1、第三章 细胞的基本结构3.1 细胞膜的结构与功能细胞膜的结构与功能 科学家用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内，科学家用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞伊红很快扩散到整个细胞,却不能逸出细胞。此实验说明了什么？却不能逸出细胞。此实验说明了什么？任何系统都有边界。细胞作为一个基本的生命系统，任何系统都有边界。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。它的边界就是细胞膜，也叫质膜。一、细胞膜的功能一、细胞膜的功能 膜的出现至关重要，它将生膜的出现至关重要，它将生命物质与外界环境命物质与外界环境分隔开分隔开，产，产生了原始细胞，成为生了原
2、始细胞，成为相对独立相对独立的系统，保障了细胞内部环境的系统，保障了细胞内部环境的的相对稳定相对稳定。1、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膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段。古细菌原始生命营养物质营养物质无用的、无用的、有害的物有害的物质质细胞产生的分泌物、废物 细胞膜的细胞膜的控制控制作用作用是是相对的相对的，例如：有些病毒、例如：有些病毒、细菌也能侵入细细菌也能侵入细胞，使生物体患胞，使生物体患病。病。流感病毒入侵细胞流感病毒入侵细胞2、控制物质进出细胞一、细胞膜的功能一、细胞膜的功能联系生活用凉水洗红苋菜，水不变红；煮苋菜汤，汤却是红色的，这个现
3、象体现了细胞膜的什么功能？当你和朋友面对面时，你们会通过什么方式交流？当你和朋友不在一个地方，你们又会通过什么方式交流呢？如果你们不在一个地方，但是又想面对面交流，那又怎么办呢？间接交流间接交流直接交流直接交流通道交流通道交流一、细胞膜的功能一、细胞膜的功能激素激素内分泌细胞的激素（内分泌细胞的激素（如胰岛素如胰岛素），随），随血液血液到达全身各处，与到达全身各处，与靶细胞靶细胞的细胞的细胞膜表面的膜表面的受体受体结合，将信息传递给靶结合，将信息传递给靶细胞。细胞。受体受体化学本质：化学本质：糖蛋白糖蛋白作用作用：激素激素等化学物质的信号接受等化学物质的信号接受特点：特点：专一性专一性（一种受
4、体只能识别（一种受体只能识别一种或者一类物质）一种或者一类物质）信息分子3、进行细胞间的信息交流（1 1）通过细胞分泌化学物质）通过细胞分泌化学物质间接间接传递信息。传递信息。靶细胞：接受信号的细胞受体：靶细胞膜上与信号 特异性结合的位点发出信号的细胞发出信号的细胞靶细胞靶细胞 与膜结合的与膜结合的信号分子信号分子（2）通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息相邻两个细胞的相邻两个细胞的细胞膜接触细胞膜接触，信息从，信息从一个细胞传递给另一个细胞。一个细胞传递给另一个细胞。3、进行细胞间的信息交流通道传递两个相邻的两个相邻的植物细胞植物细胞细胞壁细胞壁细胞质细胞质细胞膜细胞膜胞间连丝胞间连丝胞间胞
5、间连丝连丝3、进行细胞间的信息交流相邻两个细胞之间形成相邻两个细胞之间形成通道通道，携带信息的物质通过其进入携带信息的物质通过其进入另一个细胞。例如，另一个细胞。例如，高等植高等植物细胞物细胞之间通过之间通过胞间连丝胞间连丝相相互连接，也有信息交流的作互连接，也有信息交流的作用。用。（3）通过细胞通道传递信息细 胞 膜细 胞 膜的 功 能的 功 能1.将细胞与外界环境分隔开2.控制物质进出细胞3.进行细胞间的信息交流【思考】细胞膜的功能是由什么决定的？结构功能间接交流间接交流直接交流直接交流通道交流通道交流 时间：19世纪末 1895年 人物：欧文顿（E.Overton）实验：用500多种物质
6、对植物细胞进行上万次的通透 性实验.发现脂质更容易通过细胞膜。二、对细胞膜成分的探索二、对细胞膜成分的探索最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析,还是通过膜成分的提取和检测？从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。3.1 细胞膜的结构和功能 课件【新教材】人教版（2019）高中生物必修一(共23张PPT)我是欧文顿，经过上万次我是欧文顿，经过上万次实验我发现实验我发现【资料资料2 2】科学家利用哺乳动物】科学家利用哺乳动物成熟红细胞作为实验材料，制备成熟红细胞作为实验材料，制备出纯净的细胞膜，并对细胞膜的出纯净的细胞膜，并对细胞膜的成分进行分析，得出成分进行分析，得出组成细胞膜组成细
7、胞膜的脂质有的脂质有磷脂和胆固醇磷脂和胆固醇，其中，其中磷磷脂脂含量最多含量最多。哺乳动物成熟红细胞哺乳动物成熟红细胞无细胞核和各种细胞器。无细胞核和各种细胞器。【思考】【思考】为什么选择哺乳动物为什么选择哺乳动物成熟红细胞来制备细胞膜？成熟红细胞来制备细胞膜？正常的红细胞圆涨的红细胞涨破的红细胞亲水亲水“头头”疏水疏水“尾尾”想一想：想一想：磷脂分子在空气磷脂分子在空气-水界面上会怎么样铺展？水界面上会怎么样铺展？空气空气水空气ABCD单层磷脂分子在空气单层磷脂分子在空气水界面上是如何排布的呢？水界面上是如何排布的呢？水水空气空气水水空气空气水水空气空气假设一：细胞膜中的磷脂呈单层排布。内侧
