生物膜流動鑲嵌模型

生物膜流動鑲嵌模型第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日滲透作用第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日原理?xiàng)l件一、滲透作用：水分子（或其他溶劑分子）透過半透膜，從相對含量高的地方向相對含量低的地方擴(kuò)散，稱為滲透作用半透膜膜兩側(cè)的溶液具有濃度差溶液A濃度小于溶液B，水分子從AB移動溶液A濃度大于溶液B，水分子從B

A移動水多往水少的方向流動第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日(1)當(dāng)外界溶液濃度＜細(xì)胞質(zhì)濃度時，細(xì)胞

。

(2)當(dāng)外界溶液濃度＞細(xì)胞質(zhì)濃度時，細(xì)胞

。

(3)當(dāng)

時，水分進(jìn)出細(xì)胞處于動態(tài)平衡。吸水膨脹失水皺縮外界溶液濃度＝細(xì)胞質(zhì)濃度二、動物細(xì)胞的吸水和失水

正常狀態(tài)清水鹽水0.9%生理鹽水第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日三、植物細(xì)胞的吸水和失水細(xì)胞壁細(xì)胞膜液泡膜細(xì)胞質(zhì)原生質(zhì)層（選擇透過性，伸縮性大）（全透性，伸縮性?。┘?xì)胞液（具有一定的濃度）成熟的植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日三、植物細(xì)胞的吸水和失水1、細(xì)胞液濃度＜外界溶液濃度，細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象；2、細(xì)胞液濃度＞外界溶液濃度，細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象?？梢愿鶕?jù)發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞是否會發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象來判斷此細(xì)胞是否死亡。第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日（1）原因原生質(zhì)層具半透性且其伸縮性比細(xì)胞壁大內(nèi)因：外因：外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度質(zhì)壁分離的原因分析：{（2）表現(xiàn)植物細(xì)胞由堅挺→萎蔫宏觀：微觀：質(zhì)壁分離{液泡體積（大→?。┘?xì)胞液顏色（淺→深）原生質(zhì)層與細(xì)胞壁分離{第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日四、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例水分子是順相對含量梯度運(yùn)輸?shù)?，那么，其他物質(zhì)是如何運(yùn)輸?shù)哪兀康诎隧?，共三十四頁，編輯?023年，星期日初始濃度

0Mg2＋

Ca2+SiO44+

離子培養(yǎng)液中的離子濃度水稻番茄物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例：實(shí)例一1、水稻培養(yǎng)液中的鈣、鎂兩種離子濃度為什么會增高？2、不同作物對無機(jī)鹽離子的吸收有差異嗎？結(jié)論：不同植物對不同離子吸收表現(xiàn)出較大差異；第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日結(jié)論：物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸并不都是和水一樣順相對含量梯度運(yùn)輸?shù)?。（如碘）物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例二人體甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞具有很強(qiáng)的攝取碘的能力。血液中碘的質(zhì)量濃度為250mg/l，而甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞內(nèi)碘濃度比血液高20-25倍。第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日結(jié)論：細(xì)胞對于物質(zhì)的輸出和輸入有選擇性。28.1648.55米曲菌38.6651.00酵母菌2.414.93圓褐固氮菌12.9533.99大腸桿菌K2OP2O5微生物其他物質(zhì)跨膜運(yùn)輸實(shí)例三第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日小結(jié)從以上實(shí)例可以看出：物質(zhì)跨膜運(yùn)輸并不是都是順相對含量梯度的，并且細(xì)胞對于物質(zhì)的輸入和輸出有選擇性，可以說細(xì)胞膜和其他生物膜都是選擇透過性膜。

這種膜可以讓水分子自由通過，一些離子和小分子也可以通過，而其他離子、小分子和大分子物質(zhì)則不能通過。第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日生物膜的功能：選擇透過性我們知道結(jié)構(gòu)和功能是相適應(yīng)的，那么，為什么生物膜具有選擇透過性呢？這與其結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系呢？4.2生物膜的流動鑲嵌模型第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日一、對生物膜結(jié)構(gòu)的探究歷程細(xì)胞膜的組成成分是什么？第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日

時間：19世紀(jì)末（1895年）

人物：歐文頓（E.Overton）

實(shí)驗(yàn)：用500多種物質(zhì)對植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行上萬次的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜對不同物質(zhì)的通透性是不一樣的：凡可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，比不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞。

資料一不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)溶于脂質(zhì)的物質(zhì)假說：膜是由脂質(zhì)組成的。第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2.在推理分析得出結(jié)論后，還有必要對膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定嗎？

有必要，僅靠推理得出的結(jié)論不一定準(zhǔn)確，還應(yīng)該通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。3.那為什么一開始不直接對膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定呢？當(dāng)時的技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)。1.歐文頓最初認(rèn)識到生物膜是由脂質(zhì)組成的，是通過對現(xiàn)象的推理分析還是通過膜成分的提取和鑒定呢？從生理功能上入手，通過對現(xiàn)象的推理分析的。分析：問題：如何對細(xì)胞膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定呢？第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日時間：20世紀(jì)初

實(shí)驗(yàn):科學(xué)家采用哺乳動物的紅細(xì)胞,經(jīng)過特殊處理使細(xì)胞發(fā)生溶血現(xiàn)象,一些物質(zhì)溶出,再將溶出細(xì)胞外的物質(zhì)洗掉,即可得到純凈的細(xì)胞膜。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)用脂質(zhì)溶劑能夠溶解細(xì)胞膜，且進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磷脂酶能水解細(xì)胞膜，蛋白酶也能水解細(xì)胞膜。

