1、生物学（新人教版）分子与细胞第三章第1节细胞膜的结构和功能 （第一课时）教学目标核心素养1.概述细胞膜的主要功能。2.分析细胞膜结构的探索过程，领悟科学的过程和方法。3.了解流动镶嵌模型的基本内容。生命观念通过对细胞膜的学习建立生命的结构与功能观科学探究领悟细胞膜结构探索过程的科学方法。科学思维流动镶嵌模型及其解读。课堂导入1鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它染色时，死细胞会被染成蓝液。用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。色，而活细胞不会着色。讨论讨论1.1.为什么活细胞不能被染色，而死细胞为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？能被染色？
2、 活细胞的细胞膜具有选择透过性，台盼蓝是细胞不需要的物活细胞的细胞膜具有选择透过性，台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜。因此活细胞不被染色，死细胞的细胞膜失质，不易通过细胞膜。因此活细胞不被染色，死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。细胞能被染成蓝色。讨论讨论2.2.据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能出细胞的功能注意：注意：植物细胞的
3、植物细胞的边界是也细胞膜，不是细边界是也细胞膜，不是细胞壁，因为细胞壁是全透性的，胞壁，因为细胞壁是全透性的，新课讲授2一、细胞膜的功能一、细胞膜的功能细胞膜的功能细胞膜的功能将细胞与外界环境分隔开将细胞与外界环境分隔开控制物质进出细胞控制物质进出细胞进行细胞间的信息交流进行细胞间的信息交流1.1.将细胞与外界环境分隔开将细胞与外界环境分隔开膜的出现是生命起源过程中至关膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段。重要的阶段。细胞膜保障了细细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。胞内部环境的相对稳定。推测的原始海洋景观图推测的原始海洋景观图细胞作为一个基本的生命细胞作为一个基本的生命系统，它的系统，它的
4、边界边界就是就是细胞细胞膜膜（cell membranecell membrane），也），也叫质膜（叫质膜（plasma membraneplasma membrane）。）。分泌物分泌物废物废物2 2. .控控制制物物质质进进出出细细胞胞COCO2 2、尿素、尿素、多余的无机盐多余的无机盐等。等。抗体、激素等抗体、激素等物质物质水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等。水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等。控制的相对性控制的相对性营养物质营养物质病毒病菌病毒病菌表明细胞膜的控制表明细胞膜的控制作用具有普遍性；有些作用具有普遍性；有些病毒、病菌也能侵入细胞病毒、病菌也能侵入细胞使生物体患病，表明细胞使生物体患病
5、，表明细胞膜的控制作用具有相对性膜的控制作用具有相对性激素激素内分泌细胞的激素（如胰岛素），随内分泌细胞的激素（如胰岛素），随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。细胞。3.3.进行细胞间的信息交流进行细胞间的信息交流（1 1）通过细胞分泌化）通过细胞分泌化学物质完成间接交流学物质完成间接交流（2 2）通过相邻两）通过相邻两个细胞的细胞膜接个细胞的细胞膜接触触发出信号的细胞发出信号的细胞靶细胞靶细胞与膜结合的信号分子与膜结合的信号分子受体受体信息从一个细胞传递给另一个细胞（例如精子和卵细胞信息从一个
6、细胞传递给另一个细胞（例如精子和卵细胞之间的识别和结合）之间的识别和结合）细胞识别得以实现的基础是细胞膜细胞识别得以实现的基础是细胞膜表面某些生物大分子（如糖蛋白、糖脂）提供的识别信表面某些生物大分子（如糖蛋白、糖脂）提供的识别信息，使细胞可以识别同种与异种、同源与异源细胞息，使细胞可以识别同种与异种、同源与异源细胞（3 3）相邻两个细）相邻两个细胞之间形成通道，胞之间形成通道，携带信息的物质通携带信息的物质通过通道进入另一个过通道进入另一个细胞。细胞。胞间连丝胞间连丝例如：高等植物例如：高等植物细胞之间通过胞细胞之间通过胞间连丝相互连接间连丝相互连接，也有信息交流，也有信息交流的作用的作用细
7、胞的功能：细胞的功能：（1 1）将细胞与外界环境分隔开；（）将细胞与外界环境分隔开；（2 2）控制物）控制物质进出细胞；（质进出细胞；（3 3）进行细胞间的信息交流。除了以上的三种）进行细胞间的信息交流。除了以上的三种功能外，细胞膜还有细胞识别、保护细胞、参与细胞的运动、功能外，细胞膜还有细胞识别、保护细胞、参与细胞的运动、分泌等功能。分泌等功能。探索探索不溶于脂质的物质不溶于脂质的物质不容易穿过细胞膜。不容易穿过细胞膜。三、三、对对生物膜成分的探索生物膜成分的探索探索二探索二实验实验：科学家将膜从哺乳动物的红细胞：科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离然后进行化学分析。中分离然后进行化学分析。化
