3.1 細(xì)胞膜的功能和結(jié)構(gòu)高一上學(xué)期生物人教版必修一

第3章第1節(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能學(xué)習(xí)目標(biāo)細(xì)胞膜的功能0102對(duì)細(xì)胞膜的成分的探索03對(duì)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)的探索04流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容（教材P40）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。

討論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(cè)，細(xì)胞膜作為細(xì)胞的邊界，應(yīng)該具有什么功能？活細(xì)胞的細(xì)胞膜具有選擇透過性，臺(tái)盼藍(lán)染液是細(xì)胞不需要的物質(zhì)，不易通過細(xì)胞膜，故未被染色。死細(xì)胞的細(xì)胞膜失去控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞這一功能，染液能通過細(xì)胞膜進(jìn)入到細(xì)胞中，故能被染成藍(lán)色。

細(xì)胞膜作為細(xì)胞的邊界，具有控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能。

如同國(guó)家有陸、海、空的邊界，人體有皮膚做邊界與外界分隔一樣，細(xì)胞的邊界就是細(xì)胞膜，也叫質(zhì)膜。那么，細(xì)胞膜作為系統(tǒng)的邊界，在細(xì)胞的生命中有哪些作用呢？1.將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開意義：細(xì)胞膜保障了細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定。膜的出現(xiàn)是生命起源過程中至關(guān)重要的階段。推測(cè)的原始海洋景觀圖你能想象出原始生命起源的過程嗎？猜想一下

原始海洋中有機(jī)物逐漸聚集并相互作用，最終出現(xiàn)原始界膜，將生命物質(zhì)包裹，與海洋環(huán)境分隔開，產(chǎn)生了原始的細(xì)胞。一、細(xì)胞膜的功能1.將細(xì)胞與外界壞境分隔開2.控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞2）控制作用是相對(duì)的例如：有些病毒、細(xì)菌也能侵入細(xì)胞，使生物體患病。一、細(xì)胞膜的功能1）選擇性①多細(xì)胞生物體內(nèi)，各細(xì)胞間必須相互協(xié)調(diào)同步發(fā)展，這種協(xié)調(diào)性的實(shí)現(xiàn)必須依賴于各細(xì)胞之間進(jìn)行物質(zhì)能量的交換以及

。②葡萄糖是否能正常進(jìn)入骨骼肌細(xì)胞需要受到胰島素的調(diào)節(jié)，胰島素是由胰腺的胰島B細(xì)胞分泌，這說明胰島B細(xì)胞與骨骼肌細(xì)胞之間發(fā)生了

（直接或間接）的

。③人體的免疫細(xì)胞效應(yīng)T細(xì)胞需密切接觸被病原體侵染的靶細(xì)胞，啟動(dòng)其凋亡程序，最終導(dǎo)致靶細(xì)胞裂解死亡。這說明了兩細(xì)胞之間發(fā)生了

直接（直接或間接）的

。還有其它哪些實(shí)例？④高等植物細(xì)胞之間通過胞間連絲形成通道，將信號(hào)分子從一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)傳送到另一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)，這說明兩細(xì)胞之間發(fā)生了的

。一、細(xì)胞膜的功能細(xì)胞間的信息交流細(xì)胞間的信息交流細(xì)胞間的信息交流細(xì)胞間的信息交流間接3.進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流內(nèi)分泌細(xì)胞的激素（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。（1）通過細(xì)胞分泌化學(xué)物質(zhì)完成間接交流信號(hào)分子→血液→靶細(xì)胞的受體3.進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流相鄰兩個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞膜接觸，信息從一個(gè)細(xì)胞傳遞到另一個(gè)細(xì)胞。例如，精子和卵細(xì)胞之間的識(shí)別和結(jié)合（2）通過相鄰兩個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞膜接觸膜上的信息分子→膜上的受體3.進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流例如：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（3）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。胞間連絲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----選擇透過性3.進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流物質(zhì)傳遞接觸傳遞通道傳遞（胞間連絲）一、細(xì)胞膜的功能普遍性相對(duì)性細(xì)胞膜需要依靠哪些化學(xué)成分和怎么樣的結(jié)構(gòu)去行使相應(yīng)的功能呢？二、對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索資料1：1895年，歐文頓（E.Overton）用500多種化學(xué)物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行上萬次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜對(duì)不同物質(zhì)的通透性不一樣：溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，容易穿過細(xì)胞膜；不易溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，不容易穿過細(xì)胞膜。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(cè)？現(xiàn)象的推理分析探索歷史1895年歐文頓：膜是由脂質(zhì)組成的。對(duì)多種細(xì)胞膜進(jìn)行分離和化學(xué)分析化學(xué)分析表明：組成細(xì)胞膜的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇，其中磷脂含量最多為什么用哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞制取細(xì)胞膜？資料2：20世紀(jì)初，科學(xué)家第一次利用哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞，制備出純凈的細(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。二、對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索細(xì)胞膜中的磷脂分子如何排列？在空氣—水界面如何排列？探索歷史1895年歐文頓：膜是由脂質(zhì)組成的。對(duì)多種細(xì)胞膜進(jìn)行提純和化學(xué)分析1925年戈特和格倫德爾：膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層。資料3：1925年，兩位荷蘭科學(xué)家戈特（E.Gorter）和格倫德爾（F.Grendel）用丙醇從人的紅細(xì)胞中提取脂質(zhì)，在空氣—水界面上鋪展成單分子層，測(cè)得單層分子的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍。由此推斷出：細(xì)胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層。二、對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索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。頭部親水尾部疏水磷脂分子示意圖磷脂分子結(jié)構(gòu)式磷脂分子模型磷脂分子結(jié)構(gòu)二、對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索空氣水2、細(xì)胞膜的兩側(cè)都有水存在，兩層磷脂分子在細(xì)胞膜中可能是怎樣排布的呢？1、單層磷脂分子在水面如何排列？在水中如何排列？親水的“頭部”與水接觸，疏水的“尾巴”遠(yuǎn)離水二、對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索1925年荷蘭科學(xué)家戈特＆格倫德爾1.實(shí)驗(yàn)：用丙酮從人的紅細(xì)胞中提取出脂質(zhì)，在空氣--水界面鋪成單分子層。2.現(xiàn)象：

