3.1 细胞膜的结构和功能-课件(共50张PPT)--2025-2026学年高一上学期《生物》（人教版）必修1

(共50张PPT)
第3章 细胞的基本结构
第1节 细胞膜的结构和功能
1、能够概述细胞膜将细胞与外界环境分隔开的作用，解释其保障细胞内部环境稳定的意义（如原始生命起源）。
教学目标
2、学会阐述流动镶嵌模型的核心内容、解释细胞膜的结构特点（流动性）和功能特点（选择透过性）的关系。
3、通过分析“欧文顿脂溶性实验”“戈特-格伦德尔磷脂铺展实验”等科学史，体验“提出假说-验证修正”的科学方法。
4、能够动手制作细胞膜流动镶嵌模型，解释结构与功能的适应性。认同“细胞膜作为系统边界”对维持生命活动的重要性，深化结构与功能观
重点：细胞膜的功能、流动镶嵌模型的内容。
教学重难点
难点：膜流动性/选择透过性的实验证据分析，信息交流的分子机制。
问题探讨
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，而活细胞不会着色。
1.为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
活细胞的细胞膜具有选择透过性，染料台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜，因此活细胞不被染色。死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。
国家的边界：边防线等
人体的边界：皮肤和黏膜
一个系统总有它的边界
细胞的边界：细胞膜
（质膜）
思考：细胞的边界为什么是细胞膜还不是细胞壁？
细胞壁的作用是维持细胞形状，具有全透性，并不能控制物质进出细胞，所以不是真正的边界。
01
细胞膜的功能
推测的原始海洋景观图
将细胞与外界环境分隔开
1
一、细胞膜的功能
将生命物质与外界环境分隔开，使细胞成为一个相对独立的系统，细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
控制物质进出细胞
2
活动：观察实验结果，分析细胞膜的功能。
营养物质（氨基酸、无机盐、葡萄糖等）
不需要、有害的物质（如细菌、病毒等）
抗体、激素等
细胞合成并分泌
废物
（CO2、尿素等）
细胞代谢产生
细胞膜的控制作用是相对的
控制物质进出细胞
2
细胞膜的功能特性：选择透过性
核酸
进行细胞间的信息交流
3
方式一：通过细胞分泌化学物质间接传递信息。
受体
物质传递
信号分子
方式二：细胞膜直接接触交流
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。
接触传递
胞间连丝
方式三：相邻两细胞通过通道进行交流
高等植物细胞间具有胞间连丝
通道传递
02
对细胞膜成分的探索
二、对细胞膜成分的探索
资料一 1895年欧文顿的实验
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细胞膜
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不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质
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根据实验，做出怎样的推出？
膜是由脂质组成的。
与化学的联系
相似相溶原理：“相似”是指溶质与溶剂在结构上相似，“相溶”是指溶质与溶剂彼此互溶。
二、对细胞膜成分的探索
资料一 1895年欧文顿的实验
讨论1：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？
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。
时间：20世纪初
实验：科学家对哺乳动物成熟红细胞膜进行了化学成分分析
资料二
化学分析表明：
脂质有磷脂和胆固醇，磷脂含量最多
二、对细胞膜成分的探索
因为哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和众多的细胞器。所以没有核膜和细胞器膜，没有细胞壁，吸水胀破后获得的膜是纯净的细胞膜。
磷脂的结构
尾部(疏水)
头部(亲水)
磷酸及其衍生物
甘油
脂肪酸
活动一：请根据磷脂分子的特点构建其在空气与水界面上分布的模型
磷脂分子排列为单分子层
二、对细胞膜成分的探索
资料三：1917年，科学家朗缪尔把溶有膜脂的挥发性溶剂倾倒在水面上，溶剂挥发掉以后，脂类分子在水面上铺成一层，并且测得脂分子的极性一端被吸附在水分子上，而非极性一端直立在水面上。
活动二：如果搅动水槽中的水，迫使磷脂分子进入水溶液中，磷脂分子在水溶液中又将如何分布？
磷脂分子的疏水尾由于受到斥力而自发的聚集起来，形成一个脂分子团，亲水头部向外，疏水尾部朝内。
二、对细胞膜成分的探索
磷脂分子形成两层分子。
亲水头部分别在两侧朝向外部的水溶液。
疏水尾部相对排列在内部。
二、对细胞膜成分的探索
活动三：思考正常情况下细胞膜一般处于什么环境？尝试构建细胞膜中磷脂分子的排布模型
资料四 戈特和格伦德尔实验
时间：1925年
实验：用丙酮（一种有机溶剂，可以溶解脂质）从人的红细 胞膜中提取脂质，在空气－水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积约为红细胞表面积的2倍
S1
S2
推论：
细胞膜中磷脂排列成双层
二、对细胞膜成分的探索
如果用其他细胞膜（鸡的红细胞）做实验，数量关系还是2倍吗？
讨论2：根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气一水界面上铺展成单分子层？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？
磷脂分子的“头部”亲水，尾部疏水，所以在水-空气的界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，“尾部”则朝向空气的一面。
科学家因测得从红细胞中提取的脂质，铺成单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。
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。
讨论4：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。
资料五：丹尼利和戴维森实验
时间：1935年
