3.1细胞膜的结构和功能 课件(共53张PPT)

(共53张PPT)
第3章 细胞的基本结构
第1节　细胞膜的结构和功能
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）
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
？
新鲜的苋菜叶泡进水中，水一般不会变红，但高温炒熟的苋菜中却有红红的汤汁，这可能是因为什么？
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
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？
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。
保障了细胞内部环境的相对稳定。
1.将细胞与外界环境分隔开
一、细胞膜的功能
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
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
方式二：细胞膜直接接触交流
3.进行细胞间的信息交流
一、细胞膜的功能
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。
胞间连丝
例如:高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用。
通道传递
3.进行细胞间的信息交流
一、细胞膜的功能
注意：
以上三种信息交流方式是发生于细胞与细胞之间的，而不是细胞内的信息交流。
除了以上提到的三种功能外，细胞膜还有细胞识别、保护细胞、参与细胞的运动、分泌等功能。
一、细胞膜的功能
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
通过物质传递
细胞间直接接触
细胞间的通道（胞间连丝）
课堂小结
一. 细胞膜的功能
1.(2020·山东烟台高一期中)硝苯地平是一种常见的降压药，它的作用机理是通过抑制细胞膜上的Ca2＋通道，使流入细胞的Ca2＋减少，从而导致血压降低。这体现了（ ）
A.细胞膜能将细胞与外界环境分隔开
B.细胞膜能保护细胞内部的结构
C.细胞膜可以控制物质进出细胞
D.功能越复杂的细胞膜，蛋白质的数量越多
√
课堂检测
那就让我们穿过时空隧道，跟随科学家的脚步来探索细胞膜成分和结构。
二.对细胞膜成分的探索
阅读教材42-44页“对细胞膜成分的探索”和“对细胞结构的探索”
1、制备细胞膜选择什么材料？原因是什么？
2、细胞膜的化学成分有哪些？如何鉴定？
3、细胞膜流动镶嵌模型内容有哪些？是谁建立的？
4、细胞膜的结构特点是什么？功能特点是什么？
分别有哪些实例能体现其特点？
5、细胞壁的成分和功能分别有哪些？
二.对细胞膜成分的探索
【资料1】1895年欧文顿：多种物质对膜的通透性实验，溶于脂质的物质容易通过细胞膜，不溶于脂质的物质，不容易通过细胞膜。
细胞膜
非脂溶性物质
脂溶性物质
推测1：细胞膜是由脂质组成的
相似相溶原理
【资料2】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。
红细胞的细胞膜
化学分析表明：
细胞膜中的脂质有：磷脂和胆固醇，磷脂含量最多
二.对细胞膜成分的探索
脂肪酸链
磷酸基团
甘油
疏水
尾部
亲水
头部
磷脂分子的结构（P42）
如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在水—空气界面上排布？
想一想
水
空气
亲水的“头部”与水接触，疏水的“尾巴”远离水，朝向空气的一面，在水空气界面上铺展成单分子层。
问题2：细胞膜的两侧都有水环境存在。请大胆的推测和想象一下在这样的环境中，细胞膜中的磷脂分子可能怎么排布？
水
水
水
水
理论需要实验的支持！
假说: 细胞膜中的磷脂呈双层排布。
二.对细胞膜成分的探索
【资料3】1925年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺成单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。
推论2：细胞膜中磷脂排列成连续的两层
二.对细胞膜成分的探索
【资料4】1935年，英国学者丹尼利和戴维森发现细胞表面张力明显低于油水界面的表面张力；当时人们已经知道了，如果在油水界面中加入一定量的蛋白质，其表面张力降低。
总结：细胞膜的组成成分： 、 还有少量的糖类。
细胞膜除含有脂质分子外，可能还附有蛋白质
脂质
蛋白质
思考：细胞膜中含有的元素有哪些？
C、H、O、N、P
二.对细胞膜成分的探索
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”的结论？
磷脂分子的亲水性头部向水面一侧，疏水性尾部向空气一侧；
脂质在细胞膜中只有排列成连续的两层，铺展成单分子层的面积才会恰为红细胞表面积的2倍。
1.最初认识到生物膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析，还是通过膜成分的提取和鉴定？
通过对现象的推理分析的。
问题讨论：P42
问题讨论：P42
头部将与水接触，尾部与苯接触，磷脂分子分布成单层
4.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？
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作出分析？
因为磷脂分子有一个亲水头部和疏水尾部,疏水尾巴要聚集到一起, 这就使得亲水的头在外与水接触,疏水的尾巴聚在里头,形成稳定的双分子层结构；
