生物人教版(2019)必修1 3.1细胞膜的结构和功能（共28张ppt）

(共28张PPT)
布莱森在《万物简史》中有这样的描述：“每个细胞都是自然界的一个奇迹。即便是最简单的细胞，其构造的精巧程度也是人类的智慧难以企及的。”
十一
第3章 第1节 细胞膜的结构和功能
一、细胞膜的功能
国家的边界：边防线等
人体的边界：皮肤和黏膜
每个系统都有一定边界
细胞的边界：细胞膜
（质膜）
植物细胞的细胞膜外面有一层细胞壁。细胞壁是全透性的，没有控制物质进出的功能，对植物细胞起到支持和保护的作用。因此，细胞壁不是植物细胞系统的边界。
系统的边界
资料1:科学家用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞,却不能很快逸出细胞。
资料2：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。
一、细胞膜的功能
鉴定细胞是否死亡的方法
(1)用红墨水鉴定种子的死活(胚乳被染红，胚未被染色的为活种子)。
(2)显微镜观察植物细胞质壁分离与复原(有此现象的为活细胞)。
(3)显微镜观察细胞质流动(只有活细胞的细胞质才有此现象)。
(4)亚甲基蓝鉴定细胞死活(有新陈代谢的活细胞能将蓝色染料还原为无色，死细胞为蓝色)。
(5)台盼蓝染色(活细胞不被染色，死细胞被染成蓝色)。
实验法验证细胞膜控制物质进出功能(或膜结构的完整性)：
(1)染色剂(红墨水)进入实验
(2)色素透出实验
推测的原始地球环境
1.将细胞与外界环境分隔开
一、细胞膜的功能
细胞膜保障了细胞_________的相对稳定
内部环境
使细胞成为___________的系统
相对独立
膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段
2.控制物质进出细胞
一、细胞膜的功能
抗体、激素等分泌物和废物
水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等。
控制作用是相对的
营养物质
对细胞有害的物质、病毒病菌
可进
可出
不可出
细胞内有用的成分
不易进
糖醋蒜的腌制原理就是利用醋酸将活细胞杀死，使细胞膜失去控制物质进出的功能，醋酸和蔗糖就可顺利进入细胞，形成美味的糖醋蒜。
失去控制物质进出细胞的功能
细胞膜的控制作用是相对的
(1)用清水洗菜时，水不会变绿，而把青菜放入沸水中，沸水会变成绿色，证明只有活细胞的细胞膜具有控制物质进出的功能。
(2)病毒、病菌等经过伪装和隐藏也能侵入细胞，说明了细胞膜控制作用的相对性。
鼻子接触到香水分子，为什么大脑皮层会产生“香”的感觉？
3.进行细胞间的信息交流
一、细胞膜的功能
方式一：通过分泌物质间接交流
3.进行细胞间的信息交流
一、细胞膜的功能
内分泌细胞：分泌的物质称为激素，激素直接进入细胞周围的血管和淋巴管，由血液和淋巴运达全身各处。
外分泌细胞：分泌的物质有汗液、胰液、唾液等，由导管输送到相应的组织或器官发挥作用。
激素的受体并不是都位于细胞膜表面。受体一般分为细胞膜受体和细胞内受体，常见的是细胞膜受体。但是有些激素的受体却是细胞内的，如性激素和甲状腺激素的受体位于细胞核内，而糖皮质激素的受体位于细胞质基质中。
(1)自分泌：分泌物作用于自身。如胰岛B细胞分泌胰岛素，能抑制同一细胞进一步释放胰岛素。
(2)旁分泌：激素等通过扩散作用于邻近的细胞，在激素产生部位的局部范围内发挥作用，如由胃黏膜分泌的组织胺所调节的泌酸活动。
(3)远距分泌：激素等经血液循环作用于全身细胞，如甲状腺激素的调节作用。
(4)神经分泌：以神经内分泌细胞或神经纤维所分泌的递质为信号分子，对靶细胞发挥其生理作用。
方式二：细胞膜直接接触交流
一、细胞膜的功能
3.进行细胞间的信息交流
多细胞生物是一个繁忙而有序的“社会”
方式三：相邻两细胞通过通道进行交流
一、细胞膜的功能
3.进行细胞间的信息交流
胞间连丝
高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接
（交换物质，交流信息）
植物细胞的细胞壁形成小的开口，相邻细胞的细胞膜伸入孔中彼此相连，构成胞间连丝。胞间连丝使相邻细胞的细胞膜、细胞质及内质网交融在一起，是胞间物质运输和信息交流的重要渠道。
