第二節(jié) 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型

1、第二節(jié) 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型認(rèn)知·探索問(wèn)題導(dǎo)思1對(duì)生物膜的探索歷程給了你哪些啟示？對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索雖經(jīng)歷了100多年，但隨著技術(shù)和研究方法的不斷改進(jìn)，至今仍是方興未艾。在建立生物膜模型的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步起到了關(guān)鍵性的推動(dòng)作用，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)也始終引導(dǎo)人們不斷實(shí)踐、認(rèn)識(shí)，再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)，使人類一步步接近生物膜結(jié)構(gòu)的真相。生物膜結(jié)構(gòu)的研究歷史反映了科學(xué)研究的艱辛歷程，也告訴我們建立模型的一般方法。科學(xué)家根據(jù)觀察到的現(xiàn)象和已有的知識(shí)提出解釋某一生物學(xué)問(wèn)題的假說(shuō)或模型，用觀察和實(shí)驗(yàn)對(duì)假說(shuō)或模型進(jìn)行檢驗(yàn)、修正和補(bǔ)充。一種模型最終能否被普遍接受，取決于它能否與以后的觀察和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2、相吻合，能否很好地解釋相關(guān)現(xiàn)象，科學(xué)就是這樣一步一步向前邁進(jìn)的。 2流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容和主要特點(diǎn)是什么?基本內(nèi)容: （1）生物膜的主要成分是磷脂和蛋白質(zhì)，（2）具有流動(dòng)性的磷脂雙分子層構(gòu)成了膜的基本支架；（3）蛋白質(zhì)分子有的鑲嵌在磷脂分子層表面,有的則部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個(gè)磷脂雙分子層，大多數(shù)蛋白質(zhì)分子也可以運(yùn)動(dòng)。主要特點(diǎn)：（1）強(qiáng)調(diào)了膜結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性和不均勻性。將膜蛋白分為外在蛋白和內(nèi)在蛋白，并且指出蛋白質(zhì)在脂雙層中的分布是不對(duì)稱和不均勻的。（2）強(qiáng)調(diào)了膜結(jié)構(gòu)的流動(dòng)性。認(rèn)為膜的結(jié)構(gòu)成分不是靜止的，而是動(dòng)態(tài)的，生物膜是流動(dòng)的脂質(zhì)雙分子層與鑲嵌著的球蛋白按二維排列組成。（

3、3）膜的功能是由蛋白與蛋白、蛋白與脂質(zhì)、脂質(zhì)與脂質(zhì)之間復(fù)雜的相互作用實(shí)現(xiàn)的。3生物膜的結(jié)構(gòu)和功能特性是什么？結(jié)構(gòu)和功能有什么關(guān)系？生物膜的結(jié)構(gòu)特性是流動(dòng)性，功能特性是選擇透過(guò)性。生物膜的結(jié)構(gòu)和功能是相適應(yīng)的：（1）細(xì)胞膜的內(nèi)外均為水環(huán)境，磷脂分子構(gòu)成疏水端相對(duì)、親水端朝向水環(huán)境的雙分子層，有利于細(xì)胞膜內(nèi)外正常進(jìn)行物質(zhì)交換。磷脂分子相互之間不連接，磷脂分子中的2分子脂肪酸總有一個(gè)是不飽和的鏈，因此脂肪酸長(zhǎng)鏈在雙鍵處發(fā)生彎折。當(dāng)分子旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)使相鄰分子發(fā)生位移，有可能制造出一個(gè)瞬間的縫隙，為物質(zhì)擴(kuò)散創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，而且分子始終處于運(yùn)動(dòng)中，因而使細(xì)胞膜呈液態(tài)流動(dòng)狀。細(xì)胞膜流動(dòng)性對(duì)細(xì)胞正常的生命活動(dòng)是至關(guān)重

4、要的：水分子等細(xì)胞所需的小分子能自由進(jìn)出細(xì)胞；被選擇吸收的大分子可通過(guò)膜泡方式進(jìn)出細(xì)胞；如果流動(dòng)性下降過(guò)多，細(xì)胞膜膜黏度增加，附著其上的酶將會(huì)失去活性，細(xì)胞膜的各種活動(dòng)將難于進(jìn)行。（2）離子或有些小分子等不能直接透過(guò)細(xì)胞膜，但它們能與膜上某些蛋白質(zhì)發(fā)生作用，導(dǎo)致相關(guān)蛋白質(zhì)分子發(fā)生臨時(shí)性改變。這些蛋白質(zhì)會(huì)出現(xiàn)臨時(shí)“隧道”或發(fā)生穿膜運(yùn)動(dòng)，使相應(yīng)的離子或小分子有機(jī)會(huì)通過(guò)細(xì)胞膜。膜上的這些蛋白質(zhì)分子被稱作載體，是專一性運(yùn)輸特定物質(zhì)的工具，細(xì)胞膜的選擇性就是由其上的蛋白質(zhì)載體決定的。有的膜蛋白能催化與膜有關(guān)的生化反應(yīng)；有的膜蛋白則是激素或其他活性物質(zhì)的受體。膜蛋白是膜功能的主要體現(xiàn)者，不同膜上的蛋白質(zhì)的

