3.1细胞膜的结构和功能（共46张ppt）生物人教版（2019）必修一

(共46张PPT)
第三章
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。
——翟中和院士
细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜(cell membrane)。
01
细胞膜的功能
1.将细胞与外界环境分隔开
的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，它将 与 分隔开，产生了原始的细胞，并成为 的系统。细胞膜保障了 的相对稳定。
膜
生命物质
外界环境
相对独立
细胞内部环境
细胞膜的功能
2.控制物质进出细胞
细胞需要的 可以从外界进入细胞；细胞 ，或者 不容易进人细胞。 、 等物质在细胞内合成后，分泌到细胞外，细胞产生的废物也要排到细胞外；但是细胞内的 等重要成分却不会流失到细胞外。当然，细胞膜的控制作用是 ，环境中一些对细胞有害的物质有可能进入；有些病毒、病菌也能侵人细胞，使生物体患病。
营养物质
不需要
对细胞有害的物质
抗体
激素
核酸
相对的
细胞膜的功能
2.控制物质进出细胞
思考：这种作用是绝对的吗？
相对的
细胞膜的功能
3.进行细胞间的信息交流
细胞分泌的 （如激素），随 到达全身各处，与 的细胞膜表面的 结合，将信息传递给
化学物质
血液
靶细胞
受体
靶细胞 。
（1）物质传递：通过细胞分泌化学物质完成间接信息交流
细胞膜的功能
3.进行细胞间的信息交流
相邻两个细胞的 接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞 。例如 ，精子和卵细胞之间的 和 。
发出信号的细胞
靶细胞
与膜结合的信号分子
细胞膜
识别
结合
（2）接触传递：通过相邻两个细胞的细胞膜直接接触传递信息
细胞膜的功能
3.进行细胞间的信息交流
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 ，也有信息交流的作用。
通道
胞间连丝
（3）通道传递：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。
02
对细胞膜成分的探索
对细胞膜成分的探索
时间：19世纪末，
人物：欧文顿(E. Overton)
实验：曾用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行过上万次的实验，发现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。
提出假设：细胞膜是由脂质组成的。
实验一：
对细胞膜成分的探索
为了进一步确定细胞膜中脂质成分的类型，科学家利用动物细胞的卵细胞、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。
磷脂的一端为亲水的头，两个脂肪酸一端为疏水的尾。
对细胞膜成分的探索
活动1：根据磷脂分子的特点，推测并画出磷脂在水-空气界面上的排布方式。
朗缪尔实验
1917 年
对细胞膜成分的探索
对细胞膜成分的探索
磷脂分子在水-空气界面的分布
磷脂分子
对细胞膜成分的探索
磷脂分子在水-空气界面的分布
对细胞膜成分的探索
磷脂分子在水-空气界面的分布
对细胞膜成分的探索
磷脂分子在水-空气界面的分布
对细胞膜成分的探索
磷脂分子在水-空气界面的分布
对细胞膜成分的探索
磷脂分子在水-空气界面的分布
对细胞膜成分的探索
磷脂分子在水-空气界面的分布
磷脂分子在水环境中的分布
活动2：根据磷脂分子的特点，推测并画出磷脂分子在水环境中的排布方式。
水环境
对细胞膜成分的探索
磷脂分子在水环境中的分布
水环境
磷脂分子在水环境中的分布
水环境
磷脂分子在水环境中的分布
水环境
磷脂分子在水环境中的分布
水环境
磷脂分子在水环境中的分布
水环境
磷脂分子在水环境中的分布
根据磷脂分子的特点，分析推测细胞膜中磷脂分子的排布情况。
A
B
水环境
戈特和格伦德尔
1925年
实验三：
时间：1925年
人物：荷兰科学家
实验: 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。
结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层！
对细胞膜成分的探索
对细胞膜成分的探索
1935年，丹尼利和戴维森研究细胞膜张力，发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。由于人们已经发现了油脂表面如果附有蛋白质成分，则表面张力会降低，因此丹尼利和戴维森推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。
思考：如何证明这个推测成立？
思考.讨论
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？
由于磷脂分子有亲水的“头部”和疏水的“尾部”，在水溶液中，朝向水的是头部，尾部受水的排斥。当磷脂分子的内外两侧均是水环境时，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。细胞的内外环境都是水溶液，所以细胞膜磷脂分子的头部向着膜的内外两侧而尾部相对排在内侧，形成磷脂双分子层。
在水中形成的磷脂双分子层
如果将磷脂分子置于水一苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布
如果将磷脂分子置于水一苯的混合溶剂中，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。
思考.讨论
活动3：分析比较数据，概括细胞膜成分的异同。
细胞类型 蛋白质% 磷脂% 固醇% 糖类等其他成分%
哺乳动物红细胞 49 33 10 8
玉米叶肉细胞 47 26 7 20
大肠杆菌 75 25 0 0
对细胞膜成分的探索
细胞膜主要是由脂质和蛋白质组成的。此外，还有少量的糖类。
对细胞膜成分的探索
脂 质：约占50%
磷脂最丰富，含少量胆固醇
蛋白质：约占40%
糖 类：占2~10%
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，蛋白质的种类与数量就越多。
03
对细胞膜结构的探索
对细胞膜结构的探索
时间：1959年
人物：罗伯特森(J. D. Robertson)
实验：在电镜下看到了细胞膜清晰的暗-亮-暗的三层结构(图4-4)，他结合其他科学家的工作，大胆地提出生物膜的模型:所有的生物膜都由蛋白质-脂质-蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。他把生物膜描述为静态的统一结构。
两层暗
一层亮
“三明治”模型无法解释的现象
细胞分裂
对细胞膜结构的探索
随着新的技术手段不断运用于生物膜的研究，科学家发现膜蛋白并不是全部平铺在脂质表面，有的蛋白质是镶嵌在脂质双分子层中的。
实验五：1970年，科学家用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞融合。这两种细胞刚融合时，融合细胞的一半发绿色荧光，另一半发红色荧光。在37℃下经过40 min，两种颜色的荧光均匀分布。
结论：细胞膜具有流动性。
对细胞膜结构的探索
04
流动镶嵌模型的基本内容
生物膜流动镶嵌模型的基本内容
1972年桑格和尼克森提出了流动镶嵌模型。
生物膜的流动镶嵌模型(fluid mosaic model)认为，磷脂双分子层是膜的基本支架，其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。
既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？
【答案】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，水分子可以通过通道蛋白通过膜。
思考（P45)
生物膜流动镶嵌模型的基本内容
1972年桑格和尼克森提出了流动镶嵌模型。
蛋白质分子以不同的方式镶嵌在磷脂双分层中：有的镶在磷脂双分子层表面，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。这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。
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。
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。
生物膜流动镶嵌模型
细胞膜的外表面还有糖类分子，和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。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。
磷脂双分子层
基本支架
一定的流动性
蛋白质
镶
贯穿
运动的
糖蛋白
糖被
细胞识别