3.1细胞膜的结构和功能课件【知识精讲精研】高一上学期生物人教版必修1

第3章

细胞的基本结构第1节细胞膜的结构和功能细胞的边界—细胞膜第3章

细胞的基本结构问题探讨

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，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？用台盼蓝染液染色后的死细胞和活细胞(放大200倍)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，因此活细胞不被染色。死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出的功能染色排除法细胞膜的功能一阅读课本40-41页，说出下列各实例分别体现了细胞膜的哪项功能：1.新鲜的苋菜叶泡进凉水中，水一般不会变红，但高温炒熟的苋菜中却有红红的汤汁；2.莲“出淤泥而不染”；3.没有受精的鸡蛋中，鸡蛋黄可看作一个卵细胞，鸡蛋黄与蛋清之间被什么样的结构分隔开?说明了其有什么功能？4.鼻子接触香水分子，为什么大脑皮层能产生“香”的感觉?

手碰到火，为什么手臂的肌肉会收缩？

控制物质进出细胞控制物质进出细胞将细胞与外界环境分隔开进行细胞间的信息交流推测的原始海洋景观想象图在原始海洋这盆“热汤”中，膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，它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。细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。1.将细胞与外界环境分隔开2.控制物质进出细胞需要的营养物质不需要的物质抗体、激素等物质代谢废物细胞可以进入不容易进入排出分泌出去有用的成分不会轻易流失到细胞外细胞膜的控制作用是相对的！细胞膜的功能特性：选择透过性病菌、病毒等可能侵入3.进行细胞间的信息交流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血液的传送内分泌细胞分泌的激素靶细胞靶细胞3.进行细胞间的信息交流（1）通过化学物质传递信息与靶细胞膜上的受体结合，将信息传递给靶细胞靶细胞：接受信号的细胞受体：靶细胞膜上与信号分子特异性结合的结构，一般为糖蛋白为什么运送到全身各处，却只作用于靶细胞？与膜结合的信号分子膜上接受信号分子的受体发出信号的细胞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3.进行细胞间的信息交流（2）通过细胞膜直接接触传递信息精子和卵细胞之间的识别和结合精子只能与同种生物的卵细胞结合，为什么？3.进行细胞间的信息交流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。（3）通过细胞间通道传递信息1、成分：纤维素和果胶3、功能：支持和保护2、特性：具有全透性植物的细胞壁起支持和保护的作用，具有全透性，并不能控制物质进出细胞，所以不是真正的边界。思考：植物细胞最外面是细胞壁，但植物细胞的边界是细胞膜而不是细胞壁，这是为什么呢？细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的除了以上的三种功能外，细胞膜还有细胞识别、保护细胞、参与细胞的运动、分泌等功能。细胞膜成分的探索二时间：1895年人物：欧文顿（E.Overton）实验：用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验,发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的：溶于脂质的物质，比不溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。●●不溶于脂质的物质溶于脂质的物质细胞膜化学知识—相似相溶原理：通俗的讲，即分子结构越相似的物质，越是容易相互溶解。推测：细胞膜是由脂质组成的讨论1：最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取与检测?

问：在推理分析提出假说后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？1提出假说（课本p44)为了进一步确定细胞膜中脂质成分的类型，科学家利用动物的卵细胞、红细胞、神经细胞等作为研究材料，并利用哺乳动物的红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜，进行化学分析，得知组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。2化学分析，得知：

组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和其它众多的细胞器，可以避免其它膜结构的干扰，提取较纯正的细胞膜。问：为什么众多细胞材料中，利用红细胞更容易制备出纯净的细胞膜?3时间：1925年人物：戈特（E.Gorter）和格伦德尔（F.Grendel）实验：用丙酮（一种有机溶剂，可以溶解脂质）从人的红细胞膜中提取脂质，在空气－水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰好为红细胞表面积的2倍。推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层结构式分子模型分子示意图亲水的“头”疏水的“尾”讨论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”这一结论的?因为磷脂分子的“头部”亲水，尾部疏水，所以在水-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连续的两层这一结论。空气水讨论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。水环境水水水水对细胞膜成分的探索ABC细胞膜的两侧都有水环境存在，在这样的环境中，磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢？讨论4：如果将磷脂分子置于水--苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布?水苯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。时间：1935年人物：丹尼利（J.F.Dznielli）和戴维森（H.Davson）实验：研究细胞膜张力，发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。由于人们已经发现了油脂表面如果附有蛋白质成分，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。4推测：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。生物膜蛋白质%脂类%糖类人的CNS髓鞘2079少人的红细胞膜49438大鼠的肝细胞核膜59352.9内质网膜6733少线粒体外模5248少线粒体内膜7624少细胞膜的成分脂质（约50％）蛋白质（

约40％）糖类（约2％~10％）磷脂最为丰富，此外还有少量胆固醇研究发现：细胞膜主要是由脂质和蛋白质组成的，此外，还有少量的糖类。蛋白质在细胞膜行使功能方面起着重要作用，功能越复杂的细胞膜，蛋白质种类和数量越多。脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？细胞膜结构的探索三时间：1959年人物：罗伯特森（J.D.Robertson）实验：在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构1提出假说：①细胞膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子②把细胞膜描述为静态的统一结构不合理①：细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的变形运动这样的现象都难以解释。变形虫摄取酵母菌出芽生殖不合理②：测定细胞膜的厚度为7—8nm，恰好是单层磷脂膜厚度的两倍，而按照“三明治”模型，加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20nm。时间：1970年实验：人细胞和小鼠细胞的融合2红色荧光染料标记的膜蛋白绿色荧光染料标记的膜蛋白小鼠细胞人细胞37℃40min两种颜色的荧光均匀分布这一实验以及相关的其他实验证据表明，细胞膜具有流动性。（结构特点）细胞融合（课本p45)（在一定范围内，温度升高，流动性增强）流动镶嵌模型的基本内容四1972年辛格(S.J.Singer)、尼科尔森(G.Nicolson)提出的流动镶嵌模型为多数人所接受。①①②③④⑤糖脂

1.

磷脂双分子层是细胞膜的基本支架，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。1972年辛格、尼科尔森提出了细胞膜的流动镶嵌模型旁栏思考：既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？①是因为水分子极小，可以通过由于磷脂分子运动而产生的间隙；②是因为膜上存在水通道蛋白，水分子可以由此通过。细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的

2.蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层：表面；部分或全部嵌入，贯穿。这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。1972年辛格、尼科尔森提出了细胞膜的流动镶嵌模型细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的体现了膜结构的不对称性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的糖蛋白或与脂质结合形成的糖脂，这些糖类分子叫做糖被，糖被在细胞生命活动中有重要的功能，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。1972年辛格、尼科尔森提出了细胞膜的流动镶嵌模型细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的如何判断细胞膜的内外侧？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？【答案】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，能在水中结晶的药物可稳定地包裹其中。【答案】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