5、具體種類是不同的，所以其生理功能也不同，如葉綠體膜、線粒體膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜等。4請(qǐng)舉例說(shuō)明細(xì)胞膜具有流動(dòng)性并說(shuō)出細(xì)胞膜的流動(dòng)性對(duì)細(xì)胞的意義。草履蟲食物泡的形成及發(fā)展變化、變形蟲捕食和運(yùn)動(dòng)時(shí)偽足的形成、白細(xì)胞吞噬細(xì)菌；細(xì)胞的胞飲與分泌、細(xì)胞分裂時(shí)膜的流動(dòng)性、細(xì)胞雜交時(shí)的細(xì)胞融合等事實(shí)都能證明細(xì)胞膜具有流動(dòng)性，可見(jiàn)細(xì)胞膜的流動(dòng)性為細(xì)胞吸收、分泌、修復(fù)、融合、運(yùn)動(dòng)、捕食、變形、分裂等提供了基礎(chǔ)。知識(shí)拓展各種生物膜在結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系1內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與核膜的聯(lián)系（1）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與外層核膜相連（2）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔與內(nèi)、兩層核膜間的空腔相通 意義：使細(xì)胞質(zhì)與核內(nèi)物質(zhì)的聯(lián)系更加緊密。2內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體的聯(lián)系有些內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體外膜相連

6、意義：由線粒體供給內(nèi)質(zhì)網(wǎng)所需要的能量3內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體及細(xì)胞膜的聯(lián)系 （1）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜產(chǎn)生的小泡可以移動(dòng)到高爾基體成為高爾基體的一部分（2）高爾基體產(chǎn)生的小泡移動(dòng)到細(xì)胞膜成為細(xì)胞膜的一部分（3）細(xì)胞膜產(chǎn)生的小泡可以回到細(xì)胞質(zhì)中上述關(guān)系圖示如下：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜小泡高爾基體小泡細(xì)胞膜例題演示例1 對(duì)細(xì)胞膜的選擇透過(guò)性起主要作用的物質(zhì)是（ ）。A水 B磷脂 C糖類 D蛋白質(zhì)解析 細(xì)胞是由蛋白質(zhì)分子和磷脂分子構(gòu)成的，具有選擇透過(guò)性，這一特性的物質(zhì)基礎(chǔ)就是細(xì)胞膜上的載體蛋白的種類和數(shù)量，載體蛋白的選擇性決定著哪些物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)多少；哪些物質(zhì)不能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。答案 D例2 (1)人體組織液中的O2若要進(jìn)入組織細(xì)

7、胞中，參與氧化有機(jī)物，這些氧分子要通過(guò)（ ）層由磷脂分子組成的膜。A1層 B2層 C3層 D4層(2)大氣中的O2要與人的血紅蛋白結(jié)合，至少要穿過(guò)（ ）層磷脂分子。A3層 B5層 C6層 D10層解析 以上兩題雖類似，但涉及到了一個(gè)極為精細(xì)的問(wèn)題，就是穿過(guò)幾層“膜”，還是穿過(guò)幾層“磷脂分子”？前一題O2進(jìn)入組織細(xì)胞參與氧化，要穿過(guò)細(xì)胞膜與線粒體的外、內(nèi)膜，共三層膜。后一題大氣中的O2要與血紅蛋白結(jié)合，至少要穿過(guò)肺泡壁(單細(xì)胞結(jié)構(gòu)，兩次穿過(guò)膜)、毛細(xì)血管壁(單細(xì)胞結(jié)構(gòu)，兩次穿過(guò)膜)和紅細(xì)胞膜。因此，氧氣至少要穿越五層生物膜，共十層磷脂分子。 答案 (1)C (2)D演練·評(píng)估 1下列對(duì)

8、細(xì)胞內(nèi)各種生物膜的結(jié)構(gòu)和組成的敘述中，錯(cuò)誤的是（ ）。 A主要由蛋白質(zhì)、脂類和少量糖類組成 B磷脂雙分子層是各種生物膜的基本骨架 C不同生物膜上的蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量不同 D內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜能生成高爾基體膜，說(shuō)明兩者化學(xué)組成完全相同 2一般在光學(xué)顯微鏡下看不到植物細(xì)胞的細(xì)胞膜，而在下列的哪種情況下，可以看到細(xì)胞膜（ ）。 A細(xì)胞進(jìn)行分裂時(shí) B 顯微鏡視野調(diào)亮?xí)r C發(fā)生質(zhì)壁分離時(shí) D細(xì)胞吸收水和離子時(shí) 3下列哪項(xiàng)敘述不是細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？（ ） A細(xì)胞膜是選擇透過(guò)性膜 B細(xì)胞膜由磷脂分子和蛋白質(zhì)分子構(gòu)成 C細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)具有流動(dòng)性 D有些蛋白質(zhì)分子可在膜的內(nèi)外之間移動(dòng)4一位細(xì)胞學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度升高到一定

