第1节　细胞膜的结构和功能

1、2020级 襄阳市一中 高一生物,第1节 细胞膜的结构和功能,必修1 第2章 细胞的基本结构,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。 讨论 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，所以活细胞没有被染色。死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的这一功能，台盼蓝能够通过细胞膜进入到细胞中，所以死细胞能够被染成蓝色,细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能,2据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能,学习目标,1.阐述细胞膜的成分和功能。认同结构与功能相适应的观

2、点。(生命观念) 2.认同细胞膜作为系统的边界,对于细胞这个生命系统有重要意义。(生命观念) 3.理解细胞膜流动镶嵌模型的基本内容。(科学思维) 4.探讨建立生物膜结构模型的建立过程如何体现结构与功能相适应的观点并了解科学方法的应用。(生命观念) 5.了解科学研究是一个不断探索、不断完善的漫长过程。(科学思维,独学,本节学习内容从教材第40页开始到第45页为止 阅读策略：1.先通读教材40-45页相关内容，初步进行知识梳理，对概念、规律等结论性内容进行重点标注，并适当旁批。 2.通过图文对比分析，提高对概念理解的直观性。 将学习中遇到的疑难点标识或写出来，待课堂小组讨论或老师点拨予以解决。 时

3、间：大约15分钟,讨论三年高考两年模拟P28-30任务一、二、三情景探究题及例题及课本上的“思考.讨论”，并准备展示,小组讨论,1、将细胞与外界坏境分隔开,一、细胞膜的功能,草履虫,细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定,推测的原始海洋景观图,膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段,2、控制物质进出细胞,细胞膜的控制作用是相对的,细胞膜,细胞外,细胞内,1.营养物质,3.细胞内 核酸,4.对细胞有害物质病毒、病菌,2.抗体、激素、代谢废物,一、细胞膜的功能,例如：有些病毒、细菌也能侵入细胞，使生物体患病,细胞膜的功能特性（点）：选择透过性,1、2、3表明细胞膜的控制作用具有普遍性；4表明细胞膜的控

4、制作用具有相对性,3.进行细胞间的信息交流,一、细胞膜的功能,1）通过 传递信息间接传递,体液运输化学物质,体液运输的化学物质信号分子,内分泌细胞分泌的激素(如胰岛素)随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞,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,Zx.xk,2）通过 传递信息直接传递,细胞膜直接接触,例如,精子和卵细胞的识别,精子和卵细胞之间的识别和结合,相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。例如，高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用,胞间连丝,3）通过 传递信息,细胞通道（胞间连丝,1.细胞膜:

5、也称 ,这是细胞的 2.细胞膜的功能 (1)将细胞与 分隔开,保障细胞内部环境的相对稳定。 (2)控制物质 细胞。 (3)进行细胞间的信息交流。 a.通过 传递信息。 b.通过 直接接触传递信息。 c.通过 传递信息,质膜,边界,外界环境,进出,化学物质,细胞膜,细胞通道,知识链接 台盼蓝又称锥虫蓝,是一种阴离子型染料,这种染料不能透过活细胞正常完整的细胞膜,因为活细胞的细胞膜能够控制物质进出细胞,细胞不需要的或者对细胞有害的物质不容易进入细胞,所以活细胞不着色。但当细胞死亡后,细胞膜就失去了这种控制作用,染料就可以通过细胞膜进入细胞,细胞被染成蓝色,鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它染

6、色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。 讨论 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，所以活细胞没有被染色。死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的这一功能，台盼蓝能够通过细胞膜进入到细胞中，所以死细胞能够被染成蓝色,细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能,2据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能,情境探究,结合案例分析细胞膜的功能: 1.在原始海洋中,生命起源过程中至关重要的阶段是膜的出现。这一提法的重要依据是什么,答案细胞膜将生命物质与外界环境分隔开,产生了原始的细胞,并成为相对独立的系统

