生物必修一 生物膜的流动镶嵌模型.ppt

第第2 2节节 生物膜的流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型 第四章 细胞的物质输入和输出 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 一、对生物膜结构的探索历程 膜的组成成分是什么？ 一、对生物膜结构的探索历程 时间时间： 人物人物： 实验实验： 提出假说提出假说： 资料一资料一 膜是由脂质组成的膜是由脂质组成的. . 1919世纪末世纪末 欧文顿（欧文顿（E.OvertonE.Overton） 用用500500多种物质对植物细胞进行上万次的多种物质对植物细胞进行上万次的通透通透 性性实验实验. . 不溶于脂质的物质溶于脂质的物质 细胞膜 不溶于脂质的物质溶于脂质的物质 一、对生物膜结构的探索历程 实验实验： 提出假说提出假说： 资料二资料二 细胞膜的组成中有蛋白质。细胞膜的组成中有蛋白质。 科学家在实验中发现：细胞膜不但会被溶科学家在实验中发现：细胞膜不但会被溶 解脂质的物质溶解，也会被解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶蛋白酶( (能专一能专一 地分解蛋白质的物质地分解蛋白质的物质) )分解。分解。 一、对生物膜结构的探索历程 时间时间： 实验实验： 资料三资料三 2020世纪初世纪初 科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞分离出科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞分离出 来，并进行了化学分析来，并进行了化学分析, ,确定细胞膜的主要成确定细胞膜的主要成 分是脂质和蛋白质。分是脂质和蛋白质。 膜的主要成分是脂质和蛋白质. 组成膜的脂质中磷脂含量最多. 此外，还含有少量的糖类。 一、对生物膜结构的探索历程 这些成分在膜中如何排列的呢？ 一、对生物膜结构的探索历程 磷 酸 脂肪酸 亲水头部 疏水尾部 一、对生物膜结构的探索历程 磷脂分子结构特点： 画出画出下面两种情况下磷脂的下面两种情况下磷脂的排布排布情况：情况： 在空气水界面上在空气水界面上 完全浸没在水中。完全浸没在水中。 一、对生物膜结构的探索历程 时间时间： 人物人物： 实验实验： 结论结论： 资料四资料四 细胞膜中的磷脂排列为连续的两层细胞膜中的磷脂排列为连续的两层 19251925年年 荷兰科学家荷兰科学家 从人的红细胞中提取脂质，在空气从人的红细胞中提取脂质，在空气水界面上水界面上 铺成铺成单分子层单分子层。测得单分子层的面积是红细胞。测得单分子层的面积是红细胞 的的表面积的表面积的2 2倍倍。 一、对生物膜结构的探索历程 双层磷脂分子是如何排布构成生物膜 结构的呢？ 一、对生物膜结构的探索历程 双层磷脂分子是如何排布构成生物膜 结构的呢？ A B C 水 水 一、对生物膜结构的探索历程 时间时间： 人物人物： 实验实验： 提出假说提出假说： 资料五资料五 19591959年年 罗伯特森（罗伯特森（J.D.RobertsenJ.D.Robertsen） 在电镜下观察细胞膜在电镜下观察细胞膜。 生物膜是由生物膜是由“蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质”构成构成 的三层的三层静静态统一结构（三明治模型态统一结构（三明治模型）。 小资料： 当电子束照射被检验样品， 由于电子与不同物质产生碰撞时，产生不同散射度。 蛋白质电子密度高，故显微镜下显示暗带， 磷脂分子电子密度低，则显示亮带。 细胞膜由细胞膜由“暗暗- -亮亮- -暗暗” 的三层结构构成的三层结构构成。 