(1)细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能进入细胞，而对细胞有害的物质则不能进入(　　)
(2)植物细胞之间的胞间连丝具有物质运输的作用(　　)
(3)细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构(　　)
×
√
×
辨析易错易混
一、细胞膜的功能
种类 以分泌物为媒介 细胞膜直接接触 细胞间形成通道
图示
交流方式 通过分泌信号分子的信息交流 通过细胞膜接触的信息交流 通过细胞间通道的信息交流
内分泌细胞分泌激素作用于靶细胞；神经元（突触前膜）分泌神经递质作用于神经元（突触后膜）、肌肉细胞或腺体等；T细胞分泌淋巴因子作用于免疫细胞 精子与卵细胞相互识别并结合；效应T细胞识别靶细胞并使其裂解 高等植物相邻细胞间形成胞间连丝；动物细胞通过孔道结构形成间隙连接
资料3：1895年，欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了，上万次的实验，得到如右图的实验结果
二.对细胞膜成分的探索
假说2：细胞膜除脂质外还有蛋白质分子
假说1:细胞膜是由脂质组成的
资料4：1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力,发现细胞的表面张力明显低于油一水界面的表面张力。而油脂滴表面如果吸附有蛋白质则表面张力会降低。
表面张力：指液体表面相邻两分子间相互吸引的力。由于表面张力的作用，液体表面积总是趋向尽可能地缩小，如荷叶上的水珠总是呈球形。
细胞膜成分的鉴定方法
细胞膜成分 鉴定试剂(方法) 结果
磷脂 脂溶剂处理 细胞膜被溶解
磷脂酶处理 细胞膜被破坏
脂溶性物质透过实验 脂溶性物质优先通过
蛋白质 双缩脲试剂 紫色
蛋白酶处理 细胞膜被破坏
假说是以已知的事实和获得的经验为根据，用已有的科学理论为指导，对未知领域做出的推测性解释。假说需要在实践中检验它的科学性，减少它的推测性，以达到理论的认识。生物学中著名的假说列举：
(1)细胞膜流动镶嵌模型假说。
(2)自由基学说和端粒学说。
(3)孟德尔遗传因子假说。
(4)萨顿基因在染色体上假说。
(5)DNA双螺旋结构模型假说。
(6)DNA半保留复制假说。
(7)达尔文自然选择学说。
注：以上多数假说已得到验证，成为理论。
资料5：20世纪初，科学家对哺乳动物成熟红细胞膜进行了化学成分分析，发现组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，磷脂含量最多
红细胞的细胞膜
二.对细胞膜成分的探索
结构图
模型
示意图
脂质体
脂单分子层
微团
活动一：请根据磷脂分子的特点构建其在空气与水界面上、水中分布的模型
亲水“头部”
疏水“尾部”
磷脂分子示意图
(1)获得植物细胞膜的方法：先用纤维素酶和果胶酶处理，将植物细胞壁水解，得到原生质体，再将原生质体放入清水中，使原生质体涨破，最后经过离心分离，静置分层，得到植物细胞膜。
(2)细胞膜识别作用的探究：将大量的同种生物和亲缘关系较远的生物的精子和卵细胞混合在一起，观察精子和卵细胞的结合情况。
资料6：1925年，荷兰科学家戈特E.Gorter和格伦德F.Grendel，用丙酮（一种有机溶剂，可以溶解脂质）从人的红细胞膜中提取脂质，在空气－水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积约为红细胞
表面积的2倍
S1
S2
细胞膜中的磷脂分子排列为连续的双层
二.对细胞膜成分的探索
50%
40%
2%~10%
脂质
蛋白质
糖类
细胞膜成分
脂质（约50%）
蛋白质（约40%）
糖类（约2%~10%）
磷脂最丰富，动物细胞膜含有少量胆固醇
膜功能越复杂，蛋白质种类和数量越多
磷脂最丰富，动物细胞膜含有少量胆固醇
膜功能越复杂，蛋白质种类和数量越多
鉴定实验设计思路
(1)细胞膜磷脂双分子层的鉴定：提取细胞膜结构中的磷脂分子铺在水面上，测得磷脂单分子层所占的面积，与细胞膜面积对比分析。
(2)细胞膜流动性的鉴定：取A、B两种动物细胞，分别用红色、绿色荧光染料标记二者细胞膜上的蛋白质，进行融合实验，观察在细胞融合过程中两种颜色的荧光在细胞膜上的分布。
(3)细胞膜控制物质进出细胞的鉴定：将有颜色的植物组织放入无色溶液中，然后用高温、强酸或强碱处理，观察处理前后溶液颜色是否发生变化。
