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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确 ————翟中和《细胞生物学》
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,而活细胞不会被染色。
讨论:
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,应该具有什么的功能?
用台盼蓝染液染色后的
死细胞和活细胞(放大200倍)
活细胞的细胞膜具有控制物质进出细胞的功能
台盼蓝染色剂是活细胞不需要的物质,一般情况下,不能通过活细胞的细胞膜,因此活细胞不能被染色。而死细胞的细胞膜不具有控制物
质进出细胞的的功能,台盼蓝染色剂能够进入死细胞,使其被染成蓝色
一、细胞膜的功能
阅读教材40页~41页,总结细胞膜的功能。
相对独立的系统
相对稳定的内部环境
功能一:
将细胞与外界环境分隔开
细胞内
(水、氧气、无机物、氨基酸等)
营养物质
(二氧化碳、尿素等)废物
不需要的物质
对细胞有用的物质(核酸等)
有害物质、病毒、病菌等
控制作用的相对性
(激素、抗体等)分泌物
功能二:控制物质进出细胞
1.用凉水洗红苋菜,水不变红;煮苋菜汤,汤却是红色的。这与细胞膜的功能有何关系?
说明细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。
2.课本40页“问题探讨”中,用台盼蓝染液染色后的死细胞和活细胞呈现不同颜色,请解释原因。
活细胞的细胞膜具有控制物质进出细胞的功能,不能被染色剂台盼蓝染色;死细胞丧失了这种功能,能被染色剂台盼蓝染色。
学以致用:
功能三:进行细胞间的信息交流
受体
靶细胞:接受信号的细胞
受体:靶细胞膜上与信号特异性结合的位点
方式1:通过体液传送
1
2
3
4
方式2:通过细胞膜直接接触
发出信号的细胞
靶细胞
与膜结合的
信号分子
受体
功能三:进行细胞间的信息交流
方式3:相邻细胞间形成通道
胞间连丝
携带信息的物质通过通道进入另一个细胞
功能三:进行细胞间的信息交流
归纳:细胞膜的功能
(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
方式1:化学信号传递
方式2:接触传递
方式3:通道传递
除了以上的三种功能外,细胞膜还有细胞识别、保护细胞、参与细胞的运动、分泌等功能。
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
小试牛刀
D
2.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
C
细胞膜
二、对细胞膜成分的探索
1.19世纪末,欧文顿(E.Overton)用500多种化学物质,进行了上万次实验,发现:
不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质
(1)你从欧文顿的实验现象能得到的结论是什么?
细胞膜是由脂质组成的。
(2)最初对细胞膜成分的认识,是通过对现象的推理分析,还是通过对膜成分的提取与检测?
对现象的推理分析。
思考:
2.科学家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
磷脂分子的结构
思考:根据磷脂分子的特点解释,为什么磷脂在空气—水界面上铺展成单分子层?
磷脂分子有亲水的头和疏水的尾,在空气—水界面上,磷脂的头向着水,尾远离水而向着空气,从而铺展成单分子层。
3.1925年,两位荷兰科学家戈特(E.Gorter)和格伦德尔(E.Grendel)用丙酮从人的红细胞中提取脂质,在空气—水界面上铺展呈单分子层,测的单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍,他们由此推断:细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
(1)科学家是如何推导出“脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层” 这一结论的?
人的成熟红细胞只有细胞膜这一种膜结构,铺展成单分子层的磷脂全部来自于红细胞膜。
(2)磷脂分子在水—苯的混合溶剂中会如何排布?在水中呢?
磷脂在水—苯的混合溶剂中会排列成单层,头在水中,尾在苯中;
磷脂在水中会排列成连续的两层,即形成磷脂双分子层。
思考:
4.1935年,英国学者丹尼利(J.F.Danielli)和戴维森(H.Davson)研究了细胞膜的张力,从而推测细胞膜除含脂质分子外,可能还附有蛋白质。
思考:你认为细胞膜的成分有哪些物质?
细胞膜的成分有脂质和蛋白质,其中脂质中磷脂含量最多。
脂质(大约占50%)
蛋白质(大约占40%)
糖类(大约占2%—10%)
脂质
蛋白质
糖类
功能越复杂的细胞膜,蛋白质的种类和数量越多
(最丰富)
磷脂
胆固醇(动物细胞膜)
思考:这些成分是如何组成细胞膜的呢?
