第三节 细胞膜——系统的边界(黄清亮-教案)

1、第一节 细胞膜系统的边界 撰文者-黄清亮引课：细胞的基本结构是细胞膜、细胞质、细胞核（植物细胞细胞膜外层还有一层细胞壁）。（教师在黑板上画出细胞的结构简图），这是我们在初中阶段对细胞结构的认识，看到章节开始部分，翟中和院士说的那句话：我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧！事实上，细胞的结构远比我们想象的要复杂的多，从这节课起，我们将重新来认识细胞的基本结构。教材也是按照细胞结构由外到内来编排的。看到第一节 细胞膜-系统的边界。教师讲述：自1839年施旺提出细胞学说起，17世纪中叶以后的2个世纪中，细胞学说的发展史已经大体完成。但唯独对细胞膜的认识却推迟了近两个世纪

2、。为什么会这样呢？主要原因还是科学技术条件的限制，因为在普通的光学显微镜下我们是看不见细胞膜的，但在1855年时，耐格里就已经提出了细胞膜这一概念，当时他发现细胞表面有阻碍染料进入的现象，这其实就提示有膜结构的存在。耐格里发现色素透入已损伤和未损伤的植物细胞的情况并不相同。他便通过细胞的渗透特性去研究它的“边界”(他首次把细胞“边界”称为“质膜”)。尽管如此，当时也仅仅是一种假说，随着电子显微镜技术的发展，特别是20世纪50年代，当应用电子显微技术来研究细胞时，才发现细胞的边界膜是一个固体结构的实体，从而证实了细胞膜的存在。请同学们先看到本节开始部分的问题探讨：1、 你怎样区分显微镜中的气泡和

3、细胞？光学显微镜下能看到细胞膜吗？ 提示：气泡是光亮的，里面只有空气；细胞则是一个具有细胞膜、细胞质、细胞核的复杂结构，而且是一个立体结构。另外，我们在显微镜下观察装片时，如果下压装片，若是气泡，则会变形；若是细胞，则不会变形。光学显微镜下不能看到细胞膜，但是能看到细胞与外界环境之间是有界限的。2、 科学家用电子显微镜清晰地观察到细胞膜之前，已经能够确定细胞膜的存在了。请你推测一下，科学家是怎样确定细胞膜的存在的？ 提示：进入活细胞的物质，要经过一道选择性的屏障，并不是所有的物质都将进入细胞；用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个整个细胞，却不能很快溢出细胞。1、

4、细胞膜的成分 要研究细胞膜的化学组成，首先要把细胞膜与细胞的其他组分分离开，那么怎样获得细胞膜呢？请同学们看到书上实验：体验制备细胞膜的方法。首要就是选材，请同学们看到大屏幕上几种细胞结构，我们该选择哪种细胞作为实验的材料呢？ 选材：使用哺乳动物的成熟红细胞为什么选择哺乳动物的成熟红细胞？原因：（1）无细胞核和众多的细胞器，易制得纯净的细胞膜。 （2）无细胞壁，细胞容易吸水涨破。原理：渗透作用使红细胞吸水涨破，差速离心去除细胞内其他物质。实验步骤：（书41页）讨论： 如果上述实验在试管中进行，细胞破裂后，还需用什么方法才能获得较纯的细胞膜？（离心）获得纯净的细胞膜之后，再对其进行研究。探究一、

5、在1895年Overton在研究各种未受精卵细胞的透性时，发现脂溶性物质易透过细胞膜，不溶于脂类的物质透过细胞膜十分困难。细胞膜也能被蛋白酶分解，这说明了什么？根据我们化学中相似相溶原理，细胞膜的成分中含哪类物质？ 提示：说明了细胞膜的组成成分中含有脂质。探究二、科学家对细胞膜化学成分深层分析发现，细胞膜会被蛋白酶分解（提示：蛋白酶是生物体内普遍存在的只对蛋白质分解起催化作用的物质）。这又说明了什么？ 提示：说明了细胞膜的组成成分中含有蛋白质。对哺乳动物红细胞膜研究发现，细胞膜的主要由脂质和蛋白质组成。另外，还含少量糖类。这三者含量有所不同，脂质占细胞膜总量50%，蛋白质40%，糖类仅占2%-

6、10%。其中，细胞膜上的脂质主要是磷脂。2、 细胞膜的功能1、 将细胞与外界环境分隔开。 人们普遍认为生命起源于原始海洋，初中的时候也讲过生命的起源，首先是无机小分子产生有机小分子，然后再产生有机大分子，再不断演化成最原始单细胞结构的生物。而膜的出现是至关重要的阶段，是它将生命物质与外界环境分隔开，由此，产生了原始的细胞，并成为相对独立的系统，细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。2、 控制物质进出细胞。 这在初中教材中也有所描述，它允许对细胞有用的物质通过，却把对细胞有害的物质挡在细胞外面。当然，这种控制作用是相对的，环境中某些对细胞有害的物质也可能进入，比如，病毒、病菌也能侵入细胞，使生物体

7、患病。此外，细胞产生的抗体、激素等在细胞内合成之后，要分泌到细胞外，还有细胞代谢产生的废物也要排到细胞外。3、 进行细胞间的信息交流。 对多细胞生物体而言，各细胞并不是孤立存在的，而是彼此联系的，细胞间的信息交流方式多种多样的，请同学们看到书上图3-2 细胞间信息交流的方式举例。除了以上功能，细胞膜还可能具有哪些功能？后面的内容为教学参考资料：细胞膜的功能详解：（1） 分隔、形成细胞和细胞器，为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境，膜的面积大大增加，提高了发生在膜上的生物功能；（2） 屏障作用，膜两侧的水溶性物质不能自由通过；（3） 选择性物质运输，伴随着能量的传递；（4） 生物功能：激素作用、

