3.1细胞膜的结构和功能课件(共68张PPT)-2023-2024学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

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第三章细胞的基本结构第1节 细胞膜的结构和功能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》细胞壁细胞膜第1节细胞膜的结构和功能细胞质细胞质基质细胞器第2节细胞器之间的分工合作细胞核第3节细胞核的结构和功能植物细胞亚显微结构模式图章节概述国家领土神圣不可侵犯国家边界是确定国家领土范围的界限新课导入植物细胞动物细胞新课导入细胞的边界——细胞膜细胞膜细胞作为基本的生命系统，其边界就是细胞膜，也称质膜新课导入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？细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能。台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过活的细胞膜；死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，因此能被染色。问题探讨台盼蓝染色后的死细胞和活细胞（放大200倍）没有受精的鸡蛋中，鸡蛋黄可看作是一个卵细胞，蛋黄和蛋清之间的卵黄膜可看作细胞膜。打破一个鸡蛋时，蛋清会迅速平摊在桌面，朝各个方向流去，蛋黄却好像被包裹了起来，不会四处流动。问题探讨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？问题探讨1将细胞和外界环境分开(最重要的功能）无机物→简单有机物→复杂有机物→原始生命体意义：保持细胞内部环境的相对稳定细胞膜的功能以上说明细胞膜有________性（功能特性），控制作用是_____的选择透过相对2控制物质进出细胞细胞可“进”不易“进”可“出”不可“出”营养物质对细胞有害的物质抗体、激素等物质，细胞产生的废物细胞内的核酸等重要成分病菌、病毒等可能 侵入细胞膜的功能有人把细胞膜的这个功能比喻窗纱，窗纱能将小虫挡在外面，而能让空气进入，你认为这个比喻恰当吗？有没有不妥之处？相同之处：对通过的物质有选择性不同之处：细胞膜对进出细胞的物质的选择有主动性。而窗纱没有，只是机械的阻隔细胞膜的功能2控制物质进出细胞核CO2细胞产物代谢废物O2营 养物 质细胞膜不需的，有害的物质有些病毒病菌细胞膜的功能资料4：施莱登和施旺在细胞学说中强调“细胞既是一个相对独立的单位，又和其他细胞构成的整体起作用”。由此说明多细胞生物体的生命活动必须依赖于细胞之间的协调配合才能完成。【思考】细胞之间是如何实现协调配合的？【思考】细胞之间信息交流的方式有哪些？3进行细胞间的信息交流细胞膜的功能激素血 液靶细胞内分泌细胞受体（专一性）：蛋白质3进行细胞间的信息交流（1）间接交流：细胞膜表面的受体接受信号分子；细胞膜的功能靶细胞发出信号的细胞与膜结合的信号分子膜上接受信号分子的受体（2）直接交流：细胞膜的接触强调：只有同种生物的精子和卵细胞能够识别和结合。3进行细胞间的信息交流细胞膜的功能蟾蜍卵青蛙卵受体只在细胞膜外侧吗？小分子物质的受体在细胞内部。如：性激素维生素D甲状腺素发出信号的细胞靶细胞细胞膜的功能思考：所有细胞间的信息交流都需要膜上的受体吗？3进行细胞间的信息交流胞间连丝（3）植物细胞通过传递信息。通道（胞间连丝：光面内质网衍生而来）笔记：通道交流不需要细胞膜上的受体细胞膜的功能胞间连丝：连接的是两个相邻的原生质体（去除细胞壁后剩下的物质）胞间连丝2.控制物质进出细胞1.将细胞与外界环境分隔开—保障了细胞内部环境的相对稳定3.进行细胞间的信息交流细胞膜的功能由它的成分和结构决定细胞膜的功能特点：具有选择透过性方式一：直接接触（精、卵细胞的识别和结合）方式二：形成通道（胞间连丝）方式三：通过血液运输膜功能小结：1.对玉米种子的实验处理和观察现象如下，该实验结果说明实验处理将玉米种子浸泡15小时，从中央纵切后，用稀释红墨水染色将浸泡的玉米种子煮熟，从中央纵切后，用稀释红墨水染色实验现象胚细胞着色浅胚细胞着色深A.细胞膜具有流动性B.红墨水能自由进出玉米细胞C.细胞膜具有全透性D.活的细胞膜具有控制物质进出的作用√2.(2020·天津高一期末)下列不属于细胞间信息交流方式的有A.精子和卵细胞相互接触完成受精作用B.内分泌细胞分泌的激素经血液运输并作用于组织细胞C.细胞膜将细胞与外界环境分隔开D.植物细胞间有胞间连丝，是植物细胞进行信息交流的方式√解析　将细胞与外界环境分隔开，保证内部环境的相对稳定，属于细胞膜的功能，不属于细胞间的信息交流，C错误。细胞膜成分的探索植物细胞壁是植物细胞生命系统的边界吗？不是，因为细胞壁没有生命活性，且是全透的,无法在细胞壁内制造一个稳定的内部环境.思考题细菌细胞壁肽聚糖植物细胞壁纤维素和果胶真菌细胞壁几丁质☆溶菌酶可水解肽聚糖而不能水解几丁质，所以溶菌酶能杀死细菌，却对真菌基本没作用。思考题细胞壁具有全透性细胞膜非脂溶性物质脂溶性物质膜是由脂质组成的相似相溶原理【思考】欧文顿对细胞膜的组成成分作出怎样的推测？相似相溶原理：由于极性分子间的电性作用，使得极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂，非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂。细胞膜成分的探索（一）分析1895年欧文顿的实验，推测细胞膜的成分。(二）科学家利用哺乳动物成熟红细胞作为实验材料，制备出纯净的细胞膜，并对细胞膜的成分进行分析，得出组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。细胞膜成分的探索脂质成分的进一步确认实验材料：实验方法：化学分析无________细胞易发生吸水涨破无_______和众多的________核膜　细胞器　细胞壁　材料：人或哺乳动物_____________原因成熟红细胞　实验结果：组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。细胞膜成分的探索亲水的头疏水的尾磷脂分子的结构（P42）水空气【思考】磷脂分子在空气——水界面上会怎样排布？笔记：磷脂的元素组成C H O N P，头部亲水，尾部疏水。磷脂细胞膜成分的探索讨论：如果将磷脂分子置于水—苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布？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。磷脂细胞膜成分的探索(三）1925年，戈特和格伦德尔的研究实验推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。细胞膜成分的探索空气水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”远离水磷脂的特性【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。【问题1】该实验得出了怎样的推论？水水【问题2】细胞膜上的磷脂分子是怎样排列的？水水1层细胞膜含2层磷脂分子教材深挖：将人的肝细胞中的磷脂全部提取出来，铺成单分子层，其面积是肝细胞表面积的2倍吗？为什么？大大超过2倍，肝细胞具有多种具膜的细胞器和细胞核细胞膜成分的探索(四）1935年，丹尼利和戴维森对细胞膜的张力的研究。细胞膜成分的探索(四）1935年，丹尼利和戴维森的研究。实验目的：研究细胞膜的张力。实验现象：细胞膜的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。实验已知：油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低。实验推测：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。细胞膜成分的探索二、对细胞膜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细胞膜结构的探索细胞膜_____（约50%）_______（约40%）：糖类（2%～10%）_____（主要）胆固醇(动物细胞膜具有)与细胞膜功能密切相关脂质磷脂蛋白质C、H、O+N（+P、N）细胞膜成分【资料5】神经髓鞘的蛋白质含量不仅少，而且蛋白质种类只有3种。神经髓鞘也比较简单，主要起绝缘作用。红细胞、肝细胞、大肠杆菌的细胞膜都承担着非常复杂繁多的生理功能，它们的细胞膜中蛋白质的种类和数量均较多。细胞膜的功能主要由决定，功能越复杂的细胞膜，的和越多。【思考】由上述材料可知，细胞膜的功能主要由哪一类物质决定？蛋白质蛋白质种类数量细胞膜成分蛋白质细胞膜成分的探索细胞膜结构的探索考点一细胞膜的功能目录CONTENTS考点二考点三(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—蛋白质静态两层暗一层亮细胞膜结构静态模型细胞膜结构的电镜照片(放大400 000倍)证据1：电镜观察的亮带是3.5nm,刚好符合磷脂双分子层亲水头部之间的距离。为什么看到细胞膜暗-亮-暗三层结构就能说明细胞膜是由蛋白质-脂质双分子层-蛋白质三层组成的呢？证据:2：细胞膜结构的电镜照片(放大400 000倍)暗带←电子透过样品少←蛋白质对电子阻挡作用大亮带←电子透过样品多←脂双层对电子阻挡作用小暗带←电子透过样品少←蛋白质对电子阻挡作用大细胞的生长过程受精卵卵裂变形虫的运动分析：“三明治模型”的静态结构模型不能解释哪些功能？不能解释细胞的生长、白细胞吞噬细菌、受精时细胞融合等。细胞膜结构静态模型时间：1970年将人和鼠的细胞膜用不同的荧光染料标记后，让两种细胞融合细胞膜具有流动性结论：实验：细胞膜结构人鼠细胞融合实验在新的观察和实验证据的基础上，1972年辛格和尼克尔森提出了新的生物膜模型———流动镶嵌模型，为多数人所接受。细胞膜结构流动镶嵌模型假说：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构1959年 罗伯特森膜的静态模型在新的观察和实验证据的基础上，提出了流动镶嵌模型1972年辛格和尼科尔森膜的动态模型将人和鼠的细胞膜用不同的荧光染料标记后，让两种细胞融合，证明细胞膜具有流动性1970年科学家010203对细胞结构的探索1895年欧文顿：膜是由脂质组成的。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。1959年罗伯特森：蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成。