细胞膜的结构和功能高一上学期生物人教版必修1

第三章

细胞的基本结构

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都更精巧。------翟中和院士

第3章细胞的基本结构第1节细胞膜的结构和功能本节聚焦细胞膜有哪些主要功能？流动镶嵌模型的基本内容是什么？你对科学研究的过程和方法有哪些领悟？情境创设情境1：鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染色法(染色排除法)，用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。思考：为什么活细胞不能被染色，死细胞能被染色？死细胞活细胞情境2：光学显微镜下不能看见细胞膜，但是能够观察到细胞与外界环境之间是有界限的。要观察细胞膜只能用电子显微镜。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，科学家是怎样确定细胞膜的存在的？活细胞的细胞膜可以控制物质进出细胞(或具有选择通过性)情境创设资料1: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细胞，却不能很快逸出细胞。思考:伊红为什么不会溢出细胞？这个实验说明了什么？资料2:鸡蛋中蛋黄和蛋清分层清晰，没有混溶，可以明显感受到蛋黄具有边界。打破鸡蛋外壳，将蛋清和蛋黄倒入培养皿中，用蓝墨水染色后清洗，刺破卵黄膜发现蛋黄没有染色，说明细胞膜什么功能？有什么意义呢？资料3:在光学显微镜下看到，用微针触碰细胞表面，细胞表面有弹性，可以伸展；用微针插入细胞内，细胞表面有一层结构被刺破；如果细胞表面结构受损面过大，细胞会死亡。以上事实，说明了什么？结论：细胞作为一个系统，具有边界，即：细胞膜，又称质膜。一、细胞膜的功能原始地球环境原始海洋中有机物聚集进化出原始生命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。细胞膜出现意义功能1：将细胞与外界环境分隔开—生命系统的边界核CO2细胞产物代谢废物O2营养物质细胞膜细胞膜有__________性，控制作用是_____的选择透过相对有害物质有些病毒病菌不需要、有害的物质细胞需要的营养物质①细胞合成并分泌的抗体、激素等；②细胞代谢产生的废物；细胞内有用的成分可以进入不容易进入排出不排出功能2：控制物质进出细胞一、细胞膜的功能一、细胞膜的功能功能3：进行细胞间的信息交流(1)通过化学物质传递信息(间接交流)：细胞分泌化学物质（如激素)，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。(2)细胞膜直接接触传递信息：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。例如，精子和卵细胞之间的识别和结合。(3)通过通道传递传递信息: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：高等植物细胞间的胞间连丝信号转导

胞间识别

胞间连接通讯思考有关细胞膜功能的相关问题：1.生长在污泥中的莲能“出淤泥而不染”体现了膜的什么功能？2.手被烫到，为什么大脑皮层会产生“痛”觉？鼻子接触鲜花，为什么大脑皮层能产生“香”“臭”的感觉？这体现了细胞膜的什么功能？3.分泌的化学物质一定需要血液运输才能到达靶细胞吗？4.细胞间交流都需要受体参与吗？一、细胞膜的功能与善人居,如入芝兰之室,久而不闻其香;与恶人居,如入鲍鱼之肆,久而不闻其臭不一定,除血液运输外还可以通过直接接触传递信息。胞间连丝不需要。思考：有些细胞(如植物细胞、细菌等)的细胞膜外面还有一层细胞壁，那么细胞壁可以作为一个细胞的边界吗？电镜下看到的植物细胞壁亚显微结构不能，因为细胞壁是全透性的！细胞壁可维持细胞形状，是全透性的。植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，还起支持和保护作用，细胞壁不能控制物质进出细胞，不能保障细胞内部环境的稳定，所以不是真正的边界！

(不要记，下节有)一、细胞膜的功能【总结】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（3）进行细胞间的信息交流①通过细胞分泌化学物质间接传递信息②细胞间细胞膜直接接触传递信息③相邻两细胞之间形成通道，来传递信息选择透过性功能特点：注意：三种信息交流了的方式均发生于细胞与细胞之间，而不是细胞内部一、细胞膜的功能问题情境1：细胞膜需要依靠哪些化学成分和怎么样的结构去行使相应的功能呢？细胞膜的功能由其结构决定。一种结构，实际上是指其组成成分之间的组合形式。要弄清他的结构，首先要弄清其组成成分。那么，细胞膜的组成成分是什么呢？人类对细胞膜结构的探究，要追溯到100多年前…………二、对细胞膜成分的探索【学生活动】阅读课本P42，分析资料，思考与讨论二、对细胞膜成分的探索欧文顿●●细胞膜●●●●●●●●相似相溶的原理：不溶于脂质的物质；溶于脂质的物质。资料1：1895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脂溶性物质更易通过细胞膜推测细胞膜由脂质组成结论或假说：二、对细胞膜成分的探索较为纯净的细胞膜吸水涨破离心[思考]为什么选择哺乳动物成熟红细胞来制备细胞膜？(鸡的红细胞?蛙的红细胞?）①无细胞壁，细胞容易吸水涨破；②无细胞核和众多的细胞器，易制得纯净的细胞膜。资料2：科学家利用动物的卵细胞、红细胞、神经细胞等为材料，最终利用哺乳动物成熟的红细胞为材料，制备出较纯净的细胞膜，并进行了化学成分分析。成分分析：磷脂和胆固醇组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。得出结论：二、对细胞膜成分的探索资料2补充：认识磷脂分子的特点[活动1]根据磷脂分子的结构特点，尝试排列出单层磷脂分子在水和空气界面中的排布情况。[活动2]画出两层磷脂分子在水环境中排列的情况。水空气水水[活动3]结合细胞膜内外两侧的环境，排列出细胞膜中磷脂的排列方式。水环境水环境二、对细胞膜成分的探索资料3：1925年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔用丙酮从人的成熟红细胞中提取脂质，在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞的表面积的2倍。得出结论：细胞膜中的磷脂必然排列为连续的两层空气水发现推测二、对细胞膜成分的探索资料4:

