生物人教版（2019）必修1 3.1细胞膜的结构和功能（共35张ppt）

(共35张PPT)
第3章 细胞的基本结构
第1节 细胞膜的结构和功能
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,却不能逸出细胞。
伊红为什么不会逸出细胞？此实验说明了什么？
细胞作为一个完整的系统，它有边界
细胞做为一个基本的生命系统，它的边界就是______，也叫_______；
细胞膜
质膜
那细胞膜作为系统的边界，它在细胞的 生命系统中起什么作用呢？
细胞膜的功能
Function of cell membrane
1、将细胞与外界环境分隔开
_________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，并成为_________的系统。
膜的出现
相对独立
相对稳定
细胞膜将生命物质与外界环境分隔开，保障了细胞内部环境的________。
（1）膜的出现在进化方面的意义：
（2）膜的出现对细胞本身的意义：
不需要、有害的物质
（如细菌、病毒等）_____________
细胞膜的功能
Function of cell membrane
2、控制物质进出细胞
细胞膜的控制作用是相对的
细胞
营养物质（氨基酸、无机盐、葡萄糖等）
废物
（CO2、尿素等）
不容易进入
抗体、激素等
细胞合成并分泌
细胞代谢产生
（DNA等）
×
细胞膜的功能
Function of cell membrane
3、进行细胞间的信息交流
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。（教材P42）
信息
细胞间的信息交流的方式多种多样，主要有以下三种：
（1）通过细胞分泌的化学物质间接传递信息
（2）相邻两个细胞的细胞膜接触直接传递信息
（3）相邻两细胞之间形成通道，来传递信息
细胞膜的功能
Function of cell membrane
体
液
的
传
送
化学信号传导（如激素）
内分泌细胞
分泌的激素
与靶细胞膜上的受体结合，将信息传递给靶细胞
靶细胞
靶细胞
（1）通过细胞分泌的化学物质间接传递信息
细胞分泌的化学物质（如_____），随_____到达全身各处，与_________的____________________结合，将信息传递给靶细胞；
靶细胞
细胞膜表面的受体
血液
激素
靶细胞：接受信号分子的细胞
受体：靶细胞膜上与信号分子特异性结合的位点，一般为糖蛋白
细胞膜的功能
Function of cell membrane
（2）相邻两个细胞的细胞膜接触直接传递信息
接触传递
发出信号的细胞
靶细胞
与膜结合的信号分子
例如：精子和卵细胞之间的识别和结合
细胞膜的功能
Function of cell membrane
（3）相邻两细胞之间形成通道，来传递信息
通道传递
胞间连丝
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_________相互连接，也有信息交流的作用。
胞间连丝
因此胞间连丝既有物质运输的作用，又有信息交流的作用；
植物细胞的细胞壁
主要功能：支持和保护；
特性：全透性；
主要组成成分：果胶和纤维素；
拓展提升
思考：为什么细胞壁不是植物细胞的边界？
细胞壁是全透性的，它不能保证细胞内部的稳定；
细胞膜的功能是由它的_____和______决定的；
但细胞膜非常薄，即使在高倍显微镜下依然难以看清它的真面目，人们对细胞膜化学成分与结构的认识经历了很长的过程：
成分
结构
细胞膜的成分
Cell membrane composition
材料1:1895年欧文顿在研究各种未受精卵细胞的透性时,发现脂溶性物质易透过细胞膜,不溶于脂类的物质透过细胞膜十分困难。
●
●
不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质
细胞膜
相似相溶原理
推断（假说）：
　膜是由脂质组成的
细胞膜的成分
Cell membrane composition
材料2:用脂质溶剂或卵磷脂酶处理细胞,细胞膜被溶解破坏。
亲水头部
疏水尾部
磷脂分子结构式
磷脂分子模型
磷脂分子示意图
细胞膜的成分
Cell membrane composition
哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和其它众多的具膜细胞器，可以避免其它膜的干扰,提取较纯正的细胞膜。
请从下面细胞中选出符合研究细胞膜的细胞，并说明理由
哺乳动物成熟的红细胞
高等动物细胞
