3.1细胞膜的结构和功能课件-高一上学期生物人教版必修1

(共45张PPT)
将细胞内的所有物质按一定比例配齐，就能构成一个生命系统吗？为什么？
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。
细胞包括哪些基本结构
植物细胞
动物细胞
细胞膜
细胞质
细胞核
细胞质基质
细胞器
细胞的基本结构
一个系统总有它的边界
国家边界:边防线等 人体边界:皮肤和黏膜 细胞的边界:
细胞壁在细胞的最外面，为何不是系统的边界？
由于细胞壁是全透性的，对物质没有选择性，无法在细胞壁内制造一个稳定的内部环境，故细胞壁不是系统的边界。
细胞壁
1.细胞壁主要成分：
植物：
纤维素和果胶
细菌：
肽聚糖
真菌：
几丁质
2.细胞壁功能：
对细胞起支持、保护作用。
细胞膜（ 质膜 ）
第3章 组成细胞的分子
第1节 细胞膜的结构和功能
本节聚焦
细胞膜有哪些主要功能？
流动镶嵌模型的基本内容是什么？
通过对细胞膜结构的探索过程的分析，你对科学的
过程和方法有哪些领悟？
【联系生活】生活中你见过细胞膜吗？
资料：鸟类的卵细胞是自然界中较大的细胞，未受精的鸡蛋中，鸡蛋黄可以看作是一个卵细胞。卵黄膜可看作是卵细胞膜，只有卵黄膜完好时，才能维持卵细胞的正常形态。戳破细胞膜，蛋黄就流出来了，说明细胞膜具有什么功能？
推测的原始海洋景观想象图
无机物→简单有机物→复杂有机物
膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段
使细胞成为相对独立的系统
保障了细胞内部环境的相对稳定
1
2
一、细胞膜的功能
功能一：将细胞与外界环境分隔开
原始生命
资料1：科研上鉴别死细胞和活细胞，常用“染色排除法”。例如，用台盼蓝染色，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色，从而判断细胞是否死亡。
【思考】为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
【思考】为什么用凉水洗苋菜水不变色，而炒或者煮汤汁都会变红？可能原因是什么，这一现象与细胞膜的功能有什么关系？
资料2：
细胞膜能控制物质进出细胞（具有选择透过性）
一、细胞膜的功能
核
CO2
细胞
产物
代谢
废物
O2
营 养
物 质
细胞膜
以上说明细胞膜有________性，控制作用是_____的
相对
不需的，有害的物质
有些病毒病菌
2.控制物质进出细胞
细胞膜的功能特性：选择透过性
一、细胞膜的功能
选择透过
间接交流
直接交流
通道交流
一、细胞膜的功能
当你和朋友面对面时，你们会通过什么方式交流？
当你和朋友不在一个地方，你们又会通过什么方式交流呢？
如果你们不在一个地方，但是又想面对面交流，那又怎么办呢？
3.进行细胞间的信息交流
(1)化学物质传递信息
受体
血管
（内分泌）细胞分泌的信号分子（如激素），随体液到达全身各处，与靶细胞的（细胞膜表面或细胞内）受体结合，将信息传递给靶细胞。
受体
本质
1
作用
2
特点
3
糖蛋白(蛋白质)
接受激素等化学物质的信号
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
(2)细胞膜直接接触传递信息
发出信号的细胞
靶细胞
与膜集合的信号分子
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。例如，精子和卵细胞的识别。细胞发出的信号分子与靶细胞细胞膜外表面的受体结合。
一、细胞膜的功能
3.进行细胞间的信息交流
(3)通过胞间连丝传递信息
相邻两个细胞之间形成 ，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。例如，高等植物之间通过 相互连接，进行信息交流。
一、细胞膜的功能
胞间连丝
通道
思考：所有细胞间的信息交流都需要膜上的受体吗？
通道交流不需要细胞膜上的受体
3.进行细胞间的信息交流
细胞膜的功能小结：
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
间接交流——化学物质传递
直接交流——细胞膜接触
通道交流——胞间连丝
细胞膜的功能是由它的成分与结构决定的。细胞膜薄，在高倍镜下依然难以看清，人们对细胞膜成分与结构的认识经历了很长的过程。
成分？成分如何有机排列形成一定的结构？
【思考】细胞膜的功能是由什么决定的？
对细胞膜成分的探索
对细胞膜结构的探索
时间(人物) 实验依据 结论或假说
1895年, 欧文顿 对植物细胞进行通透性实验,发现 . 的物质容易穿过细胞膜; 的物质不容易穿过细胞膜 细胞膜是由 组成的
20世纪初，科学家 提取 的细胞膜进行化学分析 细胞膜上的脂质有磷脂和胆固醇，其中 含量最多