三明治模型三明治模型 一、对生物膜结构的探索历程 (白细胞吞噬病毒的过程) 时间时间： 实验实验： 结论结论： 资料六资料六 19701970年年 荧光染料标记人和鼠细胞表面的蛋白质后，将两种荧光染料标记人和鼠细胞表面的蛋白质后，将两种 细胞融合细胞融合 膜上蛋白质可以运动，细胞膜具有一定的流动性 人细胞 鼠细胞 荧光标记 膜蛋白 诱导 融合 40分钟后 370C 一、对生物膜结构的探索历程 时间时间： 人物人物： 提出提出： 1972年 桑格和尼克森 流动镶嵌模型 一、对生物膜结构的探索历程 二、流动镶嵌模型的基本内容 1 1、基本支架为（、基本支架为（ ），）， 2 2、蛋白质（、蛋白质（ ） 3 3结构特点结构特点 。 磷脂双分子层磷脂双分子层 有的有的镶在镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部磷脂双分子层表面，有的部分或全部 嵌入嵌入磷脂双分子层中，有的磷脂双分子层中，有的贯穿贯穿整个磷脂双分子层。整个磷脂双分子层。 具有一定的流动性具有一定的流动性 二、流动镶嵌模型的基本内容 糖被的功能：糖被的功能： 保护和润滑保护和润滑 细胞识别（细胞识别（细胞间信息交流细胞间信息交流） P68 二、流动镶嵌模型的基本内容 制作概念图： 二、流动镶嵌模型的基本内容 制作概念图： 生物膜 具有一定 的流动性 磷脂双分子层 蛋白质分子 主要成分 基本支架 三种位置 结构特点 具有流动性 大多数分 子运动的 脂质 镶在表面 嵌入中 贯穿整个 二、流动镶嵌模型的基本内容 1、据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素D等物 质较容易优先通过细胞膜，这是因为（ ） A 细胞膜具有一定流动性 B 细胞膜是选择透过性 C 细胞膜的结构是以磷脂分子层为基本骨架 D 细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子 课堂反馈课堂反馈 3.细胞膜上与细胞识别、免疫反应、信息传递 和血型决定有着密切关系的化学物质是（ ） A 糖蛋白 B 磷脂 C 脂肪 D 核酸 2.下列哪一种膜结构能通过生物大分子（ ） A 细胞膜 B 核膜 C 线粒体膜 D 叶绿体膜 4.变形虫的任何部位都能伸出伪足，人体某 些白细胞能吞噬病菌，这些生理过程的完成 都依赖于细胞膜的（ ） A 保护作用 B 一定的流动性 C 主动运输 D 选择透过性 5、一分子CO2从叶肉细胞的线粒体基质中扩散出 来，进入该细胞的叶绿体基质内，共穿过的磷脂分 子层层数是（ ） A 6 B 8 C 12 D 16 磷脂分子的流动性: 返回 1、膜的组成成分： 主要是磷脂和蛋白质，还有少量的糖类 2 2、膜的基本支架、膜的基本支架: : 磷脂双分子层.（其中磷脂分子 的亲水性头 部朝向两侧，疏水性的尾部朝向内侧） 3 3、蛋白质分子的位置、蛋白质分子的位置: : 蛋白质分子有的镶嵌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 的横跨整个磷脂双分子层。（体现了膜结 构内外的不对称性） 假说科学实验科学家时间 欧文顿 两位荷兰 科学家 罗伯特森 19世 纪末 1925年 1959年 1970年 1972年 膜是由脂 质组成的 生物膜为三层 静态统一结构 细胞膜具 有流动性 在新的观察和实验证据基础上 弗雷和 埃迪登 桑格和 尼克森 对生物膜结构的探索历程 用500多种化学物质对植物细胞进 行上万次的通透性的实验，发现脂 质更容易通过细胞膜 从细胞膜中提取脂质，铺成单层分 子，面积是细胞膜的2倍 电镜下看到细胞膜有“蛋白质脂 质蛋白质”的三层结构构成 分别用绿色和红色荧光染料标记两 种细胞的蛋白质，并将两细胞融合 ，发现荧光均匀分布 细胞膜中脂质 为连续的两层 流动镶嵌模型 实验实验： 实验现象实验现象： 结论结论： 资料二资料二 细胞膜的组成中有蛋白质。细胞膜的组成中有蛋白质。 科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离出科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离出 来，然后用蛋白酶处理。