7、,其保障了细胞内部环境的相对稳定,2.在处理污水时,人们设计出一种膜结构,有选择地将有毒重金属离子阻挡在膜的一侧,以降低有毒重金属离子对水的污染。这是试图模拟细胞膜_的功能,答案控制物质进出细胞,3.最新研究发现,内皮素在皮肤中分布不均是产生色斑的主要原因。内皮素拮抗剂可以进入皮肤和细胞膜上的黑色素受体结合,使内皮素失去作用。该研究说明细胞膜具有的功能,答案进行细胞间的信息交流,归纳总结 对细胞间信息交流的两个认知误区: (1)三种信息交流方式是发生在细胞与细胞之间的,而不是细胞内的信息交流; (2)细胞间信息交流并非都依赖于细胞膜上的受体蛋白,如通过细胞通道的信息交流方式,而通过化学物质传递

8、信息和通过细胞膜直接接触传递信息都依赖于细胞膜上的受体蛋白,例1下图表示细胞膜的功能模式图。据图分析,下列说法不正确的是 ( ) A.功能在生命起源过程中具有重要作用 B.功能证明进入细胞的物质对细胞都有利 C.胰岛素调控生命活动可用图中表示 D.相邻的植物细胞可通过功能进行信息交流,经典例题,B,素养落实1如图所示为某生理活动的一个过程,这一过程体现出细胞膜的哪一项功能() A.控制物质进出细胞 B.将细胞与外界环境分隔开 C.促进物质的运输 D.进行细胞间的信息交流,解析在精子和卵细胞的细胞膜直接接触,并相互识别和完成受精的过程中,两种细胞间进行了充分的信息交流,D,细胞膜,溶于脂质的物质

9、,不溶于脂质的物质,发现脂质更容易通过细胞膜,提出假说,细胞膜是由脂质组成的,二、对生物膜成分的探索,P课本42思考.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,还是通过膜成分的提取和检测,从生理功能上入手，通过对现象的推理分析得出的,实验,时间：1895年,人物：欧文顿（E.Overton,用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次实验,相似相溶,实验：科学家利用哺乳动物成熟的红细胞，制备出纯净的细胞膜,化学分析表明：组成细胞膜的脂质有磷脂(读P课本27第一段）和胆固醇，其中磷脂含量最多,亲水头部,疏水尾部,磷脂的一端为亲水的头，两个脂肪酸一端为疏水的尾，多个磷脂分子在水

10、中总是自发地形成双分子层,磷脂分子结构式,磷脂分子模型,磷脂分子示意图,时间：1925年 人物：荷兰科学家Gorter和Grendel 实验：从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面积是细胞膜的2倍,细胞膜中的磷脂是双层的,水,空气,提出假说,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,所以在水一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

11、连续的两层这一结论,4.如果将磷脂分子置于水一苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布,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,如果将磷脂分子置于水一苯的混合溶剂中,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,在

12、水中形成的磷脂分子层,亲水的“头部”与水接触，疏水的“尾巴”远离水,1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力,后来研究发现：细胞膜主要由脂质（50%）和蛋白质（40%）组成。此外还有少量的糖类（2-10,人们已发现了油脂滴表面如果吸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,细胞膜的组成成分及作用,磷脂、蛋白质等成分如何构成细胞膜,无法解释细胞的生长、变形虫的变形运动,时间：1959年 人物：罗伯特森（J.D.Robertsen） 实验：在电镜下看到细胞膜由“暗亮暗”的 三层结构构成

13、,三明治”结构模型有什么不足,把生物膜描述为静态的刚性结构，这显然与膜功能的多样性相矛盾,生物膜是由“蛋白质脂质蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构,提出假说,三、对生物膜结构的探索,荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验示意图,结论：细胞膜具有流动性,采用荧光标记法标记小鼠细胞与人细胞表面的蛋白质分子,做如图两种细胞融合实验,时间：1970年,实验,实验方法:荧光标记法,生物膜的流动性受温度影响。在适宜的温度范围内，随外界温度升高，膜的流动性增强；但温度超出一定范围，会导致膜被破坏,学习任务二对细胞膜成分和结构的探索,1.细胞膜的成分,清水,吸水涨破,成熟红细胞,细胞核,细胞壁,脂质,复杂,种类

