1、第第2 2节节 生物膜的流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型安阳市二中安阳市二中 张炜张炜 作为一个最小生命系统作为一个最小生命系统-细胞的边界，细胞的边界，细胞膜有哪些细胞膜有哪些特点特点和和功能功能呢？呢？回忆：回忆：选择透过性膜，能够控制物质的进出选择透过性膜，能够控制物质的进出有弹性有弹性可以进行细胞间的信息交流可以进行细胞间的信息交流 如果让你制作一个细胞模型，作为细胞膜如果让你制作一个细胞模型，作为细胞膜的材料有三种：塑料袋、普通布和弹力布的材料有三种：塑料袋、普通布和弹力布 ，你认为哪种材料最好？为什么？你认为哪种材料最好？为什么？想一想想一想资料补充：资料补充：塑料袋：塑料袋：无毒
2、、无味、无臭。聚乙烯薄膜，轻盈透明，具无毒、无味、无臭。聚乙烯薄膜，轻盈透明，具有防潮、抗氧、耐酸、耐碱、气密性一般，热封性优异等有防潮、抗氧、耐酸、耐碱、气密性一般，热封性优异等性能。性能。普通布：普通布：用麻、棉等织成的。用麻、棉等织成的。弹力布：弹力布：使用原料纱等原料制成的使用原料纱等原料制成的 针织物，在横向拉伸时有优良弹性，针织物，在横向拉伸时有优良弹性，不易卷边不易卷边.有没有更好的材料呢？有没有更好的材料呢？一、对生物膜结构的探索历程一、对生物膜结构的探索历程 要找到更好的材料，我们还需要对细胞要找到更好的材料，我们还需要对细胞膜的结构有更深的认识。膜的结构有更深的认识。第第2
3、 2节节 生物膜的流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型 细胞内的每一种结构都是由化学物质构成的细胞内的每一种结构都是由化学物质构成的，那么细胞膜具有什么样的组成成分呢？，那么细胞膜具有什么样的组成成分呢？问题一：问题一：细胞膜的通透性实验细胞膜的通透性实验 时间：时间：1919世纪末世纪末 18951895年年 人物：人物：欧文顿（欧文顿（E.OvertonE.Overton）实验：实验：用用500500多种物质对植物细胞进行上万次的通透多种物质对植物细胞进行上万次的通透 性实验，发现性实验，发现：提出假说：提出假说：资料一：资料一：不溶于脂质的物质不溶于脂质的物质溶于脂质的物质溶于脂质的物质细胞
4、膜细胞膜结构上结构上“相似相似”，彼此就，彼此就“互溶互溶”。资料二：资料二：实验：实验：科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，然后用蛋白酶处理。（已知蛋白酶能专一性然后用蛋白酶处理。（已知蛋白酶能专一性 的催化蛋白质的分解）的催化蛋白质的分解）实验现象：实验现象：做出假设：做出假设：细胞膜被破坏。细胞膜被破坏。细胞膜的成分中含有蛋白质。细胞膜的成分中含有蛋白质。综上所述，生物膜是由综上所述，生物膜是由 和和 组成的。组成的。脂质脂质蛋白质蛋白质想一想想一想从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。有必要，通过
5、鉴定能更准确地说明问题有必要，通过鉴定能更准确地说明问题当时的技术不能实现当时的技术不能实现技术对科学研究具有重要的推动作用！技术对科学研究具有重要的推动作用！资料三：资料三：时间：时间：2020世纪初世纪初 实验：实验：科学家对哺乳动物红细胞的细胞膜进行了化学科学家对哺乳动物红细胞的细胞膜进行了化学 分析分析 实验结论：实验结论：确定细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质。确定细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质。红细胞的细胞膜 “假说假说”是在实验与观察的基础是在实验与观察的基础上提出来的，但同时又需要更进一上提出来的，但同时又需要更进一步的实验来证明！步的实验来证明！问题二：问题二：生物膜的主要成分是