1925年, 戈特和格伦德尔 提取的人的红细胞的脂质在空气—水界面形成单分子层,发现单分子层面积恰好为红细胞表面积的 倍 细胞膜中的磷脂分子必然排列为
1935年,丹尼利和戴维森 细胞的表面张力明显 油—水界面的表面张力 细胞膜除含有脂质分子外,可能还附有
溶于脂质
不溶于脂质
哺乳动物成熟红细胞
2
脂质
连续的两层
低于
蛋白质
磷脂
对细胞膜成分的探索(阅读P42，完成表格)
二、对细胞膜成分的探索
1.欧文顿（E.Overton）实验：
细胞膜
非脂溶性物质
脂溶性物质
相似相溶原理
你从欧文顿的实验现象能得到的结论是什么？
结论：细胞膜是由 组成的。
哼，不熟，免进
哈哈，熟人，请进请进
脂质
二、对细胞膜成分的探索
2.对细胞膜进行成分分析：
【资料】科学家利用动物的卵细胞、红细胞、神经细胞等作为研究材料，并利用哺乳动物成熟红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜。
细胞膜化学分析表明：脂质有 和 ， 含量最多。
为什么选择哺乳动物成熟红细胞来制备细胞膜？
②哺乳动物成熟红细胞无细胞核和各种细胞器，易获得纯净细胞膜。
①无细胞壁，细胞容易吸水涨破
吸水涨破
磷脂
胆固醇
磷脂
磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸等所组成的分子，“头”部是亲水的，“尾”部脂肪酸是疏水的。
3.磷脂的结构
二、对细胞膜成分的探索
磷脂分子结构式
亲水的头
疏水的尾
磷脂分子模型
请根据磷脂分子的特点猜测其在空气与水界面上分布的模型。
3.磷脂的结构
二、对细胞膜成分的探索
推测磷脂分子在空气—水界面、水—苯混合溶剂、水中上会怎么样铺展？
P42思考 讨论
根据磷脂分子的特点
空气—水界面
水
水—苯混合溶剂
水
苯
水中
水
水
细胞膜的两侧都有水的环境中，磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢？
二、对细胞膜成分的探索
水
水
亲水“头部”与水接触，疏水“尾巴”远离水
理论需要实验的支持！
磷脂分子尾部朝 ，头部朝 ，排成连续的 层。
内
外
两
细胞膜的两侧都有水的环境中，磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢？
二、对细胞膜成分的探索
4.荷兰科学家戈特和格伦德尔(1925年)
(1)实验过程：
从红细胞膜中提取脂质，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的表面积的2倍。
(2)实验结论：
细胞膜中的磷脂分子必然排列成连续的两层。
如果用其他细胞膜（如鸡的红细胞）做实验，数量关系还是2倍吗？
大于2倍，因为还有核膜和各种细胞器膜都含有磷脂分子。
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 。
二、对细胞膜成分的探索
5.英国学者丹尼利和戴维森（1935年）
（资料：20世纪初，科学家现细胞膜会被蛋白酶分解。）
蛋白质
细胞膜的成分
成分 所占比例 在细胞膜中的作用
脂质 约50%
蛋白质 约40%
糖类 2%-10%
主要由 和 组成，还含有少量的 。
最丰富，（少量的 也是构成动物细胞膜的重要成分）
（如转运蛋白、受体、具有催化作用的酶等）
功能越复杂的膜， 越多。
与细胞膜上的部分蛋白质结合形成 ，或与脂质形成 ，这些糖类分子叫作 。与 等功能有关。
脂质
蛋白质
糖类
磷脂
胆固醇
蛋白质种类和数量
糖蛋白
糖脂
糖被
细胞表面的识别、细胞间的信息传递
脂质和蛋白质等成分是如何有机地结合构成细胞膜的？
三、对细胞膜结构的探索
1.20世纪40年代：
有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质。
2.1959年：罗伯特森实验
→电镜下细胞膜呈 三层结构
↓
提出假说：生物膜是由 三层结构构成，他把细胞膜描述为静态的统一结构。
暗-亮-暗
蛋白质-脂质-蛋白质
细胞生长
变形虫摄食纤毛虫
细胞分裂
细胞膜的静态模型能否解释以下现象？
因此，细胞膜不可能是静态的。
三、对细胞膜结构的探索
方法：
技术：
荧光标记法
动物细胞融合技术
体现了细胞膜具有一定的流动性
细胞膜的结构特性
3.人—鼠细胞融合实验
（受温度影响）
三、对细胞膜结构的探索
4.冰冻蚀刻技术
物理科学家将标本用干冰等冰冻，在低温下用冷刀将细胞膜切开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面（冰冻蚀刻法），发现蛋白质在膜中的分布情况。
冰冻蚀刻实验证明蛋白质是如何排布的？有何特点？
蛋白质镶嵌、嵌入或贯穿于磷脂双分子层中。
体现了膜结构内外的不对称性，不同上述蛋白质排列结构。
