1、第第3 3章章 细胞的基本结构细胞的基本结构第第1 1节节 细胞膜的结构和功能细胞膜的结构和功能我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧。引自翟中和院士等主编的细胞生物学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。用它染死细胞会被染成蓝色，而活细液。用它染死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。胞不会着色。讨论：讨论：问题探讨问题探讨1.1.为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？色？2.2.据此推测，细胞膜作为据此推测，细胞膜作为细胞的边界细胞的边界，应该具，应该具有什么功能？有什么功能？活细胞的细胞膜作
2、为边界具有控制物质进出细胞的功能，活细胞能阻止台盼蓝进入细胞内，因此活细胞不能被染色。一、细胞膜的功能1.将细胞与外界环境分隔开将细胞与外界环境分隔开 细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜，也叫质膜。使细胞成为相对独立的系统 保障了细胞内部环境的相对稳定细胞膜的控制作用是相对的细胞膜的控制作用是相对的2.控制物质进出细胞控制物质进出细胞可可“进进”营养物质营养物质（氨基酸、无机盐、葡萄糖等）不易不易“进进”对细胞有对细胞有害的物质害的物质（如细菌、病毒等）可可“出出”不可不可“出出”代谢废物代谢废物抗体、激素抗体、激素等物质等物质细胞内的核细胞内的核酸等有用的酸等有用的成分成分一、细
3、胞膜的功能在球场上，当发现足球快速向你头部飞奔过来，你会迅速躲避或在球场上，当发现足球快速向你头部飞奔过来，你会迅速躲避或用胳膊阻挡。用胳膊阻挡。思考：思考：思考思考讨论讨论1.1.哪些细胞参与完成了上述活动？它们发挥的具体作用是什么？哪些细胞参与完成了上述活动？它们发挥的具体作用是什么？2.2.眼部组织细胞、神经元细胞和肌肉细胞之间如何实现相互沟通呢？眼部组织细胞、神经元细胞和肌肉细胞之间如何实现相互沟通呢？间接交流（化学物质）间接交流（化学物质）内分泌细胞的激素（如胰岛素），随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。3.进行细胞间的信息交流进行细胞间的信息交流
4、靶细胞：靶细胞：接受信号的细胞接受信号的细胞受体：受体：靶细胞膜上与信号靶细胞膜上与信号特异性结合特异性结合的的位点位点一、细胞膜的功能直接接触直接接触3.进行细胞间的信息交流进行细胞间的信息交流 相邻两个细胞的细胞膜接触相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。，信息从一个细胞传递给另一个细胞。一、细胞膜的功能形成通道形成通道相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过其进入另一个细胞。3.进行细胞间的信息交流进行细胞间的信息交流胞间连丝胞间连丝高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用。一、细胞膜的功能随堂检测1.细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能
5、进入细胞，而对细胞有害的物质则不能进入 ()2.植物细胞之间的胞间连丝具有物质运输的作用 ()3.细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构 ()4.红萝卜细胞的液泡中含有紫红色的花青素。将红萝卜切成小块放到水中，水的颜色无明显变化。若进行加热，随着水温的升高，水的颜色逐渐变红。其原因是()A.细胞壁在加温后受到破坏 B.水温升高，花青素的溶解度加大 C.加温使细胞膜和液泡膜失去了控制物质进出的功能 D.加温使花青素分子的活性加大而容易透过细胞膜C二、对细胞膜成分的探索【资料资料1 1】18951895年欧文顿：多种物质对膜的通透性实验，年欧文顿：多种物质对膜的通透性实验，溶于溶于脂质的物质脂