8、学分析化学分析表明表明：组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，：组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中其中磷脂磷脂含量最多。含量最多。亲水头部亲水头部疏水尾部疏水尾部磷脂的一端为亲水的头，两个脂肪酸一端为疏水的尾，多个磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层。磷脂分子结构式磷脂分子模型磷脂分子示意图探索三探索三水水空气空气根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气一水界面上根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气一水界面上铺展成单分子层铺展成单分子层?科学家是如何推导出科学家是如何推导出“脂质在细胞膜中必脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层然排列为连续的两层”这一结论的这一结论的?磷脂分子的磷脂分子的“头部头
9、部”亲水亲水,尾部疏水尾部疏水,所以在水一空气的界所以在水一空气的界面上磷脂分子是面上磷脂分子是“头部头部”向下与水面接触向下与水面接触,“尾部尾部”则朝向则朝向空气的一面。科学家因测得从红细胞中提取的脂质空气的一面。科学家因测得从红细胞中提取的脂质,铺成单铺成单分子层的面积恰为红细胞表面积的分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍倍,才得出膜中的脂质才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。必然排列为连续的两层这一结论。细胞膜的两侧都有水环境存在，同学们尝试着大胆的推测和想象一下在这样的环境中，磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢？水水水水A A水水水水B B水水水水 C C亲水的亲水的“头部
10、头部”与水接触，疏水的与水接触，疏水的“尾巴尾巴”远离水远离水如果将磷脂分子置于水一苯的混合溶剂中，磷脂分子将如果将磷脂分子置于水一苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布会如何分布?磷脂分子在水中能自发地形成双分子层，你如何解磷脂分子在水中能自发地形成双分子层，你如何解释这一现象释这一现象?由此，你能否就细胞膜是由磷脂双分由此，你能否就细胞膜是由磷脂双分子层构成的原因作出分析子层构成的原因作出分析?由于磷脂分子有亲水的由于磷脂分子有亲水的“头部头部”和疏水的和疏水的“尾部尾部”,在水溶液中在水溶液中,朝朝向水的是头部向水的是头部,尾部受水的排斥。当磷脂分子的内外两侧均是水环尾部受水的排斥。当磷脂
11、分子的内外两侧均是水环境时境时,磷脂分子的尾部相对排列在内侧磷脂分子的尾部相对排列在内侧,头部则分别朝向两侧水的环头部则分别朝向两侧水的环境境,形成磷脂双分子层。细胞的内外环境都是水溶液形成磷脂双分子层。细胞的内外环境都是水溶液,所以细胞膜磷所以细胞膜磷脂分子的头部向着膜的内外两侧而尾部相对排在内侧脂分子的头部向着膜的内外两侧而尾部相对排在内侧,形成磷脂双形成磷脂双分子层。分子层。如果将磷脂分子置于水一苯的混合溶剂中如果将磷脂分子置于水一苯的混合溶剂中,磷脂的头磷脂的头部将与水接触部将与水接触,尾部与苯接触尾部与苯接触,磷脂分子分布成单层。磷脂分子分布成单层。讨论讨论在水中形成的磷脂分子层在水
12、中形成的磷脂分子层因此丹尼利和戴维森推测细胞膜除因此丹尼利和戴维森推测细胞膜除含含脂质分子外，可能还附有蛋白质脂质分子外，可能还附有蛋白质。探索四探索四1935年，英国学者丹尼利年，英国学者丹尼利(.f Danielli)和戴维森和戴维森(H. Davson)研究了细胞膜的张力。他们发现研究了细胞膜的张力。他们发现细胞的表面张力明显低于细胞的表面张力明显低于油一水界面的表面张力油一水界面的表面张力。细胞需要的一些极性分子和离子可以快速通过细胞细胞需要的一些极性分子和离子可以快速通过细胞膜（脂质不允许极性分子和离子快速通过）。膜（脂质不允许极性分子和离子快速通过）。由于人们已发现了油脂滴表面如果