6、脂质和蛋白质，那么，生物膜的主要成分是脂质和蛋白质，那么，时间：时间：19251925年年 人物：人物：荷兰科学家荷兰科学家GorterGorter和和GrendelGrendel 实验：实验：从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，资料四：资料四：磷脂分子磷脂分子经检验证明：经检验证明：细胞膜中的脂质主要是指细胞膜中的脂质主要是指磷脂磷脂。磷脂是一种由甘油，脂肪酸和磷酸所组成的分子，磷酸头部是亲水的，脂肪酸尾部是疏水的。尾部尾部头部头部亲水亲水疏水疏水 于是，我们可以将磷脂分子在于是，我们可以将磷脂分子在空气空气水水界面上铺展成单分子层！界面上铺展成单分子层！思考
7、：思考：亲水性头部亲水性头部疏水性尾部疏水性尾部 水水 将磷脂分子在将磷脂分子在空气空气水界面水界面上上铺展成单分子层时，磷脂分子的铺展成单分子层时，磷脂分子的头尾将如何排布？头尾将如何排布？模型建构模型建构1空气空气 时间：时间：19251925年年 人物：人物：荷兰科学家荷兰科学家GorterGorter和和GrendelGrendel 实验：实验：从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现：发现：资料四：资料四：单层分子的面积是细胞膜的单层分子的面积是细胞膜的2 2倍倍。提出假说：提出假说：细胞膜中的磷脂分子是双层排布的。细胞膜中的磷脂分子是双层排布的。思考
8、：思考：细胞膜中的磷脂分子是怎样排列成两层的呢？细胞膜中的磷脂分子是怎样排列成两层的呢？请大家自己动手尝试画一画。请大家自己动手尝试画一画。模型建构模型建构2模型建构模型建构2资料补充：资料补充：1.体内细胞生活在体内细胞生活在液体液体环境中。环境中。2.细胞内的细胞质基质主要成分也是水。细胞内的细胞质基质主要成分也是水。即：即：细胞内外都是细胞内外都是液体液体环境！环境！细胞内：液体环境细胞内：液体环境细胞外：液体环境细胞外：液体环境亲水性头部亲水性头部疏水性尾部疏水性尾部 模型建构模型建构2细胞细胞内水内水环境环境 细胞外水环境细胞外水环境模型建构模型建构2生物膜中的磷脂的排列方式：生物膜
9、中的磷脂的排列方式：问题三：问题三：生物膜的主要成分是磷脂和蛋白质，其中磷脂生物膜的主要成分是磷脂和蛋白质，其中磷脂分子是双层排布的。分子是双层排布的。时间：时间：19591959年年 人物：人物：罗伯特森（罗伯特森（J.D.RobertsenJ.D.Robertsen）实验：实验：用超薄切片技术获得清晰的细胞膜电镜照片，用超薄切片技术获得清晰的细胞膜电镜照片，显示暗显示暗明明暗三层结构。暗三层结构。资料五：资料五：小资料小资料(关于电镜成像关于电镜成像)电子显微镜是用电子束照射被检样品，由于电子与电子显微镜是用电子束照射被检样品，由于电子与不同物质发生碰撞而产生不同散射度。因不同物质发生碰撞
10、而产生不同散射度。因蛋白质蛋白质电子电子密度高，故显密度高，故显暗带暗带，磷脂磷脂分子电子密度低则呈分子电子密度低则呈亮带亮带。时间：时间：19591959年年 人物：人物：罗伯特森（罗伯特森（J.D.RobertsenJ.D.Robertsen）实验：实验：用超薄切片技术获得清晰的细胞膜电镜照片，用超薄切片技术获得清晰的细胞膜电镜照片，显示暗显示暗明明暗三层结构。暗三层结构。提出假说：提出假说：资料五：资料五：生物膜是生物膜是由由“蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质”的三层结构构成的三层结构构成的静态统一结构的静态统一结构“蛋白质蛋白质脂脂质质蛋白质蛋白质”三明治模型三明治模型u要点要点：所有
