细胞膜的结构和功能 微课

第三章细胞的基本结构细胞膜:系统的边界细胞质:有各种细胞

器分工合作细胞核:系统的控制

中心第1节细胞膜的结构和功能细胞核细胞质细胞膜问题探讨：P40台盼蓝染色后的细胞活细胞死细胞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？2.据此推测，细胞膜应

该有什么功能？参考答案：1.动物活细胞的细胞膜具有选择透过性，不

允许台盼蓝（有毒）进入；而死细胞的细

胞膜失去了选择透过性，故被染色。2.据此推测，细胞膜应该有控制物质进

出细胞的功能。一个系统总有它的边界国家的边界：边防线等人体的边界：皮肤和黏膜细胞的边界：细胞膜细胞是一个统一整体

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！

——翟中和院士二、细胞膜的功能1.将细胞与外界环境分隔开（即边界）原始地球环境

膜的出现至关重要，它将生命物质与外界环境分隔开，产生了原始细胞，成为相对独立的系统，保障了细胞内部环境的相对稳定。小分子无机物小分子有机物大分子有机物

多分子体系（出现膜）原始生命生命诞生于原始海洋非常薄，厚度约2nm（1纳米=10-9米），磷脂双分子层为基本骨架，蛋白质镶嵌其中。２.控制物质进出细胞

特点：选择透过性，但有相对性。

细胞需要的营养物质可以进入，有害物质不容易进入；细胞产生废物要排出细胞外，有用成分不会流失。３.进行细胞间的信息交流例1.内分泌细胞与靶细胞激素与靶细胞受体结合例２.细胞识别2）卵子识别同种生物的精子进行受精；

细胞识别是指生物细胞对同种和异种细胞的认识，对自身和异己物质的鉴别。与膜结合的信号分子3）免疫系统如白细胞识别入

侵外来的细菌；

相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞通过信号分子与受体结合传递给另一个细胞。1）神经细胞之间的信息传递；例３.胞间连丝高等植物细胞通过胞间连丝（通道）交流信息小结：信息交流的意义1）使多细胞生物保持功能的协调，作为

一个整体完成生命活动；2）确保同种生物的精子和卵细胞才能结

合，维持物种的稳定；3）能够识别外来病毒、病菌的入侵，发挥免疫功能，维持机体健康。多细胞生物若无信息交流，生物体不可能作为一个整体完成生命活动

细胞膜的功能由它的成分的结构决定的。

细胞膜非常薄，人们对细胞膜化学成分与结构的认识经历了很长的时间。对生物膜结构的探索历程背景：细胞膜非常薄，只有2nm，不容易观察；且有多种成分，不易分离。

为什么生物膜能够控制物质的进出？这与生物膜的结构有什么关系？要求：

了解科学探索的艰辛，理解科学家的实验设计的思路与方法。思考·讨论对细胞膜成分的探索1895年，欧文顿用500多种化学物质，对植物细胞的通透性进行了上万次实验，发现凡是溶于脂质的物质很容易透过植物的细胞膜；反之亦然。

推测：细胞膜由脂质组成的。20世纪初，科学家将膜从哺乳动物成熟的红细胞中分离出来。化学鉴定与分析表明，膜的主要成分是脂质和蛋白质。1925年，荷兰科学家用丙酮从人的红细胞膜中提取脂质，在空气——水界面上铺成单层分子，测得单层分子的面积恰为红细胞膜表面积的2倍。

推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列成两层。1935年，丹尼尔和戴维森，细胞膜中还有蛋白质。磷脂分子在水—空气界面中以及水溶液中的排布方式？对生物膜结构的探索历程亲水头部疏水尾部磷脂是一种由甘油、磷酸（头部）及脂肪酸（尾部）组成的分子，磷酸“头”部是亲水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。磷脂分子结构式在水中形成的磷脂双分子层模式图亲水性头部↓疏水性尾部←↑亲水性头部2.根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气—

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”的结论？磷脂分子的亲水性头部向水面一侧，疏水性尾部向空气一侧；脂质在细胞膜中只有排列成连续的两层，铺展成单分子层的面积才会恰为红细胞表面积的2倍。1.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，还是通过膜成分的提取和鉴定？通过对现象的推理分析的。讨论：P42

