3.1细胞膜的结构和功能课件(共23张PPT)2023-2024学年高一上学期生物人教版必修1

(共23张PPT)
第三章 细胞的基本结构
第一节 细胞膜的结构与功能
1.将细胞与外界环境分隔开
细胞膜保障了细胞__________的相对稳定。
内部环境
将生命物质与外界环境分隔开，使细胞成为___________的系统。
相对独立
膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段
一.细胞膜的功能
推测的原始海洋景观图
古细菌
无机物→简单有机物→复杂有机物→原始生命体
2.控制物质进出细胞
抗体、激素等分泌物和CO2、尿素等废物
水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等。
细胞膜具有选择透过性，控制作用是相对的。
营养物质
细胞不需要、有害的物质、病毒病菌
可进
可出
不可出
细胞内有用的成分
不易进
一.细胞膜的功能
（DNA等）
×
问题探讨
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，台盼蓝染料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，因此被染成蓝色。
2.据此推测，细胞膜作为系统的边界，应该具有什么功能？
细胞膜(质膜)作为细胞的边界，具有控制物质进出的功能。
注意：植物细胞的边界是细胞膜，不是细胞壁，因为细胞壁是全透性的。
染色排除法
死 细 胞
活 细 胞
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。
（1）通过细胞分泌化学物质(如激素)完成间接交流
3.进行细胞间的信息交流
一.细胞膜的功能
靶细胞：接受信号的细胞
受体本质：蛋白质（糖蛋白）
受体：靶细胞膜上与信号特异性结合的位点
3.进行细胞间的信息交流
一.细胞膜的功能
例如：精子和卵细胞之间的识别与结合
（2）通过相邻两个细胞的细胞膜接触（直接交流）
例如：毒性T细胞与靶细胞接触
精子表面的信号分子与同种生物卵细胞的细胞膜表面的受体特异性结合
受体
高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接
（3）相邻两个细胞之间形成通道交流,携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。
（物质交换，信息交流）
3.进行细胞间的信息交流
一.细胞膜的功能
通道交流不需要细胞膜上的受体
1.对细胞膜成分的探索
提出假说：膜是由脂质组成的
实验：
（1）时间：1895年
人物：欧文顿（E.Overton）
用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次实验。
二.细胞膜的组成成分和结构
提出假说
细胞膜
不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质
●
●
●
●
●
●
●
●
相似相溶
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？
从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。
（2） 科学家利用动物的卵细胞、红细胞、神经细胞作为研究材料，利用哺乳动物成熟红细胞中分离出纯净的细胞膜。化学分析表明：
膜成分化学分析
细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，磷脂最多
验证、完善
1.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
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。
①磷脂分子
头部
尾部
亲水
疏水
磷酸基团
甘油
脂肪酸链
胆碱
元素组成：C H O N P
验证、完善
1.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
请根据磷脂分子的特点构建其在水中的分布的模型
脂质体
脂单分子层
微团
空气
(苯等疏水环境)
磷脂分子在水相中形成稳定脂双层膜制备的人工膜，可嵌入不同的膜蛋白， 是研究膜脂与膜蛋白生物学性质以及转基因、药物靶向的好材料。
二.细胞膜的组成成分和结构
1.对细胞膜成分的探索
实验验证
（3）科学家：（1925年）戈特和格伦德尔
实验结果：用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气-水界面上铺成单层分子，测得单层脂质的面积恰为红细胞膜表面积的2倍。
结论：细胞膜的脂质分子必然排列为连续的两层。
新的发现
1.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
（4）科学家：（1935年）丹尼利和戴维森
实验内容：研究了细胞膜的张力，他们发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。人们已发现了油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低。