11、膜结构都所有膜结构都相同；相同；静态的结构。静态的结构。思考：思考：新技术带来新技术带来新发现 时间：时间：2020世纪世纪6060年代年代 实验：实验：科学家用扫描电镜技术和冰冻蚀刻技术揭示了科学家用扫描电镜技术和冰冻蚀刻技术揭示了 细胞膜结构中的蛋白颗粒所处位置状态。细胞膜结构中的蛋白颗粒所处位置状态。方法：方法：结论：结论：资料六：资料六：将标本用干冰等冰冻。后用冷刀断开，升温后将标本用干冰等冰冻。后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。暴露断裂面。蛋白质蛋白质镶在镶在、嵌入嵌入、横跨横跨在磷脂双分子层中。在磷脂双分子层中。蛋白质在膜中的分布是蛋白质在膜中的分布是不对称不对称的：的：议一议：议一
12、议：问题四：问题四：时间：时间：19701970年年 人物：人物：Larry FryeLarry Frye等等 实验：实验：将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体标记后，将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧 光、另一半发绿色荧光，光、另一半发绿色荧光，3737下放置一段时下放置一段时 间后发现两种荧光抗体均匀分布。间后发现两种荧光抗体均匀分布。资料七：资料七：提出假说：提出假说：细胞膜具有流动性。细胞膜具有流动性。生物膜的流动性会体现在其形态的改变生物膜的流动性会体现在其形态的改变上，你还能列举出一些可以证明生物膜具有上
13、，你还能列举出一些可以证明生物膜具有流动性的例子吗？流动性的例子吗？分泌蛋白产生过程中会出现囊泡；分泌蛋白产生过程中会出现囊泡；植物细胞的质壁分离及复原；植物细胞的质壁分离及复原；动物细胞吸水膨胀和失水皱缩；动物细胞吸水膨胀和失水皱缩；变形虫在摄食时可以伸出伪足；变形虫在摄食时可以伸出伪足；说一说：说一说：变形虫正在吞噬草履虫变形虫正在吞噬草履虫变形虫体内变形虫体内已经被吞噬的草履虫已经被吞噬的草履虫正在被消化正在被消化的食物泡的食物泡 静止模型的观点静止模型的观点从而被从而被推翻了推翻了。静止模型的观点静止模型的观点从而被从而被推翻了推翻了。1972年，桑格和尼克森在继承中创新年，桑格和尼克
14、森在继承中创新提出提出流动镶嵌模型流动镶嵌模型（现被大多数人所接受）（现被大多数人所接受）。1、生物膜的、生物膜的成分成分：2、生物膜的、生物膜的结构结构：3、生物膜的、生物膜的结构特点结构特点：二、流动镶嵌模型的基本内容二、流动镶嵌模型的基本内容脂质、蛋白质、（脂质、蛋白质、（少量）少量）多糖。多糖。磷脂双分子层：磷脂双分子层：蛋白质：蛋白质：糖蛋白：糖蛋白：流动性。流动性。生物膜的结构模型示意图生物膜的结构模型示意图 基本骨架。基本骨架。镶在、嵌入、横跨镶在、嵌入、横跨在磷在磷脂双分子层中。脂双分子层中。具有保护、润滑、细胞具有保护、润滑、细胞 识别的作用。识别的作用。为什么呢？为什么呢？
15、阅读课本阅读课本P68 全部内容（包括小字部全部内容（包括小字部分），并总结要点。分），并总结要点。课堂小结：课堂小结：1.生物膜的组成：生物膜的组成：生物膜主要是由生物膜主要是由_和和_组成的。组成的。脂质脂质蛋白质蛋白质2.生物膜的流动镶嵌模型。生物膜的流动镶嵌模型。生物膜的流动模型认为，生物膜的流动模型认为，_构成了膜的基构成了膜的基本骨架；构成生物膜的磷脂具有本骨架；构成生物膜的磷脂具有_；大多数蛋白质；大多数蛋白质分子也是可以分子也是可以_的。的。磷脂双分子层磷脂双分子层3.糖被的结构及功能。糖被的结构及功能。糖被是细胞膜的外表，一层由细胞膜上的糖被是细胞膜的外表，一层由细胞膜上的_
16、和和_结合形成的糖蛋白，其作用是结合形成的糖蛋白，其作用是_、_等。等。蛋白质蛋白质糖类糖类保护和润滑保护和润滑细胞识别细胞识别流动性流动性运动运动1、据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素D D等等物质较容易优先通过细胞膜，这是因为（物质较容易优先通过细胞膜，这是因为（）A A 细胞膜具有一定流动性细胞膜具有一定流动性B B 细胞膜是选择透过性细胞膜是选择透过性C C 细胞膜的结构是以磷脂分子层为基本骨架细胞膜的结构是以磷脂分子层为基本骨架D D 细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子课堂练习：课堂练习：2.2.提出生物膜的流动镶嵌
17、模型的科学家是（提出生物膜的流动镶嵌模型的科学家是（）A A 欧文顿欧文顿 B B 桑格和尼克森桑格和尼克森C C 施旺和施莱登施旺和施莱登 D D 罗伯特森罗伯特森课堂练习：课堂练习：3 3、异体器官移植手术往往很难成功，最大的障碍、异体器官移植手术往往很难成功，最大的障碍就是异体细胞间的排斥，这主要是由于细胞膜具有就是异体细胞间的排斥，这主要是由于细胞膜具有识别作用。这种生理功能的结构基础是识别作用。这种生理功能的结构基础是()A A细胞膜主要由脂质和蛋白质分子构成细胞膜主要由脂质和蛋白质分子构成B B细胞膜表面有糖蛋白细胞膜表面有糖蛋白C C细胞膜具有一定的流动性细胞膜具有一定的流动性D
18、 D细胞膜具有选择透过性细胞膜具有选择透过性课堂练习：课堂练习：4、变形虫的任何部位都能伸出伪足，人体某些白细变形虫的任何部位都能伸出伪足，人体某些白细胞能吞噬病菌，这些生理过程的完成都依赖于细胞膜胞能吞噬病菌，这些生理过程的完成都依赖于细胞膜的（的（）A A 保护作用保护作用 B B 一定的流动性一定的流动性C C 主动运输主动运输 D D 选择透过性选择透过性课堂练习：课堂练习：5、如图表示细胞膜的如图表示细胞膜的亚显微结构模式图，请亚显微结构模式图，请根据图回答：根据图回答：（1 1）图中）图中【B B】_的的基本组成单位是基本组成单位是_。构成细胞膜基本支架的结构是。构成细胞膜基本支架
19、的结构是【】_。（2 2）与细胞膜的识别作用相关的结构是）与细胞膜的识别作用相关的结构是【】_。（3 3）细胞膜的外侧是）细胞膜的外侧是_（M M、N N）侧，）侧，判断的依据是判断的依据是_。课堂练习：课堂练习：BDNM CA E蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸D磷脂双分子层磷脂双分子层E糖蛋白糖蛋白MM侧有糖蛋白，侧有糖蛋白，糖蛋白分布在细胞膜外侧糖蛋白分布在细胞膜外侧5、如图表示细胞膜的如图表示细胞膜的亚显微结构模式图，请亚显微结构模式图，请根据图回答：根据图回答：（4 4）吞噬细胞吞噬细菌）吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了细胞膜具有的过程体现了细胞膜具有_性。这是因为性。这是因为_。（5 5）不同
20、细胞细胞膜的生理功能不同，主要取决于细胞）不同细胞细胞膜的生理功能不同，主要取决于细胞膜上的哪些结构？膜上的哪些结构？_（填写序号）。（填写序号）。（6 6）细胞膜的这种结构模型被称为：）细胞膜的这种结构模型被称为：_。课堂练习：课堂练习：DN CA E BM流动流动组成细胞膜组成细胞膜的磷脂分子和多数蛋白质分子都是可以运动的的磷脂分子和多数蛋白质分子都是可以运动的B流动镶嵌模型流动镶嵌模型 生物膜的流动镶嵌模型是否就生物膜的流动镶嵌模型是否就已经完美无缺了呢？已经完美无缺了呢？思考：思考：20032003年度诺贝尔化学奖授予两名年度诺贝尔化学奖授予两名研究细胞膜的美国科学家研究细胞膜的美国科
21、学家Peter Peter AgreAgre和和Roderick MacKinnonRoderick MacKinnon。流动镶嵌模型是目前被流动镶嵌模型是目前被大多数人大多数人广泛接广泛接受的生物膜模型，但它仍有一定的局限性。受的生物膜模型，但它仍有一定的局限性。那么，目前还有哪些模型是与其并行存在呢？那么，目前还有哪些模型是与其并行存在呢？请大家利用课外时间上网或去图书馆查请大家利用课外时间上网或去图书馆查找相关资料，了解其他生物膜结构模型的基本找相关资料，了解其他生物膜结构模型的基本内容。内容。课外拓展：课外拓展：参考网页：参考网页：http：/ 回顾刚才的探索历程，如果你是桑格或尼回顾
22、刚才的探索历程，如果你是桑格或尼克森，你的克森，你的“流动镶嵌模型流动镶嵌模型”会是什么样？会是什么样？试一试：试一试：流动性流动性流动镶嵌模型流动镶嵌模型 回顾刚才的探索历程，如果你是桑格或尼回顾刚才的探索历程，如果你是桑格或尼克森，你的克森，你的“流动镶嵌模型流动镶嵌模型”会是什么样？会是什么样？试一试：试一试：构建模型：试一试：试一试：具有流动性！具有流动性！在前一章节中我们曾经提到：要想真正看到细胞膜需要使用在前一章节中我们曾经提到：要想真正看到细胞膜需要使用电子显微镜，可是，在电镜发明之前，人们就已经推测出了细胞电子显微镜，可是，在电镜发明之前，人们就已经推测出了细胞膜的存在。那么，
23、我们可以根据什么来证明这一论断呢？膜的存在。那么，我们可以根据什么来证明这一论断呢？在细胞学说提出前后，细胞吸引了很多学者在细胞学说提出前后，细胞吸引了很多学者(包括业余爱好包括业余爱好者者)进行观察研究。进行观察研究。例如：例如：18551855年，耐格里年，耐格里(K.W.Mageli)(K.W.Mageli)发现细胞表面有阻碍染发现细胞表面有阻碍染料进入的现象，这提示了膜结构的存在。他发现色素透入已损伤料进入的现象，这提示了膜结构的存在。他发现色素透入已损伤和未损伤的植物细胞的情况并不相同。于是便通过细胞的渗透特和未损伤的植物细胞的情况并不相同。于是便通过细胞的渗透特性去研究它的性去研究
24、它的“边界边界”。又如：又如：19311931年，有人年，有人(Plowe)(Plowe)用微针触及植物原生质体，指用微针触及植物原生质体，指出细胞有弹性膜，可伸展，不同于细胞质的部分。用微针穿过膜，出细胞有弹性膜，可伸展，不同于细胞质的部分。用微针穿过膜，引起局部可恢复的损伤。而大量广泛的损伤导致细胞死亡。引起局部可恢复的损伤。而大量广泛的损伤导致细胞死亡。种种事实一再证明，种种事实一再证明，细胞的边界细胞的边界 细胞膜是真实存在的。细胞膜是真实存在的。模型建构模型建构2 根据我们目前获得的所有相关信息，根据我们目前获得的所有相关信息，你能否构建一个细胞膜模型？你能否构建一个细胞膜模型？画一画画一画:细胞膜的结构模型简图细胞膜的结构模型简图画一画：画一画：细胞膜中的磷脂分子是双层排布的。细胞膜中的磷脂分子是双层排布的。蛋白质镶在、嵌入、横跨在磷脂双分子层中。蛋白质镶在、嵌入、横跨在磷脂双分子层中。要点：要点：
