生物膜的流动镶嵌模型（32张PPT）

(共32张PPT)
生物膜的流动镶嵌模型
学 习 目 标
1.掌握细胞膜的成分、结构及功能，提升对“结构决定功能”这一观点的理解能力。
2.自主学习，合作探究，通过探究细胞膜的结构，学会模型构建的方法。
3.热爱自然，珍爱生命；激情投入，快乐学习。

19世纪末，欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进
行上万次实验，发现问题：细胞膜对不同物质的通透性不同。
提出假说：
膜是由脂质组成的。




不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质



细胞膜
溶于脂质的物质：固醇类激素、胆固醇、维生素D、性激素、
甘油、脂肪酸、乙醇（酒精）
一、对生物膜结构的探索历程
原理：相似相溶
20世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，发现细胞膜不但会
被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶分解。
1、该实验说明了什么问题？
2、以你现有的生物学和化学知识，你能通过什么实验来验证膜的成分中有蛋白质？











细胞膜中含有脂质和蛋白质
思考与讨论Ⅰ（教材66页）
最初认识到细胞膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析得出的
有必要，仅靠推理得出的结论不一定准确，还应通过科学实验进行检验和修正。
1 . 最初认识到细胞膜是由脂质组成的，是通过对现象的分析，还是通过对膜成分的提取和鉴定？
2 . 在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？
细胞膜是由磷脂和蛋白质组成的,它们是通过什么排列方式组合在一起的呢？
想一想：
1、磷脂分子在空气-水界面上会怎么样铺展？
亲水“头部”



水
空气
亲水的“头部”与水接触，疏水的“尾巴”远离水，朝向空气的一面，在水空气界面上铺展成单分子层。
疏水“尾部”




2、如果磷脂按进了水中，会怎样排列呢？
3、如果磷脂周围全是水，磷脂分子怎样排布最稳固？


水

空气
科学家是怎样从这一现象中得出“磷脂在细胞膜中必然是双层的排列”这一假说的呢？




























































1925年 荷兰科学家Gorter和Grendel用丙酮从红细胞中抽提出脂质，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两倍。
设每层的膜面积为S，两层膜面积就为2S，把两层膜展开在水－空气界面上铺成一层，就会形成面积为2S的单层膜。
null
实证： 1959年，罗伯特森利用电镜，获得了清晰的细胞膜照片，显示暗—明—暗的三层结构。
蛋白质位于细胞膜的什么位置呢？

1940年，曾经有学者推测蛋白质覆盖在脂质的两边
假说
1.蛋白质在膜中分布的对称性
2.静态结构
要点：
假说：
罗伯特森:生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”构成的三层静态统一结构（三明治模型）。
null
蛋白质的电子密度高，在电镜下显暗色；
磷脂分子的电子密度低，显亮色。
新技术带来新模型一：
冷冻蚀刻技术发现，膜蛋白并不是全部平铺在脂质表面，有的蛋白质镶嵌在磷脂双分子层中。




部分嵌入
贯穿膜的蛋白质
镶在膜表面的蛋白质
全部嵌入
细胞分裂
变形虫的运动与取食
细胞的生长
白细胞吞噬病菌过程
不能解释的现象：
细胞分裂
变形虫的运动与取食
细胞的生长
白细胞吞噬病菌过程
不能解释的现象：

(白细胞吞噬病毒的过程)
实验
1970年 荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验




































小鼠细胞
绿色荧光染料标记的膜蛋白
细胞融合
40min
37 ℃


杂交细胞



























































































红色荧光染料标记的膜蛋白
人细胞


































结论:细胞膜具有流动性
1972年，桑格和尼克森在新的观察和实验证据的基础上，提出了流动镶嵌模型。
二、 流动镶嵌模型的主要内容
1、细胞膜主要由流动的磷脂双分子层和
蛋白质组成。还有少量的多糖。

2、磷脂分子以
疏水性尾部相对朝向膜的内侧，
亲水性头部朝向膜的外侧，
组成生物膜的基本骨架
3、蛋白质
或镶在磷脂双分子层的表面，
有的部分或者全部嵌入磷脂双分子层,
有的横跨整个磷脂双分子层，表现出分布的不对称性。

①磷脂内外两层所含的蛋白质种类和数量不同,呈现了膜的不对称性;
②糖类在细胞膜中的分布很少,并且与蛋白质或脂质结合成糖蛋白或糖脂分布在膜的外表面,也呈现了膜的不对称性.
因此,根据糖蛋白的分布,可以判断细胞膜的内外侧.
膜的不对称性
4、在细胞膜的外表，有糖蛋白，叫做糖被，作用？
有些多糖与磷脂分子结合形成糖脂
糖脂：是细胞表面抗原的重要组分，某些正常细胞癌化后，表面糖脂成分有明显变化；一些已分离出来的癌细胞特征抗原，也已证明是糖脂类物质。细胞表面的糖脂还是许多胞外生理活性物质的受体,参与细胞识别和信息传递过程。
5、磷脂分子和大多数蛋白质是可以运动的，体现了膜的结构特点是:具有一定的流动性.
磷脂（膜脂）的运动有多种形式：
1、侧向扩散； 2、旋转运动； 3、摆动运动；
4、伸缩运动； 5、翻转运动； 6、旋转异构
：
流动镶嵌模型与蛋白质—脂质—蛋白质三层结构模型有何异同？
思考：
均匀分布在脂质两侧
有的镶在磷脂双分子层表面
有的嵌入磷脂双分子层
有的则整个贯穿于磷脂双分子层

蛋白质的分布
否
是
是否具有流动性
脂质和蛋白质
脂质和蛋白质
组成
三层结构模型
流动镶嵌模型










流动镶嵌模型与三层结构模型的比较
对生物膜结构的探索历程
年代 科学家 科学实验 结论
19世纪末 欧文顿 对植物细胞进行通透性实验，发现脂质更易通过细胞膜 膜是由( ) 组成的
20世纪初 科学家 第一次将膜从哺乳动物成熟的红细胞中分离出来 膜的主要成分是
1925年 两位荷兰科学家 从细胞膜中提取的脂质铺成的单层分子面积是细胞膜的2倍 膜中脂质为连续 层
1959年 罗伯特森 在电镜下看到细胞膜的暗-亮-暗 生物膜为 层静态结构
1970年 弗雷和
埃迪登 荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验 细胞膜具有
1972年 桑格和
尼克森 在新的观察和实验证据基础上 提出
模型
脂质
脂质和蛋白质
三
一定的流动性
流动镶嵌
两
小结：
生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺了呢？
？
？
？
新技术带来新模型X:
技术的不断改进和创新，一定会让我们对膜有新的认识……

　　2003年度诺贝尔化学奖授予两名研究细胞膜的美国科学家阿格雷和麦金农。以表彰他们在细胞膜通道蛋白方面所做的贡献。
不断完善和发展的流动镶嵌模型

冷冻电镜技术
清华大学教授
博士生导师 颜宁


利用冷冻电镜技术成功解析出细胞膜上的葡萄糖转运蛋白结构，解决了一大科学难题
清华大学医学院