选用哺乳动物成熟的红细胞来制备细胞膜的原因：
(1)动物细胞没有细胞壁，因此选用动物细胞制备细胞膜更容易。
(2)人和其他哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和众多的细胞器，因此细胞中唯一具有的生物膜就是细胞膜。
胆固醇在哺乳动物的细胞膜和囊泡膜中含量丰富，在调节膜的流动性，增加膜的稳定性等方面起着重要作用。胆固醇含量越高，膜的流动性越低。
二.对细胞膜成分的探索
成分 所占比例 在细胞膜构成中的作用
脂质 约50% 构成细胞膜的重要成分；
此外还有少量的胆固醇（动物）。
蛋白质 约40% 在细胞膜行使功能时起重要作用；
功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。
糖类 2~10% 糖类与蛋白质或脂质分子结合形成糖蛋白或糖脂，分布在细胞膜的外表面。
主要
糖蛋白
大多数的膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白。细胞膜中的糖蛋白如某些激素受体和与细胞识别有关的表面标志物或抗原；细胞外的糖蛋白包括大多数酶、激素、抗体以及胶原蛋白等。
资料7:1959年,罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗-亮-暗3层结构, 提出假说:所有细胞膜都由蛋白质-脂质-蛋白质3层结构（三明治模型）构成,并把细胞膜描述为静态的统一结构
三.对细胞膜结构的探索
资料:1959年,罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗-亮-暗3层结构,暗线的电子密度≈蛋白质的电子密度，亮线的电子密度≈磷脂双分子层的电子密度，故提出假说:所有细胞膜都由蛋白质-脂质-蛋白质3层结构构成,并把细胞膜描述为静态的统一结构
电子显微镜下，细胞膜的厚度约为7~8nm，是单层磷脂厚度的两倍，加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过 20 nm。
人工合成的脂双层也呈现为“暗-亮-暗”结构。
体现细胞膜具有一定流动性的生理过程或实验
(1)变形虫的运动和摄食。
(2)吞噬细胞吞噬病菌。
(3)胞吞和胞吐。
(4)受精时精子和卵细胞的融合。
(5)(动、植物)细胞杂交时细胞的融合。
(6)细胞(有丝、无丝、减数)分裂时细胞膜向内凹陷缢裂的过程。
(7)质壁分离和复原实验。
冰冻蚀刻技术研究细胞膜结构
资料8：科学家研究发现，有些膜蛋白的特定区域主要由疏水氨基酸组成，这些区域很可能与脂双层的疏水区域结合，造成这些部分会深深插入膜的内部。
三.对细胞膜结构的探索
磷脂双分子层构成了细胞膜的基本支架
蛋白质分子镶嵌、部分或全部嵌入、贯穿于脂双层
资料9: 1970 年,科学家用绿、红荧光材料分别标记小鼠细胞和人细胞表面蛋白质分子,刚融合时，一半发绿色荧光,一半发红色荧光,在37℃下40min后,两种颜色的荧光均匀分布。
三.对细胞膜结构的探索
细胞膜具有流动性
脂双层为基本骨架
细胞的物质运输、生长、分裂、运动等生命活动
镶嵌、嵌入、贯穿
细胞膜
磷脂
蛋白质
糖类（少）
内部疏水，屏障
物质运输等
细胞表面
信息传递等
运动
运动
结构特点：流动性
1.将细胞与外界环境分隔开
2.控制物质进出
细胞
3.进行细胞间的信息交流
四.流动镶嵌模型(辛格&尼科尔森)
功能
组分
结构
有关流动镶嵌模型的几个“冷”知识
(1)目前流动镶嵌模型普遍被大家所接受。但其在一定程度上忽视了蛋白质分子对脂质分子流动性的控制作用以及其他因素对脂质分子运动的影响。
(2)糖被上的糖链像无线电的“天线”一样伸出膜外，参与细胞的多种生命活动，如细胞识别、黏附、分化、吞噬、免疫等过程。
(3)糖脂可以参与构成细胞表面的抗原(如ABO血型抗原)，也可以参与细胞识别和信息传递过程，同时还是某些神经递质和激素的受体。
流动镶嵌模型的主要特点
(1)强调了膜结构的不对称性和不均匀性。膜中的蛋白质和脂质均具有以上分布特点。
(2)强调了膜结构的流动性。膜的结构成分不是静止的，而是动态的。
(3)膜的功能由蛋白质与蛋白质、蛋白质与脂质、脂质与脂质之间的相互作用来实现。
膜蛋白主要包括外在膜蛋白和内在膜蛋白。