6、质的物质容容易易通过细胞膜，通过细胞膜，不溶于不溶于脂质的物质，脂质的物质，不容易不容易通过细胞膜。通过细胞膜。推测：细胞膜是由脂质组成的细胞膜非脂溶性物质脂溶性物质相似相溶原理相似相溶原理二、对细胞膜成分的探索【资料资料2 2】2020世纪初，科学家对世纪初，科学家对哺乳动物成熟红细胞膜哺乳动物成熟红细胞膜进行了化学成分分析。进行了化学成分分析。红细胞的细胞膜化学分析表明：细胞膜中的脂质有磷脂和胆固醇，磷脂含量最多二、对细胞膜成分的探索1.1.如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在水水空气界面上排布？空气界面上排布？思考思
7、考讨论讨论磷脂磷脂分子分子1.1.如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在水水空气界面上排布？空气界面上排布？思考思考讨论讨论1.1.如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在水水空气界面上排布？空气界面上排布？思考思考讨论讨论1.1.如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在水水空气界面上排布？空气界面上排布？思考思考讨论讨论1.1.如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在如果有一
8、个水槽，把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在水水空气界面上排布？空气界面上排布？思考思考讨论讨论1.1.如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在水水空气界面上排布？空气界面上排布？思考思考讨论讨论1.1.如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在水水空气界面上排布？空气界面上排布？思考思考讨论讨论2.2.细胞膜的两侧都有水环境存在细胞膜的两侧都有水环境存在。请大胆的推测和想象一下在这。请大胆的推测和想象一下在这样的环境中，细胞膜中的磷脂分子可能怎么排布？样的环
9、境中，细胞膜中的磷脂分子可能怎么排布？思考思考讨论讨论水环境二、对细胞膜成分的探索【资料资料3 3】19192525年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞中年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在提取脂质，在空气空气水界面上铺成单分子层水界面上铺成单分子层，测得，测得单层分子的面积单层分子的面积恰为恰为红细红细胞表面积的胞表面积的2 2倍倍。细胞膜中的磷脂分子必然排列成连续的两层。细胞膜中的磷脂分子必然排列成连续的两层。推断：推断：2.2.细胞膜的两侧都有水环境存在细胞膜的两侧都有水环境存在。请大胆的推测和想象一下在这。请大胆的推测和想象一下在这样的环境中，
10、细胞膜中的磷脂分子可能怎么排布？样的环境中，细胞膜中的磷脂分子可能怎么排布？思考思考讨论讨论水环境2.2.细胞膜的两侧都有水环境存在细胞膜的两侧都有水环境存在。请大胆的推测和想象一下在这。请大胆的推测和想象一下在这样的环境中，细胞膜中的磷脂分子可能怎么排布？样的环境中，细胞膜中的磷脂分子可能怎么排布？思考思考讨论讨论水环境水环境2.2.细胞膜的两侧都有水环境存在细胞膜的两侧都有水环境存在。请大胆的推测和想象一下在这。请大胆的推测和想象一下在这样的环境中，细胞膜中的磷脂分子可能怎么排布？样的环境中，细胞膜中的磷脂分子可能怎么排布？思考思考讨论讨论水环境水环境2.2.细胞膜的两侧都有水环境存在细胞
11、膜的两侧都有水环境存在。请大胆的推测和想象一下在这。请大胆的推测和想象一下在这样的环境中，细胞膜中的磷脂分子可能怎么排布？样的环境中，细胞膜中的磷脂分子可能怎么排布？思考思考讨论讨论水环境水环境2.2.细胞膜的两侧都有水环境存在细胞膜的两侧都有水环境存在。请大胆的推测和想象一下在这。请大胆的推测和想象一下在这样的环境中，细胞膜中的磷脂分子可能怎么排布？样的环境中，细胞膜中的磷脂分子可能怎么排布？思考思考讨论讨论水环境水环境2.2.细胞膜的两侧都有水环境存在细胞膜的两侧都有水环境存在。请大胆的推测和想象一下在这。请大胆的推测和想象一下在这样的环境中，细胞膜中的磷脂分子可能怎么排布？样的环境中，细
