻片一侧滴蒸馏水，同时另一侧用吸水纸吸引，勿把细胞吸跑
5．结果结论：
吸水涨破后差速离心，过滤提取纯净细胞膜
讨论：若上述在试管中进行，细胞破裂后还如何获得较纯细胞膜？
滴蒸馏水
盖玻片一侧滴蒸馏水，另一侧用吸水纸吸引
细胞膜的功能
细胞膜控制物质进出功能的验证
1）材料：正常玉米种子、水浴锅、红墨水、蒸馏水
2）方法：
① 正常种子，______________________
② ______________________________________
3）结果：
4）结论：
_________________________________________
正常玉米胚细胞不呈红色，煮熟玉米胚呈红色
______________________________
细胞膜具备控制物质进出的功能
红墨水处理，蒸馏水冲洗
玉米种子煮熟，红墨水处理，蒸馏水冲洗
细胞的细胞壁
The cell wall of a plant cell
细胞壁
细菌细胞壁成分
肽聚糖
1、成分：
2、功能：
纤维素和果胶
支持和保护；全透性
真菌细胞壁成分
壳多糖
（几丁质）