生物人教版（2019）必修1 3.1 细胞膜的结构和功能（共27张ppt）

(共27张PPT)
第三章 细胞的基本结构
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
边界
一个国家有陆地、海域、领空的边界；使人体内部与外界分隔的皮肤和黏膜，是人体的边界。
系统的边界对系统的稳定至关重要。
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）。
细胞作为系统的边界，它在细胞的生命活动中起什么作用呢？
这些边界有什么作用？
1.将细胞与外界环境分隔开
一、细胞膜的功能
草履虫
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
膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段
问题探讨
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？
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。
活细胞细胞膜有活性，阻止染液进入细胞，死细胞膜丧失功能
2.控制物质进出细胞
细胞膜的控制作用是相对的
细胞膜
细胞外
细胞内
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
一、细胞膜的功能
例如：有些病毒、细菌也能侵入细胞，使生物体患病。
细胞膜可以保护我们完全免受外界干扰吗？
一、细胞膜的功能
1.物质传递
如激素等化学物质
2.接触传递
如精卵细胞的相互识别
3.通道传递
如植物细胞的胞间连丝
3.进行细胞间的信息交流
将细胞与外界环境分隔开
控制物质进出细胞
进行细胞间的信息交流
物质传递（如激素等化学物质）
接触传递（如精卵细胞的识别）
通道传递（如高等植物细胞的胞间连丝）
一、细胞膜的功能
细胞膜需要依靠哪些化学成分和怎么样的结构去行使相应的功能呢？
探索历史
1895年欧文顿：膜是由脂质组成的。
资料1：1895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上万次实验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜；不易溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜。
假如你是科学家，如何分析细胞膜的成分呢？
你认为细胞膜中含有什么物质能够允许脂溶性物质透过？
这样的判断是推理还是结论？如何获得结论？
探索历史
1895年欧文顿：膜是由脂质组成的。
对多种细胞膜进行分离和化学分析
资料2： 20世纪初，科学家第一次利用哺乳动物红细胞，制备出纯净的细胞膜，并进行化学分析，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。
细胞膜中的磷脂分子如何排列？在空气—水界面如何排列？
探索历史
1895年欧文顿：膜是由脂质组成的。
对多种细胞膜进行提纯和化学分析
1925年戈特和格伦德尔：膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
资料3：1925年，两位荷兰科学家戈特（E.Gorter）和格伦德尔（F.Grendel）用丙醇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，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。
由此推断出：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
磷脂分子结构式
亲水头部
疏水尾部
想一想：
2、细胞膜的两侧都有水存在，两层磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢？
1、单层磷脂分子在水面如何排列？
亲水的“头部”与水接触，疏水的“尾巴”远离水
空气
探索历史
1895年欧文顿：膜是由脂质组成的。
对多种细胞膜进行提纯和化学分析
1925年戈特和格伦德尔：膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
1935年丹尼利和戴维森：除含脂质分子外，可能还附着蛋白质。
资料4：1935年，英国学者丹尼利（J.F.Danieli）和戴维森（H.Davson）研究了细胞膜的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。由于人们已发现了油脂滴表面如果附着蛋白质成分则表面张力会降低。
因此丹尼利和戴维森推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附着______。
蛋白质
根据细胞膜的功能，你觉得细胞膜的组成成分除了脂质外，还可能会有什么化学成分？
蛋白质，因为蛋白质是生命活动的主要承担者
怎么证明呢？
二、细胞膜的成分
脂质
50%
蛋白质
40%
糖类
2%-10%
脂质
主要是磷脂和胆固醇，其中磷脂的含量最为丰富，大多为卵磷脂和脑磷脂。
>
蛋白质
功能主要由蛋白质来承担。功能越复杂，蛋白质的种类和数量越多。
>
糖类
糖蛋白，具有保护、润滑和识别的作用；糖脂
>
脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？
探索历史
1895年欧文顿：膜是由脂质组成的。
1925年戈特和格伦德尔：膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
1935年丹尼利和戴维森：除含脂质分子外，可能还附着蛋白质。
1959年罗伯特森：蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成。
20世纪40年代，有学者推测两边各覆盖着蛋白质。
资料5：1959年，罗伯特森（J.D.Robertson）在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—明—暗三层结构，他结合其他科学家的工作，大胆提出了细胞膜模型的假说：所有的细胞膜都是由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，电镜下看到中间的亮层是脂质分子，两边是蛋白质。他把细胞膜描述为静态的统一结构。