拓展：单层磷脂分子在空气—水界面上是如何排布的呢？水空气A水空气B水空气C水空气D在空气一侧头部（亲水性）向水面，选A。磷脂置于苯和水中,当苯挥发完以后,磷脂分子分布散乱,经过推挤,磷脂分子排列成了单层,而且其磷酸基团的极性头部都浸入水中。4.将磷脂分子置于水-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？因为磷脂分子有一个亲水头部和疏水尾部,疏水尾巴要聚集到一起,这就是疏水作用,这就使得亲水的头在外与水接触,疏水的尾巴聚在里头,形成稳定的双分子层结构。细胞的原始模型磷脂分子在水—空气、水中的分布自发形成双分子层二、对细胞膜结构的探索对细胞膜的成分的研究发现，其主要成分是由脂质（50%）和蛋白质（40%）组成，还有少量的糖类（2%—10%）。

组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富，还有少量的胆固醇。

功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量就越多。

脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？

20世纪50年代，电子显微镜诞生。1959，罗伯特森在电镜下看到细胞膜的暗—亮—暗三层结构，提出生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构。称之为单位膜模型。不足之处：将细胞膜描述为静态的统一结构，

不能解释以下例子。例1：变形虫（单细胞）的运动静态的统一结构不能解释变形虫的运动。例2：白细胞吞噬病菌过程荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验

1970年，LarryFrye等人将人和鼠的细胞膜用不同荧光染料标记膜蛋白，然后融合，杂种细胞一半发红色荧光，另一半发绿色荧光，放置一段时间后两种荧光均匀分布。结论：细胞膜具有流动性。小结：对生物膜结构的探索历程1970年荧光标记人鼠细胞融合显示细胞膜

具有流动性

19世纪末欧文顿推测膜由脂质组成20世纪初化学分析得知膜主要成分是脂质和蛋白质1925年证明细胞膜中的磷脂分子是双层的1959年电镜观察推测细胞膜为三层静态统一结构探究成分探究结构探究结构特点60年代观察蛋白质在脂质中的不均等分布三、流动镶嵌模型的基本内容

1972年，辛格和尼科尔森

2.蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有

的嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿整个磷脂

双分子层。具有（跨膜）运输作用；1.磷脂双分子层是膜的基本支架，具有屏障作用；

3.具有流动性，磷脂分子侧向自由移动，蛋白质大多数也能运动。对细胞完成运输、生长、

分裂、运动等功能非常重要。结构特点：

1.具有一定的流动性（1）磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性；

（2）大多数的蛋白质分子也是可以运动的。2.内外不对称性（1）磷脂内外两层所含的蛋白质种类和数量不同；（2）糖蛋白或糖脂分布在膜的外表面。进一步研究发现：蛋白质可与糖类结合成糖蛋白，糖类与脂质结合成糖脂，这些糖类分子叫作糖被。糖被与细胞识别、信息传递等密切相关。想象空间

发挥空间想象力，想象一个近似球形的细胞，其细胞膜的磷脂双分子层的三维立体结构。拓展：植物细胞壁成分：纤维素和果胶功能：支持和保护特点：全通透性细胞壁没有生命，

不属于原生质；

不属于细胞的边界。易错：细胞的结构特点：具有流动性；细胞的功能特性：选择透过性。本节总结一、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（选择透过性）；

3.进行细胞间的信息交流。二、细胞膜的成分：

脂质：50％，蛋白质：40％，糖类：2-10％。功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量

越多。三、细胞膜的结构：流动镶嵌结构练习题：1.在组成细胞膜的脂质中，最丰富的是：

A.脂肪B.固醇

C.磷脂D.维生素D2.细胞膜的成分中起支架作用和细胞识别作用的

物质分别是：

A.淀粉和纤维素B.纤维素和果胶C.磷脂和糖蛋白D.蛋白质和磷脂【思路分析】组成细胞膜的成分中，一般磷脂含量最多，起支架作用；蛋白质含量次之，与膜的功能密切相关；糖蛋白含量很少，分布于细胞的外表面，在细胞识别过程中起重要作用。CC3.将紫色水萝卜的根切成的小块放入清水中

，清水的颜色没有明显的变化，若把紫色

水萝卜的根切成的小块放入沸水中，水

变成其原因是