新苗杯11.29流动镶嵌模型

1、 控制物质进出细胞控制物质进出细胞 营养物质营养物质 废物废物 分泌物分泌物 如抗体、激素如抗体、激素 病毒，病菌等病毒，病菌等 思考：思考： 为什么细胞膜能够为什么细胞膜能够控制物质的进出控制物质的进出呢？呢？ 这与细胞膜的这与细胞膜的结构结构有什么关系？有什么关系？ 第第4章第章第2节节 生物膜的流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型 本节聚焦：本节聚焦： 1、生物膜流动镶嵌模型的基本内容是什么？、生物膜流动镶嵌模型的基本内容是什么？ 2、通过分析科学家建立生物膜模型的过程，、通过分析科学家建立生物膜模型的过程， 你对科学的过程和方法有哪些领悟？你对科学的过程和方法有哪些领悟？ 细胞膜的组成细胞

2、膜的组成成分成分及其比例，各种成及其比例，各种成 分在细胞膜中的分在细胞膜中的分布分布情况。情况。 思考：思考： 如果让你设计细胞膜模型，你需要获如果让你设计细胞膜模型，你需要获 得哪些资料？得哪些资料？ 细胞膜的组成成分是什么？细胞膜的组成成分是什么？ 问题一：问题一： 细胞膜的通透性实验细胞膜的通透性实验 时间时间：1919世纪末世纪末 1895 1895年年 人物人物：欧文顿（：欧文顿（E.OvertonE.Overton） 实验实验：用：用500500多种物质对植物细胞进行上万次的通透多种物质对植物细胞进行上万次的通透 性实验，发现：性实验，发现： 提出假说提出假说： 资料资料1 1：

3、 ( 根据相似相溶原理。根据相似相溶原理。) 脂质更容易通过细胞膜。脂质更容易通过细胞膜。 不溶于脂质的物质不溶于脂质的物质 溶于脂质的物质溶于脂质的物质 细胞膜细胞膜 结构上结构上“相似相似” ， 彼此就彼此就“互溶互溶” 。 膜是由脂质组成的膜是由脂质组成的 资料资料2 2： 实验实验：科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，：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。（已知蛋白酶能专一性然后用蛋白酶处理。（已知蛋白酶能专一性 的催化蛋白质的分解）的催化蛋白质的分解） 实验现象实验现象： 做出假设做出假设： 细胞膜被破坏。细胞膜被破坏。 细胞膜的成分中含有蛋白质。细胞膜的

4、成分中含有蛋白质。 综上所述，生物膜是由综上所述，生物膜是由 和和 组成的。组成的。脂质脂质蛋白质蛋白质 想一想想一想 1.1.这种认识（生物膜由脂质和蛋白质组成），是通这种认识（生物膜由脂质和蛋白质组成），是通 过对现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定过对现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定 得出的？得出的？ 通过对现象的推理分析的。通过对现象的推理分析的。 2.2.在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进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？行提取、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

5、开始不直接对膜的成分进行提取、分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？离和鉴定呢？ 当时的技术不能实现当时的技术不能实现 技术对科学研究具有重要的推动作用！技术对科学研究具有重要的推动作用！ 资料资料3 3： 时间：时间：2020世纪初世纪初 实验：科学家对哺乳动物红细胞的细胞膜进行了化学实验：科学家对哺乳动物红细胞的细胞膜进行了化学 分析分析 实验结论：实验结论：确定细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质确定细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质。 红细胞的细胞膜 “假说假说”是在实验与观察的基础是在实验与观察的基础 上提出来的，但同时又需要更进一上提出来的，但同时又需要更进一 步的实验来

6、证明！步的实验来证明！ 模型建构的基本方法模型建构的基本方法 实验现象实验现象 提出假说提出假说 构建模型构建模型 实验验证实验验证 科技进步科技进步 修正完善修正完善 问题二：问题二： 生物膜的主要成分是脂质和蛋白质，那么，生物膜的主要成分是脂质和蛋白质，那么， 这些物质是如何组成膜的呢？这些物质是如何组成膜的呢？ 磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子，磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子， 磷酸磷酸“头头”部部是是亲水亲水的，脂肪酸的，脂肪酸“尾尾”部部是是疏水疏水的。的。 构建细胞膜结构模型（磷脂的排布）构建细胞膜结构模型（磷脂的排布） 疏水疏水尾部尾部 头部头部亲水亲水 模

7、型建构模型建构1 1（以小组为单位）（以小组为单位） 将磷脂分子在空气将磷脂分子在空气水界面上铺展成水界面上铺展成 单分子层时，磷脂分子的头尾将如何排单分子层时，磷脂分子的头尾将如何排 布？布？ v时间：1917年 v实验：朗姆瓦将磷脂溶于苯和水中，当苯挥发 完以后，磷脂分子在空气与水的界面上分布散 乱，经过推挤排列成了单层，而且每个磷脂分 子的头部浸入水中，尾部浮于水面。 资料资料4 模型建构模型建构2 2 根据细胞膜所处的内外环境，你认为细胞膜上的根据细胞膜所处的内外环境，你认为细胞膜上的 磷脂分子应该怎么排列？磷脂分子应该怎么排列？ 水环境 水环境 细胞细胞 内水内水 环境环境 细胞外水

