【生物】細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能教學(xué)課件 2023-2024學(xué)年高一上學(xué)期生物人教版2019必修1

第3章組成細(xì)胞的分子

第1節(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能本節(jié)聚焦細(xì)胞膜有哪些主要功能？流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容是什么？通過對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索過程的分析，你對(duì)科學(xué)的過程和方法有哪些領(lǐng)悟？【聯(lián)系生活】生活中你見過細(xì)胞膜嗎？資料：鳥類的卵細(xì)胞是自然界中較大的細(xì)胞，未受精的雞蛋中，雞蛋黃可以看作是一個(gè)卵細(xì)胞。卵黃膜可看作是卵細(xì)胞膜，只有卵黃膜完好時(shí)，才能維持卵細(xì)胞的正常形態(tài)。戳破細(xì)胞膜，蛋黃就流出來了，說明細(xì)胞膜具有什么功能？將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開1膜的出現(xiàn)是生命起源過程中至關(guān)重要階段。一、細(xì)胞膜的功能原始海洋中有機(jī)物聚集進(jìn)化出原始生命產(chǎn)生了原始的細(xì)胞，并成為相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。細(xì)胞膜保障了細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定。細(xì)胞膜出現(xiàn)意義----系統(tǒng)的邊界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)此推斷細(xì)胞膜作為系統(tǒng)的邊界應(yīng)該具有什么樣的功能？細(xì)胞膜具有選擇透過性，臺(tái)盼藍(lán)是細(xì)胞不需要的物質(zhì)，不易通過細(xì)胞膜，因此，活細(xì)胞不易被染色，死細(xì)胞的細(xì)胞膜失去選擇透過性，因此，被臺(tái)盼藍(lán)染上顏色。控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能。資料2：科研上鑒別死細(xì)胞和活細(xì)胞，常用“染色排除法”。例如，用臺(tái)盼藍(lán)染色，死的動(dòng)物細(xì)胞會(huì)被染成藍(lán)色，而活的動(dòng)物細(xì)胞不著色，從而判斷細(xì)胞是否死亡。死細(xì)胞活細(xì)胞核CO2細(xì)胞產(chǎn)物代謝廢物O2

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)細(xì)胞膜不需的，有害的物質(zhì)有些病毒病菌控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞2細(xì)胞膜的功能特性：選擇透過性細(xì)胞膜的控制作用是相對(duì)的一、細(xì)胞膜的功能

資料3：新鮮的莧菜葉泡進(jìn)水中，水一般不會(huì)變紅，但高溫炒熟的莧菜中卻有紅紅的湯汁，這可能是因?yàn)槭裁?？【思考】?xì)胞之間是如何實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)配合的？【思考】細(xì)胞之間信息交流的方式有哪些？資料4：施萊登和施旺在細(xì)胞學(xué)說中強(qiáng)調(diào)“細(xì)胞既是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單位，又和其他細(xì)胞構(gòu)成的整體起作用”。由此說明多細(xì)胞生物體的生命活動(dòng)必須依賴于細(xì)胞之間的協(xié)調(diào)配合才能完成。進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流3一、細(xì)胞膜的功能受體血管（1）間接交流：細(xì)胞分泌化學(xué)物質(zhì)（如激素），通過膜表面的受體傳遞信息。1、化學(xué)本質(zhì)：糖蛋白2、作用：接受激素等化學(xué)物質(zhì)的信號(hào)3、特點(diǎn)：專一性（一種受體只能識(shí)別一種或者一類物質(zhì)）受體簡(jiǎn)介接受信號(hào)的細(xì)胞靶細(xì)胞:進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流3一、細(xì)胞膜的功能靶細(xì)胞發(fā)出信號(hào)的細(xì)胞與膜結(jié)合的信號(hào)分子膜上接受信號(hào)分子的受體相鄰兩個(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)胞之間的識(shí)別和結(jié)合。演示（2）直接交流：細(xì)胞膜的接觸只有同種生物的精子和卵細(xì)胞能夠識(shí)別和結(jié)合。進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流3一、細(xì)胞膜的功能胞間連絲（3）植物細(xì)胞通過