14、,数量,2.对细胞膜成分和结构的探索,脂质,磷脂和胆固醇,其中磷脂含量最多,必然排列为连续的两层,蛋白质脂质蛋白质,流动性,流动镶嵌模型,根据磷脂分子的结构图示,思考并讨论下列问题,情境探究,1.磷脂分子含有哪些元素,答案:C、H、O、N、P,2.磷脂分子的结构具有什么特点,答案:磷脂分子是由亲水的“头”部和疏水的“尾”部所构成的,3.依据磷脂分子的结构特点,多个磷脂分子(表示磷脂分子)在空气水界面 上的分布如图1所示,磷脂分子在空气水界面铺展成单分子层的原因是磷脂分子的“头”部亲水,所以在空气水界面上是“头”部向下与接触,“尾”部则向与空气接触;多个磷脂分子在细胞膜上的排布状态如图2所示。

15、图1 图2,答案: 水 上,归纳总结 1.细胞膜主要成分的实验鉴定方法,2.必记细胞膜的两个关键点 (1)不同种类的细胞,细胞膜的成分及含量不完全相同。如动物细胞膜中含有一定量的胆固醇,而植物细胞膜中含量几乎没有。 (2)细胞膜的组成成分并不是不可变的。如细胞癌变过程中,细胞膜组成成分发生变化,糖蛋白含量下降,产生甲胎蛋白(AFP)、癌胚抗原(CEA)等物质,例2典型的细胞膜最可能由下列哪组组成(质量分数)() A.35%脂质、50%蛋白质、5%糖类、10%RNA B.50%脂质、40%蛋白质、10%糖类、0%RNA C.25%脂质、75%蛋白质、0%糖类、0%RNA D.60%脂质、30%蛋

16、白质、0%糖类、10%RNA,经典例题,B,解析细胞膜的成分主要是脂质和蛋白质,此外还含有少量的糖类,不含RNA,素养落实2下列有关细胞膜的叙述,不正确的是() A.细胞膜主要由脂质和蛋白质组成,其中脂质的含量最多 B.细胞膜上的蛋白质的种类和数量远多于糖类和脂质 C.组成细胞膜的脂质中,磷脂含量最多 D.蛋白质种类和数量越多的细胞膜功能越复杂,解析细胞膜的主要成分为蛋白质和脂质,此外还有少量糖类,其中脂质所占的比例最大,蛋白质的种类最多,B错误,B,在新的观察和实验证据的基础上，1972年桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)提出了新的细胞膜的分子结构模型流动镶嵌模型，

17、为多数人所接受,1)细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的。磷脂双分子层是膜的基本支架，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，因此具有屏障作用,四.流动镶嵌模型的基本内容,2)蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中：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。蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用,3)细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性，主要表现为构成膜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,细胞膜的外表面还有糖类分子，它和蛋白质分子结合形成的糖蛋白，或与脂质结合形成的糖脂，这些糖类分子叫作糖被( glycoca

18、lyx)。糖被在细胞生命活动中具有重要的功能。例如，糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系,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,科学方法提出假说,科学方法总结,学习任务三细胞膜的流动镶嵌模型,1.细胞膜的流动镶嵌模型,磷脂双分子层,基本支架,流动性,蛋白质分子,镶,嵌入,贯穿于,运动,糖被,外表面,细胞间的信息传递,2.细胞膜的结构特点:具有一定的,流动性,情境探究,1.如图为细胞膜的流动镶嵌模型,结合所学知识思考下列问

19、题: (1)构成细胞膜的基本支架,这个支架不是静止的,具有性,2)是细胞膜功能的行使者,有的在磷脂双分子层表面,有的部分或全部磷脂双分子层中,有的整个磷脂双分子层。大多数蛋白质分子是可以的。 (3)细胞膜的外表面还有糖类分子,它和蛋白质分子结合形成糖蛋白,与脂质结合形成, 这些糖类分子叫作,其与、细胞间的有密切关系,1,磷脂双分子层,流动,2,蛋白质,镶,嵌入,贯穿于,运动,糖脂,3,糖被,细胞表面的识别,信息传递,2.从结构与功能关系的角度,分析流动性和选择透过性之间的关系,答案流动性是选择透过性的基础,只有膜具有流动性,才能表现出选择透过性,3.罗伯特森的蛋白质脂质蛋白质结构模型和流动镶嵌