8、环境细胞外水环境 生物膜中的磷脂的排列方式：生物膜中的磷脂的排列方式： 时间：时间：1925年年 实验：实验：荷兰科学家荷兰科学家戈特戈特和和格伦德格伦德用丙酮用丙酮 （一种有机溶剂，可以溶解脂质）从人的（一种有机溶剂，可以溶解脂质）从人的 红细胞膜中提取红细胞膜中提取脂质脂质，在空气水界面上在空气水界面上 铺展成单分子层，测得铺展成单分子层，测得单分子层的单分子层的面积约面积约 为为红细胞红细胞表面积的表面积的2倍。倍。 结论：结论： 细胞膜中的脂质（磷脂）分子细胞膜中的脂质（磷脂）分子排列为连排列为连 续的两层续的两层。 资料资料5 5 问题三：问题三： 生物膜的主要成分是磷脂和蛋白质，其

9、中磷脂生物膜的主要成分是磷脂和蛋白质，其中磷脂 分子是双层排布的。分子是双层排布的。 蛋白质和磷脂的关系又是怎样的呢？蛋白质和磷脂的关系又是怎样的呢？ 时间：时间： 实验：实验：罗伯特森罗伯特森 暗暗亮亮暗暗 电子束照射大分子物质散射度高，呈暗带；照射小分子电子束照射大分子物质散射度高，呈暗带；照射小分子 物质，散射度低，呈亮带。物质，散射度低，呈亮带。 构建细胞膜结构模型（蛋白质的排布）构建细胞膜结构模型（蛋白质的排布） 资料资料6 6 罗伯特森观点：罗伯特森观点： 蛋白质分子都蛋白质分子都镶在镶在磷脂双分子层的磷脂双分子层的两侧两侧，所有膜厚度相同。，所有膜厚度相同。 蛋白质分子和磷脂分子

10、都是蛋白质分子和磷脂分子都是静止不动静止不动的。的。 单位膜单位膜模型：模型：“蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质”模模 型型 暗暗 亮亮 暗暗 标本用干冰等冰冻。后用冷刀断开，升温标本用干冰等冰冻。后用冷刀断开，升温 后后暴露断裂面暴露断裂面。 蛋白质蛋白质( )在在磷脂双分子层中磷脂双分子层中。 蛋白质在膜中的分布是（）的蛋白质在膜中的分布是（）的 资料资料7.7.冰冻蚀刻电子显微法冰冻蚀刻电子显微法 不对称不对称 镶在镶在、嵌入嵌入、横跨横跨 模型建构3：蛋白质的排布 罗伯特森的罗伯特森的“三明治三明治”结构模型还有没有结构模型还有没有 其他不足之处？其他不足之处？ 议一议：议一议： 问题

11、四：问题四： 生物膜会是生物膜会是静止静止的吗？的吗？ 时间：时间： 实验：实验：不同不同荧光染料标荧光染料标 计细胞表面蛋白质计细胞表面蛋白质 两种两种荧光荧光均匀分布均匀分布 资料资料8 8 探究探究细胞膜的结构特性细胞膜的结构特性 用荧光染料标记某种物质， 利用其荧光特性，来反应研 究对象的相关信息。 荧光标记荧光标记技术 19721972年，桑格和尼克森在继承中创新提出年，桑格和尼克森在继承中创新提出 流动镶嵌模型（现被大多数人所接受）流动镶嵌模型（现被大多数人所接受） 。 流动镶嵌模型的基本内容流动镶嵌模型的基本内容: : 1 1、生物膜的组成：、生物膜的组成： 2 2、生物膜的基本

12、骨架：、生物膜的基本骨架： 3 3、蛋白质分子存在形态：、蛋白质分子存在形态： 4 4、生物膜的结构特点：、生物膜的结构特点： 蛋白质蛋白质脂质脂质 （亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧）（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧） 有有镶镶在表面、在表面、嵌嵌入、入、贯穿贯穿三种，外侧的蛋白质分子三种，外侧的蛋白质分子 与糖类结合形成糖被。体现了生物与糖类结合形成糖被。体现了生物膜的不对称性膜的不对称性。 （磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的）（磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的） 磷脂双分子层磷脂双分子层 流动性流动性 结构与功能相适应结构与功能相适应 细胞膜的结构和功能细胞膜的结构

13、和功能 结构结构 功能功能 要点要点 磷脂双分子层磷脂双分子层 蛋白质蛋白质 覆盖覆盖 镶嵌镶嵌 贯穿贯穿 糖蛋白糖蛋白(糖被糖被) 特点特点具有一定的具有一定的流动性流动性 将细胞与外界将细胞与外界分隔分隔开开 控制控制物质物质进出进出细胞细胞 进行细胞间的进行细胞间的信息交流信息交流 相适应相适应 1.1.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是不就完美无缺？ 无止境 补充、完善和充实 2.2.纵观整个建立生物膜模型的探索过程，思考纵观整个建立生物膜模型的探索过程，思考 是什么推动对生物膜认识的不断深入？是什么推动对生物膜认识的不断深入？ 实验技术 探索精神 结构决定功能 思考：思考： 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 细胞膜物质运输的通道 方面所做的贡献。 不断完善和发展的流动镶嵌模型不断完善和发展的流动镶嵌模型 19881988年，提出年，提出“脂筏模型脂筏模型”。即脂双分子层并不是一个完全均匀。即脂双分子层并不是一个完全均匀