推测：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。
成分 所占比例 在细胞膜构成中的作用
主要
1.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
磷脂构成细胞膜的重要成分（主要）；
还有少量的胆固醇（动物）。
在细胞膜行使功能时起重要作用；
功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。
糖类与蛋白质或脂质分子结合形成糖蛋白或糖脂，分布在细胞膜的外表面。糖蛋白具有保护、润滑和细胞识别的作用
约50%
约40%
2~10%
脂质
蛋白质
糖类
（1）1959年，科学家罗伯特森在电镜下观察细胞膜有“暗-亮-暗”三层结构。
2.对细胞膜结构的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
脂质和蛋白质等成分如何组成细胞膜？
电子显微镜
罗伯特森提出：细胞膜是由
“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构
“三明治”静态模型假说
一层亮
两层暗
暗带
蛋白质对电子阻挡作用大电子透过样品少
亮带
脂双层对电子阻挡作用小电子透过样品多
电子显微镜是用电子束照射被检样品
2.对细胞膜结构的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
变形虫运动
细胞生长
草履虫生长
如果细胞膜是静态的结构，细胞膜的复杂功能将难以实现，细胞的生长、变形虫的变形运动等现象很难解释。
资料 冰冻蚀刻电子显微法
标本用液氮冰冻后用冷刀断开，升温后暴露断裂面
冰冻蚀刻技术研究细胞膜结构
磷脂双分子层构成了细胞膜的基本支架;
蛋白质分子镶在表面、部分或全部嵌入、贯穿于脂双层。
对三明治模型的修正
2.对细胞膜结构的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
蛋白质
镶在
贯穿
嵌入
磷脂双分子层
（2）1970年，荧光染料标记膜蛋白技术
2.对细胞膜结构的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
细胞膜可以融合说明： 。
红绿荧光蛋白最终均匀分布说明： 。
综上细胞膜具有一定的流动性。
细胞膜上的脂质可以流动
细胞膜上的蛋白质可以流动
2.对细胞膜结构的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
（3）1972年，辛格和尼科尔森提出流动镶嵌模型
蛋白质
胆固醇
磷脂分子
磷脂双分子层
糖蛋白
糖脂
1.细胞膜主要由主要由磷脂分子和蛋白质分子组成
流动镶嵌模型基本内容：
二.细胞膜的组成成分和结构
蛋白质
胆固醇
(动物细胞膜)
磷脂分子
磷脂双分子层
糖蛋白
糖脂
2. ，构成膜的基本支架
磷脂双分子层
磷脂双分子疏水端朝向内侧，亲水端朝向两侧，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。
思考：既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？
1.水分子极小，可以通过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。
流动镶嵌模型基本内容：
有镶在表面、嵌入、贯穿三种。体现了细胞膜的不对称性。
二.细胞膜的组成成分和结构
流动镶嵌模型基本内容：
3. 以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中
蛋白质分子
功能越复杂的细胞膜，其蛋白质的种类和数量越多.
细胞膜上蛋白质种类很多，如①运输作用的载体蛋白、②识别作用的糖蛋白、③接受信号的受体蛋白(糖蛋白)、④具有催化作用的酶；等
胆固醇
磷脂分子
磷脂双分子层
糖蛋白
蛋白质
糖脂
蛋白质分子承担膜的主要功能
二.细胞膜的组成成分和结构
胆固醇
磷脂分子
磷脂双分子层
糖蛋白
蛋白质
糖脂
流动镶嵌模型基本内容：
糖被
细胞膜外表面有糖类分子与蛋白质分子结合形成的糖蛋白，或与脂质结合形成的糖脂，这些糖类分子叫作糖被。
4. 参与细胞表面识别、细胞间信息传递、保护、润滑、免疫等功能。
糖被
细胞膜的组分并不是不可变的，正常细胞癌变后，细胞膜上的糖蛋白等物质减少，使得癌细胞彼此之间的黏着性显著降低，容易在体内分散和转移。
判断细胞膜内、外侧的依据
5.细胞膜的结构特点 ：
磷脂分子侧向自由运动和大多数蛋白质分子也能运动,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。
细胞膜的结构特点是 流动性 ；
功能特点是 选择透过性 。
二.细胞膜的组成成分和结构
流动镶嵌模型基本内容：
蛋白质
胆固醇
磷脂分子
磷脂双分子层
糖蛋白
糖脂
流动性
流动性是选择透过性的基础，只有膜具有流动性，才能表现出选择透过性，凡是影响磷脂分子和蛋白质分子活性的因素(温度、pH、蛋白酶等),均能够影响流动性，影响膜的选择透过性.
3.科学方法——提出假说
二.细胞膜的组成成分和结构
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。