1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。他们发现细胞表面张力明显低于油水界面的表面张力；当时人们已经知道了，如果在油水界面中加入一定量的蛋白质，其表面张力降低。≈得出结论：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。资料4补充:20世纪初，科学家研究发现：细胞膜不仅能被脂溶性溶剂溶解，也会被蛋白酶溶解

总结归纳综上艰难的探索历程，科学家们推论出细胞膜的成分是（P43）脂质蛋白质少量的糖类（50%）（40%）（2%~10%）功能越复杂的细胞膜蛋白质种类和数量越多磷脂（主要）胆固醇（动物细胞膜）C、H、O细胞膜的成分糖类脂质蛋白质（+P、N）二、对细胞膜成分的探索三、对细胞膜结构的探索

问题情境2：磷脂和蛋白质是怎样形成膜的呢？

蛋白质位于脂双层的什么位置呢？资料5：20世纪40年代：有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质。1959年罗伯特森用电子显微镜观察到了细胞膜清晰的

暗—亮—暗

三层结构。测定细胞膜的厚度为7∽8nm，恰好是单层磷脂膜厚度的两倍。所有细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质

三层结构构成，并将细胞膜描述为静态的统一结构。提出假说：三、对细胞膜结构的探索问题情境3：如果生物膜是静态的，细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞生长、分裂、变形虫的变形运动这样的现象都难以解释，那么细胞膜的结构应该如何？不少科学家对于生物膜是静态的观点提出质疑。三、对细胞膜结构的探索资料6：1970年,科学家进行了人鼠细胞融合实验。并用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子。实验方法：荧光标记法得出结论：细胞膜具有流动性。三、对细胞膜结构的探索资料7：冰冻蚀刻(冰冻断裂)技术：标本用干冰等冰冻。后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。发现断裂面是不平整(齐)的。蛋白质在膜中的分布应该是不对称。得出结论：蛋白质镶在、嵌入、贯穿(横跨)在磷脂双分子层中。三、对细胞膜结构的探索资料8：1972年辛格和尼克尔森总结前人的研究成果，并且在新的观察和实验证据的基础上，提出了新的生物膜模型—流动镶嵌模型，为多数人所接受。阅读课本P44-45，思考与讨论完成以下问题。(1)细胞膜的基本支架是什么？(2)蛋白质在细胞膜上如何分布？有什么作用？(3)细胞膜具有流动性的原因是什么？(4)什么叫糖蛋白、糖脂、糖被？糖被有什么功能？四、流动镶嵌模型的基本内容(一)分子组成与结构：分子组成：主要由

和

组成，另还有少量

；1.

构成了膜的基本支架2.蛋白质的分布：3.糖类：(二)结构特点：原因：(三)功能特点：磷脂蛋白质磷脂双分子层镶在，部分或全部嵌入，贯穿于磷脂双分子层位于外表面，与蛋白质、脂质结合成糖蛋白，糖脂，统称为糖被。构成膜的磷脂分子可以可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动。（参与细胞识别、信息传递）

选择透过性一定的流动性糖类内容小结1：1.科学研究离不开先进的实验技术2.科学方法：提出假说科学家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。罗伯特森蛋白质-脂质-蛋白质三层结构静态模型错误的如何修正？流动镶嵌模型提出假说：检验假说：荧光标记实验细胞膜具有流动性观察与实验证实修正和补充观察与实验接受假说提出假说分析

问题内容小结1：总结：科学探究的一般历程

(感受科学探究永无止境)内容小结2：一、概念检测1.基于对细胞膜结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。(1)构成细胞膜的磷脂分子具有流动性，而蛋白质是固定不动的。（）(2)细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能进入，而对细胞有害的物质则不能进入。

（）(3)向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下一个空洞。

（）✘✘✘评价反馈：一、概念检测2.细胞膜的特性和功能是由其结构决定的。下列相关叙述错误的是(

)A.细胞膜的脂质结构使溶于脂质的物质，容易通过细胞膜B.由于磷脂双分子层内部是疏水的，因此水分子不能通过细胞膜C.细胞膜的蛋白质分子有物质运输功能D.细胞的生长现象不支持细胞膜的静态结构模型B评价反馈：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出。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方?合理之处：允许一些物质出入，阻挡其他物质出入。不妥之处：窗纱是一种简单的刚性结构，功能较单纯，没有生命，被动的起作用；细胞膜的结构和功能要复杂得多；细胞膜是活细胞的重要组成部分，可主动地发挥作用。评价反馈：二、拓展应用2.右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。评价反馈：二、拓展应用2.右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