生物人教（2019）必修1 3.1 细胞膜的结构和功能（共34张ppt）

(共34张PPT)
3.1 细胞膜的结构和功能
一、细胞膜的功能
二、对细胞膜结构的探索
三、对细胞膜结构的探索
四、流动镶嵌模型
问题导入
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。
讨论
1.为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
活细胞的细胞膜具有选择透过性，台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜。因此活细胞不被染色，死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。
讨论
2.据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？
细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能
注意：植物细胞的边界是也细胞膜，不是细胞壁，因为细胞壁是全透性的，
问题导入
一、细胞膜的功能（质膜）
1.将细胞与外界环境分隔开
膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段。细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
推测的原始海洋景观图
细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜，也叫质膜。
一、细胞膜的功能
分泌物
③
废物
①
CO2、尿素、多余的无机盐等。
抗体、激素等物质
水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等。
控制的相对性
营养物质
②
病毒病菌
④
①②③表明细胞膜的控制作用具有普遍性；④有些病毒、病菌也能侵入细胞使生物体患病，表明细胞膜的控制作用具有相对性
2. 控制物质进出细胞
3、进行细胞间的信息交流
一、细胞膜的功能
b.直接接触传递
a.间接传递 （通常需要血液运输相应的物质）
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：精子和卵细胞的识别和结合
c.通道传递
(相邻两个细胞之间形成通道，如高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用）
激素
内分泌细胞的激素（如胰岛素），随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。
3、进行细胞间的信息交流
一、细胞膜的功能
a.间接传递 （通常需要血液运输相应的物质）
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：精子和卵细胞的识别和结合。细胞识别得以实现的基础是细胞膜表面某些生物大分子（如糖蛋白、糖脂）提供的识别信息，使细胞可以识别同种与异种、同源与异源细胞
b.通过相邻两个细胞的细胞膜直接接触传递
3、进行细胞间的信息交流
一、细胞膜的功能
胞间连丝
c.通道传递
3、进行细胞间的信息交流
一、细胞膜的功能
相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。
例如：高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用
3.进行细胞间的信息交流
一、细胞膜的功能
b.直接接触传递
a.间接传递
c.通道传递
2. 控制物质进出细胞
1.将细胞与外界环境分隔开
（1）19世纪末，欧文顿（E.Overton）曾用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
不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质
细胞膜
从实验现象能推测出什么结论呢？
膜是由脂质组成
二、对细胞膜成分的探索
思考与讨论:
最初认识到生物膜是由脂质组成的，是通过对实验现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？
从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的
在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？
发现脂质更容易通过细胞膜，不溶于脂质的物质不容易穿过细胞膜。
（2）20世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的成熟的红细胞中分离出来，化学分析表明：
实验证据
细胞膜脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多
磷脂的结构是怎样的，它是如何构成细胞膜的？
问题：
二、对细胞膜成分的探索
小资料
磷脂是组成细胞的主要脂质，是一种由甘油、脂肪酸、和磷酸等所组成的分子。
它有一个亲水磷酸“头”部，和两个疏水的脂肪酸的“尾”部。
想一想：
磷脂分子在空气-水界面上会怎么样铺展？
亲水
“头部”
水
空气
亲水的“头部”与水接触，疏水的“尾巴”远离水，朝向空气的一面，在水空气界面上铺展成单分子层。
疏水“尾部”
如果在水中磷脂分子如何排列呢？
二、对细胞膜成分的探索
如果将磷脂分子置于水一苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布
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，你能否推断出细胞膜上磷脂双分子的排列方式？
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。
讨论
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水环境时,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。
实验证据
（3）1925年两位荷兰的科学家用丙酮（一种有机溶剂）从人的红细胞中抽提脂类，在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，由此可以推断：
细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层
GORTER
脂单分子层=2×
>

二、对细胞膜成分的探索
（4）1953年，两位英国科学家发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。
根据油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低，因此他们推测：
细胞膜除含有脂质分子之外，可能还附有蛋白质
思考总结：
细胞膜的成分应该包括什么？
促使液体表面收缩的力
二、对细胞膜成分的探索
脂质 蛋白质
与膜功能的复杂程度 有关：
功能越复杂的膜，蛋白质的种类和数量 越多
（主）磷脂 少量胆固醇
还有少量糖类2%～10%
细胞膜主要成分
糖脂（糖被）
糖蛋白（糖被）
40%
细胞膜的外表面
50%
二、对细胞膜成分的探索
蛋白质位于细胞膜的什么位置呢？
20世纪40年代，曾经有学者推测蛋白质覆盖在脂质的两边。
1.假说
二、对细胞膜结构的探索
问题：
三、对细胞膜结构的探索
1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构
2.实验证据
蛋白质的电子密度高，在电镜下显暗色；磷脂分子的电子密度低，显亮色。
三、对细胞膜结构的探索
提出：蛋白质-脂质-蛋白质静态模型
质疑：科学家对细胞膜是静态的观点提出质疑：如果是这样，细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的运动这样的现象都难以解释。
时间：1970年 实验：人——鼠细胞荧光标记融合实验
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，常用的银光蛋白有绿色和红色两种颜色
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
三、对细胞膜结构的探索
1972年辛格和尼科尔森提出了新的生物膜模型———流动镶嵌模型，为多数人所接受。
流动镶嵌模型
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
提出假说
三、对细胞膜结构的探索
现象观察：19世纪末，欧文顿发现 物质更容易透过细胞膜。
提出假说： 。
实验证明：20世纪初，对膜的化学分析结果指出膜主要由 和 组成。
提出问题：脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？
实验探究：
1925年 荷兰科学家测得膜单分子层恰为红细胞表面积的2倍，提出
.
