4.2细胞膜的流动镶嵌模型.ppt.ppt

1、第二节 生物膜的流动镶嵌模型,1.根据结构和功能相适应的观点分析，用哪种材料做细胞膜（塑料袋、普通布、弹力布），更适于体现细胞膜的功能？答案：三种材料比较，弹力布更能体现细胞膜的柔变性和一定的通透性，相对好一些。当然，这几种材料的特点与真实的细胞膜之间还有不小的差距。,问题探讨65页：,问题探讨65页：,2.你还能想出更好的材料做细胞膜吗？ 答案：有条件的话，使用微孔塑胶或利用激光给气球打上微孔都可以作为模型的细胞膜。使用透析袋也可以。如果制作临时使用的模型，利用猪或其他动物的膀胱做细胞膜是更加理想的材料。,问题1,细胞膜的组成成分是什么呢？,一、对生物膜结构的探索历程:,时间：19世纪末 1

2、895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：凡可以溶于脂质的物质，比不溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。,实验一,不溶于脂质的物质,溶于脂质的物质,细胞膜,提出假说：膜是由脂质组成的。,实 验: 采用哺乳动物的红细胞,经过特殊处理使细胞发生溶血现象,一些物质溶出,再将溶出细胞外的物质去除,即可得到纯净的细胞膜(又称血影).,化学分析表明：膜的成分主要是脂质和蛋白质。,时 间：20世纪初,实验二,问题2,脂质和蛋白质是怎样有机结合构成膜的呢？,磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子，磷

3、酸“头”部是亲水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。,绘图活动：将磷脂分子在空气水界面上铺展成单分子层，磷脂分子的头尾将如何排布？,空气,水,时间：1925年实验：两位荷兰科学家用丙酮（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。,提出假说： 细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层,实验三,水空气界面,蛋白质位于细胞膜的什么位置呢？,推测:? ? ? ? ? ?,时间：1959年 人物：罗伯特森（J.D.Robertsen） 实验： 在电镜下看到细胞膜清晰的暗亮暗的三层 结构。,实验四,小资料(关于电镜成像) 电子束照

4、射大分子物质散射度高，黑暗；照射小分子物质，散射度低，光亮。,提出假说： 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,问题3,静态刚性结构“蛋白质-脂质-蛋白质”三层结构是否能体现膜的功能?,绿色荧光染料标记的膜蛋白,细胞融合,40min,37 ,红色荧光染料标记的膜蛋白,实验五,提出假说：细胞膜具有流动性,小鼠细胞,实验结论: 质膜上的 和 具有流动性,蛋白质,脂质,举例说明细胞膜具有流动性,变形虫的变形运动,植物细胞的质壁分离,动物细胞吸水膨胀和失水皱缩,(白细胞吞噬病毒的过程),标本用干冰等冰冻。后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。,蛋白质镶在、嵌入、横跨在磷脂双分子层中。,

5、蛋白质在膜中的分布是不对称的,冰冻蚀刻电子显微法,1972年，桑格和尼克森在新的观察和实验证据的基础上，提出了流动镶嵌模型。,1、细胞膜主要由流动的磷脂双分子层和嵌在其中的蛋白质组成。还有少量的多糖。,流动镶嵌模型的基本内容：,2、磷脂分子以疏水性尾部相对朝向膜的内侧，亲水性头部朝向膜的外侧，组成生物膜的基本骨架；,3、蛋白质或镶嵌在脂双层的表面，或嵌插在其内部，或横跨整个磷脂双分子层，表现出分布的不对称性。,4、在细胞膜的外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与多糖结合形成的糖蛋白，叫做糖被。有些多糖与磷脂分子结合形成糖脂,糖蛋白的作用： 1有保护和润滑作用， 2还与细胞膜表面的识别有密切关系,（2

