細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能市賽一等獎(jiǎng)

第三章細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)2019人教版必修1《分子與細(xì)胞》我確信哪怕一個(gè)最簡單的細(xì)胞，也比迄今為止設(shè)計(jì)出的任何智能電腦更精巧。——引自翟中和院士等主編的《細(xì)胞生物學(xué)》長沙市雷鋒學(xué)校高一生物備課組問題探討鑒別動(dòng)物細(xì)胞是否死亡常用臺(tái)盼藍(lán)染液。用它染色時(shí)，死細(xì)胞會(huì)被染成藍(lán)色，而活細(xì)胞不會(huì)著色。1為什么活細(xì)胞不能被染色，而死細(xì)胞能被染色2據(jù)此推測，細(xì)胞膜作為細(xì)胞的邊界，應(yīng)該具有什么功能用臺(tái)盼藍(lán)染液染色后的死細(xì)胞和活細(xì)胞放大200倍任何系統(tǒng)都有邊界。細(xì)胞作為一個(gè)基本的生命系統(tǒng)，它的邊界就是細(xì)胞膜，也叫質(zhì)膜。第一節(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能一、細(xì)胞膜的功能1將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開原始地球環(huán)境細(xì)胞膜作為細(xì)胞的邊界，能夠?qū)⒓?xì)胞和外界環(huán)境分開。如果沒有細(xì)胞膜，細(xì)胞內(nèi)容物就會(huì)和外界融為一體。正是由于細(xì)胞膜的存在，才使細(xì)胞從環(huán)境中獨(dú)立出來，成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。2控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞細(xì)胞膜的控制作用是相對(duì)的細(xì)胞膜細(xì)胞外細(xì)胞內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)細(xì)胞內(nèi)核酸對(duì)細(xì)胞有害物質(zhì)病毒、病菌抗體、激素、代謝廢物3進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的激素如胰島素）隨血液到達(dá)全身各處，與靶細(xì)胞的細(xì)胞膜表面的受體結(jié)合，將信息傳遞給靶細(xì)胞。多細(xì)胞生物體作為一個(gè)更大的系統(tǒng)由分化的細(xì)胞構(gòu)成，不同類型的細(xì)胞間要相互協(xié)作才能完成各項(xiàng)生命活動(dòng)，這就要求不同的細(xì)胞之間要進(jìn)行“溝通”和“交流”，也就是細(xì)胞間的信息交流。易發(fā)出信號(hào)的細(xì)胞靶細(xì)胞與膜結(jié)合的信號(hào)分子相鄰兩個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞膜接觸，信息從一個(gè)細(xì)胞傳遞給另一個(gè)細(xì)胞。例如：精子和卵細(xì)胞的識(shí)別和結(jié)合。相鄰兩個(gè)細(xì)胞之間形成通道，攜帶信息的物質(zhì)通過通道進(jìn)入另一個(gè)細(xì)胞。例如，高等植物細(xì)胞之間通過胞間連絲相互連接，也有信息交流的作用。胞間連絲切片（黑棗）細(xì)胞膜的功能是由它的成分和結(jié)構(gòu)決定的時(shí)間：1895年人物：歐文頓（）實(shí)驗(yàn)：用500多種物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞進(jìn)行上萬次的通透性實(shí)驗(yàn)●●細(xì)胞膜●●●●●●溶于脂質(zhì)的物質(zhì)●●不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜。提出假說：細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的。二、對(duì)生物膜成分的探索最初對(duì)細(xì)胞膜成分的認(rèn)識(shí)，是通過對(duì)現(xiàn)象的推理分析,還是通過膜成分的提取和檢測？從生理功能上入手，通過對(duì)現(xiàn)象的推理分析。實(shí)驗(yàn)：科學(xué)家將膜從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞中分離，然后進(jìn)行化學(xué)分析?；瘜W(xué)分析表明：組成細(xì)胞膜的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇，其中磷脂含量最多。親水頭部疏水尾部磷脂的一端為親水的頭，兩個(gè)脂肪酸一端為疏水的尾，多個(gè)磷脂分子在水中總是自發(fā)地形成雙分子層。磷脂分子結(jié)構(gòu)式磷脂分子模型磷脂分子示意圖時(shí)間：1925年人物：荷蘭科學(xué)家戈特和格倫德爾實(shí)驗(yàn)：從細(xì)胞膜中提取脂質(zhì)，鋪成單層分子，發(fā)現(xiàn)面積是紅細(xì)胞表面積的2倍。細(xì)胞膜中的磷脂是雙層的。水空氣提出假說：根據(jù)磷脂分子的特點(diǎn)解釋，為什么磷脂在空氣一水界面上鋪展成單分子層科學(xué)家是如何推導(dǎo)出“脂質(zhì)在細(xì)胞膜中必然排列為連續(xù)的兩層”這一結(jié)論的磷脂分子的“頭部”親水,尾部疏水,所以在水一空氣的界面上磷脂分子是“頭部”向下與水面接觸,“尾部”則朝向空氣的一面?？茖W(xué)家因測得從紅細(xì)胞中提取的脂質(zhì),鋪成單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍,才得出膜中的脂質(zhì)必然排列為連續(xù)的兩層這一結(jié)論。細(xì)胞膜的兩側(cè)都有水環(huán)境存在，同學(xué)們嘗試著大膽的推測和想象一下在這樣的環(huán)境中，磷脂分子在細(xì)胞膜中可能是怎樣排布的呢？