3.1 细胞膜的结构和功能--人教版2019高中生物学必修1教学课件(共40张PPT)

(共40张PPT)
第1节　细胞膜的结构和功能
第3章 细胞的基本结构
生物
学习目标
1.通过分析具体实例，从系统与环境关系的角度，概述细胞膜作为系统边界所具有的功能。（生命观念）
2.通过分析细胞膜成分和结构的探索历程，对相关实验进行推理、判断和评价，明确细胞膜的组成，建构细胞膜的结构模型。（科学思维、科学探究）
3. 通过对细胞膜结构模型的建构和分析，梳理流动镶嵌模型的内容，认同科学理论的形成是在科学精神、科学思维和技术手段相结合的基础上不断修正和完善的过程。（科学思维、社会责任）
学习重难点
重点：
1.细胞膜的功能。
2.流动镶嵌模型的主要内容。
难点：
1.细胞膜的结构与其组成成分的内在联系。
2. 对细胞膜成分和结构的探索过程。
国家的边界？
导入新课
生活中你见过细胞膜吗？
一个系统总有它的边界
未受精的鸡蛋的蛋黄可看作一个卵细胞。
边防线等
皮肤和黏膜
细胞膜，也叫作质膜
人体的边界？
细胞的边界？
细胞膜的功能
新课讲授
探究一
新课讲授
1.打破鸡蛋外壳，将蛋清和蛋黄倒入盘中，观察到蛋清和蛋黄之间被隔开，这说明细胞膜有什么功能？
探究一 细胞膜的功能
将细胞与外界环境分隔开。
细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
无机物 → 简单有机物 → 复杂有机物 → 原始生命体
细胞膜出现
新课讲授
2.将适量蓝墨水倒入盛有蛋清和蛋黄的盘中，一段时间后，刺破卵黄膜发现蛋黄没有被染色，这说明细胞膜具有什么功能？有的鸡蛋会被沙门氏菌入侵，这说明了什么？
控制物质进出细胞；细胞膜的控制作用是相对的。
应用：台盼蓝染色法鉴定活细胞
探究一 细胞膜的功能
新课讲授
废物
（CO2、尿素等）
细胞代谢产生
功能特点：选择透过性
营养物质（氨基酸、无机盐、葡萄糖等）
抗体、激素等
细胞合成并分泌
细胞膜的控制作用是相对的。
不需要的、有害的物质（如病毒、病菌等）
不易
探究一 细胞膜的功能
新课讲授
3.在自然环境中，同种生物的精子和卵细胞可以结合完成受精过程。双黄蛋里面的两个卵细胞不能结合，卵细胞与异种精子也不能融合，这体现了细胞膜的什么功能？
精子和卵细胞的识别和结合
进行细胞间的信息交流。
探究一 细胞膜的功能
新课讲授
细胞间的信息交流的方式：
化学物质传递信息
直接交流：细胞膜的接触
思考：所有细胞间的信息交流都需要膜上的受体吗？
受体
血管
通道传递
（胞间连丝）
通道传递不需要
探究一 细胞膜的功能
新课讲授
功能1：将细胞与外界环境分隔开
功能2：控制物质进出细胞
功能3：进行细胞间的信息交流
功能
结构
成分
细胞膜很薄（7-8nm），即使在高倍镜下也很难看的清楚，那么科学家该如何研究呢？
探究一 细胞膜的功能
对细胞膜成分和结构的探索
新课讲授
探究二
新课讲授
探索历程 推测或结论
【资料1】1895年，_________对植物细胞的通透性进行实验，发现溶于________的物质容易穿过细胞膜 推测：细胞膜是由 组成的
【资料2】20世纪初，科学家分离出________________的细胞膜，进行化学分析 结论：组成动物细胞膜的脂质有_______和 ，其中 含量最多
【资料3】1925年，戈特和格伦德尔提取人红细胞中的脂质，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 推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的 层
【资料4】1935年，丹尼利和戴维森发现，细胞的表面张力明显 油—水界面的表面张力 推测：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有__________
欧文顿
脂质
脂质
哺乳动物红细胞
胆固醇
磷脂
2
两
低于
蛋白质
磷脂
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
任务一、对细胞膜成分的探索
新课讲授
概括提升：
1.最初人们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？
受限于当时的技术条件，人们无法观察到细胞膜，也无法对膜的成分进行提取与检测。所以最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析得出的。
欧文顿的实验
假说：
细胞膜是由脂质构成。
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
新课讲授
2.为什么选用哺乳动物成熟的红细胞来制备纯净的细胞膜？如何制备细胞膜？
选材原因：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。
吸水
涨破
制备方法：
组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
实验验证：
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
新课讲授
3.根据磷脂分子的头、尾的特性，画出下列三种情况下磷脂分子的分布图。
空气—水的界面 水中 水—苯混合溶剂