6、）膜蛋白的运动性,5、磷脂分子和大多数蛋白质是可以运动的，体现了膜的流动性（结构特点）,（1）磷脂分子的运动性,2003年度诺贝尔化学奖授予两名研究膜蛋白的美国科学家，这是自1991年来诺贝尔奖第三次颁发给与细胞膜蛋白质有关的研究成果 。,科学无止境,皮特阿格雷,罗德里克麦金农,磷脂分子的运动,磷脂（膜脂）的运动有多种形式：,6、旋转异构。,1、侧向扩散；,2、旋转运动；,3、摆动运动；,4、伸缩运动；,5、翻转运动；,19世纪末,欧文顿,用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现脂质更容易通过细胞膜,膜是由脂质组成的,1925年,两位荷兰科学家,从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，

7、面积是细胞膜的2倍,细胞膜中脂质为连续的两层,1959年,罗伯特森,在电镜下看到细胞膜由“蛋白质脂质蛋白质”的三层结构构成,生物膜为三层静态统一结构,1970年,弗雷和埃迪登,分别用绿色和红色荧光染料标记两种细胞的蛋白质，并将两细胞融合，发现荧光均匀,细胞膜具有流动性,1972年,桑格和尼克森,在新的观察和实验证据基础上,提出流动镶嵌模型,流动镶嵌模型与蛋白质脂质蛋白质三层结构模型有何异同？,思 考,相同点：,都认为组成细胞膜的主要物质是脂质和蛋白质。,不同点：,1、流动镶嵌模型认为蛋白质在膜中的分布是不均匀的。而三层结构模型认为蛋白质均匀分布在脂双层的两侧,2、流动镶嵌模型强调组成膜的分子是

8、运动的，而三层结构认为生物膜是静止结构,概念图,生物膜,结构特点,功能特点,结构组成,结构探究 历程,决定,流动性,选择透过性,磷脂双分子层,蛋白质分子,对生物膜结构的探索历程,19世纪末，欧文顿的实验和推论：膜是由 组成的； 20世纪初，科学家的化学分析结果，指出膜主要由组成；,脂质,脂质和蛋白质,小结,1959年罗伯特森提出的“三明治”结构模型：所有生物膜都由 三层结构；,蛋白质脂质蛋白质,1970年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有 ；,流动性,1972年，桑格和 提出,尼克森,流动镶嵌模型,思考与讨论66页,1.最初认识到细胞膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析，还

9、是通过对膜成分的提取和鉴定？ 答案：最初认识到细胞膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析得出的。,2.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？ 答案：有必要。仅靠推理得出的结论不一定准确，还应通过科学实验进行检验和修正。,思考与讨论66页,3.磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸等所组成的分子，磷酸的“头”部是亲水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。请运用相关的化学知识，解析为什么磷脂在空气-水界面上铺展成单分子层，而科学家如何从这一现象推导出“脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层”这一结论的。 答案：因为磷脂分子的“头部”亲水，所以在水空气界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，尾

10、部则朝向空气一面。科学家因测得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。,思考与讨论67页,1.在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到怎样的作用？ 答案：在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到了关键性的推动作用。如电子显微镜的诞生使人们终于看到了膜的存在；冰冻蚀刻技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外两侧并不对称；荧光标记小鼠细胞与人细胞的融合实验又证明了膜的流动性等。没有这些技术的支持，人类的认识便不能发展。,思考与讨论67页,2.在建立生物模型的过程中，结构域功能相适应的观点是如何得到体现的？ 答案：在建立生物膜模型的过程中，结构

11、与功能相适应的观点始终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识；使人类一步步接近生物膜结构的真相。例如，不同生物膜的功能是有差异的。在生命系统中，一般来说，功能的不同常伴随着结构的差异，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，这显然与不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。还有，不同膜的厚度也不完全一样。,由此促进学者们重新研究脂质和蛋白质相互作用的问题。一些学者使用了更加先进的技术，运用红外光谱等技术证明，膜蛋白主要为球形结构。冰冻蚀刻电镜技术又证明，脂双层中分布有蛋白质颗粒，这样又发展了生物膜模型。生物膜中存在不同种类的蛋白质，以及蛋白质在生物膜中的不同分布情况，恰能较好地解释不同结构

