高中生物 章節(jié)知識要點 生物膜的流動鑲嵌模型素材 新人教版必修1

1、教材優(yōu)化全析問答聚焦：生物膜對物質(zhì)進出細胞是有選擇性的。為什么生物膜能夠控制物質(zhì)的進出?這與生物膜的結(jié)構(gòu)有什么關系呢?全析提示 感受科學家的探索歷程、學習探索精神。一、對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程（提要）1.19世紀末，歐文頓提出：膜是由脂質(zhì)組成的。歐文頓用500多種化學物質(zhì)，做過上萬次實驗發(fā)現(xiàn)：細胞膜對不同物質(zhì)的通透性不一樣，溶于脂質(zhì)的物質(zhì)容易通過細胞膜，不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)不容易通過細胞膜（如下圖所示）。通過進一步推理得出結(jié)論：膜是由脂質(zhì)組成的。A.脂溶性分子 B.非脂溶性分子脂溶性分子易透過細胞膜示意圖全析提示歐文頓的科學方法是：實驗推理結(jié)論。他的結(jié)論是：膜是由脂質(zhì)組成的。2.20世紀初，科學家將

2、膜從細胞中分離出來，并確定：膜的主要成分是脂肪和蛋白質(zhì)?？茖W家們利用細胞吸水原理和哺乳動物成熟的紅細胞中沒有細胞核和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等眾多細胞器的特點，將細胞膜從紅細胞中分離出來，然后對膜進行化學分析，得出的結(jié)論是膜由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成的。3.1925年荷蘭科學家得出結(jié)論：細胞膜中的脂質(zhì)分子排列為連續(xù)兩層。要點提煉正確利用生物知識選擇了理想實驗材料并用化學方法確定膜是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成。首先，科學家從人的紅細胞中提取脂質(zhì)，脂質(zhì)在空氣水界面上會自動鋪展成單分子層，測得單分子層的面積恰好為紅細胞表面積的2倍，由此得出上述結(jié)論。思維訓練：構(gòu)成細胞膜的脂質(zhì)主要是磷脂，那么磷脂分子在空氣水界面上為什么會自動鋪展成單分

3、子層呢? 正確利用推理的方法，得出正確的結(jié)論。知識拓展：磷脂的分子式、結(jié)構(gòu)模式圖和分子形狀分別總結(jié)如下圖：非極性尾(疏水)極性頭（親水）O 磷脂分子式 磷脂分子結(jié)構(gòu)模式圖磷脂分子形狀示意圖通常磷脂分子中的2個脂肪酸總有一個是不飽和的，因2個脂肪酸鏈不是平行并列的，其中一個（不飽和脂肪酸）總是有折彎的（如上圖所示）。全析提示 細胞中的磷脂主要有卵磷脂、腦磷脂和絲氨酸磷脂等。卵磷脂、腦磷脂是細胞膜的主要成分。其中腦磷脂是動物膜結(jié)構(gòu)的主要成分。磷脂分子由于有磷酸和與之相連接的含氨基的化合物，因而是有極性的分子（如上圖所示），它的磷酸一端為極性的頭，是親水的。它的兩個脂肪酸鏈是非極性的尾，是疏水的。如

4、將磷脂放在水面上，磷脂分子都將以親水的頭和水面相接而倒立在水面上，成一單分子層。教材思考與討論：（P66）答案：（1）推理分析（2）有必要（3）參考以上解析4.20世紀40年代有學者推測脂質(zhì)兩邊各覆蓋著蛋白質(zhì)。后來隨著新技術手段運用于生物膜的研究，科學家發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)并不是全部平鋪在脂質(zhì)表面，有的蛋白質(zhì)是鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中的。5.1959年，羅伯特森提出生物的靜態(tài)模型：所有的生物膜都由蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。他認為生物膜是靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。磷脂在空氣水界面上鋪展成單分子層。（如下圖）水面上形成的單層磷脂分子生物膜是靜態(tài)的觀點，顯然站不住腳。如果是這樣，細胞膜的復雜功能將難以實現(xiàn)，細胞的生長、

5、變形蟲運動等現(xiàn)象也將無法解釋。6.1972年桑格和尼克森提出細胞膜的流動鑲嵌模型。支持這一模型的是以下著名的實驗：1970年弗雷（L.D.Frye）和埃迪登（H.Edidin）用綠色和紅色熒光染料對小鼠和人體細胞膜上的蛋白質(zhì)進行標記。當這兩種細胞融合形成一個雜交細胞時，細胞表面一半呈綠色，一半呈紅色。一段時間后兩種顏色的熒光點在細胞膜上就均勻分布（如下圖）?？梢姡瑯?gòu)成細胞膜的磷脂和蛋白質(zhì)分子大多數(shù)不是靜止的，而是可以運動的，即細胞膜具有一定的流動性。生物膜是靜態(tài)的觀點很容易受到人們的質(zhì)疑。二、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容生物膜主要是由脂類和蛋白質(zhì)分子以非共價鍵組合裝配而成的（如圖）。生物膜除了脂類和