假说：蛋白质如果是不均匀地镶嵌在磷脂双分子层中，才能不过多地增加膜的厚度。
三、对细胞膜结构的探索
三、对细胞膜结构的探索
5.流动镶嵌模型
1972年 提出了新的生物膜模型——— ，为多数人所接受。
辛格和尼科尔森
流动镶嵌模型
磷脂分子
磷脂双分子层
蛋白质分子
糖蛋白
糖脂
糖被
1.流动镶嵌模型认为， 是膜的基本支架，其内部是磷脂分子的疏水端，
不能自由通过，因此具有 作用。蛋白质分子有的 在磷脂双
分子层表面，有的部分或全部 磷脂双分子层中，有的 于整个磷脂双分子层。
蛋白质在 等方面具有重要作用。
2.细胞膜具有流动性，主要表现为构成膜的磷脂分子可以 ，膜中的蛋白
质 。流动性对于细胞完成 等功能都是非常重要的。
磷脂双分子层
水溶性分子或离子
屏障
镶
嵌入
贯穿
物质运输
侧向自由移动
大多也能运动
物质运输、生长、分裂、运动
3.细胞膜的外表面还有 ，它和蛋白质分子结合形成 ，或与脂质结合
形成 ，这些糖类分子叫作 。
4.糖被与 、 等功能有密切关系。
糖类分子
糖蛋白
糖脂
糖被
细胞表面的识别
细胞间的信息传递
磷脂分子
磷脂双分子层
蛋白质分子
糖蛋白
糖脂
糖被
辛格和尼科尔森：
流动镶嵌模型内容(P45)
细胞膜的结构特点：具有一定的流动性
细胞膜的功能特点：具有选择透过性
思考：细胞膜内部是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？
教材p45
1.水分子极小，可以通过由于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。
1.19世纪末，欧文顿根据脂溶性物质更容易通过细胞膜，提出膜是由 组成的。
2.20世纪初，化学分析表明，膜的主要成分是 ，其中磷脂最多
3.1925年，荷兰科学家得出结论：细胞膜中的脂质分子排列为 。
4.1935年，丹尼利和戴维森推测细胞膜可能还附有 。
5.1959年，罗伯特森认为生物膜由 三层静态结构构成。
6.1970年，人鼠细胞杂交实验表明，细胞膜具有 。
7.1972年，辛格和尼科尔森提出的生物膜的 为大多数人所接受。
脂质
磷脂和固醇
连续的两层
蛋白质
蛋白质—脂质—蛋白质
流动性
流动镶嵌模型
对生物膜成分和结构的探索历程小结：
科学研究需要很多科学家共同努力,离不开技术支持,需要理性思维与实验相结合，是一个不断开拓、继承、修正和发展的过程。
通过对细胞膜结构的探索过程的分析，你对科学的过程和方法有哪些领悟？
本节聚焦
细胞膜有哪些主要功能？
流动镶嵌模型的基本内容是什么？
通过对细胞膜结构的探索过程的分析，你对科学的
过程和方法有哪些领悟？
细胞膜能 ;保障了 。
细胞膜能 ;但这种控制作用是 的。
细胞膜还能 ；使多细胞生物体内的各种细胞保持功能的 。
分泌的 ，随 到达全身各处，与 的细胞膜表面的 结合，
将信息传递给靶细胞。
两个细胞的 接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。
相邻两个细胞之间形成 ，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。
例如，高等植物细胞之间通过 相互连接
将细胞与外界环境分隔开
相对
进行细胞间的信息交流
控制物质进出细胞
细胞内部环境的相对稳定
协调
内分泌细胞
激素
血液
靶细胞
受体
细胞膜
通道
胞间连丝
本节必背
1.欧文顿发现溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜，并推测：细胞膜是由 组成的。
2.戈特和格伦德尔用 从 中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单层
分子的面积恰为红细胞表面积的 倍。他们由此推断： 。
脂质
丙酮
人的红细胞
2
细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层
蛋白质
脂质
蛋白质
糖类
磷脂
胆固醇
蛋白质的种类与数量就越多
本节必背
细胞膜主要是由 和 组成的。此外，还有少量的 。 脂质中 最丰富，还有少量的 。蛋白质在细胞膜行使功能方面起着重要的作用，因此功能越复杂的细胞膜， 。
丹尼利和戴维森推测细胞膜除脂质分子外，可能还附有 。
在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构，并提出假说：所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，是一种静态的统一结构。
科学家用 法研究人和小鼠细胞融合实验时，发现细胞膜具有 。
在此基础上 提出了 。
罗伯特森
荧光标记
流动性
辛格和尼科尔森
流动镶嵌模型
