3.1细胞膜的结构和功能_高一生物人教版（2019）必修1课件(共23张PPT)

(共23张PPT)
3.1 细胞膜的结构和功能
教学目标
1.从系统与环境关系的角度，阐释细胞膜作为系统的边界所具有的功能。
2.分析细胞膜组成成分与结构的关系，说明细胞膜结构的物质基础，概述流动镶嵌模型的主要内容
3.分析对细胞膜成分与结构的探索历程，认同科学理论的形成是一个科学精神、 科学思维和技术手段结合下不断修正与完善的过程。
细胞的基本结构
新课导入
组成细胞的分子必须有序地组织成细胞的结构，才能成为一个基本的生命系统。
细胞膜是系统的边界
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，它将生命物质与外界环境分隔开，产生了原始的细胞，并成为相对独立的系统。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
选
择
性
相
对
性
3. 进行细胞之间的交流
分泌细胞　　 激素 　　靶细胞
通过血液间接交流
细胞膜的功能
直接接触
细胞通道
细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的
细胞膜的功能
对生物膜成分的探索
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细胞膜
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不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质
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与化学的联系
相似相溶原理：“相似”是指溶质与溶剂在结构上相似，“相溶”是指溶质与溶剂彼此互溶。
（1）1895年，欧文顿通过化学物质对植物细胞通透性的实验。
推测：细胞膜是由脂质组成的。
实验：科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离然后进行化学分析。
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。
对生物膜成分的探索
亲水“头”部
疏水“尾”部
对生物膜成分的探索
时间：1925年
人物：荷兰科学家Gorter和Grendel
实验：从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面
积是细胞膜的2倍
细胞膜中的磷脂是双层的
水
空气
提出假说：
对生物膜成分的探索
细胞膜的两侧都有水环境存在，同学们尝试着大胆的推测和想象一下在这样的环境中，磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢？
水
水
A
水
水
B
水
水
C
亲水的“头部”与水接触，疏水的“尾巴”远离水
对生物膜成分的探索
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，你能否就细胞膜是由磷脂双分子层构成的原因作出分析
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。细胞的内外环境都是水溶液,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。
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。
在水中形成的磷脂分子层
对生物膜成分的探索
1. 如果把磷脂分子铺在“空气-水的界面”会是什么状态？
2. 如果把磷脂分子铺在“水-苯的界面”会是什么状态？
水
苯
对生物膜成分的探索
1935年，英国，丹尼利和戴维森，研究细胞膜张力。
研究发现：细胞表面张力 < “油-水界面”的张力
人们已知：油脂表面+蛋白质 <“油-水界面”的张力
推测：细胞膜除了含有脂质，还可能附有蛋白质
对生物膜成分的探索
细胞膜成分
脂质(50%)
蛋白质(40%)
少量的糖类(2%~10%)
磷脂最丰富，此外还有少量的胆固醇
功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。
归纳：细胞膜的成分
对细胞膜结构的探索
1959年，科学家罗伯特森在电镜下观察细胞膜有“暗-亮-暗”结构。
问题1：该模型可以解释细胞的哪些功能？不能解释哪些功能？
实验技术：扫描电子显微镜，冰冻蚀刻技术
结论：蛋白质分子有的镶在磷脂分子层表面，有的嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。
对细胞膜结构的探索
时间：1970年
人物：David Frye和Michael Edidin
实验技术：荧光标记
人细胞
小鼠细胞
红色荧光染料标记的膜蛋白
绿色荧光染料标记的膜蛋白
细胞融合
37℃
40min
荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验示意图
对细胞膜结构的探索
磷脂分子具有流动性
沿着膜平面侧向扩散运动
围绕轴心
自旋运动
脂分子
尾部摆动
在磷脂双分子层中做
翻转运动
对细胞膜结构的探索
流动镶嵌模型的基本内容
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
磷脂
蛋白质
镶嵌、嵌入、贯穿
细胞膜
糖类（少）
组分
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
结构
功能
2.控制物质进出细胞
3.进行细胞间的信息交流
流动镶嵌模型的基本内容
实验 实验结果 膜结构性质的概括 模型的提出与完善
罗伯特森实验 电镜下细胞膜呈“暗-亮-暗”结构 所有细胞膜都是静态的蛋白质-脂质-蛋白质结构 三明治模型
冰冻蚀刻实验 蛋白质颗粒在脂双层中的分布情况 蛋白质镶嵌、部分或全部嵌入、贯穿于脂双层 流动镶嵌模型
人鼠细胞融合实验 不同颜色的荧光在细胞膜上均匀分布 细胞膜具有流动性
（一）问题探讨
1.活细胞的细胞膜具有选择透过性，染料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。
2.细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能。
（二）思考·讨论
1.最初对细胞膜成分的认识、是通过对现象的推理分析得出的。
2.因为磷脂分子的"头部"亲水，"尾部"疏水，所以在水一空气的界面上磷脂分子是"头部"向下与水面接触，"尾部"则朝向空气的一面。科学家因测得从哺乳动物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.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!。细胞的内外环境都是水溶液，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。
课后习题
4.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。
（三）旁栏问题
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自， 水分子可以通过通道蛋白通过膜
（三） 穷栏问题
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1， 水分子可以通过通道蛋白通过膜
（四）练习与应用概念检测
1.(1)×;(2)×;(3)×。2.B。拓展应用
1.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人，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、面窗纱是没有生命的，它只能是被动地在起作用。
课后习题
2.（1）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）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。
课后习题