13、吸附有蛋白质成分则表面张力会降低。由于人们已发现了油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低。到了到了20世纪世纪30年代，科学家已经确定细胞膜中存在蛋白质年代，科学家已经确定细胞膜中存在蛋白质细胞膜的化学成分细胞膜的化学成分成分成分所占比例所占比例在细胞膜构成中的作用在细胞膜构成中的作用脂质脂质约约50%50%脂质中的磷脂是构成细胞膜的重要成分，此脂质中的磷脂是构成细胞膜的重要成分，此外还有少量的胆固醇外还有少量的胆固醇蛋白质蛋白质约约40%40%蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用，因蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用，因此功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数此功能越复杂的细胞膜，蛋白质
14、的种类和数量越多量越多糖类糖类210%210%糖类与蛋白质或脂质分子结合形成糖蛋白或糖类与蛋白质或脂质分子结合形成糖蛋白或糖脂，分布在细胞膜的外表面，糖蛋白具有糖脂，分布在细胞膜的外表面，糖蛋白具有保护、润滑和细胞识别的作用保护、润滑和细胞识别的作用当堂检测答案：当堂检测答案：、生物学（新人教版）分子与细胞第三章第1节细胞膜的结构和功能 （第二课时）细胞膜的化学成分细胞膜的化学成分成分成分所占比例所占比例在细胞膜构成中的作用在细胞膜构成中的作用复习引入：复习引入：脂质脂质约约50%50%脂质中的磷脂是构成细胞膜的重要成分，脂质中的磷脂是构成细胞膜的重要成分，此外还有少量的胆固醇此外还有少量的胆
15、固醇蛋白蛋白质质约约40%40%蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用，蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用，因此功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种因此功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多类和数量越多糖类糖类210%210%糖类与蛋白质或脂质分子结合形成糖蛋糖类与蛋白质或脂质分子结合形成糖蛋白或糖脂，分布在细胞膜的外表面，糖白或糖脂，分布在细胞膜的外表面，糖蛋白具有保护、润滑和细胞识别的作用蛋白具有保护、润滑和细胞识别的作用时间：时间：19591959年年人物：人物：罗伯特森罗伯特森发现：发现：在电镜下看到了细胞膜清晰的暗在电镜下看到了细胞膜清晰的暗亮亮暗的三层结构。暗的三层结构。细胞膜结构的电镜
16、照片细胞膜结构的电镜照片提出提出假说：所有的细胞膜都由假说：所有的细胞膜都由蛋白质蛋白质脂脂质质蛋白质蛋白质三层结构构成，电镜下看到的三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。他把细胞膜描述为白质分子。他把细胞膜描述为静态的统一静态的统一结构。结构。二、对细胞膜结构的探索二、对细胞膜结构的探索时间：时间：2020世纪世纪6060年代以后年代以后质疑：质疑：科学家对细胞膜是科学家对细胞膜是静态的观点提出质疑静态的观点提出质疑：如果是这样，细：如果是这样，细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长
17、、变形虫的运动这生长、变形虫的运动这样的现象都难以解释样的现象都难以解释。变形虫的运动变形虫的运动模拟细胞的生长模拟细胞的生长时间：时间：19701970年年实验：人实验：人鼠细胞荧光标记融合实验鼠细胞荧光标记融合实验证据表明：细胞膜具有流动性证据表明：细胞膜具有流动性融合细胞融合细胞细胞细胞融合融合373740min40min正在融合正在融合的细胞的细胞红色荧光红色荧光染料标记染料标记膜蛋白膜蛋白绿色荧光绿色荧光染料标记染料标记膜蛋白膜蛋白人细胞人细胞小鼠细胞小鼠细胞荧光标记法是利用荧光蛋荧光标记法是利用荧光蛋白或荧光蛋白基因作为标白或荧光蛋白基因作为标志物对研究对象进行分析志物对研究对象进
18、行分析的方法，常用的银光蛋白的方法，常用的银光蛋白有绿色和红色两种颜色有绿色和红色两种颜色时间：时间：19721972年年人物：辛格和尼科尔森人物：辛格和尼科尔森提出：流动镶嵌模型提出：流动镶嵌模型科学方法科学方法提出假说提出假说细胞膜结构模型的探索过程，反映了提出假说这一科学方法的作用细胞膜结构模型的探索过程，反映了提出假说这一科学方法的作用。科学家首先根据已有的知识和信息提出解释某一生物学问题的一种。科学家首先根据已有的知识和信息提出解释某一生物学问题的一种假说，再用进一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充。一假说，再用进一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充。一种假说最终被接
19、受被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和种假说最终被接受被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和试验结果相吻合试验结果相吻合三、流动镶嵌模型的基本内容三、流动镶嵌模型的基本内容细胞膜-流动镶嵌模型的基本内容膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的。磷脂双分子层是膜的基本支架，其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中：有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层（图3-5）。这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性，主要表现为构成膜的磷
