生物膜的流動鑲嵌模型市公開課獲獎?wù)n件

1、第2節(jié) 生物膜流動鑲嵌模型陜西省商洛中學(xué)劉小剛生物組第1頁第1頁學(xué)習(xí)目的 1.簡述生物膜流動鑲嵌模型基本內(nèi)容 2.舉例闡明生物膜含有流動性特點 3.探討在建立生物膜模型過程中，試驗技術(shù)進步所起作用。 第2頁第2頁提出時間和學(xué)者：1.生物膜構(gòu)成成份：2.基本支架：3.蛋白質(zhì)分布： ？4.結(jié)構(gòu)特點：5.功效特點：6.糖蛋白：分布；功效7.糖脂？流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容第3頁第3頁1、生物膜中脂質(zhì)和蛋白質(zhì)分布： 2、細胞膜中糖分布： 3、細胞膜結(jié)構(gòu)特點： ； 功效特點： 。蛋白質(zhì)分子：有鑲嵌在磷脂雙分子層表面， 有部分或所有嵌入磷脂雙分子層中， 有貫穿整個磷脂雙分子層。 （表達了膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外不對稱性）細

2、胞膜外表，有一層由細胞膜上蛋白質(zhì)與糖類結(jié)合形成糖蛋白，叫做糖被。功效：保護和潤滑作用（消化道、呼吸道上皮細胞） 細胞辨認(rèn)、胞間信息交流作用含有一定流動性選擇透過性流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容基本支架-磷脂雙分子層1972年，桑格和尼克森第4頁第4頁思考：1.細胞膜構(gòu)成成份是什么？ 2.歐文頓推論是否正確？有無其它組分？3.脂質(zhì)和蛋白質(zhì)是如何構(gòu)成細胞膜？ (1)磷脂分子在細胞膜上分布？ 磷脂分子在空氣-水界面上如何分布？ 提醒：細胞膜內(nèi)外都是液體有水環(huán)境 (2)蛋白質(zhì)分子位于脂雙層什么位置？4.生物膜真是靜態(tài)嗎？有什么證據(jù)能夠證實細胞膜中物質(zhì)是不斷運動？5.流動鑲嵌模型基本內(nèi)容是什么？第5頁第5頁時間

3、科學(xué)家或試驗名稱試驗內(nèi)容假說或結(jié)論歐文頓兩位荷蘭科學(xué)家羅伯特森19世紀(jì)末1925年1959年1970年1972年熒光染料標(biāo)識試驗桑格和尼克森20世紀(jì)初對生物膜結(jié)構(gòu)摸索歷程總結(jié)流動鑲嵌模型基本內(nèi)容填寫表格導(dǎo)學(xué)第6頁第6頁生物膜：功效？結(jié)構(gòu)？構(gòu)成成份？結(jié)構(gòu)與功效相適應(yīng)，結(jié)構(gòu)決定功效第7頁第7頁 1.細胞膜構(gòu)成成份是什么？第8頁第8頁 從生理功效入手科學(xué)探究19世紀(jì)末，歐文頓（E.Overton）在研究植物細胞通透性試驗不溶于脂質(zhì)物質(zhì)溶于脂質(zhì)物質(zhì)細胞膜從試驗現(xiàn)象能推測出什么結(jié)論呢？思考與討論:最初結(jié)識到生物膜是由脂質(zhì)構(gòu)成，是通過對試驗現(xiàn)象推理分析還是通過膜成份提取和鑒定？在推理分析得出結(jié)論后，尚有必

4、要對膜成份進行提取、分離和鑒定嗎？膜是由脂質(zhì)構(gòu)成最初依據(jù)試驗現(xiàn)象和相關(guān)知識，通過嚴(yán)謹(jǐn)推理和大膽想像，提出設(shè)想，是一個常見科學(xué)辦法。假說還需要通過試驗觀測直接證實。提出假說資料1.歐文頓的實驗第9頁第9頁2.歐文頓推論是否正確？有無其它組分？第10頁第10頁時間：20世紀(jì)初試驗：科學(xué)家對哺乳動物成熟紅細胞膜進行了化學(xué)成份分析化學(xué)分析表明：紅細胞細胞膜資料2膜主要成份是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)第11頁第11頁3.脂質(zhì)和蛋白質(zhì)是如何構(gòu)成細胞膜？ (1)磷脂分子在細胞膜上分布？ 磷脂分子在空氣-水界面上如何分布？ 提醒：細胞膜內(nèi)外都是液體有水環(huán)境 (2)蛋白質(zhì)分子位于脂雙層什么位置？第12頁第12頁時間：1925

5、年人物：荷蘭科學(xué)家戈特E.Gorter和格倫德F.Grendel試驗：用有機溶劑丙酮（能夠溶解脂質(zhì)）從人紅細胞膜中提取脂質(zhì)，在空氣水界面上鋪展成單分子層，測得單分子層面積恰為紅細胞表面積2倍（S=2S0)結(jié)論： 資料3.荷蘭科學(xué)家的實驗細胞膜中脂質(zhì)分子必定排列為連續(xù)雙分子層第13頁第13頁(1)磷脂分子在細胞膜上分布？ 磷脂分子在空氣-水界面上如何分布？ 提醒：細胞膜內(nèi)外都是液體有水環(huán)境第14頁第14頁B：依據(jù)磷脂分子結(jié)構(gòu)特點，展開你想像力，嘗試構(gòu)建磷脂分子在水空氣界面中模型A：磷脂是一個由甘油、脂肪酸和磷酸所構(gòu)成分子 ， 磷 酸：“頭” 部是親水脂肪酸：“尾”部是疏水磷脂分子第15頁第15頁