12、的生物膜具有不同的生理功能。,一、基础题 1.提示：细胞膜太薄了，光学显微镜下看不见，而19世纪时还没有电子显微镜，学者们只好从细胞膜的生理功能入手进行探究。 2.脂质和蛋白质。,练习 69页,练习 69页,一、基础题 3.提示：这两种结构模型都认为，组成细胞膜的主要物质是脂质和蛋白质，这是它们的相同点。不同点是：（1）流动镶嵌模型提出蛋白质在膜中的分布是不均匀的，有些横跨整个脂双层，有些部分或全部嵌入脂双层，,有些则镶嵌在脂双层的内外两侧表面；而三层结构模型认为蛋白质均匀分布在脂双层的两侧。（2）流动镶嵌模型强调组成膜的分子是运动的；而三层结构模型认为生物膜是静态结构。 4.D。,二、拓展题

13、-69页 1.提示：生物膜结构的研究历史反映了科学研究的艰辛历程，也告诉我们建立模型的一般方法。科学家根据观察到的现象和已有的知识提出解释某一生物学问题的假说或模型，用观察和实验对假说或模型进行检验、修正和补充。一种模型最终能否被普遍接受，取决于它能否与以后的观察和实验结果相吻合，能否很好地解释相关现象，科学就是这样一步一步向前迈进的。,二、拓展题-69页 2.提示：生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。人类对自然界的认识永无止境，随着实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型。,1.据研究发现，胆固醇、小

14、分子脂肪酸、维生素D等物质较容易优先通过细胞膜，这是因为（ C ） A 细胞膜具有一定流动性 B 细胞膜是选择透过性 C 细胞膜的结构是以磷脂分子层为基本骨架 D 细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子,课堂练习,2.下列哪一种膜结构能通过生物大分子（ B ）,A 细胞膜 B 核膜 C 线粒体膜 C 叶绿体膜,3、一分子CO2从叶肉细胞的线粒体基质中扩散出来，进入一相邻细胞叶叶绿体基质内，共穿过的磷脂分子层数是（ D ） A 5 B 6 C 10 D 12,4、细胞膜上与细胞识别、免疫反应、信息传递和血型决定有着密切关系的化学物质是（ A ） A 糖蛋白 B 磷脂 C 脂肪 D 核酸,5、变形虫的任何部

15、位都能伸出伪足，人体某些白细胞能吞噬病菌，这些生理过程的完成都依赖于细胞膜的（ B ） A 保护作用 B 一定的流动性 C 主动运输 D 选择透过性,6、下列物质中，不能横穿细胞膜进出细胞的是（ D ） A 维生素D和性激素 B 水和尿素 C 氨基酸和葡萄糖 D 酶和胰岛素,7.据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素D等物质较容易优先通过细胞膜，这是因为（ ） A 细胞膜具有一定流动性 B 细胞膜是选择透过性 C 细胞膜的结构是以磷脂 分子层为基本骨架 D 细胞膜上镶嵌有各种 蛋白质分子,A,不要灰心，再来一次！,C,D,B,C,8.下列哪种膜结构能通过生物大分子 （ ） A 细胞膜 B 核膜 C 线粒体膜 D 叶绿体膜,A,B,D,C,B,9.一分子CO2从叶肉细胞的线粒体基质中扩散出来，进入一相邻细胞叶叶绿体基质内，共穿过的生物膜层数是（ ） A 5 B 6 C 7 D 8,A,不要灰心，再来一次！,B,D,C,不要灰心，再来一次！,不要灰心，再来一次！,恭喜你，答对了！再接再厉！,B,10.变形虫的任何部位都能伸出伪足，人体某些白细胞能吞噬病菌，这些生理过程的完成都依赖于细胞膜的（ ） A 保护作用 B 一定的流动性 C 主动运输 D 选择透过性,A,不要灰心，再来一次！,B,D,C,不要灰心，再来一次！,不要灰心，再来一次！,恭喜你，答对了！再接再厉！