细胞膜的内外都是水。
__________（约50%）
__________（约40%）
主要
成分
____________（约2%~10%）
________（主要）
_________（主要是动物细胞膜具有）
脂质
蛋白质
糖类
磷脂
胆固醇
注意：
（1）不同细胞膜中，各种物质的含量是不同的。
（2）蛋白质的_______与________决定细胞膜功能的复杂程度。
种类
数量
二.对细胞膜成分的探索
脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？
三.对细胞膜结构的探索
【资料5】
(1)1959年，罗伯特森
①方法：在电子显微镜下观察细胞膜。
②现象：细胞膜呈现清晰的______________的三层结构。
③结论：所有的细胞膜都由______________________三层结构构成，是一种______的统一结构。
暗—亮—暗
蛋白质—脂质—蛋白质
静态
不能解释细胞的生长、白细胞吞噬细菌、受精时细胞融合等。
两层暗
一层亮
问题：1.静态结构的细胞膜能使其实现复杂的功能吗？2.这个模型能解释细胞的生长吗？
时间：1970年
实验：弗雷和埃迪登( Frye 和 Edidin )将人和鼠的细胞膜蛋白分别用红、绿荧光
标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧
光，放置一段时间后发现两种颜色的荧光均匀分布。
融合细胞
细胞
融合
37℃
40min
正在融合的细胞
红色荧光染料标记膜蛋白
绿色荧光染料标记膜蛋白
人细胞
小鼠细胞
【资料6】人——鼠细胞融合实验（荧光标记实验）
结论：
细胞膜具有流动性
三.对细胞膜结构的探索
【资料7】物理学家将细胞膜冰冻处理后用冷刀断开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面，复膜后在电镜下观察断裂面的形态结构。（冰冻蚀刻显微技术）
蛋白质镶嵌、嵌入或贯穿于磷脂双分子层中。
冰冻蚀刻电镜技术观察的蛋白质分布模型
发现：
三.对细胞膜结构的探索
【资料8】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———流动镶嵌模型，为多数人所接受。
三.对细胞膜结构的探索
19世纪末，欧文顿的实验和推论：膜是由______组成的；
20世纪初，化学分析结果指出膜主要由_______和_________组成；
1925年，细胞膜中的脂质排列为连续的_____层；
罗伯特森1959年提出的“三明治”模型：所有生物膜都
由______________________ 三层结构；
1970年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有______________；
1972年，辛格和尼科尓森提出了_______________ 。
脂质
脂质
蛋白质
蛋白质－脂质－蛋白质
一定的流动性
流动镶嵌模型
生物膜流动镶嵌模型的探索历程
两
课堂检测
想一想：在细胞膜结构模型的探索过程中采用了什么科学方法？
阅读教材44页：
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被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和试验结果相吻合。
实验、推理和想象
提出假说
实验验证
建构模型
修正模型
课堂检测
2.(2020·重庆市杨家坪中学高一月考)下列关于细胞膜探索历程的叙述，错误的是（ ）
A.欧文顿在实验基础上提出膜是由脂质组成的
B.罗伯特森通过电子显微镜发现了细胞膜的流动镶嵌模型
C.人体细胞与小鼠细胞融合实验使用了荧光标记法来研究细胞膜的流动性
D.荷兰科学家用丙酮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，测得单分子层面积为红细胞表面积的2倍，由此推测细胞膜中的脂质分子为连续的两层
√
3.科学家将哺乳动物或人的成熟红细胞放进蒸馏水中，造成红细胞破裂出现溶血现象，再将溶出细胞外的物质冲洗掉，剩下的结构在生物学上称为“血影”，那么，血影的主要成分有
A.无机盐、蛋白质 B.磷脂、蛋白质、糖类
C.脂肪、蛋白质 D.脂质、蛋白质、糖类
解析　据题干分析，“哺乳动物或人的成熟红细胞放进蒸馏水中，造成红细胞破裂出现溶血现象，再将溶出细胞外的物质冲洗掉”，剩下的结构是细胞膜，主要成分是磷脂和蛋白质。
√
课堂检测
流动镶嵌模型
时间：1972年
桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)提出了新的生物膜模型——流动镶嵌模型，为多数人所接受。
1.细胞膜的基本支架是什么？
2.蛋白质在细胞膜上如何分布？
3.细胞膜具有流动性的原因是什么？
4.什么叫糖蛋白？有什么功能？
【自主学习】P44-45
内容1：磷脂双分子层是细胞膜的基本支架。
其内部是磷脂分子疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。
四、流动镶嵌模型的基本内容
磷脂双分子层
内容2：蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中。
有的镶在磷脂分子层表面。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表面。与物质运输有关。
蛋白质
四、流动镶嵌模型的基本内容
内容3：细胞膜不是静止不动的，其结构特点而是具有一定的流动性。
细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能非常重要。