9、程度時(shí)，細(xì)胞膜的面積增大而厚度變小，其決定因素是細(xì)胞膜的（ ）。 A選擇透過(guò)性 B結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有流動(dòng)性 C專一性 D具有運(yùn)輸物質(zhì)的功能 5使磷脂類特別適于形成細(xì)胞膜的特性是（ ）。 A它們是疏水的 B它們是親水的 C它們迅速吸水 D它們既是親水的又是疏水的6與植物細(xì)胞對(duì)礦質(zhì)離子的吸收具有選擇性相關(guān)的是（ ）。A.外界環(huán)境中離子的濃度 B細(xì)胞膜上載體蛋白的種類與數(shù)量C植物細(xì)胞中液泡的大小 D植物細(xì)胞中細(xì)胞液的濃度 7細(xì)胞膜的成分中起支架作用和細(xì)胞識(shí)別作用的物質(zhì)分別是（ ）A淀粉和纖維素 B纖維素和果膠C磷脂和糖蛋白 D蛋白質(zhì)和磷脂8科學(xué)家常用哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞作材料研究細(xì)胞膜的組成，是因?yàn)椋?）。A.

10、哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞在水中易漲破 B.此類細(xì)胞容易得到C.此類細(xì)胞在光學(xué)顯微鏡下易觀察 D.此類細(xì)胞內(nèi)無(wú)核膜，線粒體膜等結(jié)構(gòu)9下列細(xì)胞器中，沒(méi)有膜包被著的是（ ）。 A核糖體 B溶酶體 C高爾基體 D線粒體 10下列有關(guān)生物膜系統(tǒng)的敘述中，不正確的是 ( )。A細(xì)胞膜使細(xì)胞有相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境B生物膜系統(tǒng)的生物膜是指具有膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器C生物膜把細(xì)胞器分隔開(kāi)，保證細(xì)胞生命活動(dòng)高效、有序的進(jìn)行D細(xì)胞內(nèi)許多重要的化學(xué)反應(yīng)都是在生物膜上進(jìn)行的11在人和鼠的細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)中，用兩種熒光物分別標(biāo)記兩種抗體，使之分別結(jié)合到鼠和人的細(xì)胞膜表面抗原物質(zhì)上（如圖47）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，細(xì)胞開(kāi)始融合時(shí)，人、鼠細(xì)胞的表面抗原“

11、涇渭分明”，各自只分布于各自的細(xì)胞表面；但在融合之后，兩種抗原就平均地分布在融合細(xì)胞的表面了。請(qǐng)分析回答下面的問(wèn)題。（1）細(xì)胞融合的實(shí)驗(yàn)表明了組成細(xì)胞膜的_分子是可以運(yùn)動(dòng)的，由此也證明了細(xì)胞膜具有_的特點(diǎn)。 （2）在細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)中，一種抗體只能與相應(yīng)的抗原結(jié)合，說(shuō)明了這類物質(zhì)在分子結(jié)構(gòu)上具有_性。（3）細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)若在20條件下進(jìn)行，則兩種表面抗原平均分布的時(shí)間大大延長(zhǎng)，這說(shuō)明_。若在1條件下，兩種表面抗原便難以平均地分布，這又說(shuō)明_。12閱讀以下材料后回答問(wèn)題：科學(xué)家在進(jìn)行細(xì)胞膜化學(xué)成分的分析時(shí)，需制備較純凈的細(xì)胞膜。從真核細(xì)胞分離出純的細(xì)胞膜較為困難，因?yàn)闀?huì)有細(xì)胞內(nèi)其他膜的混雜。而哺乳動(dòng)物

12、（或人）的成熟的紅細(xì)胞沒(méi)有內(nèi)膜，沒(méi)有細(xì)胞核，將其特殊處理后，造成紅細(xì)胞破裂發(fā)生溶血現(xiàn)象，再將溶出細(xì)胞外的物質(zhì)沖洗掉，剩下的結(jié)構(gòu)就是較純凈的細(xì)胞膜，在生物學(xué)上稱為“血影”。有的科學(xué)家將“血影”中的脂類提取出來(lái)，使其在空氣一水界面上鋪展成單分子層，所形成的薄膜面積是原來(lái)細(xì)胞整個(gè)表面積的2倍。（1）哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)其他的膜有哪些？ 。如何處理紅細(xì)胞才能使其發(fā)生溶血現(xiàn)象？ 。（2）紅細(xì)胞溶血后，溶出細(xì)胞外的物質(zhì)應(yīng)該主要是 ，這些物質(zhì)使紅細(xì)胞具有 的功能。（3）“血影”的化學(xué)成分中脂類主要是哪一種？ 。它是構(gòu)成細(xì)胞膜的 。（4）脂類單分子層的面積是細(xì)胞表面積的2倍，這說(shuō)明了 。第二節(jié) 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型1