傳遞信息。通道（胞間連絲）通道交流不需要細(xì)胞膜上的受體進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流3一、細(xì)胞膜的功能細(xì)胞膜的功能1.將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開2.控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞3.進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流【思考】細(xì)胞膜的功能是由什么決定的？結(jié)構(gòu)→功能間接交流直接交流通道交流細(xì)胞膜功能小結(jié)不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)溶于脂質(zhì)的物質(zhì)細(xì)胞膜1.歐文頓實(shí)驗(yàn)推測(cè)（提出假說）：細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的。二、對(duì)細(xì)胞膜成分的探索【資料1】1895年歐文頓：多種物質(zhì)對(duì)膜的通透性實(shí)驗(yàn)，溶于脂質(zhì)的物質(zhì)容易通過細(xì)胞膜，不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，不容易通過細(xì)胞膜。相似相溶原理?！举Y料2】科學(xué)家利用哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)材料，制備出純凈的細(xì)胞膜，并對(duì)細(xì)胞膜的成分進(jìn)行分析，得出組成細(xì)胞膜的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇，其中磷脂含量最多。【思考】為什么選擇哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞來制備細(xì)胞膜？①無細(xì)胞壁，細(xì)胞容易吸水漲破；②無細(xì)胞核和眾多的細(xì)胞器，易制得純凈的細(xì)胞膜。2.化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)【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。模型建構(gòu)1：根據(jù)磷脂分子的特點(diǎn)，推測(cè)磷脂分子在空氣-水界面上會(huì)怎么樣排布？空氣水模型建構(gòu)2：將磷脂滴置于水中，磷脂分子在水中可能怎樣排布？模型建構(gòu)3：細(xì)胞內(nèi)外都是水環(huán)境，預(yù)測(cè)細(xì)胞膜中磷脂的排布方式。水水【資料3】1925年，兩位荷蘭科學(xué)家戈特和格倫德爾用丙酮從人的紅細(xì)胞中提取脂質(zhì)，在空氣—水界面上鋪成單分子層，測(cè)得單層分子的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍?！締栴}】該實(shí)驗(yàn)?zāi)艿贸鲈鯓拥耐普?？推論：?xì)胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層。水溶液環(huán)境(內(nèi))水溶液環(huán)境(外)連續(xù)兩層排列【資料4】細(xì)胞膜張力實(shí)驗(yàn)：1935年，英國(guó)學(xué)者丹尼利和戴維森發(fā)現(xiàn)細(xì)胞表面張力明顯低于油水界面的表面張力；當(dāng)時(shí)人們已經(jīng)知道了，如果在油水界面中加入一定量的蛋白質(zhì)，其表面張力降低?！舅伎肌繌囊陨腺Y料可以推測(cè)細(xì)胞膜中還可能含有什么物質(zhì)？推測(cè)（提出假說）：細(xì)胞膜除含有脂質(zhì)分子外，可能還附有蛋白質(zhì)。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)。細(xì)胞膜的成分總結(jié)細(xì)胞膜_____（約50%）_______（約40%）：糖類（2%～10%）_____（主要

）膽固醇(動(dòng)物細(xì)胞膜具有)脂質(zhì)磷脂蛋白質(zhì)

【資料5】神經(jīng)髓鞘的蛋白質(zhì)含量不僅少，而且蛋白質(zhì)種類只有3種。神經(jīng)髓鞘也比較簡(jiǎn)單，主要起絕緣作用。紅細(xì)胞、肝細(xì)胞、大腸桿菌的細(xì)胞膜都承擔(dān)著非常復(fù)雜繁多的生理功能，它們的細(xì)胞膜中蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量均較多。細(xì)胞膜的功能主要由蛋白質(zhì)決定。功能越復(fù)雜的細(xì)胞膜，蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多?！舅伎肌坑缮鲜霾牧峡芍?xì)胞膜的功能主要由哪一類物質(zhì)決定？資料6：1959年，羅伯特森在電子顯微鏡下觀察細(xì)胞膜。發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜呈現(xiàn)清晰的暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu)。關(guān)于電鏡成像：電子束照射大分子物質(zhì)，散射度高，呈暗帶；照射小分子物質(zhì)，散射度低，呈亮帶。所有的

細(xì)胞膜都是由“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：思考：“三明治模型”的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型不能解釋哪些功能？

不能解釋細(xì)胞的生長(zhǎng)和分裂、白細(xì)胞吞噬細(xì)菌、變形蟲的運(yùn)動(dòng)等。融合細(xì)胞細(xì)胞融合37℃40min正在融合的細(xì)胞紅色熒光染料標(biāo)記膜蛋白綠色熒光染料標(biāo)記膜蛋白人細(xì)胞小鼠細(xì)胞這一實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)的其他實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動(dòng)的?！举Y料7】人鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)：（熒光標(biāo)記技術(shù)）1970年，用不同顏色熒光染料標(biāo)記分別標(biāo)記人的細(xì)胞和鼠的細(xì)胞，然后將人—鼠細(xì)胞融合，一段時(shí)間后，不同顏色的熒光染料均勻分布在融合細(xì)胞膜表面。磷脂分子的運(yùn)動(dòng)側(cè)向擴(kuò)散旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)伸縮震蕩翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)異構(gòu)【資料8】物理科學(xué)家在低溫下將細(xì)胞膜切開，升溫后暴露兩層磷脂之間的斷裂面（冰凍蝕刻法），發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)鑲嵌、貫穿于磷脂雙分子層中。蛋白質(zhì)分子在脂雙層上的分布磷脂雙分子層蛋白質(zhì)糖蛋白（膜外側(cè)）基本支架鑲在表面部分或全部嵌入貫穿整個(gè)磷脂、蛋白質(zhì)都是流動(dòng)的