12、胞膜中的磷脂分子可能怎么排布？思考思考讨论讨论水环境水环境AB水水二、对细胞膜成分的探索【资料4】1935年，英国学者丹尼利和戴维森发现细胞表面张力明显低于油水界面的表面张力；当时人们已经知道了，如果在油水界面中加入一定量的蛋白质，其表面张力降低。二、对细胞膜成分的探索细胞膜成分脂质(50%)蛋白质(40%)糖类(2%10%)磷脂最丰富，此外还有少量的胆固醇功能越复杂的细胞膜，种类和数量越多 不同细胞膜中，各种物不同细胞膜中，各种物质的含量是不同的。质的含量是不同的。三、对细胞膜结构的探索方法：在电子显微镜下观察细胞膜。方法：在电子显微镜下观察细胞膜。现象：细胞膜呈现清晰的现象：细胞膜呈现清晰
13、的_的三层结构。的三层结构。结论：所有的细胞膜都由结论：所有的细胞膜都由_三层结三层结构构成，是一种构构成，是一种_的统一结构。的统一结构。分析：分析：“三明治模型三明治模型”的静态结构模型不的静态结构模型不能解释哪些功能？能解释哪些功能？不能解释细胞的生长、白细胞吞噬细菌、不能解释细胞的生长、白细胞吞噬细菌、受精时细胞融合等。受精时细胞融合等。暗暗亮亮暗暗 蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质 静态静态 【资料资料5 5】(1)1959(1)1959年，罗伯特森年，罗伯特森变形虫摄食纤毛虫变形虫摄食纤毛虫 三、对细胞膜结构的探索冰冻蚀刻技术研究细胞膜结构【资料6】：科学家研究发现，有些膜蛋白的特
14、定区域主要由疏水氨基酸组成，这些区域很可能与脂双层的疏水区域结合，造成这些部分会深深插入膜的内部。磷脂双分子层磷脂双分子层构成了细胞膜的基本支架蛋白质蛋白质分子镶嵌、部分或全部嵌入、贯穿镶嵌、部分或全部嵌入、贯穿于脂双层三、对细胞膜结构的探索时间：时间：19701970年年实验：弗雷和埃迪登实验：弗雷和埃迪登(Frye(Frye 和和 Edidin)Edidin)将人和鼠的细胞将人和鼠的细胞膜蛋白膜蛋白分别用分别用红、绿红、绿荧光标记荧光标记后，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，后，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，放置一段时间后发现两种颜色
15、的荧光均匀分布。放置一段时间后发现两种颜色的荧光均匀分布。融合细胞融合细胞细胞细胞融合融合373740min40min正在融合的细胞正在融合的细胞红色荧光染料红色荧光染料标记膜蛋白标记膜蛋白绿色荧光染料绿色荧光染料标记膜蛋白标记膜蛋白人细胞人细胞小鼠细胞小鼠细胞【资料资料7 7】人人鼠细胞融合实验（荧光标记实验）鼠细胞融合实验（荧光标记实验）结论：结论：细胞膜具有细胞膜具有流动性流动性三、对细胞膜结构的探索【资料资料8 8】19721972年辛格（年辛格（S.J.SingerS.J.Singer）和尼科尔森（）和尼科尔森（G.NicolsonG.Nicolson）总结）总结前人的研究成果，并且
16、在新的观察和实验证据的基础上，提出了新的生物前人的研究成果，并且在新的观察和实验证据的基础上，提出了新的生物膜模型膜模型流动镶嵌模型流动镶嵌模型，为多数人所接受。，为多数人所接受。想一想：在细胞膜结构模型的探索过程中采用了什么科学方法？想一想：在细胞膜结构模型的探索过程中采用了什么科学方法？科学方法科学方法水环境水环境科学方法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。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。四、流动镶
17、嵌模型的基本内容四、流动镶嵌模型的基本内容基本支架：基本支架：其其内部内部是磷脂分子是磷脂分子疏水端疏水端，水溶性分子或离子，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有不能自由通过，因此具有屏障作用屏障作用。磷脂双分子层磷脂双分子层磷脂双分子层磷脂双分子层既然膜内部是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢既然膜内部是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢?思考思考讨论讨论水环境水环境水分子极小，可以通过由于磷脂分子运动而产生的间隙细胞膜上存在水通道蛋白，水分子可以经过水通道蛋白通过膜四、流动镶嵌模型的基本内容蛋白质的位置分布：蛋白质的位置分布：蛋白质蛋白质表面嵌入（部分或全部）贯穿与物质运输有关与物质运输有关