主要表现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。
四、流动镶嵌模型的基本内容
内容4：在细胞膜外表面，糖类分子与蛋白质结合形成糖蛋白，或与脂质结合形成糖脂，这些糖类分子叫做糖被。
糖脂
糖蛋白
它与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系。消化道和呼吸道上表皮的糖蛋白有保护和润滑作用。
四、流动镶嵌模型的基本内容
四、流动镶嵌模型的基本内容
小结：
①_______________，是膜的基本支架；
②蛋白质分子有的____在表面，有的部分或全部______，有的________磷脂双分子层；
③细胞膜具有_________性：磷脂分子侧向自由移动，大多数蛋白质可以运动；
④糖类和蛋白质结合形成 ，与脂质结合成 ，这些糖类叫作_______，和细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有关。
磷脂双分子层
镶
嵌入
贯穿
流动
糖蛋白
糖脂
糖被
【思考】
如何判断细胞膜的内外侧？
外侧：糖蛋白的一侧
内侧：没有糖蛋白的一侧
【思考】
既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？
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白，水分子可以由此通过
细 胞 膜
结构
成分
脂 质
蛋白质
糖 类
磷脂双分子层-基本支架
蛋白质-镶、嵌、贯穿
糖蛋白
结构特点
（流动性）
流
动
镶
嵌
模
型
课堂小结
决定
功能？
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
一、概念检测
1.基于对细胞膜结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。
(1)构成细胞膜的磷脂分子具有流动性，而蛋白质是固定不动的。( )
(2)细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能进入，而对细胞有害的物质则不能进入。( )
(3)向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下个空洞。( )
×
×
×
2.细胞膜的特性和功能是由其结构决定的。下列相关叙述错误的是( )
A.细胞膜的脂质结构使溶于脂质的物质，容易通过细胞膜
B.由于磷脂双分子层内部是疏水的，因此水分子不能通过细胞膜
C.细胞膜的蛋白质分子有物质运输功能
D.细胞的生长现象不支持细胞膜的静态结构模型
B
二、拓展应用
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出。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方
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。
二、拓展应用
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
由双层磷脂分子构成的脂质体,两层磷脂分 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。
二、拓展应用
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。
(2)请推测：脂美质体到达细胞后，药物将如何进入细胞内发挥作用
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.(2022·江苏常州高级中学高一期中)如图为细胞膜的结构模型示意图，A、B表示细胞膜的两侧。下列有关说法错误的是
A.细胞膜因具有图中1表示的基本支架而具有
对称性
B.1是磷脂双分子层，构成了生物膜的基本支架
C.图中A侧具有糖蛋白，是细胞膜的外侧
D.细胞膜具有流动性与图中1、3都有关
√
课堂应用
√
综合强化
4．(2021·江苏南京高一期中)细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。下列有关这一功能的理解，不正确的是(　　)
A．细胞需要的物质可以进入细胞
B．细胞不需要或对细胞有害的物质一般不能进入细胞
C．细胞中的某些成分如核酸等不会流失到细胞外
D．由于细胞膜的存在，致病的病毒、细菌等都不能进入细胞
5．(2021·江苏淮安高一期中)冰冻蚀刻技术是将在超低温下冻结的组织或细胞骤然断开，依照组织或细胞的断裂面制成复模，用于电镜观察的技术。科学家常用冰冻蚀刻技术观察细胞膜中蛋白质的分布和膜面结构。如图是正在进行冰冻蚀刻技术处理的细胞膜，下列有关分析错误的是(　　)
A．BF和PF侧均为磷脂层的疏水侧
B．因为BS侧分布有糖蛋白，所以BS侧表示细胞膜外侧
C．冰冻蚀刻技术冻结的细胞膜依旧具有一定的流动性
D．由图可知，蛋白质分子以不同的方式镶嵌在磷脂双分子层中
√
6.研究发现，内皮素在皮肤中分布不均，是形成色斑的主要原因。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
√
综合强化
7.人、鼠细胞融合实验中用不同的荧光染料标记两种细胞的膜蛋白，一段时间后两种膜蛋白能在杂种细胞膜上均匀分布形成嵌合体。如图是相关实验结果的记录，据此能得出的结论是（）多选题
A.温度超过15 ℃，细胞膜流动性开始增强
B.该实验证明膜蛋白能够运动
C.温度对膜蛋白的运动有影响
D.融合时间越长形成的嵌合体越多
√
解析　分析题图可知，嵌合体形成的多少与温度有关，但图中数据无法说明与融合时间的关系，D错误。
√
√
综合强化
下节课见！