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
新课讲授
磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子。磷酸“头部”是亲水的，脂肪酸“尾部”是疏水的。
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
新课讲授
推断：
细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
戈特和格伦德尔的实验：
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
新课讲授
4.从任意细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单层分子的面积都恰好为细胞表面积的2倍吗？
有的细胞内除含细胞膜外，还含有核膜和各种细胞器膜，这些膜中都含有磷脂分子，因此单层分子的面积会大于细胞表面积的2倍。
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
新课讲授
推测：
细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。
丹尼利和戴维森的实验：
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
新课讲授
5.你能设计一种实验方法证明细胞膜上有蛋白质吗？
方法一：蛋白质与双缩脲试剂反应呈紫色。
方法二：用蛋白酶处理细胞膜，细胞膜被破坏。
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
新课讲授
总结：
细胞膜成分
脂质（ 50%）
蛋白质（40%）
糖类（ 2% ~10% ）
磷脂最丰富，此外还有少量的胆固醇
功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。
思考：这些成分是如何构成细胞膜的？在细胞膜上磷脂分子排列为双层，那蛋白质是如何分布的呢？
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
新课讲授
探索历程 假说或结论
【资料5】1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的 的三层结构 假说：所有的细胞膜都由____________________三层结构构成，且为 的统一结构
【拓展】关于电镜成像：电子束照射大分子物质时，散射度高，呈暗带；照射小分子物质时，散射度低，呈亮带 【资料6】1970年，科学家用被荧光染料标记的________细胞和 细胞进行融合实验 结论：细胞膜具有 性
【资料7】1972年，辛格和尼科尔森通过新的观察和实验证据提出细胞膜的分子结构模型 建构模型：细胞膜的 模型
暗-亮-暗
蛋白质-脂质-蛋白质
静态
小鼠
人
流动
流动镶嵌
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
任务二、对细胞膜结构的探索
新课讲授
罗伯特森电镜实验：

模型假说：
细胞膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层静态结构构成。
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
新课讲授
小组活动：依据提示，尝试建构细胞膜的结构模型。
1.罗伯特森测定电镜拍摄的细胞膜的厚度为6~8nm，恰是单层磷脂膜厚度的两倍。而根据暗—亮—暗三层结构模型，加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20nm。你认为这是什么原因？请尝试画出细胞膜上磷脂和蛋白质的排布模式图。
2.物理学家采用冰冻蚀刻法在低温下将细胞膜断开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面，发现蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中。请修改完善上面的模式图。
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
质疑
新课讲授
标本用干冰（液氮）冰冻后用冷刀划伤细胞膜，升温后暴露断裂面。
蛋白质镶嵌、嵌入或贯穿于磷脂双分子层中。
冰冻蚀刻电子显微法:
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
发现：
新课讲授
3.有科学家在实验时发现：当温度升高到一定程度时，细胞膜的厚度减小，而面积扩大。据此，你认可罗伯特森提出的“ 细胞膜是静态的统一结构”的理论吗？请举例说明此理论不能解释哪些现象？
酵母菌的出芽生殖
受精卵卵裂
不能解释细胞分裂、细胞生长、细胞融合、变形虫的变形运动、白细胞吞噬细菌等现象。
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
新课讲授
人细胞
小鼠细胞
荧光标记膜蛋白
37℃
40min
人鼠细胞融合实验：