实验：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。
二、对细胞膜成分的探索
二、对细胞膜成分的探索
生物膜 蛋白质/% 脂类/% 糖类/%
人的红细胞膜 49 43 8
内质网膜 67 33 少
线粒体内膜 76 24 少
线粒体外膜 52 48 少
大鼠的肝细胞核膜 59 35 2.9
科学家陆续测定了不同细胞生物膜的化学组成如下表。
脂质（约50%）
蛋白质（约40%）
糖类（约2%~10%）
磷脂最丰富，动物细胞膜含有少量胆固醇
膜功能越复杂，蛋白质种类和数量越多
二、对细胞膜成分的探索
课堂小结
03
对细胞膜结构的探索
对细胞膜成分的研究发现，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。其中脂质约占细胞膜总质量的 50%，蛋白质约占40%，糖类占2%~10%。在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富，此外还有少量的胆固醇。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。
提问：脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的？
三、对细胞结构的探索
资料六：1959年罗伯特森在电镜下观察到了细胞膜的清晰的暗—亮—暗的三层结构。
“三明治模型”
膜上的蛋白质对称地平铺在磷脂的两侧
细胞膜是一种静态的统一结构
三、对细胞结构的探索
罗伯特森提出的蛋白质—脂质—蛋白质的静态结构模型能解释与细胞膜结构有关的大多数生物学现象吗？
如果细胞膜的静态统一的结构，很难解释细胞的生长、变形虫的变形运动等现象。
三、对细胞膜结构的探索
资料七：1959年，罗伯特森利用电子显微镜拍摄到了细胞膜的图像为暗—亮—暗的三层结构，测定细胞膜的厚度为7—8nm，恰好是单层磷脂膜厚度的两倍，若“三明治”模型成立，两层磷脂加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20nm。
思考：根据以上资料，尝试对细胞膜结构中磷脂和蛋白质的分布情况提出你的推测。
答：该实验结果否定了“三明治”模型中的三层结构，支持细胞膜是由两层磷脂构成的。推测蛋白质分子不是位于磷脂双分子层两侧，而是镶嵌在其中的。
三、对细胞膜结构的探索
资料八：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，发现蛋白质镶嵌、贯穿于磷脂双分子层中。
三、对细胞膜结构的探索
资料九：1970年，荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验
思考：该实验的结论是什么？
细胞膜具有一定的流动性
磷脂分子可以侧向自由移动，蛋白质大多也能运动。
四、流动镶嵌模型
1972年辛格（S. J. Singer）和尼科尔森（G. Nicolson）总结提出了新的生物膜模型———流动镶嵌模型，为多数人所接受。
糖蛋白
蛋白质
磷脂双分子层
胆固醇
糖脂
①生物膜的基本骨架：磷脂双分子层
②蛋白质分子存在形态：有镶在表面、嵌入、贯穿三种
③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_______。
糖蛋白
糖脂
糖被
内容
识别、信息交流
五、细胞膜的成分结构与功能相适应
①将细胞和外界环境分开
②控制物质进出细胞
磷脂双分子层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——屏障作用
③进行细胞间的信息交流
膜转运蛋白（细胞膜上起运输作用的蛋白质）和磷脂双分子层（允许弱极性或无极性分子以及极性小分子穿过，阻止离子和强极性分子通过）
糖被——识别、信息交流
结构
功能
思考：
纵观科学家对细胞膜成分的探索过程，你对科学探索有什么感悟？
提出假说
科学方法
1.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
2.进一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充
3.一种假说最终被接受或否定，取决于它能否与以后不断得到的观察和实验结果相吻合
思考：如果将磷脂分子置于水—苯的混合溶剂中，磷脂分子将如何分布？
思考：膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？
磷脂的“头部”将与水接触，“尾部”与笨接触，磷脂分子铺层单层。
一是因为水分子极小，可能通过由于磷脂分子运动而产生的间隙；二是由于膜上存在水通道蛋白，水分子可以通过通道蛋白通过膜。
拓展延伸
右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，脂溶性药物被包在两层磷脂分子之间。
思考：
1.为什么两类药物包裹的位置各不相同？
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？
课后练习
1、下列不属于细胞膜功能的是（　　）
A. 将细胞与外界环境分隔开
B. 控制物质进出细胞
C. 催化葡萄糖分解供能
D. 进行细胞间信息交流
答案与解析：C
细胞膜功能包括：分隔环境（如原始细胞形成）、控制物质进出（如台盼蓝实验）、信息交流（如激素传递）。催化作用是酶的功能，与膜无关。
课后练习
2、人鼠细胞融合实验中，荧光标记的膜蛋白均匀分布，说明细胞膜（　　）
A. 由磷脂双分子层构成
B. 具有选择透过性
C. 蛋白质可流动
D. 含糖蛋白识别结构
答案与解析：C
该实验通过红绿荧光标记，证明膜蛋白可侧向移动，支持流动镶嵌模型中膜具有流动性的观点。
课后练习
3、细胞膜流动镶嵌模型的核心内容是（　　）
A. 磷脂双分子层为基本支架
B. 蛋白质对称分布于膜两侧
C. 胆固醇增强膜刚性
D. 糖类形成细胞外被
答案与解析：A
基本支架是磷脂双分子层（亲水头朝外，疏水尾向内），蛋白质以镶嵌、贯穿等形式分布，具有不对称性；胆固醇调节流动性，糖类参与识别。
课后练习
4、高温煮苋菜时汤汁变红，而冷水浸泡无此现象，原因是（　　）
A. 高温破坏细胞壁的全透性
B. 高温使细胞膜失去选择透过性
C. 色素主动运输至细胞外
D. 高温促进胞间连丝物质运输
答案与解析：B
高温破坏细胞膜结构，导致选择透过性丧失，色素（花青素）溢出；冷水处理时膜完整，色素被保留 。
课后作业
挖掘身边的素材资源，尝试利用废旧物品制作生物膜模型。
课堂小结
感谢观看
Thank you