6、蛋白質(zhì)以外，細胞膜的表面還有糖類分子，稱為膜糖。膜糖大多和蛋白質(zhì)分子相結(jié)合成為糖蛋白，也可和脂類分子結(jié)合而成糖脂。構(gòu)成膜的磷脂雙分子層和蛋白質(zhì)都不是靜止的磷脂雙分子層具有流動性，大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是可以運動的。生物膜的內(nèi)外表面上，脂類和蛋白質(zhì)的分布不勻衡，這反映了膜兩側(cè)的功能的不同。生物膜不是固定不變的結(jié)構(gòu)，而是經(jīng)常處于動態(tài)變化之中的。脂雙層具有流動性，其脂類分子可以自由地移動，蛋白質(zhì)分子也可以在脂雙層中橫向移動。知識拓展1.脂雙層：在生物膜的總重量中，脂類約占40%50%。一個面積為1 m×1 m的脂雙層含有約5×105個脂類分子，小的動物細胞的質(zhì)膜含有約109個脂類分子。

7、構(gòu)成細胞膜的脂類和蛋白質(zhì)分子分布是不均衡的，而且是在不斷運動的。構(gòu)成脂雙層的脂類包括：磷脂（脂雙層的主要脂類） 膽固醇 糖脂 在水溶液中，磷脂和糖脂分子能自發(fā)地迅速形成脂雙層。膽固醇只存在于動物細胞，細菌藍藻等原核細胞和植物細胞中一般沒有膽固醇。組成脂雙層的脂類成分隨不同的生物而不同。例如：大腸桿菌質(zhì)膜的脂雙層主要只含有一種磷脂，而真核細胞的質(zhì)膜不僅磷脂種類多，有的還含有膽固醇。在水空氣界面上，磷脂分子形成單分子層。2.膜蛋白：不同生物膜中蛋白質(zhì)的含量不同。例如：線粒體內(nèi)膜的蛋白質(zhì)可占膜總物質(zhì)的75%，而神經(jīng)纖維的髓鞘的蛋白質(zhì)只有膜重的25%或更少。在一般質(zhì)膜中，蛋白質(zhì)約占膜重的50%，蛋白質(zhì)

8、與脂類分子數(shù)之比約為150。在不同的生物膜中蛋白質(zhì)的含量是不同的。膜蛋白可分為兩大類，即固有蛋白或內(nèi)在蛋白質(zhì)和外在蛋白。膜蛋白的功能是多方面的。有些膜蛋白可作為“載體”而將物質(zhì)帶入或帶出細胞;有些膜蛋白是激素或其他化學物質(zhì)的特異受體;膜表面還有各種酶（蛋白質(zhì)），使特異的化學反應能在膜上進行，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的酶能催化磷脂的合成等;細胞的識別功能也是決定于膜的表面蛋白的。這些蛋白可統(tǒng)稱為表面抗原。很多膜蛋白在脂雙層中能自由移動，這可通過前面所述的人、鼠兩種細胞的融合實驗而得到證明。下列一例也說明膜蛋白是可以移動的，也證明了生物膜的流動性；淋巴細胞的表面抗原蛋白在抗體或植物凝集素（即從植物中分離出的能

9、使細胞凝集成團的物質(zhì)）的作用下，不再均勻分布而聚集到膜表面的某些部位上。膜蛋白有多方面的功能。全析提示并不是一切膜蛋白都能在膜中移動，有些膜蛋白是不能移動或不能自由移動的。如上皮細胞膜上的運輸?shù)鞍缀透鞣N酶就只有一定程度的移動。3.膜糖膜糖是細胞膜表面的糖類總稱。它們大部分以共價鍵與膜蛋白相結(jié)合而成糖蛋白，少部分與脂類結(jié)合而成糖脂。膜糖只存在于質(zhì)膜的外層，即遠離細胞質(zhì)的一層，與細胞質(zhì)接觸的一層沒有糖類（如下圖）。另外，細胞器的膜，如線粒體、高爾基體、葉綠體等的膜上也沒有糖分子。膜糖與細胞的識別有關，也可能有固定膜中的穿膜蛋白質(zhì)的作用。綜上所述，細胞膜流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容是：流動鑲嵌模型認為，細

10、胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成。脂質(zhì)是細胞膜中的基本成分，構(gòu)成細胞膜的脂質(zhì)主要為磷脂分子，它包括親水性的頭部和疏水性的尾部。磷脂分子以疏水尾部相對，親水頭部朝向兩側(cè)，構(gòu)成了磷脂雙分子層，以此作為細胞膜的基本骨架。細胞膜中的脂質(zhì)除磷脂外，還有一些糖脂和膽固醇等。細胞膜中的蛋白質(zhì)以不同深度覆蓋、鑲嵌或貫穿于磷脂雙分子層中，有的蛋白質(zhì)分子還與糖結(jié)合成糖蛋白。它們是細胞膜功能的主要執(zhí)行者，有的作為載體負責細胞內(nèi)外的物質(zhì)運輸，有的和信號分子結(jié)合進行信號轉(zhuǎn)導。構(gòu)成細胞膜的磷脂、蛋白質(zhì)、糖的分布位置及作用。三、細胞膜的功能1.細胞膜具有屏障作用，它可以保護細胞不受外來物質(zhì)的干擾和有害物質(zhì)的侵襲。2.細胞膜具有控制細胞與外界物質(zhì)交換的功能?；罴毎M行新陳代謝，營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物進出細胞，都要通過細胞膜。細胞與外