S單層磷脂=2S紅3.結(jié)論：細(xì)胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層討論4：討論3：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。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?如果將磷脂分子置于水一苯的混合溶劑中,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。如果將磷脂分子置于水一苯的混合溶劑中，磷脂分子將會(huì)如何分布?1935年英國(guó)科學(xué)家丹尼利＆戴維森1.實(shí)驗(yàn)：研究細(xì)胞膜的表面張力2.現(xiàn)象：

細(xì)胞的表面張力明顯低于油水界面的表面張力已知油脂滴表面如果吸附有蛋白質(zhì)成分，表面張力會(huì)降低3.假說：細(xì)胞膜除含脂質(zhì)分子外，可能還附有蛋白質(zhì)。驗(yàn)證方法：化學(xué)分析。脂質(zhì)（大約占50%）蛋白質(zhì)（大約占40%）糖類（大約占2%—10%）功能越復(fù)雜的細(xì)胞膜，蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多磷脂膽固醇(動(dòng)物細(xì)胞膜)追問：脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等成分是如何組成細(xì)胞膜的呢？對(duì)細(xì)胞膜成分的探索脂質(zhì)：約占50%

磷脂最豐富，含少量膽固醇蛋白質(zhì)：約占40%糖類：占2~10%蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜行使功能方面起著重要的作用，因此功能越復(fù)雜的細(xì)胞膜，蛋白質(zhì)的種類與數(shù)量就越多。1959年羅伯特森1.現(xiàn)象：在電鏡下觀察到細(xì)胞膜有“暗-亮-暗”三層結(jié)構(gòu)。細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的電鏡照片2.假說：細(xì)胞膜是由蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。3.缺陷：膜靜態(tài)模型無法解釋客觀事實(shí)，如：細(xì)胞的生長(zhǎng)、變形蟲的變形運(yùn)動(dòng)、白細(xì)胞吞噬細(xì)菌、受精時(shí)細(xì)胞融合等對(duì)模型的修正新發(fā)現(xiàn)：磷脂雙分子層構(gòu)成了細(xì)胞膜的基本支架;蛋白質(zhì)分子鑲嵌、部分或全部嵌入、貫穿于脂雙層。冰凍蝕刻技術(shù)研究細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜可以融合說明細(xì)胞膜上的脂質(zhì)是可以流動(dòng)的在37攝氏度下培養(yǎng)了40min后紅綠熒光蛋白最終均勻分布

說明細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)也是可以流動(dòng)的綜上細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性時(shí)間：1970年實(shí)驗(yàn)：將人和鼠的細(xì)胞膜用不同的熒光染料標(biāo)記蛋白質(zhì)后，讓兩種細(xì)胞融合三、對(duì)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)的探索

總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)，在新的觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型。1972年辛格＆尼科爾森集大成者：

流動(dòng)鑲嵌模型1972年辛格和尼克爾森提出了“流動(dòng)鑲嵌模型”這個(gè)模型指出：細(xì)胞膜由流動(dòng)的雙脂層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成科學(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【自主學(xué)習(xí)】

閱讀教材P44—P45關(guān)于流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容，回答下列問題：1、細(xì)胞膜的基本支架是什么？

2、蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜上如何分布？3、細(xì)胞膜具有流動(dòng)性的原因是什么？4、什么叫糖蛋白？有什么功能？1972年，桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)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。流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容41．基本要點(diǎn)a.細(xì)胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成b.細(xì)胞膜的基本支架為磷脂雙分子層磷脂雙分子層內(nèi)部為疏水端（尾部），水溶性分子或離子不能自由通過，因此具有屏障作用。外部為親水端（頭部）c.蛋白質(zhì)分子存在形態(tài)：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，有的貫穿于整個(gè)磷脂雙分子層。（膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外的不對(duì)稱性）d.細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特性：流動(dòng)性構(gòu)成生物膜的磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動(dòng)的意義：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。e.細(xì)胞膜的功能特性：選擇透過性旁欄思考

Q：既然膜內(nèi)部分是疏水的，水分子為什么能跨膜運(yùn)輸呢？A：1.水分子極小，可以通過由于磷脂分子運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的間隙；2.膜上存在水通道蛋白，水分子可以通過通道蛋白通過膜。流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容4細(xì)胞壁的成分和功能1．分布：植物、真菌及

大多數(shù)原核細(xì)胞2．成分

3．功能：支持、保護(hù)作用4．特性：無生物活性，全透性細(xì)胞壁與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)示意圖Q：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。植物：纖維素和果膠

細(xì)菌：肽聚糖真菌：幾丁質(zhì)細(xì)胞壁拓展：細(xì)胞壁@以細(xì)胞間的三種信息交流方式為載體考查科學(xué)思維1．如圖是細(xì)胞間的三種信息交流方式，據(jù)圖回答下列問題：寫出圖中①～④表示的物質(zhì)或結(jié)構(gòu)的名稱：①_________；②__________；③____________________；④__________。信號(hào)分子受體與膜結(jié)合的信號(hào)分子胞間連絲【檢測(cè)】判斷正誤，正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”。(1)同一生物體的細(xì)胞膜中蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量相同。(

)(2)在組成細(xì)胞膜的脂質(zhì)中，膽固醇最豐富。