3.1细胞膜的结构和功能课件(共30张PPT) 2023-2024学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

(共30张PPT)
第 3 章 细胞的基本结构
第 1 节 细胞膜的结构和功能
科学家用显微镜注射器将一种叫作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。
注入伊红
伊红为什么不会逸出细胞？此实验说明了什么？
一、细胞膜的功能
细胞存在边界——细胞膜
功能一：将细胞与外界环境分隔开
将生命物质与外界环境分隔开，使细胞成为一个相对独立的系统，细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
电子显微镜下的细胞膜
推测的原始海洋景观想象图
一、细胞膜的功能
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。
1．为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
活细胞的细胞膜具有选择透过性，台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜。
死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能。
2.据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？
具有控制物质进出细胞的功能。
问题探讨
一、细胞膜的功能
一、细胞膜的功能
功能二：控制物质进出细胞
不需要、有害的物质（如细菌、病毒等）_____________
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）
×
细胞膜的控制作用是相对的，环境中一些对细胞有害的物质有可能进入；有些病毒、病菌也能侵入细胞，使生物体患病。
思考：用凉水洗新鲜的苋菜，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？
【联系生活】
煮熟的苋菜细胞失去了活性，使细胞膜失去控制色素进出细胞的作用而让汤水变红。
一、细胞膜的功能
功能三：进行细胞间的信息交流
假如你想跟朋友联系，你的方式有？
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______的交流。
信息
一、细胞膜的功能
功能三：进行细胞间的信息交流
（1）通过细胞分泌化学物质（如激素）间接传递信息。
激素
受体
信息分子
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：能识别某种特定激素或神经递质并与之特异性结合而产生某种生物效应的细胞
化学本质：糖蛋白
作用：激素等化学物质的信号接受
特点：专一性（一种受体只能识别一种或者一类物质）
一、细胞膜的功能
功能三：进行细胞间的信息交流
（2）通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息
发出信号的细胞
靶细胞
与膜结合的信号分子
精子和卵细胞之间的识别和结合
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。
花粉与植物柱头细胞的授粉
一、细胞膜的功能
功能三：进行细胞间的信息交流
（3）相邻两细胞之间形成通道来传递信息
胞间连丝
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。
是否还需要信息分子和受体？
一、细胞膜的功能
功能一：将细胞与外界环境分隔开
功能二：控制物质进出细胞
功能三：进行细胞间的信息交流
（1）通过细胞分泌化学物质（如激素）间接传递信息。
（2）通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息
（3）相邻两细胞之间形成通道来传递信息
如图是细胞间的三种信息交流方式，据图分析：
(1)图中物质或结构的名称：①与膜结合的 ；② ；③ 。
(2)植物细胞间的胞间连丝、人体内胰岛素的作用过程、精子和卵细胞之间的识别和结合分别属于上面的哪种方式？
信号分子
受体
胞间连丝
分别属于图C、图A、图B。
练习：
一、细胞膜的功能
(3)图中受体的化学本质是什么？受体和信号分子的结合有没有特异性？
(4)是否所有信号分子的受体都在细胞膜上？
受体的化学本质是糖蛋白，受体和信号分子的结合具有特异性。
不是，有些小分子物质(如脂溶性的信号分子，性激素)的受体在细胞内部。
练习：
一、细胞膜的功能
请同学们阅读教材P42-P45细胞膜结构探索历程，并思考：（5min)
1
1895年，欧文顿做了什么实验？实验现象和结论分别是什么？
2
20世纪初，科学家通过对哺乳动物红细胞膜进行了什么分析？
3
1925年，荷兰科学家们做了什么实验？得出了什么结论？
4
6
1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了什么？
5
1959年，罗伯特森有什么发现？
7
1970年，科学家做了什么实验？他们得出了什么结论？
1972年，桑格和尼克森在什么基础上提什么观点？
8
糖类在细胞膜上如何排列的呢？
一.细胞膜成分和结构的探索
1
1895年，欧文顿做了什么实验？实验现象和结论分别是什么？
1.1895年，欧文顿细胞膜通透性实验
实验现象：
实验推测：
膜是由脂质组成
材料1
相似相溶原理：通俗的讲，即分子结构越相似的物质，越是容易相互溶解。
不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质
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，不溶于脂质的物质不容易穿过细胞膜。
1
欧文顿做了什么实验？实验现象是什么？
2
1895年，欧文顿对植物细胞的通透性研究提出了膜由脂质组成的。
20世纪初，科学家用动物的卵细胞、红细胞、神经细胞等为研究材料，并利用哺乳动物的红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜，进行化学分析，得知组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
亲水的头
疏水的尾
问题：为什么科学家哺乳动物的红细胞？
哺乳动物成熟的红细胞有什么特点？
哺乳动物成熟的红细胞没有核膜和细胞器膜，只有细胞膜1种膜结构
根据磷脂的性质，那么磷脂在细胞膜中的排列是怎样的呢？
细胞膜内外环境均为水环境，单层磷脂的存在会导致与水不相容，则细胞膜结构不稳定。为了迎合内外的水环境，要如何存在才可以呢？
3
1925年，科学家们做了什么实验？得出了什么结论？
1925年，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，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍
细胞膜中的脂质排列为连续的两层
实验结论：
细胞外
细胞内
(1)为什么磷脂在空气—水界面上铺展成单分子层？
P33
磷脂的亲水“头部”易与水结合，而疏水“尾部”由2条长脂肪酸链组成，性质与油相似，不能与水结合，暴露在空气一侧。
空气-水界面上：
(2)磷脂在水中能自发地形成双分子层，如何解释这一现象？
由于磷脂有亲水“头部”和疏水“尾部”，当磷脂的内外侧均是水环境时，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。
1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。
丹尼利和戴维森推测：
疑问1：能否用已学知识证明细胞膜上确有蛋白质呢？
4
细胞膜张力< 油—水界面的张力
发现：
而油滴的张力>油—水界面的张力，但现在实验结果不符
细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。
双缩脲试剂
脂质：（约占50%）
蛋白质：（约占40%）
糖类：（约占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
糖蛋白：与蛋白质结合，(又叫糖被），保护、识别、润滑作用
糖脂：与脂质结合
（一）细胞膜的成分
脂质（约50%）
蛋白质（约40%）
糖类（约2%~10%）
基础判断?