“三明治”结构模型能解释细胞膜的什么功能？又有什么不足？
如果细胞膜是静态的，细胞膜的复杂功能将难以实现，无法解释细胞的生长、变形虫的变形运动等现象
内外两侧的蛋白质能协助细胞完成各项生命活动
探索历史
1895年欧文顿：膜是由脂质组成的。
1925年戈特和格伦德尔：膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
1935年丹尼利和戴维森：除含脂质分子外，可能还附着蛋白质。
1959年罗伯特森：蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成。
补充材料：罗伯特森测定电子显微镜拍摄到的细胞膜的厚度为7-8nm，恰好是单层磷脂膜厚度的两倍，而按照“三明治”模型，加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20nm。
根据电镜照片和膜厚度的证据，请对细胞膜的结构提出你的猜测。
电镜照片和细胞膜厚度的测量支持磷脂双分子层结构，否定“三明治”结构，蛋白质可能是镶嵌到了磷脂双分子层中。
探索历史
1895年欧文顿：膜是由脂质组成的。
1925年戈特和格伦德尔：膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
1935年丹尼利和戴维森：除含脂质分子外，可能还附着蛋白质。
1959年罗伯特森：蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成。
1972年，辛格和尼科尔森:流动镶嵌模型
在新的观察和实验证据的基础上，又有学者提出了一些关于细胞膜分子的结构模型。其中，1972年，辛格（S.J.Singer）和尼科尔森（G.Nicolson）提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。
细胞膜的功能（与外界分隔、控制进出、信息交流）
细胞膜结构的探索历程
1895年欧文顿：膜是由脂质组成的。
1925年戈特和格伦德尔：膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
1935年丹尼利和戴维森：除含脂质分子外，可能还附着蛋白质。
1959年罗伯特森：蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成。
1970年：细胞膜上的蛋白质具有流动性
1972年，辛格和尼科尔森:流动镶嵌模型
细胞膜的结构和功能
练习与应用P46
2.右下图是由磷脂分子构成的脂质体，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。
（1）为什么两类药物的包裹位置各不相同？
（2）请推测：脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞内发挥作用？
为了对生物膜的分子组成有更形象的认识，请在周末利用用废旧物品做一个流动镶嵌模型。
注意体现磷脂分子的排列，蛋白质在磷脂双分子层中的排列方式，在保证科学合理的前提下兼顾美观
P46课外制作：利用废旧物品制作生物膜模型
细胞膜具有将细胞与外界环境分隔开、控制物质进出细胞、进行细胞间信息交流的功能
细胞间信息交流的方式包括通过化学物质（如激素）、相邻细胞直接接触（如精卵细胞的识别）、相邻细胞间形成通道（如高等植物的胞间连丝）
细胞膜主要是有脂质（50%）和蛋白质（40%）组成，还有少量糖类，组成细胞膜的脂质中，磷脂的含量最丰富。蛋白质在细胞膜行使功能方面起着重要的作用，因此功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量就越多。
P44-45,流动镶嵌模型的基本内容
科学方法：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
细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的。
01
磷脂双分子层是膜的基本支架，其内部是疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，具有屏障作用。
02
细胞膜具有流动性，主要表现在构成膜的磷脂分子可以侧向运动，膜中的蛋白质分子大多也能运动。细胞膜的流动性有利于完成物质运输、生长、分裂、运动等生命活动
04
蛋白质分子以覆盖、镶嵌、贯穿三种方式和磷脂双分子层联系，这些蛋白质在物质运输等方面具有重要作用
03
流动镶嵌模型的结构特点：
　1.具有一定的流动性
（1）磷脂分子可以运动的；
　　
（2）大多数的蛋白质分子也是可以运动的。
2.内外不对称性
（1）磷脂内外两层所含的蛋白质种类和数量不同；
（2）糖蛋白或糖脂分布在膜的外表面。
细胞膜的功能特性：选择透过性。
例如，变形虫的变形运动、白细胞的吞噬作用等
流动性和选择透过性
项目 流动性 选择透过性
主要表现 生物膜中的蛋白质个脂质分子在膜中可作为多种形式的移动，膜整体也可以流动 细胞膜选择的小分子、离子可以通过，其他小分子、离子、大分子物质则不能通过。
结构基础 磷脂分子具有流动性，大多数蛋白质分子也可以运动 膜上蛋白质的种类和数量不同
区别 流动性是膜的结构特点 选择透过性是膜的功能特性
实例 变形虫的变形运动、细胞融合、胞吞、胞吐 植物对离子的选择性吸收、肾小管的重吸收
联系 流动性是选择透过性的基础，只有膜具有流动性，才能表现出选择透过性，凡是影响磷脂分子和蛋白质分子活性的因素（温度、pH、蛋白酶、脂溶剂等），均能够影响的流动性，影响膜的选择透过性
细胞壁
四、细胞壁
1.分布：
2.成分：
3.功能
4.性质：
无生物活性，是全通透的
植物、真菌及大多数原核细胞都有细胞壁
植物---纤维素和果胶
细菌---肽聚糖
支持和保护
为什么细胞壁不是植物细胞的边界？
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。
细胞膜分子、结构和功能的关系
磷脂+蛋白质+糖类
流动性
磷脂双分子层
糖蛋白
结构
功能
信息交流
与外界环境分隔开
控制物质进出细胞
跨膜运输
正常进行
选择透过性
物质基础
外 侧
部 分
种类和数量
具 有
组成
决定
保证
体现
组成
镶嵌
贯穿