来，然后用蛋白酶处理。 （一直蛋白酶能专一性的催化蛋白质的分解（一直蛋白酶能专一性的催化蛋白质的分解 ） 细胞膜被破坏细胞膜被破坏 1.生物膜的流动镶嵌模型是不就完美无缺？ 生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。 2.2.纵观整个人们建立生物膜模型的探索过纵观整个人们建立生物膜模型的探索过 程，实验技术的进步所起到怎样的作用？程，实验技术的进步所起到怎样的作用？ 实验技术的进步起到了关键性的推动作用实验技术的进步起到了关键性的推动作用 。 思考： 3.分析生物膜模型的建立过程,你受到什么 启示? 答案: 科学研究是要在实验和观察的基础上,通过严 谨的推理和大胆的想像,提出假说,再通过实 验进一步验证假说。 科学发展是一个长期的过程,涉及到许多科学 家辛勤的工作. 科学研究依赖于科学的进步,科学进步了,就 可以得到更多的数据. 科学家的观点并不全是真理,还必须通过实践 验证;科学学说不是一成不变的,需要不断完 善. 1.据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素 D等物质较容易优先通过细胞膜，这是因为（ ） A 细胞膜具有一定流动性 B 细胞膜是选择透过性 C 细胞膜的结构是以磷脂分子层为基本骨架 D 细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子 课堂练习课堂练习 2、异体器官的移植手术往往很难成功。最 大的障碍就是 异体细胞间的排斥，这主要是由 于细胞膜具有识别作用。这种生理功能的结构基 础是（ ） A细胞膜由磷脂分子和蛋白质分子构成 B细胞膜表面有糖蛋白 C细胞膜具有一定的流动性 D细胞膜具有选择透过性 B 3、变形虫的任何部位都能伸出伪足，人体 某些白细胞能吞噬病菌，这些生理过程的完 成都依赖于细胞膜的（ ） A 保护作用 B 一定的流动性 C 主动运输 D 选择透过性 B 4、细胞膜上与细胞识别、免疫反应、信息传 递和血型决定有着密切关系的化学物质是（ ） A 糖蛋白 B 磷脂 C 脂肪 D 核酸 A “ “蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质” ”三明三明 治结构模型有什么不足？治结构模型有什么不足？ 把生物膜描述为静态的刚性结构，这把生物膜描述为静态的刚性结构，这 显然与膜功能的多样性相矛盾显然与膜功能的多样性相矛盾. . 变形虫的变形运动 植物细胞的质壁分离 白细胞吞噬病菌 流动镶嵌模型的基本内容：流动镶嵌模型的基本内容： 1 1、磷脂双分子层构成膜的基本支架。、磷脂双分子层构成膜的基本支架。 2 2、蛋白质分子或镶嵌，或全部，部分嵌入，或横跨磷、蛋白质分子或镶嵌，或全部，部分嵌入，或横跨磷 脂双分子层。脂双分子层。 3 3、生物膜具有一定的流动性。生物膜具有一定的流动性。 4 4、细胞膜外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结、细胞膜外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结 合形成的糖蛋白，叫做糖被。合形成的糖蛋白，叫做糖被。 5 5、除糖蛋白外，细胞膜表面还有糖类和脂质分子结、除糖蛋白外，细胞膜表面还有糖类和脂质分子结 合而成的糖脂。合而成的糖脂。 糖蛋白 细胞膜上的糖 分布在细胞膜外表面，主要与蛋白质结合形成糖蛋白。 细胞膜外侧许多糖蛋白组成的一层结构叫做糖被。 糖被：具有保护和润滑、 与细胞识别、 细胞间信息传递等功能。 亲水头部 疏水尾部 磷酸“头”部是亲水的，脂肪酸 “尾”部是疏水的。 时间时间： 人物人物： 提出提出： 1972年 桑格和尼克森 流动镶嵌模型 流动镶嵌模型的基本内容：流动镶嵌模型的基本内容： 1 1、磷脂双分子层构成膜的基本支架。