20、模型的主要区别是什么,答案罗伯特森的蛋白质脂质蛋白质结构模型认为蛋白质和脂质都是固定不变的,是静态的;流动镶嵌模型认为脂质和大多数蛋白质分子都是可以运动的,是动态的,归纳总结 1.细胞膜的特点 (1)镶嵌性:细胞膜的基本结构主要是由磷脂双分子层及镶嵌在其上的蛋白质构成的。 (2)不对称性:膜两侧的分子性质和结构不完全相同,如糖被只分布在细胞膜外侧。 (3)结构特点流动性: 原因是：构成生物膜的磷脂分子可以侧向自由移动，大多数蛋白质分子是可以运动的 (4)功能特性(点）选择透过性:一般情况下,细胞膜只允许细胞需要的物质通过,2.细胞膜结构特点的验证 (1)方法:荧光标记法。 (2)过程:采用荧光

21、标记法标记小鼠细胞与人细胞表面的蛋白质分子,做如图实验,3)结果:人、鼠细胞膜蛋白最终均匀分布。 (4)结论:说明细胞膜具有一定的流动性,3.巧记细胞膜的“一、二、三,例3下列选项中不符合细胞膜的流动镶嵌模型观点的是() A.磷脂双分子层是轻油般的流体,具有流动性 B.一般情况下,每个磷脂分子的疏水端都向内 C.嵌入磷脂双分子层的蛋白质大多能运动 D.膜中的磷脂和蛋白质之间没有联系,所以才具有流动性,经典例题,D,解析细胞膜是一个有机整体,组成它的各种分子相互作用、密切联系才维持了细胞膜的整体性,D错误,素养落实3下面能正确反映流动镶嵌模型中磷脂分子和蛋白质分子的分布情况的是(,解析流动镶嵌模

22、型中磷脂双分子层中的磷脂分子的头部在外侧,尾部相对,蛋白质分子或镶或嵌或贯穿于磷脂双分子层中,故B正确,B,1.下列叙述,正确的打“”,错误的打“”。 (1)细胞膜可以控制物质进出,任何对细胞有害的物质都不能进入细胞。 ( ) (2)高等植物细胞之间的胞间连丝具有物质运输的作用。( ) (3)磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架。( ) (4)组成细胞膜的蛋白质分子是可以运动的,而磷脂分子是静止的。(,2.如图为细胞膜的亚显微结构示意图,图中“”表示物质A,下列相关叙述 不正确的是(,D,A.1是糖被,与细胞表面的识别有密切关系 B.2是磷脂双分子层,构成细胞膜的基本支架 C.3是蛋白质,在不同的

23、细胞膜中其含量不同 D.图中所示的物质A从膜外进入膜内,解析糖被位于细胞膜外侧,因此图中所示的物质A是从膜内到膜外的,D错误,3.如图表示细胞膜的亚显微结构模式图,请据图回答: (1)图中的基本组成单位 是。构成细胞膜基本支架的结构是。 (2)与细胞膜的识别功能有关的结构 是,3)不同的细胞,其细胞膜的生理功能不同,主要取决于细胞膜上的。(填写标号) (4)细胞膜的外侧是(填“”或“”)侧,判断的依据是。 (5)细胞膜的这种结构模型被称为,蛋白质,氨基酸,磷脂双分子层,糖被,侧有糖被,糖被位于细胞膜外侧,流动镶嵌模型,细胞壁的成分和功能,1成分 植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。细菌细胞壁的

24、主要成分是肽聚糖。 2功能 （1）保护作用。 （2）支持作用：细胞壁具有较坚韧的支撑性，它对植物体起着骨架作用，以维持细胞正常的形态。 3特性：全透性,细胞壁,细胞壁,为什么细胞壁不是植物细胞的边界,细胞壁对要进出细胞的物质没有选择透过性（即是全透性的），它不能保证细胞内部的稳定,植物、真菌及大多数原核细胞都有细胞壁,二、拓展应用 1. 在解释不容易理解的陌生事物时，人们常用类比的方法，将陌生的事物与熟悉的事物作比较。有人在解释细胞膜时，把它与窗纱进行类比：窗纱能把昆虫挡在外面，同时窗纱的小洞又能让空气进岀。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方,把细胞膜与窗纱进行类比，合理之处是说