1972年辛格和尼克爾森總結(jié)前人的研究成果，并且在新的觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上，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。磷脂分子磷脂雙分子層蛋白質(zhì)分子1.磷脂雙分子層構(gòu)成膜的基本支架。其內(nèi)部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或離子不能通過，因此具有屏障作用。2.蛋白質(zhì)分子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，有的貫穿整個(gè)磷脂雙分子層。這些蛋白質(zhì)在物質(zhì)運(yùn)輸方面由重要作用。（體現(xiàn)了膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外的不對(duì)稱性）流動(dòng)鑲嵌模型的主要內(nèi)容3.細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。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)，因此細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。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(zhǎng)、分裂、運(yùn)動(dòng)等功能都是非常重要的。磷脂分子磷脂雙分子層蛋白質(zhì)分子糖蛋白糖脂糖被4.細(xì)胞膜外表面，有糖類分子與蛋白質(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。）脂雙層為基本骨架細(xì)胞的物質(zhì)運(yùn)輸、生長(zhǎng)、分裂、運(yùn)動(dòng)等生命活動(dòng)磷脂蛋白質(zhì)鑲嵌、嵌入、貫穿細(xì)胞膜糖類（少）組分內(nèi)部疏水，屏障物質(zhì)運(yùn)輸?shù)燃?xì)胞表面信息傳遞等運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：流動(dòng)性1.將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開結(jié)構(gòu)功能2.控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞3.進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流桑格和尼克森提出流動(dòng)鑲嵌模型科學(xué)方法——提出假說細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型的探索過程，反映了提出假說這一科學(xué)方法的作用?？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被否定，取決于它是否能與以后不斷得到的觀察和試驗(yàn)結(jié)果相吻合。1.分布：2.成分：3.功能：4.性質(zhì)：無生物活性，是全透性的植物、真菌及大多數(shù)原核細(xì)胞都有細(xì)胞壁植物---纖維素和果膠細(xì)菌---肽聚糖支持和保護(hù)為什么細(xì)胞壁不是植物細(xì)胞的邊界？

細(xì)胞壁對(duì)要進(jìn)出細(xì)胞的物質(zhì)沒有選擇性（即全透性），它不能保證細(xì)胞內(nèi)部的穩(wěn)定。四、細(xì)胞壁真菌---幾丁質(zhì)細(xì)胞膜成分與結(jié)構(gòu)功能2.控制物質(zhì)相對(duì)進(jìn)出3.信息交流1.將細(xì)胞與外界分隔脂質(zhì)蛋白質(zhì)糖類磷脂雙分子層-基本支架鑲、嵌、貫穿糖蛋白功能特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（選擇透過性）（流動(dòng)性）一、概念檢測(cè)1.基于對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的理解，判斷下列相關(guān)表述是否正確。（1）構(gòu)成細(xì)胞膜的磷脂分子具有流動(dòng)性，而蛋白質(zhì)是固定不動(dòng)的。(×)（2）細(xì)胞膜是細(xì)胞的一道屏障，只有細(xì)胞需要的物質(zhì)才能進(jìn)入，而對(duì)細(xì)胞有害的物質(zhì)則不能進(jìn)入。(×)（3）向細(xì)胞內(nèi)注射物質(zhì)后，細(xì)胞膜上會(huì)留下一個(gè)空洞。(×)練習(xí)與應(yīng)用

2.細(xì)胞膜的特性和功能是由其結(jié)構(gòu)決定的。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（）A.細(xì)胞膜的脂質(zhì)結(jié)構(gòu)使溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，容易通過細(xì)胞膜B.由于磷脂雙分子層內(nèi)部是疏水的，因此水分子不能通過細(xì)胞膜C.細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)分子有物質(zhì)運(yùn)輸功能D.細(xì)胞的生長(zhǎng)現(xiàn)象不支持細(xì)胞膜的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型B二、拓展應(yīng)用1.在解釋不容易理解的陌生事物時(shí)，人們常用類比的方法，將陌生的事物與熟悉的事物作比較。有人在解釋細(xì)胞膜時(shí)，把它與窗紗進(jìn)行類比：窗紗能把昆蟲擋在外面，同時(shí)窗紗的小洞又能讓空氣進(jìn)岀。你認(rèn)為這種類比有什么合理之處，有沒有不妥當(dāng)?shù)牡胤剑?/p>

把細(xì)胞膜與窗紗進(jìn)行類比，合理之處是說明細(xì)胞膜與窗紗一樣可以允許一些物質(zhì)出入，阻擋其他物質(zhì)出入。這樣的類比也有不妥之處。例如，窗紗是一種簡(jiǎn)單的剛性的結(jié)構(gòu)，功能較單純，細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能要復(fù)雜得多；細(xì)胞膜是活細(xì)胞的重要組成部分，活細(xì)胞的生命活動(dòng)是一個(gè)主動(dòng)的過程，而窗紗是沒有生命的，它只能是被動(dòng)地在起作用。2.下圖是由磷脂分子構(gòu)成的脂質(zhì)體，它可以作為藥物的運(yùn)載體，將其運(yùn)送到特定的細(xì)胞