高等植物细胞
细菌细胞
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）
细胞膜的成分
Cell membrane composition
材料3:1917年朗缪尔将磷脂与水混合，发现磷脂分子排列成了单层，而且其磷酸基团的极性头部浸入水中，疏水端浮于水面。
空气和水界面上
单分子排布
细胞膜的结构
Structure of cell membrane
材料4:1925年戈特和格伦德尔将人的红细胞膜的脂质，在空气-水界面上将其铺展成单分子层，测得单分子层的面积约为红细胞表面积的2倍。
在水中形成的磷脂双分子层的模式图
由此他们推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
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
材料5
时间：1935年
人物：丹尼利和戴维森
实验：研究膜的张力
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）
据此推测：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。
细胞膜的结构
Structure of cell membrane
1.最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取与检测？
2.根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气——水界面上铺展成单分子层？科学家是如何推导出“脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层”这一结论的？
细胞膜的结构
Structure of cell membrane
是通过对现象的推理分析得出的
因为磷脂分子的头部亲水，尾部疏水，所以在水—空气的界面上磷脂分子是头部向下与水面接触，尾部则朝上向空气的一面，科学家因测得从哺乳细胞成熟的红细胞中提取的脂质，铺成单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。
3.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，你能否就细胞膜是由磷脂双分子层构成的原因做出分析？
细胞膜的结构
Structure of cell membrane
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，形成磷脂双分子层细胞的内外都是水溶液，所以细胞膜磷脂分子的“头部”向着膜的内外两侧，而“尾部”相对排在内侧，形成磷脂双分子层
4.如果将磷脂分子置于水——苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布？
如果将磷脂分子置于水——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。
细胞膜的结构
Structure of cell membrane
材料5:1959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。他把细胞膜描述为静态的统一结构。
你认可这一静态观点吗？
细胞膜的结构
Structure of cell membrane
所有的细胞膜都由________________________三层结构构成，电镜下看到的中间亮层是_________分子，两边的暗层是_________分子；
蛋白质-脂质-蛋白质
脂质
蛋白质
他把蛋白质描述为_________的_________结构；
静态
统一
如果是这样，细胞膜的__________将难以实现，就连细胞的______、变形虫的_____________这样的现象都难以解释；
复杂功能
生长
变形运动
材料5:1970年，科学家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。这两种细胞刚融合时，融合细胞的一半发绿色荧光，另一半发红色荧光。在37℃下经过40min,两种颜色的荧光均匀分布。（教材P43）
细胞膜的结构
Structure of cell membrane
这一实验以及相关的其他实验表明
细胞膜具有流动性
1.1895年，欧文顿的实验和推论：细胞膜是由______组成的；
2.通过制备纯净的动物细胞膜，进行化学分析得知组成膜的脂质有_____和_____；