1.流动镶嵌模型认为， 是膜的基本支架，其内部是磷脂分子的疏水端，
不能自由通过，因此具有 作用。蛋白质分子有的 在磷脂双
分子层表面，有的部分或全部 磷脂双分子层中，有的 于整个磷脂双分子层。
蛋白质在 等方面具有重要作用。
2.细胞膜具有流动性，主要表现为构成膜的磷脂分子可以 ，膜中的蛋白
质 。流动性对于细胞完成 等功能都是非常重要的。
磷脂双分子层
水溶性分子或离子
屏障
镶
嵌入
贯穿
物质运输
侧向自由移动
大多也能运动
物质运输、生长、分裂、运动
3.细胞膜的外表面还有 ，它和蛋白质分子结合形成 ，或与脂质结合
形成 ，这些糖类分子叫作 。
4.糖被与 、 等功能有密切关系。
糖类分子
糖蛋白
糖脂
糖被
细胞表面的识别
细胞间的信息传递
磷脂分子
磷脂双分子层
蛋白质分子
糖蛋白
糖脂
糖被
辛格和尼科尔森：
流动镶嵌模型内容(P45)
细胞膜的结构特点：具有一定的流动性
细胞膜的功能特点：具有选择透过性
①有的镶嵌在磷脂双分子层表面（镶嵌）
②有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中（嵌入）
③有的贯穿于整个磷脂双分子层（贯穿）
-----膜的基本支架
磷脂双分子层
蛋白质分子
流动镶嵌模型基本内容
糖类
糖蛋白
糖脂
糖被（分布在细胞膜外侧，承担细胞识别、细胞间信息交流的作用;还有保护和润滑作用）
细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性，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。
流动镶嵌模型的基本内容
细胞膜（生物膜）的结构特点：具有一定的流动性
细胞膜（生物膜）的功能特点：具有选择透过性
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
合 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 也有 妥之处。 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
拓展应用P46
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。
问题2：请推测脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞发挥作用？
问题3：如何保证脂质体将药物送至特定细胞？
问题1：为什么两类药物的包裹位置各不相同？
在脂质体表面添加与靶细胞表面受体特异性识别的糖蛋白
两层磷脂分子之间的部分是疏水的，脂溶性药物可被包裹；脂质体的内部是水溶液环境，能在水中结晶的药物可被包裹。
脂质体到达细胞后可能会与细胞膜发生融合，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。
流动镶嵌模型认为， 是膜的基本支架，其内部是磷脂分子的疏水端，
不能自由通过，因此具有 作用。蛋白质分子有的 在磷脂双
分子层表面，有的部分或全部 磷脂双分子层中，有的 于整个磷脂双分子层。
蛋白质在 等方面具有重要作用。
细胞膜具有流动性，主要表现为构成膜的磷脂分子可以 ，膜中的蛋白质 。流动性对于细胞完成 等功能都是非常重要的。
磷脂双分子层
水溶性分子或离子
屏障
镶
嵌入
贯穿
物质运输
侧向自由移动
大多也能运动
物质运输、生长、分裂、运动
本节必背
细胞膜的外表面还有 ，它和蛋白质分子结合形成 ，或与脂质结合形成 ，这些糖类分子叫作 。
糖被与 、 等功能有密切关系。
糖类分子
糖蛋白
糖脂
糖被
细胞表面的识别
细胞间的信息传递
三、细胞膜结构的探索
流动镶嵌模型
基本内容：
细胞膜的结构特点：具有流动性
1.细胞膜主要有磷脂分子和蛋白质分子构成。
2.磷脂双分子层是膜的基本支架。
3.蛋白质分子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。
4.细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性，主要表现为磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动。
细胞膜的功能特点：具有选择透过性
磷脂分子结构
磷酸
甘油
脂肪酸
其他衍生物
观察磷脂分子的结构并分析其特点
亲水的头
疏水的尾
亲水的头
疏水的尾
假设：细胞膜中的磷脂呈单层排布。
内侧
外侧
细胞膜
水环境
水环境
水
水
水
水
二、对细胞膜成分的探索
同学们尝试着大胆的推测和想象一下如果在细胞膜的两侧都有水的环境中，磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢？