1、第第1节节 细胞膜的结构和功能细胞膜的结构和功能第第3章章 细胞的基本结构细胞的基本结构 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，死细胞会被染成蓝色，液。用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。而活细胞不会着色。问题探讨问题探讨讨论：讨论：1 1为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？活细胞的细胞膜具有选择透过性活细胞的细胞膜具有选择透过性，染料，染料台盼蓝是细胞不需要的物台盼蓝是细胞不需要的物质质，不易通过细胞膜，因此活细胞不被染色。，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死细胞的
2、细胞膜失去控制物质进出细胞的功能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，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。染成蓝色。2 2据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？功能？细胞膜作为细胞的边界，细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能。具有控制物质进出细胞的功能。一一、细胞膜细胞膜的功能的功能1 1、将细胞与外界环境分隔开、将细胞与外界环境分隔开推测的原始海洋景观想象图推测的原始海洋景观想象图将生命物质与将生命物质与 分分隔开，保障了细胞内部环境隔开，保障了细胞内部环境的的 。外界环境外界环境相对稳定
3、相对稳定2 2、控制物质进出细胞、控制物质进出细胞(1)(1)细胞需要的细胞需要的 可以从外界进入细胞。可以从外界进入细胞。(2)(2)细胞产生的细胞产生的 、和和 排到细胞外。排到细胞外。(3)(3)细胞膜的控制作用是细胞膜的控制作用是 的。的。营养物质营养物质抗体抗体激素激素废物废物相对相对3 3、进行细胞间的信息交流、进行细胞间的信息交流细胞间信息交流的方式：细胞间信息交流的方式：（1 1）通过细胞分泌的）通过细胞分泌的_间接传递信息；间接传递信息；激素激素靶细胞靶细胞内分泌细胞内分泌细胞分泌分泌激素激素进入进入体液体液体液运输体液运输靶细胞受体靶细胞受体信息信息内分泌细胞内分泌细胞靶细
4、胞靶细胞激素激素血管血管靶细胞靶细胞（2 2）通过相邻两细胞的通过相邻两细胞的 直接接触传递信息；直接接触传递信息；（3 3）通过相邻两细胞之间形成）通过相邻两细胞之间形成 进行信息交流。进行信息交流。细胞膜细胞膜细胞细胞 细胞细胞例如：例如：精子和卵细胞之间的识别和结合；精子和卵细胞之间的识别和结合；细胞细胞 细胞细胞通道通道 例如：高等植物细胞之间通例如：高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用。信息交流的作用。通道通道胞间连丝胞间连丝对细胞膜成分的探索对细胞膜成分的探索Year18951895年年欧文顿（欧文顿（E.OvertonE.Overton
5、）实验）实验细胞膜细胞膜E.OvertonE.Overton的假说：的假说：膜是由膜是由脂质脂质组成的。组成的。非脂溶性物质非脂溶性物质脂溶性物质脂溶性物质小资料小资料相似相溶相似相溶原理：原理：通通俗的讲，俗的讲，即分子结即分子结构越相似构越相似的物质，的物质，越是容易越是容易 相互溶解。相互溶解。探究历程探究历程 科学家第一次将细胞膜从哺乳动物的红细胞科学家第一次将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来。中分离出来。化学分析表明：组成细胞膜的化学分析表明：组成细胞膜的脂质有磷脂和胆脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。固醇，其中磷脂含量最多。探究历程探究历程Year2020世纪初世纪初对细胞膜
6、成分的探索对细胞膜成分的探索 探究历程探究历程Year 磷脂分子的头部是磷脂分子的头部是亲水亲水的，尾部的，尾部是是疏水疏水的。的。CHCHCHCH2 2CHCH2 2OOC=OC=OCH-CH2CH-CH2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2C=OC=OCHCH2 2OOCHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2=CHCHCHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2C
7、HCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2NN+（CH CH）3 33 3OOOOO=PO=POO甘油甘油脂肪酸脂肪酸(亲水亲水)(疏水疏水)磷酸磷酸对细胞膜成分的探索对细胞膜成分的探索 探究历程探究历程Year对细胞膜成分的探索对细胞膜成分的探索多个磷脂多个磷脂分子在水分子在水中总是自中总是自发地形成发地形成双分子层双分子层。自主探究自主探究Year对细胞膜分子排布的探索对细胞膜分子排布的探索活动一：请根据活动一：请根据磷脂分子的特点，磷脂分子的特点，建构建构磷脂分子在空气磷脂分子在空气水界面的分布模型。水界面的分布模型。水水空气空气 自
8、主探究自主探究Year对细胞膜分子排布的探索对细胞膜分子排布的探索活动二：请活动二：请根据组织细胞生活的环境，根据组织细胞生活的环境，构建磷脂分子在细胞膜中的排布模型构建磷脂分子在细胞膜中的排布模型。膜外（水溶液）膜外（水溶液）膜内（水溶液）膜内（水溶液）探究历程探究历程Year对细胞膜分子排布的探索对细胞膜分子排布的探索荷兰科学家荷兰科学家E.GorterE.Gorter和和F.GrendelF.Grendel用用丙酮从丙酮从红细胞红细胞中提取脂质，在空气中提取脂质，在空气水界面上铺展成单分子层，测得单分水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的子层的面积恰为红细胞表面积的
9、2 2倍倍结论：结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层！细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层！19251925年年Year对细胞膜成分的探索对细胞膜成分的探索19351935年年 探究历程探究历程 英国学者丹尼利英国学者丹尼利(J.F.Danielli)(J.F.Danielli)和戴和戴维森维森(H.Davson)(H.Davson)研究了细胞膜的张研究了细胞膜的张力。力。他们发现细胞的表面张力明显低于油一他们发现细胞的表面张力明显低于油一水界面的表面张力。水界面的表面张力。由于人们已发现了油脂滴表面如果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，吸附有蛋白质成分
10、则表面张力会降低，因此丹尼利和戴维森推测因此丹尼利和戴维森推测细胞膜除含脂细胞膜除含脂质分子外，可能还附有质分子外，可能还附有蛋白质。蛋白质。1 1、最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还、最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取和检测？是通过对膜成分的提取和检测？2 2、根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气、根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气水界面上水界面上铺展成单分子层？科学家是如何推导出铺展成单分子层？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？讨讨 论论最初对细胞膜
11、成分的认识，是最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析得出的通过对现象的推理分析得出的。因为磷脂分子的因为磷脂分子的“头部头部”亲水，亲水，“尾部尾部”疏水疏水，所以在水，所以在水空空气的界面上磷脂分子是气的界面上磷脂分子是“头部头部”向下与水面接触，向下与水面接触，“尾部尾部”则则朝向空气的一面。科学家因测得从哺乳动物成熟的红细胞中提朝向空气的一面。科学家因测得从哺乳动物成熟的红细胞中提取的取的脂质，铺成单分子层的面积恰为红细胞表面积的脂质，铺成单分子层的面积恰为红细胞表面积的2 2倍倍，才，才得出膜中的得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。脂质必然排列为连续的两层这一结论。3
12、3、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？由、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？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？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？4 4、如果将磷脂分子置于水、如果将磷脂分子置于水苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布？苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布？讨讨 论论 由于由于磷脂分子有亲水的磷脂分子有亲水的“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，朝向水的是朝向水的是“头部头部”，“尾部尾部”受水的排斥。当磷脂分子的受水的排斥。当磷脂分子的内外两侧均内外两侧均是水环境是水