資料二化學(xué)分析表明：膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。問題：磷脂和蛋白質(zhì)是通過什么樣的排列組合方式參與膜的構(gòu)建的呢？第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日探索這些物質(zhì)是如何組成膜的？第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日

時間：1925年

人物：荷蘭科學(xué)家Gorter和Grendel

實(shí)驗(yàn)：用丙酮從人的紅細(xì)胞中提取脂質(zhì)，在空氣—水界面上鋪成單分子層。測得單分子層的面積恰好為紅細(xì)胞的表面積的2倍。資料三提出假說：細(xì)胞膜中的磷脂是雙層的第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日親水頭部疏水尾部磷脂是一種由甘油，脂肪酸和磷酸所組成的分子，磷酸“頭”部是親水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日連續(xù)兩層排列問題：蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜中如何分布呢？和磷脂分子的位置關(guān)系如何呢？第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日

時間：1959年

人物：羅伯特森（J.D.Robertsen）

實(shí)驗(yàn)：在電鏡下看到細(xì)胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu)。

提出假說：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，電鏡下看到的中間的亮層是脂質(zhì)分子，兩邊暗層是蛋白質(zhì)分子。他把生物膜描述為靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。

資料四第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日問題：一般來說，功能的不同常伴隨著結(jié)構(gòu)的差異，單位膜模型假定所有的生物膜是相同的，如何解釋不同部位的生物膜功能不完全相同呢？第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日資料五

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)家用冰凍蝕刻技術(shù)和掃描電鏡技術(shù)證明蛋白質(zhì)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，表現(xiàn)出分布的不對稱性。這就推翻了羅伯特森認(rèn)為的蛋白質(zhì)只分布在膜兩側(cè)的觀點(diǎn)，對單位膜模型進(jìn)行了修正。

問題：修正后的模型仍然是靜止的剛性結(jié)構(gòu)，能解釋變形蟲運(yùn)動等生命現(xiàn)象嗎？第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日

時間：1970年

人物：LarryFrye等

實(shí)驗(yàn)：將人和鼠的細(xì)胞表面膜蛋白分別用不同的熒光標(biāo)記后，讓兩種細(xì)胞融合，雜交細(xì)胞的一半發(fā)紅色熒光、另一半發(fā)綠色熒光，放置一段時間后發(fā)現(xiàn)兩種熒光抗體均勻分布。

資料六第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日提出假說：細(xì)胞膜具有流動性。這就推翻了羅伯特森認(rèn)為的生物膜是靜止的結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)，對單位膜模型又進(jìn)行了修正。哪些例子可以證明細(xì)胞膜具有流動性呢？①白細(xì)胞吞噬細(xì)菌的過程；②變形蟲的偽足運(yùn)動現(xiàn)象；③受精時細(xì)胞的融合過程；④植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日1972年，桑格和尼克森提出生物膜的流動鑲嵌模型第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日二、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日1、磷脂雙分子層構(gòu)成膜的基本支架。（其中磷脂分子的親水性頭部朝向兩側(cè)，疏水性的尾部朝向內(nèi)側(cè)）2、蛋白質(zhì)分子有的鑲嵌在磷脂雙分子層表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的貫穿于整個磷脂雙分子層。（體現(xiàn)了膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外的不對稱性）3、磷脂分子是可以運(yùn)動的，具有流動性。4、大多數(shù)的蛋白質(zhì)分子也是可以運(yùn)動的。（也體現(xiàn)了膜的流動性）第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日糖蛋白（糖被）：細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)和糖類結(jié)合，具有保護(hù)、潤滑和識別作用。第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日二、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：具有一定的流動性生物膜的功能特點(diǎn)：具有選擇透過性第三十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日1．人體某些白細(xì)胞能進(jìn)行變形運(yùn)動、穿出小血管壁，吞噬侵入人體內(nèi)的病菌，這個過程的完成依靠細(xì)胞膜的（

）。

A選擇透過性B保護(hù)作用

C流動性D自由擴(kuò)散

2.據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，膽固醇、小分子脂肪酸、維生素D等物質(zhì)較容易優(yōu)先通過細(xì)胞膜，這是因?yàn)椋?/p>

）

A細(xì)胞膜具有一定流動性

B細(xì)胞膜是選擇透過性

C細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)是以磷脂分子層為基本骨架

D細(xì)胞膜上鑲嵌有各種蛋白質(zhì)分子課堂練習(xí)：CC第三十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日3．科學(xué)家將細(xì)胞膜中的磷脂成分提取出來，并將它在“空氣—水”界面上鋪成單分子層，發(fā)現(xiàn)這個單分子層的表面積相當(dāng)于原細(xì)胞膜表面積的兩倍。這說明磷脂分子在細(xì)胞膜上的分布狀況是(

)A．單層排列 B．均勻稀疏排列C．雙層排列 D．均勻緊密排列

4．1959年羅伯特森在電鏡下看到了細(xì)胞膜清晰的暗—亮—暗三層結(jié)構(gòu)，他大膽地提出生物膜的模型是(

)A．蛋白質(zhì)——脂質(zhì)——蛋白質(zhì)

B．脂質(zhì)——蛋白質(zhì)——蛋白質(zhì)

C．蛋白質(zhì)——蛋白質(zhì)——脂質(zhì)

D．蛋白質(zhì)