高中生物人教版（2019）必修1. 3.1细胞膜的结构和功能（共33张ppt）

(共33张PPT)
第3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》
第1节
细胞膜的结构和功能
学习目标
细胞膜的功能
01
02
对细胞膜的成分的探索
03
对细胞膜的结构的探索
04
流动镶嵌模型的基本内容
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）
新课导入
资料1: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
细胞壁
主要功能：支持和保护
特性：全透性
拓展提升
植物细胞的边界是什么呢？为什么？
因为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。
？
细胞膜的功能
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
细胞膜的功能
2.控制物质进出细胞
为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
死细胞
活细胞
台盼蓝染液鉴定死活细胞
2.控制物质进出细胞
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
可进
可出
不可出
细胞内有用的成分
不易进
病菌、病毒等
可能侵入
细胞膜的功能特性
选择透过性
3.进行细胞间的信息交流
激素
（1）物质传递：通过细胞分泌化学物质间接传递信息。
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。
靶细胞：接受信号的细胞
受体：靶细胞膜上与信号特异性结合的位点
化学本质：糖蛋白、糖脂
特点：专一性（一种受体只能识别
一种或者一类物质）
作用：识别并与相应的信号分子相结合
3.进行细胞间的信息交流
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。
发出信号的细胞
靶细胞
与膜结合的信号
（2）接触传递：通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息。
精子和卵细胞之间的识别和结合
3.进行细胞间的信息交流
（3）通道传递：相邻两细胞之间形成通道，来传递信息
胞间连丝
相邻两个细胞之间形成 ，携带信息的物质通过其进入另一个细胞。
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。
通道
胞间连丝
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）
细胞膜的功能
细胞膜的化学成分和结构
细胞膜的功能小结1
是什么决定了细胞膜具有这样的功能呢？
二、对细胞膜成分和结构的探索
欧文顿
戈特和格伦德尔
丹尼利和戴维森
罗伯特森
辛格和尼克尔森
成分
结构
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？
对细胞膜的成分的探索
2
最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析,还是通过膜成分的提取和检测？
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
化学分析表明：组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多
对细胞膜的成分的探索
2
为什么用哺乳动物红细胞制取细胞膜？
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
①无细胞壁，细胞容易吸水涨破；
②无细胞核和众多的细胞器，易制得纯净的细胞膜。
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。
对细胞膜的成分的探索
2
对细胞膜的成分的探索
2
磷脂的一端为亲水的头，两个脂肪酸一端为疏水的尾，多个磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层。
头部亲水
尾部疏水
磷脂分子示意图
磷脂分子结构式
磷脂分子模型
磷脂分子结构
空气
水
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？在水中如何排列？
亲水的“头部”与水接触，疏水的“尾巴”远离水
对细胞膜的成分的探索
2
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。
对细胞膜的成分的探索
2
脂质体
脂单分子层
微团
建模活动：
请根据磷脂分子的特点构建其在水中的分布的模型
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？
对细胞膜的成分的探索
2
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（糖＋蛋白质）
作用：保护、润滑和识别
糖脂（糖＋脂质）
>
细胞膜的成分小结2
【了解一下】细胞膜蛋白种类：
糖蛋白、受体蛋白、载体蛋白，具有催化作用的酶等
脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？
对细胞膜结构的探索
提出假说：
实验：
时间：1959年
人物：罗伯特森
用电镜了观察到了清晰的细胞膜照片，看到了暗－亮－暗的三层结构。
细胞膜由蛋白质－脂质－蛋白质三层结构构成，中间亮层是脂质分子；是静态统一的结构。
细胞膜结构电镜照片
蛋白质
蛋白质
脂质
单位膜模型
1959年
1935年
1925年
20世纪初
1895年
“三明治”静态结构模型有什么不足？
对细胞膜结构的探索
变形虫的变形运动
细胞分裂
异议：如果“细胞膜是静态的”，细胞膜的复杂功能将难以实现。
白细胞吞噬细菌
对细胞膜结构的探索
得出结论：蛋白质分子以 、 、 方式分布在磷脂双分子层中。
时间：20世纪60年代
方法：冰冻蚀刻电子显微法
镶
嵌
贯穿
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。
1959年
1935年
1925年
20世纪初
1895年
20世纪60年代
细胞膜还是静态的吗？
37℃
40min
对细胞膜结构的探索
实验：
科学家用绿色荧光染料标记小鼠细胞膜表面蛋白质分子，用红色荧光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。
发现：
这两个细胞刚融合时，融合细胞一半发绿色荧光，另一半发红色荧光；在37℃下经过40 min，两种颜色的荧光均匀分布。
结论：
细胞融合实验以及相关的实验证明细胞膜具有流动性。
（结构特性）
小鼠细胞
人细胞
细胞融合
正在融合的细胞
融合细胞
1959年
1935年
1925年
20世纪初
1895年
20世纪60年代
1970年
对细胞膜结构的探索
时间：1972年
人物：辛格和尼科尔森提出生物膜模型——流动镶嵌模型，
为多数人所接受。
1959年
1935年
1925年
20世纪初
1895年
20世纪60年代
1970年
1972年
流动镶嵌模型
基本支架
细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的
三种方式
镶、嵌、贯穿
细胞表面的识别、细胞间的信息传递
被
1．基本要点
a.细胞膜主要由脂质和蛋白质组成
b.细胞膜的基本支架为磷脂双分子层
磷脂双分子层内部为疏水端（尾部），水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。外部为亲水端（头部）
c.蛋白质分子存在形态：
蛋白质分子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。（膜结构内外的不对称性）
d.细胞膜的结构特性：
流动性
构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的
意义：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。
e.细胞膜的功能特性：选择透过性
旁栏思考
Q：既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？
A：1.水分子极小，可以通过由于磷脂分子运动而产生的间隙；
2.膜上存在水通道蛋白，水分子可以通过通道蛋白通过膜。
流动镶嵌模型的基本内容
4
糖被功能：识别、保护、润滑
注意
细胞膜结构图示中糖蛋白的多糖侧链是判断生物膜内、外侧的依据，多糖侧链所在的一侧胞膜外侧，另一侧则为细胞膜内侧。
外侧
1．基本要点
f.细胞膜上蛋白质与糖类结合形成糖蛋白（脂质与糖类结合形成糖脂）
流动镶嵌模型的基本内容
4
不对称性
归纳总结
组分
结构
功能
细
胞
膜
磷脂
蛋白质
糖类(少)
运动
运动
脂双层为基本骨架
镶嵌、嵌入、贯穿
细胞表面
内部疏水，屏障
决定膜的功能
细胞表面的识别、
细胞间的信息传递等
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
结构特性：具有一定的流动性
功能特性：选择透过性
细胞的物质运输、生长、分裂、运动等生命活动
保障了细胞内部环境的相对稳定
当堂反馈
(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)细胞间的信息交流都依赖于信息分子与受体的识别(　　)
(3)高等植物的胞间连丝也能使细胞间进行物质交换(　　)
×
×
√
(4)高等植物细胞间有胞间连丝，是高等植物细胞内进行信息交流的方式(　 )
×
(5)构成细胞膜的脂质主要是磷脂、脂肪、胆固醇(　　)
(6)罗伯特森在高倍显微镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构( 　)
(7)罗伯特森提出的细胞膜的静态结构模型不能解释细胞的生长现象(　　)
(8)向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下一个孔洞(　　)
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谢谢