18、四、流动镶嵌模型的基本内容细胞膜两侧具有不对称性细胞膜两侧具有不对称性糖蛋白糖蛋白糖脂糖脂糖类分子与蛋白质结合形成糖类分子与蛋白质结合形成糖蛋白糖蛋白，或与脂质，或与脂质结合形成结合形成糖脂糖脂，这些糖类分子叫做，这些糖类分子叫做糖被糖被。它与细胞表面的它与细胞表面的识别识别、细胞间的、细胞间的信息传递信息传递等功能有密切关系。消化等功能有密切关系。消化道和呼吸道上表皮的糖蛋白有道和呼吸道上表皮的糖蛋白有保护和润滑保护和润滑作用。作用。四、流动镶嵌模型的基本内容细胞膜具有一定流动性细胞膜具有一定流动性 细胞膜具有选择透过性 细胞膜具有一定的流动性细胞膜细胞膜四、流动镶嵌模型的基本内容结构结构功
19、能功能细细胞胞膜膜磷脂磷脂蛋白质蛋白质糖类糖类(少少)运动运动运动运动脂双层为基本骨架脂双层为基本骨架镶嵌、嵌入、贯穿镶嵌、嵌入、贯穿细胞表面细胞表面内部疏水，屏障内部疏水，屏障决定膜的功能决定膜的功能细胞表面的识别、细胞表面的识别、细胞间的信息传递等细胞间的信息传递等1.1.将细胞与外界环境分将细胞与外界环境分隔开隔开2.2.控制物质进出细胞控制物质进出细胞3.3.进行细胞间的信息交进行细胞间的信息交流流结构特性：具有一定的流动性结构特性：具有一定的流动性功能特性：选择透过性功能特性：选择透过性细胞的物质运输、生长、分裂、运动等生命活动细胞的物质运输、生长、分裂、运动等生命活动保障了细胞内部
20、环境的相对稳定组分组分如图是由磷脂分子构成的如图是由磷脂分子构成的脂质体脂质体，它可以作为药物的运载体，将其运，它可以作为药物的运载体，将其运送到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送到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，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。子层中，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。问题探究问题探究水环境水环境(1)(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?(2)(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?由双层磷脂分子
21、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。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。随堂检测1.构成细胞膜的磷脂分子具有流动性，而蛋白质是固定不动的()2.细胞膜的脂质结构使溶于脂质的物质，容易通过细胞膜()3.糖被在细胞膜上呈现出对称分布()4.基于对细胞膜结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。(1)细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能进入细胞，而对细胞有害的物质则不能进入 ()(2)
22、构成细胞膜的脂质主要是磷脂、脂肪、胆固醇 ()(3)向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下一个孔洞()5.罗伯特森在高倍显微镜下看到了细胞膜清晰的暗亮暗的三层结构()6.罗伯特森提出的细胞膜的静态结构模型不能解释细胞的生长现象()随堂检测7.从细胞膜上提取了某种成分，加入双缩脲试剂出现紫色；若加入斐林试剂并加热，出现砖红色。该成分是()A糖脂 B磷脂 C糖蛋白 D脂蛋白8.下图是真核细胞的细胞膜亚显微结构示意图，表示物质。下列有关说法错误的是（）A是糖蛋白，与细胞间信息交流有关 B是蛋白质分子，与控制物质进出有关 C是磷脂双分子层，是细胞膜的基本支架 D在细胞膜上都是静止的9.下列关于生物膜的描述，错误的是()A.磷脂双分子层和大多数蛋白质分子是可以运动的，体现出生物膜的结构特点 B.有些膜蛋白使某些化学反应能在生物膜上进行 C.利用猴或鸡的成熟红细胞制备纯净细胞膜 D.膜上的载体只允许某些物质通过，体现了生物膜具有选择透过性CDC本课小结