6、磷脂分子特點：“頭”部具親水性，“尾”部具疏水性磷脂分子排列為單分子層第16頁第16頁連續(xù)兩層排列第17頁第17頁水空氣界面第18頁第18頁(2)蛋白質(zhì)分子位于脂雙層什么位置？第19頁第19頁時間：1959年試驗：羅伯特森用電鏡了觀測到了清楚細胞膜照片，看到了暗亮暗三層結(jié)構(gòu)。結(jié)論： 注：蛋白質(zhì)電子密度高顯黑色發(fā)暗，磷脂分子電子密度低發(fā)亮。生物膜為蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)三層統(tǒng)一靜態(tài)結(jié)構(gòu)資料4.羅伯特森的實驗第20頁第20頁透射電子顯微鏡（REM）1959年，羅伯特森（J. D. Robertson ）用超薄切片技術(shù)取得了清楚細胞膜電鏡下照片，顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)。 單位膜模型蛋白質(zhì)電子密度高，在電鏡

7、下顯暗色；磷脂分子電子密度低，顯亮色。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)脂質(zhì)單位膜模型資料4.羅伯特森的實驗第21頁第21頁單位膜模型羅伯特森觀點： 蛋白質(zhì)分子都鑲在磷脂雙分子層兩側(cè)，所有膜厚度相同 蛋白質(zhì)分子和磷脂分子都是靜止不動第22頁第22頁變形蟲變形運動變形蟲在吞噬草履蟲第23頁第23頁舉例闡明生物膜含有流動性 A、白細胞吞噬細菌、變形蟲捕食、草履蟲取食過程中食物泡形成、分泌蛋白分泌過程） B、細胞融合（受精時細胞融合過程、細胞雜交時細胞融合、人鼠細胞雜交試驗） C、變形運動（紅細胞通過狹窄毛細血管變形、精子細胞形成精子變形、質(zhì)壁分離和復(fù)原試驗、變形蟲運動時偽足形成） D、細胞生長分裂（動物細胞分裂時細胞膜

8、縊裂過程、酵母菌出芽生殖中長出芽體） 生物膜真是靜態(tài)嗎？第24頁第24頁4.生物膜真是靜態(tài)嗎？ 有什么證據(jù)能夠證實細胞膜中 物質(zhì)是不斷運動？ 蛋白質(zhì)分子到底是怎么分布？質(zhì)疑？第25頁第25頁冰凍蝕刻電鏡技術(shù)觀測蛋白質(zhì)分布模型資料5：冰凍蝕刻電子顯微法 標(biāo)本用干冰（液氮）冰凍后用冷刀斷開，升溫后暴露斷裂面蛋白質(zhì) 、 、 在磷脂雙分子層中鑲在表面貫穿其中部分或所有嵌入小鼠肝細胞膜冰凍蝕刻電鏡照片第26頁第26頁蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)三種存在形式構(gòu)建蛋白質(zhì)分子在磷脂雙分子層中排布模型第27頁第27頁 時間：1970年 試驗：弗雷和埃迪登( Frye 和 Edidin )將人和鼠細胞膜蛋白分別用紅、綠熒光標(biāo)識后

9、，讓兩種細胞融合，雜交細胞二分之一發(fā)紅色熒光、另二分之一發(fā)綠色熒光，放置一段時間后發(fā)覺兩種顏色熒光均勻分布。資料6.人鼠細胞融合實驗（熒光標(biāo)記實驗） 結(jié)論：細胞膜含有流動性第28頁第28頁磷脂分子運動第29頁第29頁 依據(jù)新觀測和試驗證據(jù) 1972年桑格和尼克森提出了新生物膜結(jié)構(gòu)模型 流動鑲嵌模型第30頁第30頁1、生物膜中脂質(zhì)和蛋白質(zhì)分布： 2、細胞膜中糖分布： 3、細胞膜結(jié)構(gòu)特點： ； 功效特點： 。蛋白質(zhì)分子：有鑲嵌在磷脂雙分子層表面， 有部分或所有嵌入磷脂雙分子層中， 有貫穿整個磷脂雙分子層。 （表達了膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外不對稱性）細胞膜外表，有一層由細胞膜上蛋白質(zhì)與糖類結(jié)合形成糖蛋白，叫做糖被

10、。功效：保護和潤滑作用（消化道、呼吸道上皮細胞） 細胞辨認(rèn)、胞間信息交流作用含有一定流動性選擇透過性流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容基本支架-磷脂雙分子層第31頁第31頁 流動鑲嵌模型是當(dāng)前人們普遍認(rèn)同，但它無法完美地回答生物膜所有功效。因此以后不斷提出一些新模型，比如Wallach于1975年提出晶格鑲嵌模型；Jain和White于1977年提出板塊鑲嵌模型等。 迄今為止，已提出生物膜結(jié)構(gòu)模型達幾十種之多。 生物膜結(jié)構(gòu)模型即使有很各種，但被廣泛接受結(jié)構(gòu)模型基本內(nèi)容是趨向一致，其要點和特點基本相同，主要包括膜分子構(gòu)成和結(jié)構(gòu)特性。第32頁第32頁諾貝爾化學(xué)獎授予兩名研究膜蛋白美國科學(xué)家，這是自1991年來諾貝爾獎第三次頒發(fā)給與細胞膜蛋白質(zhì)相關(guān)研究結(jié)果 。 科學(xué)無止境皮特阿格雷羅德里克麥金農(nóng)第33頁第33頁1、細胞膜流動鑲嵌模型與蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)模型最大不同是A、流動鑲嵌模型認(rèn)為細胞膜含有一定流動性課堂反饋D、蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為細胞膜含有透過性C、流動鑲嵌模型認(rèn)為細胞膜含有選擇性B、蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為細胞膜含有一定流動性第34頁第34頁2、變形蟲