细胞膜具有流动性。
实验表明：
两种颜色的荧光均匀分布
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
新课讲授
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
模型修正：
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
新课讲授
科学方法：提出假说
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。
提出
问题
观察与实验
观察与实验证实
接受假说
提出
假说
修正和补充
探究二 对细胞膜成分和结构的探索
流动镶嵌模型
新课讲授
探究三
新课讲授
小组活动：阅读教材，结合建构的细胞膜模型，回答下列问题。
探究三 流动镶嵌模型
(1)磷脂分子：磷脂双分子层构成了膜的基本支架，磷脂分子可以侧向自由移动。
(2)蛋白质：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磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层，大多数蛋白质分子是可以运动的。
(3)糖类：糖类分子在细胞膜的外表面与蛋白质分子结合形成糖蛋白，与脂质结合形成糖脂，糖蛋白具有识别和信息传递等功能。
1.请阐述细胞膜的各种组成成分是如何组成细胞膜的。
新课讲授
2.细胞膜具有屏障作用的原因是什么？为什么水分子能进行跨膜运输？
磷脂双分子层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；水分子可以通过膜上的通道蛋白实现跨膜运输，极少数水分子可以通过磷脂分子运动产生的间隙进行跨膜运输。
细胞膜上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；这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。
探究三 流动镶嵌模型
3.细胞膜具有流动性的原因是什么？意义是什么？
【练习1】
当堂训练
C
1.作为系统的边界，细胞膜在细胞的生命活动中起到非常重要的作用。下列关于细胞质膜功能的叙述，错误的是（　　）
A．细胞膜的出现让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
B．细胞膜上的受体大多是糖蛋白，它们能识别信号分子并与之结合
C．精子和卵细胞之间通过直接接触实现识别和结合，不需要信号分子
D．高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，实现物质运输和信息交流
【练习2】
当堂训练
ACD
2.（不定项）荧光漂白恢复技术在细胞生物学的研究中被广泛应用，它包括三个步骤：绿色荧光染料与膜上的蛋白质结合，细胞膜上呈现一定强度的绿色；激光照射淬灭（漂白）膜上部分绿色荧光；检测淬灭部位荧光再现速率。实验过程和结果分别如图甲和图乙所示。下列说法正确的是（　　 ）
A．该实验说明细胞膜具有一定的流动性
B．细胞膜的流动性使膜蛋白均匀分散在脂质中
C．温度会影响漂白区域荧光强度恢复到F2的时间
D．无论漂白区域恢复时间多长，理论上荧光强度F2小于F1
【练习3】
当堂训练
D
3.如图是由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将药物运送到特定的细胞发挥作用。下列有关脂质体的叙述，错误的是（　　）
A．脂质体到达细胞后，可以通过与细胞膜发生融合进入细胞
B．适当地提高温度，可以增强脂质体膜的流动性
C．脂质体中磷脂分子的头部亲水，尾部疏水
D．能在水中结晶的药物和脂溶性的药物分别被包在图中的甲、乙处
【练习4】
当堂训练
下图表示细胞膜的结构模型示意图。请据图回答下列问题。
(1)细胞膜的基本支架是[ ]_______________。
(2)吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了细胞膜具有__________的特点。
(3)不同细胞的细胞膜的生理功能不同，这主要与膜蛋白的______和______不同有关。
(4)细胞膜的外侧是_____（填“M”或“N”），判断依据是___________________。该种细胞膜的结构模型被称为______________。
(5)提取细胞膜的理想材料是哺乳动物成熟的红细胞，原因是___________________________________________________。
磷脂双分子层
流动性
种类
细胞膜外表面有糖被
M
流动镶嵌模型
哺乳动物成熟的红细胞
没有细胞核和具膜细胞器
D
数量
课堂小结
总结：请根据本节课所学内容，阐述细胞膜的结构与其功能相适应。
磷脂双分子层为基本支架
磷脂
蛋白质
糖类
内部疏水，屏障作用
参与物质运输等
细胞表面识别、细胞间信息传递等
将细胞与外界环境分隔开
控制物质进出细胞
进行细胞间的信息交流
组分、结构
功能
镶在、嵌入、贯穿于
当堂训练
要求：注意体现磷脂分子的排列，蛋白质、糖类在磷脂双分子层中的排布，在保证科学合理的前提下兼顾美观。
课外制作：利用废旧物品制作生物膜模型
谢谢大家