25、明细胞膜与窗纱一样可以允许一些物质出入，阻挡其他物质出入。这样的类比也有不妥之处。例如，窗纱是一种简单的刚性的结构，功能较单纯，活细胞的细胞膜的结构和功能要复杂得多，其控制物质出入是一个主动的过程，而窗纱只能是被动地在起作用,P46练习与应用,2. 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，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。 （1）为什么两类药物的包裹位置各不相同？ 由双层磷脂分子构成的脂质体，两层磷脂分子之间的部分是疏水的，脂溶性药物能被稳定地包裹在其中；脂质体的内部是水溶液的环境，能在水中结晶的药

26、物可稳定地包裹其中。 （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？ 由于脂质体是磷脂双分子层构成的，到达细胞后可能会与细胞的细胞膜发生融合，也可能会被细胞以胞吞的方式进入细胞，从而使药物在细胞内发挥作用,细胞膜成分、结构、功能相关的实验设计,细胞膜功能的验证方法,1）控制物质进出细胞功能的验证,染色剂进入实验,正常的玉米种子,煮熟的玉米种子,红墨水处理,一段时间后,清水冲洗,胚细胞不呈红色,胚细胞 呈红色,活细胞的细胞膜具有控制物质进出细胞的功能,色素透出实验,有的植物细胞含有色素，活细胞放在清水中，色素不会透出，细胞膜遭到破坏后色素分子就会从细胞中透出，外界溶液将呈现色素的

27、颜色,1. 请回答下列关于细胞膜的成分检测的问题。 实验一：用溶解脂质的溶剂处理细胞模，细胞膜被溶解；脂溶性物质能够优先通过细胞膜；用磷脂酶处理细胞膜，细胞膜被破坏等，这些都可以说明:_。 实验二：用_酶处理细胞膜，细胞膜被破坏；制备好细胞膜样液后，用_试剂检测，结果呈紫色，这些都说明细胞膜中含有蛋白质。 实验三：从细胞膜中提取某种物质，经处理后，加入斐林试剂并水浴加热，出现砖红色沉淀，说明_,练一练,答案:细胞膜中含有脂质 蛋白 双缩脲 细胞膜中含有还原糖,2. 下列关于细胞膜的叙述，不正确的是() A细胞膜主要由脂质和蛋白质组成 B不同功能的细胞，其细胞膜上蛋白质的种类和数量相同 C组成细

28、胞膜的脂质中，磷脂最丰富 D癌细胞的恶性增殖和转移与癌细胞膜成分的改变有关,练一练,3. 心肌细胞和小肠绒毛上皮细胞在细胞膜上的不同主要体现在() A磷脂的含量高低 B蛋白质的含量及种类不同 C糖类的含量及种类不同 D脂质的含量及种类不同,1.下图是细胞膜的亚显微结构模型示意图，下列关于细胞膜的流动镶嵌模型的叙述，错误的是（ ） A. 是磷脂分子，和共同构成了膜的基本支架 B. 是糖蛋白，糖蛋白具有识别和润滑等作用 C. 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 D. 膜中的磷脂分子和大多数蛋白质分子都是可以运动的,2. 如图是真核细胞膜

29、的亚显微结构模式图，表示物质。下列有关说法错误的是() A在细胞膜上大多不是静止的 B细胞识别与有关 C在细胞膜上的分布是不均匀的 D的单分子层面积等于该细胞所有膜面积的两倍,5.在处理污水时，人们设计出一种膜结构，有选择地将有毒重金属离子阻挡在膜的一侧，以降低有毒重金属离子对水的污染。这是试图模拟细胞膜的（ ） A.将细胞与外界环境分隔开的功能 B.控制物质进出细胞的功能 C.进行细胞间信息交流的功能 D.具有免疫的功能,B,1. 构成生物膜的成分之一是磷脂，如图是用磷脂分子制备的一种人工膜，对此叙述正确的是( ) A. 该球体中间可包裹脂质 B. 磷脂分子的“头部”是疏水基团 C. 磷脂分子在膜上是静止不动的 D. 生物膜均由单层磷脂分子构成,2细胞之间通过信