1972年，辛格和尼克尔森：流动镶嵌模型总结探索历史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或被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和实验结果相吻合。科学方法——提出假说流动镶嵌模型的基本内容磷脂双分子层糖蛋白蛋白质在新的观察和实验证据的基础上，1972年辛格和尼科尔森提出了新的生物膜模型———流动镶嵌模型，为多数人所接受。①_______________是膜的基本支架。磷脂双分子层其内部是疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。流动镶嵌模型的基本内容【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②_________________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。蛋白质分子流动镶嵌模型的基本内容③细胞膜不是静止不动的，而是具有。意义：细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能非常重要。主要表现为构成膜的。流动性磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动流动镶嵌模型的基本内容④在细胞膜外表面，糖类分子与蛋白质结合形成___________，或与脂质结合形成_________，这些糖类分子叫做_______和细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有关。。糖蛋白糖脂糖被流动镶嵌模型的基本内容桑格和尼克森提出流动镶嵌模型糖蛋白蛋白质分子磷脂双分子层外侧（有糖蛋白）内侧（无糖蛋白）脂双层为基本骨架磷脂蛋白质镶嵌、嵌入、贯穿细胞膜糖类（少）组成成分内部疏水，屏障物质运输等细胞膜的外表面识别、信息传递等运动运动结构特点：流动性结构功能特点：选择透过性细 胞 膜成分与结 构功 能2.控制物质相对进出3.信息交流1.将细胞与外界分隔脂 质蛋白质糖 类磷脂双分子层-基本支架镶、嵌、贯穿糖蛋白功能特点结构特点（选择透过性）（流动性）【课堂小结】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B1. 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岀。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方？【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。2. 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？【答案】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。【答案】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。（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？解析　细胞膜具有控制物质进出细胞的功能，大分子物质，如血红蛋白、伊红等，不能透过细胞。动物细胞的边界是细胞膜，而植物细胞的形态主要由位于细胞膜外的细胞壁来维持。5.科学家在用电子显微镜清晰地观察到细胞膜之前，已经能够确定细胞膜的存在了。下列实验现象中，不能证明细胞膜存在的是A.显微镜下观察到动物细胞具有明确的边界B.将红细胞置于清水中，一段时间后发生溶血现象C.向某细胞中注入伊红(一种大分子红色染料)后观察发现细胞外始终不呈红色D.植物细胞有明显的固定的形态√6.如图为细胞膜的流动镶嵌模型。下列各项中，不是细胞膜中磷脂分子形成双层结构原因的是A.磷脂分子有亲水的头部B.磷脂分子有疏水的尾部C.细胞膜内外环境都是水环境D.使细胞膜结构更加坚固√7.科学家通过实验发现：将分散的小鼠组织细胞和人组织细胞进行混合培养，同种细胞之间会出现“识别”现象，最终导致小鼠组织细胞黏连在一起，人组织细胞黏连在一起，对此现象合理的解释是A.两种细胞膜所含的主要成分不一样B.两种细胞膜的结构不一样C.两种细胞膜上糖蛋白的种类不一样D.两种细胞所需要的营养物质不一样√8.如图是细胞膜亚显微结构模式图，请据图回答：(1)图中[B]_________的基本组成单位是________。构成细胞膜基本支架的结构是[　　]_____________。(2)与细胞膜的识别功能有关的结构是_____。蛋白质氨基酸D磷脂双分子层糖被(3)吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了细胞膜具有______性，这是因为___________________________________________________。流动组成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的(4)不同细胞细胞膜的生理功能不同，主要取决于细胞膜上的什么结构？____(填写标号)。(5)细胞膜的这种结构模型被称为______________。B流动镶嵌模型