、磷脂双分子层构成膜的基本支架。 2 2、蛋白质分子或、蛋白质分子或镶嵌镶嵌，或全部，部分，或全部，部分嵌入嵌入，或，或横跨横跨磷磷 脂双分子层。脂双分子层。 3 3、磷脂分子和蛋白质分子可以运动的、磷脂分子和蛋白质分子可以运动的-生物膜具有生物膜具有 一定的流动性一定的流动性) ) 4 4、细胞膜外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结、细胞膜外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结 合形成的合形成的糖蛋白，叫做糖被糖蛋白，叫做糖被。 5 5、除糖蛋白外，细胞膜表面还有糖类和脂质分子结、除糖蛋白外，细胞膜表面还有糖类和脂质分子结 合而成的糖脂。合而成的糖脂。 幻灯片 22 特点 时间时间： 人物人物： 实验实验： 资料三资料三 为什么会出现这种实验现象呢？为什么会出现这种实验现象呢？ 19171917年（在年（在GorterGorter和和GrendelGrendel之前）之前） 朗姆瓦（朗姆瓦（LangumuierLangumuier） 将磷脂溶于苯和水中，当苯挥发完后，磷脂分将磷脂溶于苯和水中，当苯挥发完后，磷脂分 子分布散乱，经过推挤，磷脂分子排列成了单子分布散乱，经过推挤，磷脂分子排列成了单 层，而且每个分子的一段浸入水中，另一端浮层，而且每个分子的一段浸入水中，另一端浮 于水面。于水面。 单层磷脂分子在空气水界面上 是如何排布的呢？ 标本用干冰等标本用干冰等冰冻冰冻。 后用冷刀断开，升温后暴漏断裂面。后用冷刀断开，升温后暴漏断裂面。 蛋白质镶在、嵌入、横跨在磷脂双分子层中。 蛋白质在膜中的分布是不对称的 假说科学家时间 欧文顿 两位荷兰科学家 罗伯特森 19世纪末 20世纪初 1959年 1970年 1972年 膜是由脂质组成的 生物膜为三层静态统一结构 细胞膜具有流动性 弗雷和埃迪登 桑格和尼克森 对生物膜结构的探索历程 细胞膜中脂质为连续的两层 流动镶嵌模型 对生物膜结构的探索历程对生物膜结构的探索历程 1919世纪末，欧文顿的实验和推论：膜是由世纪末，欧文顿的实验和推论：膜是由 组成的；组成的； 2020世纪初，科学家的化学分析结果，指出膜主要由世纪初，科学家的化学分析结果，指出膜主要由 组组 成；成； 19591959年罗伯特森提出的年罗伯特森提出的“ “三明治三明治” ”结构模型：所有生物膜都结构模型：所有生物膜都 由由 三层结构；三层结构； 19701970年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有 ； 19721972年，桑格和年，桑格和 提出了提出了 。 脂质脂质 脂质和蛋白质脂质和蛋白质 蛋白质脂质蛋白质蛋白质脂质蛋白质 流动性流动性 尼克森尼克森流动镶嵌模型流动镶嵌模型 巩固： 对生物膜结构的探索历程： 1、19世纪末，欧文顿提出：膜由 组成； 2、20世纪初，化学分析得出：膜的成分是 和 ； 3、1925年，荷兰科学家得出：脂质分子是 的； 4、1959年，罗伯特森在电镜观察下得出： 的 三分层结构； 5、1970年，用荧光标记技术证明：膜具有 性； 6、1972年，桑格和尼克森提出： 模型。 2.2.在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行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？提取、分离和鉴定吗？ 有必要，通过鉴定能更准确地说明问题有必要，通过鉴定能更准确地说明问题 3.3.那为什么一开始不直接对膜的成分进行提取、分离那为什么一开始不直接对膜的成分进行提取、分离 和鉴定呢？和鉴定呢？ 当时的技术不能实现当时的技术不能实现 1.1.最初认识到生物膜是由脂质组成的，是通过对最初认识到生物膜是由脂质组成的，是通过对 现象的推理分析