1959年罗伯特森提出的模型：所有生物膜都由 三层结构。
提出新问题：如果膜是静态的，细胞的一些复杂功能又怎样解释呢？
组织新探究：
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，桑格和尼克森提出了 。
回顾：对生物膜结构的探索历程
溶于脂质的
膜是由脂质组成
脂质
蛋白质
脂质分子排列为连续的两层
蛋白质-脂质-蛋白质
流动性
流动镶嵌模型
四、流动镶嵌模型
阅读P45思考：
流动镶嵌模型中磷脂、蛋白质和糖类的分布以及作用
流动镶嵌模型
四、流动镶嵌模型
1.磷脂
磷脂双分子层是膜的 ，其内部是磷脂分子的 端，
不能自由通过，因此具有
作用。
基本支架
疏水
水溶性分子或离子
屏障
①侧向扩散运动；②旋转运动；
③摆动运动
小资料
磷脂分子的运动
细胞膜具有流动性
四、流动镶嵌模型
1.磷脂
四、流动镶嵌模型
2.蛋白质
蛋白质分子以不同的方式镶嵌在磷脂双分子层中：
①镶在磷脂双分子层表面——A
A
B
C
D
②部分或全部嵌入磷脂双分子层中——B、C
③贯穿于整个磷脂双分子层中——D
蛋白质的作用：
一些物质的运输通道
四、流动镶嵌模型
3.糖类
细胞膜的外表面糖类和蛋白质结合形成 ，或与脂质结合形成 这些糖类分子被称为 。
糖被
糖被的作用： 。
糖蛋白
糖脂
与细胞表面的识别、细胞间的信息传递功能等功能相关
细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性，主要表现为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。
四、流动镶嵌模型
4.细胞膜特点
a.结构特点
细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能都是非常重要的。
——流动性
四、流动镶嵌模型
磷脂分子具有屏障作用，蛋白质分子为一些物质的进出提供特定通道，使细胞膜可以控制物质进出表明：
——选择透过性
4.细胞膜特点
b.功能特点
流动性是选择透过性的基础
既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？
一是因为水分子极小，可以通过由于磷脂分子运动而产生的间隙；
二是因为膜上存在水通道蛋白，水分子可以通过通道蛋白通过膜。
旁栏思考
四、流动镶嵌模型
细胞膜成分的探索
小结
细胞
细胞膜
最基本的生命系统
结构特点流动性
流动镶嵌模型
系统的边界
结构
成分
脂质（磷脂）50%
糖类
蛋白质 40%
特点
模型
磷脂双分子层是膜的基本支架
蛋白质以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中
控制物质进出细胞
进行细胞间的信息交流
将细胞和外界环境分隔开
探索历程
功能特点：选择透过性
细胞膜结构的探索
功 能
1．细胞膜的功能是将________________，控制______________，以及进行_________________。
2．细胞间信息交流的方式多种多样，有间接传递信息的如内分泌腺细胞将___________分泌出来后，由___________运送到全身各处作用于远处的靶细胞；有直接传递信息的如_________________和_______________的识别和结合则是通过两个细胞___________的直接接触，完成信息交流。
3．一般认为细胞识别的分子基础是受体。受体主要指细胞膜中的____________，它对细胞外信号分子的结合有特异性。
练一练：
细胞与外界环境分隔开
物质进出细胞
细胞间的信息交流
激素
血液
精子
卵细胞
细胞膜
糖蛋白
人体内的白细胞能进行变形运动，穿出毛细血管壁，吞噬侵入人体内的病菌，这个过程的完成依靠细胞膜的 （ ）
C
A.选择透过性
B.保护作用
C.流动性
D.扩散
练一练：
使磷脂特别适于形成细胞膜的原因是（ ）
D.磷脂是疏水性
B.磷脂是亲水性的
A.磷脂能迅速吸水
C.磷脂既是疏水性的又是亲水性的
练一练：
细胞膜具有选择透过性，与这一特性密切相关的成分是（ ）
A.磷脂
C.糖蛋白
D.蛋白质
B.磷脂、蛋白质
C
B