13、环境时，磷脂分子的时，磷脂分子的“尾部尾部”相对排列在内侧，相对排列在内侧，“头部头部”则分别朝则分别朝向两侧水的环境向两侧水的环境，形成磷脂双分子层。，形成磷脂双分子层。细胞的内外环境都是水溶液细胞的内外环境都是水溶液，所，所以细胞膜磷脂分子的以细胞膜磷脂分子的“头部头部”向着膜的内外两侧，而向着膜的内外两侧，而“尾部尾部”相对排列相对排列在内侧，形成磷脂双分子层。在内侧，形成磷脂双分子层。如果将磷脂分子置于如果将磷脂分子置于水水苯的混合溶剂中，苯的混合溶剂中，磷磷脂的脂的“头部头部”将与水将与水接触，接触，“尾部尾部”与苯接触，磷脂分子分布成单层。与苯接触，磷脂分子分布成单层。Year对细
14、胞膜成分的探索对细胞膜成分的探索19351935年年 探究历程探究历程细胞膜的细胞膜的化学成分化学成分脂质脂质蛋白质蛋白质 糖类糖类大约占大约占50%50%大约占大约占40%40%大约大约2%10%2%10%蛋白质在细胞膜行使功能时起重要蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用，因此作用，因此功能越复杂功能越复杂的细胞膜，的细胞膜，蛋白蛋白质的种类和数量越多质的种类和数量越多。Year19591959年年对细胞膜结构的探索对细胞膜结构的探索小资料小资料(关于电镜成像关于电镜成像)在电子束照射下，在电子束照射下，蛋白质电子密度蛋白质电子密度高显黑色发暗，高显黑色发暗，磷脂分子的电子磷脂分子的电子密度低
15、发亮。密度低发亮。探究历程探究历程 罗伯特森（罗伯特森（J.D.RobertsenJ.D.Robertsen）在电镜下看到）在电镜下看到细胞膜清晰的暗细胞膜清晰的暗亮亮暗的三层结构。暗的三层结构。Year19591959年年 罗伯特森（罗伯特森（J.D.RobertsenJ.D.Robertsen）在电镜下看到）在电镜下看到细胞膜清晰的暗细胞膜清晰的暗亮亮暗的三层结构。暗的三层结构。结论：结论：生物膜是由生物膜是由“蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质”构成的三层构成的三层静态统一静态统一结构结构（单位膜模型）。（单位膜模型）。“蛋白质蛋白质-脂质脂质-蛋白质蛋白质”三层的统一结构模式图三层的统一
16、结构模式图 探究历程探究历程对细胞膜结构的探索对细胞膜结构的探索 自主探究自主探究Year对生物膜结构特点的探究对生物膜结构特点的探究2020世纪世纪6060年代年代 探究历程探究历程Year19701970年年对生物膜结构特点的探究对生物膜结构特点的探究诱导融合40分钟后370C荧光标记 膜蛋白鼠细胞鼠细胞人细胞人细胞结论结论:细胞膜上的蛋白质是可以运动的。细胞膜上的蛋白质是可以运动的。人鼠细胞融合实验人鼠细胞融合实验细胞膜具有流动性细胞膜具有流动性 探究历程探究历程Year19721972年年流动镶嵌模型的诞生流动镶嵌模型的诞生辛格辛格和和尼科尔森尼科尔森在继承创新中提出了流动镶嵌模型在继
17、承创新中提出了流动镶嵌模型 S.J.SingerG.Nicolson 探究历程探究历程Year19721972年年流动镶嵌模型的诞生流动镶嵌模型的诞生 探究历程探究历程Year19721972年年流动镶嵌模型的基本内容流动镶嵌模型的基本内容 细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的。的。是膜的基本支架，其内部是磷脂是膜的基本支架，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，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。蛋白质分子以不同发方式镶因此具有屏障作用。蛋白质分子以不同发方式镶嵌在磷脂双分子层中：有的嵌在磷脂双分子层中：有
18、的 在磷脂双分子层在磷脂双分子层表面，有的部分或全部表面，有的部分或全部 磷脂双分子层中，磷脂双分子层中，有的有的 于整个磷脂双分子层。这些蛋白质分子于整个磷脂双分子层。这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。在物质运输等方面具有重要作用。磷脂双分子层磷脂双分子层镶镶嵌入嵌入贯穿贯穿 探究历程探究历程Year19721972年年流动镶嵌模型的基本内容流动镶嵌模型的基本内容细胞表面的识别、细胞表面的识别、细胞间的信息传递细胞间的信息传递 既然膜内部分是疏水的，水分子为既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？什么能跨膜运输呢？一是因为水分子极小，可以通过由于磷脂分一是因为水分子极小，可
19、以通过由于磷脂分子运动所产生的间隙；二是因为膜上存在水通道子运动所产生的间隙；二是因为膜上存在水通道蛋白，水分子可以通过通道蛋白通过膜。蛋白，水分子可以通过通道蛋白通过膜。本节小结本节小结Year19721972年年一、对细胞膜结构的探究历程一、对细胞膜结构的探究历程 1、探究一：细胞膜的组成成分、探究一：细胞膜的组成成分 脂质脂质 蛋白质蛋白质 少量糖类少量糖类 2、探究二：磷脂和蛋白质的排布、探究二：磷脂和蛋白质的排布 磷脂磷脂双分子层构成基本骨架双分子层构成基本骨架 蛋白质蛋白质镶在、贯穿、嵌入在磷脂双分子层中镶在、贯穿、嵌入在磷脂双分子层中 3、探究三：细胞膜的结构特点、探究三：细胞膜的结构特点 具有一定的流动性具有一定的流动性 二、流动镶嵌模型的基本内容二、流动镶嵌模型的基本内容