8、酶促反应、细胞识别、电子传递等。（5） 物质转运功能：细胞与周围环境之间的物质交换，是通过细胞膜的砖运动功能实现的，其主要转运方式有以下四种。1）自由扩散：脂溶性物质由膜的高浓度侧向低浓度侧的扩散过程，称为自由扩散。 2）协助扩散：非脂溶性物质在膜蛋白的帮助下，顺浓度差或电位差跨膜扩散的过程，称为协助扩散。协助扩散的三个特点：1、特异性：记忆中离子通道或载体一般指转运一种物质。2、饱和性：即当被转运物质增加到一定限度时，转运速率不再随之增加，这是由于离子通道或载体的数量有限的缘故。3、竞争性抑制：记忆中离子通道或载体同时转运两种或两种以上物质时，一种物质浓度增加，将削弱对另一种物质的转运。4.

9、膜蛋白的分类：1 通道蛋白 2 门通道蛋白 3特化蛋白（通过接触改变自身构象来进行转运） 自由扩散和协助扩散都是顺浓度差进行的，细胞本身不消耗能量，均属于被动转运。 3）主动转运：离子或小分子物质在膜上“泵”的作用下，被逆浓度差或逆电位差的跨膜转运过程，称为主动转运。主动运输需要消耗大量热量。 4）入胞和出胞作用：是转运大分子或团块物质的有效方式。物质通过细胞膜的运动从细胞外进入细胞内的过程，称入胞。包括吞噬和吞饮。液态物质入胞为吞饮，如小肠上皮对营养物质的吸收；固体物质入胞为吞噬，如粒细胞吞噬细菌的过程。出胞是通过细胞膜的运动从细胞内派到细胞外的过程。细胞的代谢产物及腺细胞的分泌物都是以出胞

10、作用完成的。 5）细胞膜的受体功能：受体是细胞识别和结核化学信息的特殊结构，其本质是蛋白质 1.物质跨膜运输细胞膜是细胞与细胞环境间的半透膜屏障。对于物质进出细。胞有选择性调节作用。 （1） 被动运输(passive transport):指物质顺顺浓度梯度转运过程而言，此过程不消耗能量，其交换方式有两种。 1） 简单扩散（simple diffusion)：O2、CO2及其它脂溶性物质从高浓度侧向低浓度测穿过类脂双层而扩散，不消耗细胞能量。 2） 易化扩散（facilitated deffusion）：非脂溶性或亲水性分子，加氨基酸、葡萄糖和 金属离子等借助于质膜上内在蛋白顺浓度梯度或电化学

11、梯度运动，不消耗ATP能量而 使物质分子从高浓度测向低浓度测扩散。 （2） 主动运输（active transport):质膜上的载体蛋白将离子、营养物和代谢物等逆电化学梯度从低浓度侧向高浓度侧的耗能运输。所耗能量由具ATP酶活性的膜蛋白分解ATP提供。例如正常生理条件下，人红细胞内K+的浓度相当于血浆中的30倍，但K+仍能从血浆进入红细胞内，Na+浓度比血浆中低很多，但Na+仍由红细胞向血浆透出,呈现一种逆浓度梯度的“上坡”运输。近年来均以“泵”的概念来解释主动运输的机理，机体细胞中主要是通过Na+、K+ _ATP酶和Ca2+_ATP酶构成的Na+和Ca2+泵来完成主动运输。 （3） 大分子

12、与颗粒物质的运输：对于蛋白质、多核苷酸和多糖等大分子物质以及颗粒等、是由质膜运动产生内凹、外凸而导出内吞入胞或外吐和出芽而出胞。 1）胞吞作用（endocytosis)：也称人胞作用，质膜四陷将所摄取的液体或颗粒物质包裹，逐渐成泡，脂双层融合、箍断，形成细胞内的独立小泡。人类和动物的许多细胞均靠胞吞作用摄取物质。根据所摄物理性质的物理性质不同把胞吞作用分为两类：胞饮作（Pinocytosis)由质膜包裹液态物质形成吞饮小泡或吞饮体的过程；吞噬作用（phagocy-tosis)为各种变形的、具有吞噬能力的细胞所特有，吞噬的物质多为颗粒性的，如微生物、组织掉片和异物等。 2）胞吐作用（exocyt

13、osis）:旨把细胞内分泌物、突触小泡等有膜结构内的物质排出细胞。当它们与细胞膜接触后，与细胞膜相融合，封闭的膜结构开放，内容物排入细胞外。胞吞作用形成的吞噬体和吞饮泡都可与溶酶体结合，其内容物被溶酶体酶处理，其膜可能以小泡方式重返细胞膜。同样，胞吐活动完成后，细胞膜也可在无明显胞吞活动的情况下形成小泡，将过多的膜返回细胞内部，这样，细胞膜与细胞内膜处于动态的平衡，称为膜再循(recycling of membrane)在此过程中，细胞膜也得到更新。 3）受体介导的内吞作用（receptor mediated endocytosis)：在质膜上形成凹陷，当特定大分子与凹陷部位的相应受体结合时，凹陷进一步向胞质回缩，并从质膜上箍断形成有被小泡（coated vesicles)。此后的过程就与内吞小泡进行的过程相同，这种受体介等内吞具有高度选择性，转运速度很快。 4）膜通道运输：通道也称通道蛋白质（channel protein), 是由转运蛋白质组成的含水通道, 能使熔质经扩散过膜，是一种被动转运。通