20、脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动。 细胞膜的外表面还有糖类分子和蛋白质分子结合形成的细胞膜的外表面还有糖类分子和蛋白质分子结合形成的糖蛋白糖蛋白，或与脂质结合，或与脂质结合形成的形成的，这些糖类分子叫作，这些糖类分子叫作糖被糖被（glycocalyx）。）。 糖被在细胞生命活动中具有重要的功能。例如，糖被与细胞表面的识别、细胞糖被在细胞生命活动中具有重要的功能。例如，糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系间的信息传递等功能有密切关系既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？对细胞膜的深入研究发现旁栏思考 【探究案】 1、下图是细胞膜的亚显微结构示意图，请分
21、析回答下列问题：（1）图中的4是哪种成分？为什么在细胞膜中是两层的？4是磷脂分子。因为细胞膜两侧都是水溶液，磷脂分子“头”部亲水，“尾”部疏水，只有形成双分子层结构，才能稳定。（2）图中2、5、6在4上的存在方式有什么不同？2是镶在表面，5是贯穿，6是嵌入。（3）A、B中哪面是细胞膜的外侧，判断的依据是什么？A表示细胞膜外侧，由于糖蛋白只存在于细胞膜的外侧（4）试举几个能够体现细胞膜具有一定流动性的实例？白细胞吞噬病菌、人鼠鼠的融合实验等二、拓展应用1. 在解释不容易理解的陌生事物时，人们常用类比的方在解释不容易理解的陌生事物时，人们常用类比的方法，将陌生的事物与熟悉的事物作比较。有人在解释细
22、法，将陌生的事物与熟悉的事物作比较。有人在解释细胞膜时，把它与窗纱进行类比：窗纱能把昆虫挡在外面，胞膜时，把它与窗纱进行类比：窗纱能把昆虫挡在外面，同时窗纱的小洞又能让空气进岀。你认为这种类比有什同时窗纱的小洞又能让空气进岀。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方？么合理之处，有没有不妥当的地方？【提示】把细胞膜与窗纱进行类比,合理之处是说明细胞膜与窗纱一样可以允许一些物质出入，阻挡其他物质出入。这样的类比也有不妥之处。例如，窗纱是一种简单的刚性的结构，功能较单纯，细胞膜的结构和功能要复杂得多；细胞膜是活细胞的重要组成部分，活细胞的生命活动是一个主动的过程，而窗纱是没有生命的，它只能
23、是被动地在起作用。2. 下图是由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将其运送到下图是由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞特定的细胞 发挥作用。在脂质体中，能在水中结晶的药物被包在双分子层中，发挥作用。在脂质体中，能在水中结晶的药物被包在双分子层中，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。（1）为什么两类药物的包裹位置各不相同？）为什么两类药物的包裹位置各不相同？【答案】由双层磷脂分子构成的脂质体，两层磷脂分子之间的部分是疏水的，脂溶性药物能被稳定地包裹在其中；脂质体的内部是水溶液的环境，能在水中结晶的药物可稳定地包裹其中
24、。【答案】由于脂质体是磷脂双分子层构成的，到达细胞后可能会与细胞的细胞膜发生融合，也可能会被细胞以胞吞的方式进入细胞，从而使药物在细胞内发挥作用。（2）请推测：脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞内发挥作用？）请推测：脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞内发挥作用？课堂检测案答案课堂检测案答案1、B3、A2、C本节小结细胞细胞膜最基本的生命系统流动性流动镶嵌模型系统的边界结构成分脂质（磷脂）50%糖类蛋白质 40%特点模型主要表现为构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动。温度等影响因素实例原因小鼠细胞和人细胞融合功能磷脂双分子层是膜的基本支架蛋白质以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中控制物质进出细胞进行细胞间的信息交流开将细胞和外界环境分隔开特性选择透过性磷脂双分子层是膜的基本支架蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中主要成分是磷脂和蛋白质且具有流动性细胞膜两侧具有不对称性课外制作课外制作利用废旧物品制作生物膜模型利用废旧物品制作生物膜模型