(1)外在膜蛋白：分布于细胞膜的内外表面，主要附着于内表面，为水溶性蛋白质，如磷脂酶。
(2)内在膜蛋白：有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿整个磷脂双分子层，占全部膜蛋白的70%～80%。根据其功能，又可分为转运蛋白、酶、受体蛋白、连接蛋白等。
(1)生物膜上的蛋白质分子并不都是可以运动的。细胞膜上与细胞内骨架纤维相结合的蛋白质一般不具有流动性。
(2)不同细胞膜上所含蛋白质和磷脂的比例不同，这与膜的功能有关。功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。
(3)同种生物的相同细胞在不同时期，细胞膜的成分和含量会发生变化。同种生物不同细胞、不同生物的细胞，细胞膜的成分和含量也不同。
(4)构成动物细胞膜的脂质除磷脂外，还有胆固醇。少数植物细胞膜中也含有胆固醇，其作用是调节膜的流动性，增加膜的稳定性。
判断细胞膜内外侧的方法
判断依据：糖蛋白(或糖脂)的分布。
判断方法：
有糖蛋白(或糖脂)的一侧——外侧；
无糖蛋白(或糖脂)的一侧——内侧。
可见细胞膜具有不对称性。
阅读教材46页拓展应用2“脂质体药物”相关内容，回答问题
1、为什么两类药物的包裹位置各不相同？
五.细胞膜结构的拓展应用
在水溶液中，磷脂分子会自发地组装成充满液体的脂双层，我们将其称为脂质体。脂质体既可用于研究特定膜蛋白的功能，又可以作为运载体，将药物或DNA分子运送到细胞内。
自发形成双层结构
2、脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞发挥作用？
五.细胞膜结构的拓展应用
3、该脂质体的研究应用是依据了细胞膜的哪些功能？
五.细胞膜结构的拓展应用
1.用丙酮从口腔上皮细胞中提取脂质,在空气—水界面上铺成单分子层,测得单分子层面积为S1,设细胞膜表面积为S2,则S1与S2关系最恰当的是 (　　)
A.S1<2S2 B.S1=2S2
C.S1>2S2 D.S2C 　　　　　　
学以致用
2.据最新研究发现,内皮素在皮肤中分布不均,是造成色斑的主要原因。内皮素拮抗剂进入皮肤,可以和黑色素细胞膜的受体结合,使内皮素失去作用,这为美容研究机构带来了福音。上述材料体现了细胞膜的哪项功能 (　　)
A.细胞膜中磷脂含量越高,功能越复杂
B.细胞膜作为系统的边界,严格控制物质进出细胞
C.细胞膜具有信息交流的功能
D.细胞膜的组成成分主要为磷脂和蛋白质
C 　　　　　　
学以致用
学以致用
3.提取质膜中的磷脂分子，将其放入水中可以形成双层磷脂分子的球形脂质体(如右图)，它载入药物后可以将药物送入相应细胞。下列关于质膜和脂质体的叙述错误的是 (　　)
A．该脂质体与质膜在功能上的主要区别是前者无选择透过性
B．磷脂分子在水中能自发形成脂双层是因为它是一个两性分子
C．在Ⅰ处嵌入水溶性药物，利用脂质体与质膜融合的特点将药物送入细胞
D．在Ⅱ处嵌入脂溶性药物，利用脂质体与质膜融合的特点将药物送入细胞
A
4. 荧光漂白恢复技术在细胞生物学中具有重要的应用价值,其包括三个步骤:绿色荧光染料与膜上的蛋白质结合,使质膜上呈现一定强度的绿色→激光照射膜上某绿色荧光区,使该区域内标记的荧光分子不可逆地淬灭(漂白)→检测淬灭部位荧光再现速率。实验过程如图中甲所示,结果如图乙所示。下列说法错误的是(　)
A 　　　　　　
A.被激光照射淬灭部位的质膜失去了流动性
B.淬灭部位荧光再现速率会受温度的影响
C.若不用激光照射淬灭,而是质膜的两部分分别被绿色和红色荧光染料标记,则一段时间后两种颜色的荧光会均匀分布
D.F2后若再进行一次激光照射淬灭,一段时间后检测的淬灭部位的荧光强度会更低
5.如图为生物膜流动镶嵌模型的模式图。下列有关叙述,正确的是 (　　)
D 　　　　　　
A.若该生物膜表示动物细胞膜,则其脂质成分就是图中的a(磷脂)
B.若该生物膜表示细胞膜,则在结构上其存在双层膜
C.若该生物膜表示某动物细胞膜,则a种类的多样性决定了膜功能的多样性
D.若该生物膜表示动物细胞膜,则b可能具有识别的作用
学以致用
6.如图为细胞膜的结构模式图,下列叙述错误的是 (　　)
A.①具有识别功能
B.细胞膜的选择透过性与②⑤有关
C.a面为膜内侧,b面为膜外侧
D.③为磷脂分子亲水性头部,④为磷脂分子亲脂性尾部
C　　　　　　
学以致用