1．构成膜的脂质主要是磷脂、脂肪和胆固醇。(　　)
2．变形虫和草履虫的细胞膜基本组成成分不同。(　　)
3．1895年，欧文顿认为细胞膜是由脂质组成的。(　　)
4．细胞膜上的蛋白质种类和数量多少决定了细胞膜功能的复杂程度。(　)
×
×
√
√
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。
提出假说：
蛋白质
蛋白质
脂质
细胞膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构组成，中间亮层是脂质，两边的暗层是蛋白质。
结构特点：
细胞膜为静态的统一结构
想一想：如果细胞膜是静止的，胞吞、胞吐、细胞分裂、细胞生长等生命活动能否完成？
胞吞
动物细胞分裂
5
细胞膜具有一定的流动性
结果：
结论：
人细胞
小鼠细胞
细胞融合
杂交细胞
37℃
40min
红色荧光染料标记的膜蛋白
绿色荧光染料标记的膜蛋白
1970年，科学家用不同颜色的荧光染料分别标记小鼠和人的细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞融合。在37℃下经过40min，两种颜色的荧光均匀分布。从以上实验你能得出什么结论？
6
红绿膜蛋白均匀分布
膜蛋白是运动的
1)成分：磷脂、蛋白质、糖类
2)结构模型
磷脂分子
磷脂双分子层
蛋白质分子
糖蛋白
糖脂
糖被
① 细胞膜主要由磷脂和蛋白质组成。磷脂双分子层是膜的基本支架，内部是磷脂的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。
1972年，辛格和尼科尔森 提出：生物膜的流动镶嵌模型
7.
②蛋白质有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入其中，有的贯穿于整个磷脂双分子层，与物质运输有关。
③细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性，主要表现为磷脂可以侧向自由移动，蛋白质大多都可以运动。
3).细胞膜的流动镶嵌模型中各成分的作用:
①磷脂：磷脂构成双分子层成为细胞膜的基本支架。
②蛋白质：在物质运输等方面具有重要作用。
③糖类(糖被)：
与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系。
★ 位于细胞膜外侧 ★
1972年，辛格和尼科尔森 提出：生物膜的流动镶嵌模型
1层细胞膜相当于
1层磷脂双分子相当于2层磷脂分子
4).生物膜的结构特性：
流动性
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
5).生物膜的功能特性：
选择透过性
1972年，辛格和尼科尔森 提出：生物膜的流动镶嵌模型
【归纳总结】　三层结构模型与流动镶嵌模型的相同点与不同点
项目 三层结构模型 流动镶嵌模型
不同点 认为蛋白质均匀分布在脂质两侧 认为蛋白质在细胞膜中的不均匀分布
细胞膜是静态的统一结构 强调组成细胞膜的分子可以运动
相同点 都认为组成细胞膜的主要物质是蛋白质和脂质
影响细胞膜流动性的因素
细胞膜的流动性主要受温度影响，在适宜的温度范围内，随外界温度升高，膜的流动性增强，但温度超出一定范围，会导致膜被破坏。
小结：对细胞膜成分和结构的探索历程
1970年荧光标记人鼠细胞融合显示细胞膜具有流动性
19世纪末欧文顿推测膜由脂质组成
20世纪初化学分析得知膜主要成分是磷脂和胆固醇，且磷脂含量最多。
1925年证明细胞膜中的磷脂分子是双层的
1959年电镜观察推测细胞膜为三层静态统一结构
探究膜成分
探究膜结构
60年代观察蛋白质在脂质中的不均等分布
1972年，辛格和尼科尔森提出流动镶嵌模型
练3　下列关于细胞膜成分与结构的探索历程的说法，不正确的是(　　)
A．最初通过对现象的推理分析得出细胞膜是由脂质组成的
B．三层结构模型认为细胞膜为静态的统一结构
C．流动镶嵌模型认为构成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动
D．三层结构模型和流动镶嵌模型都认为蛋白质分子在细胞膜中的分布是不均匀的
D
课后习题
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？
（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？
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性的环境，能在水中结晶的药物可稳定地包裹其中。
脂质体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。