细胞膜的主要成分
三、对细胞膜结构的探索
1.1959年,罗伯特森(J. D. Robertson )用超薄切片技术在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。
思考:三层结构中“暗”和“亮”分别是什么物质?罗伯特森据此提出的细胞膜模型假说有什么不足之处?
“暗”是蛋白质分子,“亮”是脂质分子。
模型假说的不足之处有:
细胞膜的复杂功能将难以实现,就连细胞的生长、变形虫的变形运动等现象无法解释。
2.荧光标记细胞融合实验
绿色荧光染料标记的膜蛋白
红色荧光染料标记的膜蛋白
小鼠细胞
细胞融合
40min
37 ℃
杂交细胞
人细胞
思考:该实验说明了细胞膜的结构具有什么特点?
说明了细胞膜具有流动性。
3.科学方法:提出假说
提出假说的一般流程:
依据已有的知识和信息
提出解释某问题的假说
用观察和实验进行修正和补充
生物膜结构模型
时间:1972年
人物:辛格 和 尼科尔森
提出:流动镶嵌模型
四、流动镶嵌模型的基本内容
磷脂双分子层
(亲水性头部朝向外侧,
疏水性尾部朝向内侧)。
有镶在表面、嵌入、贯穿于磷脂双分子层
糖蛋白(细胞膜的外表面)、糖脂
磷脂双分子层
蛋白质
糖蛋白
膜表面的糖被有什么功能呢?
糖被在细胞生命活动中重要功能,
如识别、信息传递等功能
1.基本支架:
2.蛋白质分子存在形态:
3.糖类(糖被):
水分子极小,可以通过由于磷脂分子运动而产生的间隙;
另膜上还存在水通道蛋白,水分子可以通过通道蛋白通过膜。
既然膜内部分是疏水的,水分子为什么能跨膜运输呢?(P45页思考题)
细胞膜
功能
把细胞和周围环境分隔开
结构
控制物质进出细胞
进行细胞间信息交流
化学成分
结构模型
通过体液的运输
通过细胞膜直接接触
通过相邻细胞间的通道
脂质
蛋白质
糖类
流动镶嵌模型
课堂小结
1.下图为细胞膜结构模型示意图,请回答下列问题。
(1)图中② 是构成细胞膜的基本支架。
(2)离子进入细胞的方向是 (用图中字母和“→”表示)。
(3)与细胞相互识别有关的是图中③ 。
(4)膜功能复杂程度主要取决于膜成分中 的种类和数量。
磷脂双分子层
A→B
糖蛋白
蛋白质
课堂检测
2.下列有关细胞间信息交流,据图回答问题:
(1)图中反映的是细胞膜的_________功能.
(2)图中乙表示________,丙表示________.
(3)细胞间信息交流的方式多种多样,有直接传递信息的,如_______________的识别和结合就是通过两个细胞的________直接接触,完成信息交流.
信息交流
靶细胞
受体
精子和卵细胞
细胞膜
课堂检测
3.下列有关细胞间信息交流的叙述正确的是( )
A.细胞间信息交流均与细胞膜的选择透过性有关
B.各细胞间功能协调性的实现只依赖于信息的交流
C.细胞膜上的受体是细胞间信息交流必需的结构
D.信息既可以通过细胞接触传递,也可以通过介质传递
4.“流动镶嵌模型”是被大多数人接受的关于细胞膜结构的一种模型。下列相关叙述错误的是( )
A.该模型是由辛格和尼科尔森提出的
B.组成细胞膜基本支架的物质属于脂质
C.水溶性分子或离子难以自由通过细胞膜
D.细胞膜中的各种成分都能侧向自由移动
D
D
5.细胞膜是细胞的边界。下列关于细胞膜功能的叙述,正确的是( )
A.原核细胞的结构简单,其细胞膜仅具有将细胞与外界环境分隔开的功能
B.细胞膜像海关和边防检查站,不需要的物质都不能通过细胞膜进入细胞
C.细胞膜功能的复杂程度取决于细胞膜上脂质和糖类的种类和含量
D.不同物种的精子和卵细胞不能受精,与细胞膜具有信息交流的功能有关
D