3.1925年，荷兰科学家戈特和格伦德尔用_____提取脂质，推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为____________；
4.1935年，英国学者丹尼利和戴维森通过研究细胞的________，推测：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有_______；
5. 1959年，罗伯特森通过在电镜下看到的_________三层结构，提出假说：所有生物膜都由________________三层结构构成；把细胞膜描述为_______统一结构；
6.1970年，荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有 ________；
7.1972年，辛格和尼科尔森提出了_______________ 。
脂质
探究历程小结
磷脂
胆固醇
丙酮
连续的两层
表面张力
蛋白质
暗-亮-暗
蛋白质-脂质-蛋白质
静态
流动性
流动镶嵌模型
1972年辛格（S. J. Singer）和尼科尔森（G. Nicolson）总结前人的研究成果，并且在新的观察和实验证据的基础上，提出了新的生物膜模型———________________，为多数人所接受。
流动镶嵌模型
细胞膜的流动镶嵌模型
Flow Mosaic model of cell membrane
细胞膜的流动镶嵌模型
Flow Mosaic model of cell membrane
1.细胞膜主要是由________和___________构成的；
磷脂分子
磷脂双分子层的内部是磷脂分子的______端，____________或_______不能自由通过，因此具有_____作用；
蛋白质分子
2.____________________是膜的基本支架；
磷脂双分子层
3.蛋白质分子以不同方式_____在磷脂双分子层中；
疏水
水溶性分子
离子
屏障
镶嵌
蛋白质有的____在磷脂双分子层表面，有的部分或全部____入磷脂双分子层中，有的____于整个磷脂双分子层；
镶
嵌
贯穿
4.细胞膜不是静止不动的，而是具有_______________；
一定的流动性
细胞膜流动性的具体表现（具有流动性的原因）：
构成膜的磷脂分子可以_____________，膜中的蛋白质______________；
侧向自由移动
大多也能运动
细胞膜流动性的意义：
对于细胞完成_________、_______、______、_______等功能都是非常重要的；
物质运输
生长
分裂
运动
细胞膜的流动镶嵌模型
Flow Mosaic model of cell membrane
糖被：细胞表面的识别、细胞间的信息传递等
细胞膜的特性
1.细胞膜的功能特性：___________________________；
细胞膜具有选择透过性与其上的________有关，主要是与载体蛋白有关；例如利用___________鉴定细胞死活；
2.细胞膜的结构特性：___________________________；
选择透过性
蛋白质
台盼蓝染液
具有一定的流动性
细胞膜具有一定的流动性主要因为：
________________________________________________________
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
细胞膜流动性的主要影响因素：________
温度
在适宜的温度范围内，随外界温度升高，细胞膜的流动性增强，但温度超出一定范围，会导致细胞膜被破坏；
①______________
②______________
③______________
④______________
⑤______________
A、B中_____为细胞外侧_____为细胞内侧
糖蛋白
蛋白质
磷脂双分子层
糖被
磷脂分子
A
B
1. 在解释不容易理解的陌生事物时，人们常用类比的方法，将陌生的事物与熟悉的事物作比较。有人在解释细胞膜时，把它与窗纱进行类比：窗纱能把昆虫挡在外面，同时窗纱的小洞又能让空气进岀。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方？
【提示】把细胞膜与窗纱进行类比,合理之处是说明细胞膜与窗纱一样可以允许一些物质出入，阻挡其他物质出入。这样的类比也有不妥之处。例如，窗纱是一种简单的刚性的结构，功能较单纯，细胞膜的结构和功能要复杂得多；细胞膜是活细胞的重要组成部分，活细胞的生命活动是一个主动的过程，而窗纱是没有生命的，它只能是被动地在起作用。
2. 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？
【答案】由双层磷脂分子构成的脂质体，两层磷脂分子之间的部分是疏水的，脂溶性药物能被稳定地包裹在其中；脂质体的内部是水溶液的环境，能在水中结晶的药物可稳定地包裹其中。
（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？
【答案】由于脂质体是磷脂双分子层构成的，到达细胞后可能会与细胞的细胞膜发生融合，也可能会被细胞以胞吞的方式进入细胞，从而使药物在细胞内发挥作用。
(1 )冬小麦的含水量从9月至12月处于下降趋势，请解释原因。
【答案】冬小麦的含水量从9月至12月处于下降趋势，因为随着冬季来临，气温下降，细胞中自由水的含量显著下降有助于抵抗低温冻害。
(2)冬小麦的自由水下降非常快，而结合水则上升比较多，这是为什么？
【答案】在寒冷的情况下，自由水可以结成冰而伤害植物，结合水则不会结冰。因此，冬季来临时，冬小麦细胞内自由水的比例逐渐降低，而结合水的比例逐渐上升，可以避免气温下降时自由水过多导致容易结冰而损害自身，这是植物适应环境的一种表现，是生物进化的结果。
(3 )请阐述水在细胞中的重要作用。
【答案】略。
2.人的红细胞和心肌细胞的主要成分都是蛋白质，但红细胞主要承担运输氧的作用，心肌细胞承担心脏律动作用，请从蛋白质结构的角度分析这两种细胞功能不同的主要原因。
【答案】蛋白质的功能是由氨基酸种类、数目和排列顺序、多肽链折叠或盘曲形成的空间结构决定的。人的红细胞承担运输氧的作用，是因为血红蛋白的结构适于运输氧；而心肌细胞主要是承担心脏律动作用，其心肌蛋白的结构适于律动。
3. 多糖和核酸都是由许多单体组成的多聚体，试从组成二者单体种类的角度分析，为什么核酸是遗传信息的携带者，而多糖不是？
【答案】构成多糖的基本单位是葡萄糖，无论多少个葡萄糖构成多糖，它的顺序没有什么变化。核酸就不同了，构成核酸的核苷酸，无论是脱氧核苷酸还是核糖核苷酸，都各含4种碱基。核酸是由核苷酸连接而成的长链，核酸分子中4种脱氧核苷酸（或核糖核苷酸）在数量、排列顺序上就会千差万别，从而能够承担起携带遗传信息的功能。因此说核酸是遗传信息的携带者，而多糖不是。
4. 1969年，人们在坠落于澳大利亚默奇森镇的陨石中发现了氨基酸，这些氨基酸不是来自地球。由此你可以作岀什么推测？
【答案】在陨石中发现了氨基酸，且非地球所有，这说明宇宙中很可能还存在与地球生物类似的生命形式。因为氨基酸是组成蛋白质的基本单位，而蛋白质又是生命活动的主要承担者。
(1 )冬小麦的含水量从9月至12月处于下降趋势，请解释原因。
【答案】冬小麦的含水量从9月至12月处于下降趋势，因为随着冬季来临，气温下降，细胞中自由水的含量显著下降有助于抵抗低温冻害。
(2)冬小麦的自由水下降非常快，而结合水则上升比较多，这是为什么？
【答案】在寒冷的情况下，自由水可以结成冰而伤害植物，结合水则不会结冰。因此，冬季来临时，冬小麦细胞内自由水的比例逐渐降低，而结合水的比例逐渐上升，可以避免气温下降时自由水过多导致容易结冰而损害自身，这是植物适应环境的一种表现，是生物进化的结果。
(3 )请阐述水在细胞中的重要作用。
【答案】略。
2.人的红细胞和心肌细胞的主要成分都是蛋白质，但红细胞主要承担运输氧的作用，心肌细胞承担心脏律动作用，请从蛋白质结构的角度分析这两种细胞功能不同的主要原因。
【答案】蛋白质的功能是由氨基酸种类、数目和排列顺序、多肽链折叠或盘曲形成的空间结构决定的。人的红细胞承担运输氧的作用，是因为血红蛋白的结构适于运输氧；而心肌细胞主要是承担心脏律动作用，其心肌蛋白的结构适于律动。
3. 多糖和核酸都是由许多单体组成的多聚体，试从组成二者单体种类的角度分析，为什么核酸是遗传信息的携带者，而多糖不是？
【答案】构成多糖的基本单位是葡萄糖，无论多少个葡萄糖构成多糖，它的顺序没有什么变化。核酸就不同了，构成核酸的核苷酸，无论是脱氧核苷酸还是核糖核苷酸，都各含4种碱基。核酸是由核苷酸连接而成的长链，核酸分子中4种脱氧核苷酸（或核糖核苷酸）在数量、排列顺序上就会千差万别，从而能够承担起携带遗传信息的功能。因此说核酸是遗传信息的携带者，而多糖不是。
4. 1969年，人们在坠落于澳大利亚默奇森镇的陨石中发现了氨基酸，这些氨基酸不是来自地球。由此你可以作岀什么推测？
【答案】在陨石中发现了氨基酸，且非地球所有，这说明宇宙中很可能还存在与地球生物类似的生命形式。因为氨基酸是组成蛋白质的基本单位，而蛋白质又是生命活动的主要承担者。