水水A水水B水水C親水的“頭部”與水接觸，疏水的“尾巴”遠(yuǎn)離水如果將磷脂分子置于水——苯的混合溶劑中，磷脂分子將會(huì)如何分布磷脂分子在水中能自發(fā)地形成雙分子層，你如何解釋這一現(xiàn)象由此，你能否就細(xì)胞膜是由磷脂雙分子層構(gòu)成的原因作出分析由于磷脂分子有親水的“頭部”和疏水的“尾部”,在水溶液中,朝向水的是頭部,尾部受水的排斥。當(dāng)磷脂分子的內(nèi)外兩側(cè)均是水環(huán)境時(shí),磷脂分子的尾部相對(duì)排列在內(nèi)側(cè),頭部則分別朝向兩側(cè)水的環(huán)境,形成磷脂雙分子層。細(xì)胞的內(nèi)外環(huán)境都是水溶液,所以細(xì)胞膜磷脂分子的頭部向著膜的內(nèi)外兩側(cè)而尾部相對(duì)排在內(nèi)側(cè),形成磷脂雙分子層。如果將磷脂分子置于水——苯的混合溶劑中,磷脂的頭部將與水接觸,尾部與苯接觸,磷脂分子分布成單層。討論在水中形成的磷脂分子層因此丹尼利和戴維森推測細(xì)胞膜除含脂質(zhì)分子外，可能還附有蛋白質(zhì)。1935年，英國學(xué)者丹尼利fDanielli和戴維森HDavson研究了細(xì)胞膜的張力。他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的表面張力明顯低于油——水界面的表面張力。細(xì)胞需要的一些極性分子和離子可以快速通過細(xì)胞膜（脂質(zhì)不允許極性分子和離子快速通過）。由于人們已發(fā)現(xiàn)了油脂滴表面如果吸附有蛋白質(zhì)成分則表面張力會(huì)降低。到了20世紀(jì)30年代，科學(xué)家已經(jīng)確定細(xì)胞膜中存在蛋白質(zhì)。三、對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索細(xì)胞膜成分脂質(zhì)50%蛋白質(zhì)40%少量的糖類2%~10%磷脂最豐富，此外還有少量的膽固醇功能越復(fù)雜的細(xì)胞膜，蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多。1、細(xì)胞膜的成分無法解釋細(xì)胞的生長、變形蟲的變形運(yùn)動(dòng)時(shí)間：1959年人物：羅伯特森（）實(shí)驗(yàn)：在電鏡下看到細(xì)胞膜由“暗—亮—暗”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成“三明治”結(jié)構(gòu)模型有什么不足？把生物膜描述為靜態(tài)的剛性結(jié)構(gòu)，這顯然與膜功能的多樣性相矛盾。生物膜是由“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)提出假說：2、對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索過程綠色熒光標(biāo)記的抗體紅色熒光標(biāo)記的抗體細(xì)胞融合人細(xì)胞鼠細(xì)胞人鼠雜交細(xì)胞細(xì)胞融合初期37℃、40min細(xì)胞融合時(shí)間：1970年實(shí)驗(yàn)：將人和鼠的細(xì)胞膜蛋白質(zhì)用不同熒光染料標(biāo)記后融合。結(jié)論：蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動(dòng)的,說明細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性在新的觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上，1972年辛格和尼科爾森提出了新的生物膜模型———流動(dòng)鑲嵌模型，為多數(shù)人所接受?？茖W(xué)家首先根據(jù)已有的知識(shí)和信息提出解釋某一生物學(xué)問題的一種假說，再用進(jìn)一步的觀察與實(shí)驗(yàn)對(duì)已建立的假說進(jìn)行修正和補(bǔ)充。一種假說最終被接受或被否定，取決于它是否能與以后不斷得到的觀察和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合?？茖W(xué)方法——提出假說四、流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容1磷脂雙分子層是膜的基本支架，其內(nèi)部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或離子不能自由通過，因此具有屏障作用。2蛋白質(zhì)分子以不同方式鑲嵌在磷脂雙分子層中：有的鑲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(gè)磷脂雙分子層。蛋白質(zhì)分子在物質(zhì)運(yùn)輸?shù)确矫婢哂兄匾饔谩?細(xì)胞膜不是靜止不動(dòng)的，而是具有流動(dòng)性，主要表現(xiàn)為構(gòu)成膜的磷脂分子可以側(cè)向自由移動(dòng)，膜中的蛋白質(zhì)大多也能運(yùn)動(dòng)。細(xì)胞膜的流動(dòng)性對(duì)于細(xì)胞完成物質(zhì)運(yùn)輸、生長、分裂、運(yùn)動(dòng)等功能都是非常重要的。細(xì)胞膜的外表面還有糖類分子，它和蛋白質(zhì)分子結(jié)合形成的糖蛋白，或與脂質(zhì)結(jié)合形成的糖脂，這些糖類分子叫作糖被。糖被在細(xì)胞生命活動(dòng)中具有重要的功能。例如，糖被與細(xì)胞表面的識(shí)別、細(xì)胞間的信息傳遞等功能有密切關(guān)系。

用涼水洗紅莧菜，水不變紅；煮莧菜湯，湯卻是紅色的，這與細(xì)胞膜的功能有何關(guān)系？思考小結(jié)1在制備純凈的細(xì)胞膜時(shí)，我們一般不選用植物細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)材料，主要原因是（）A細(xì)胞膜與細(xì)胞壁緊密結(jié)合，不易