8、外侧细胞膜水环境水环境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？内侧外侧细胞膜水环境水环境细胞膜中的磷脂呈双层排布。假说假设二：细胞膜中的磷脂呈双层排布。水水水水 D A水水 C水水B水水水水 E C亲水的亲水的“头部头部”与水接触，与水接触，疏水的疏水的“尾巴尾巴”远离水远离水科学家：戈特和格伦德尔细胞膜的脂质分子必然排列为连续的两层。验证细胞膜中的磷脂呈双层排布。假说实验结果：在空气-水界面上铺成单层分子，测得单层脂质的面积恰为红细胞膜表面积的2倍。水层水层空气空气二、对细胞膜成分的探索【资料资料4 4】1935193
9、5年，英国学者丹年，英国学者丹尼利和戴维森发现细胞表面张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明显低于油水界面的表面张力；当时人们已经知道了，如力；当时人们已经知道了，如果在油水界面中加入一定量的果在油水界面中加入一定量的蛋白质，其表面张力降低。蛋白质，其表面张力降低。【思考】以上资料说明细胞膜中还可【思考】以上资料说明细胞膜中还可能含有什么物质？能含有什么物质？蛋白质蛋白质到了20世纪30年代，科学家已经确定细胞膜中存在蛋白质1、探索历程1895年欧文顿：细胞膜是由脂质组成的1925年荷兰的戈特和格伦德尔：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层1935年英国的丹尼利和戴维森：
10、细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质二、对细胞膜成分的探索2、细胞膜的成分、细胞膜的成分 （约（约50%）（约（约40%）（约（约2%10%）：形成糖蛋白或糖脂，）：形成糖蛋白或糖脂，在细胞膜的外表面，糖蛋白具有保护、润滑在细胞膜的外表面，糖蛋白具有保护、润滑和细胞识别的作用和细胞识别的作用功能越功能越复杂复杂的细胞的细胞膜，蛋白质的膜，蛋白质的_和和_越多越多.（主要）（主要）（动物细胞膜）（动物细胞膜）种类种类数量数量糖类糖类脂质脂质蛋白质蛋白质磷脂磷脂胆固醇胆固醇二、对细胞膜成分的探索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
11、，可能还附有蛋白质。1935年，英国学者丹尼利(.f Danielli)和戴维森(H.Davson)研究了细胞膜的张力。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。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）。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20世纪30年代，科学家已经确定细胞膜中存在蛋白质3.1 细胞膜的结构和功能 课件【新教材】人教版（2019）高中生物必修一(共23张PPT)3.1 细胞膜的结构和功能 课件【新教材】人教版（2019）高中生物必修一(共23张PPT)科学方法 细胞膜结构模型的探索过程，反映了
12、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。科学家首先科学家首先根据已有的知识和信息提出根据已有的知识和信息提出解释某一生物学问题的一种解释某一生物学问题的一种假说假说，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。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。吻合。4、在下列几组化学元素中，构成细胞膜所必需的元素是A.C、H、O B.C、H、O、P C.C、H、O、N D.C、H、O、N、
13、PD D19591959年，罗伯特森（年，罗伯特森（J.D.RobertsenJ.D.Robertsen）在电镜下看到细胞膜清晰）在电镜下看到细胞膜清晰的暗的暗亮亮暗的三层结构。暗的三层结构。2020世纪世纪4040年代，曾有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质年代，曾有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质。生物膜是由生物膜是由“蛋白蛋白质质脂质脂质蛋白质蛋白质”构成的三层构成的三层静态统静态统一一结构。结构。三、对细胞膜结构的探索 20 20世纪世纪6060年代以后，人们对这一模型的异议增加了。不少年代以后，人们对这一模型的异议增加了。不少科学家对于生物膜是静态的观点科学家对于生物膜是静态的观点提出质疑
14、：提出质疑：提出假设：提出假设：生物膜具有流动性生物膜具有流动性三、对细胞膜结构的探索细胞融合细胞融合绿色荧光染料标记绿色荧光染料标记鼠细胞表面蛋白质鼠细胞表面蛋白质373740min40min 这一实验以及相关其他实验证据表明：这一实验以及相关其他实验证据表明：细胞膜具有一定的流动性细胞膜具有一定的流动性红色荧光染料标记红色荧光染料标记人细胞表面蛋白质人细胞表面蛋白质三、对细胞膜结构的探索蛋白质蛋白质()()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（）的蛋白质在膜中的分布是（）的不对称不对称镶镶、嵌嵌、贯穿、贯穿冰冻蚀刻技术在生物膜研究中的应用冰冻蚀刻技术在生物膜研究中的应用
15、三、对细胞膜结构的探索19721972年，年，桑格和尼克森桑格和尼克森在新的在新的观察和实验证据的基础上，提观察和实验证据的基础上，提出了细胞膜的出了细胞膜的流动镶嵌模型，流动镶嵌模型，被多数人认同被多数人认同。三、对细胞膜结构的探索四、流动镶嵌模型的基本内容四、流动镶嵌模型的基本内容1、生物膜的主要成分？2、生物膜的基本支架？3、蛋白质在脂质上的分布方式有哪些？4、糖被的功能？5、生物膜的结构特点？6、生物膜的功能特点？四、流动镶嵌模型的基本内容1.成分：磷脂、蛋白质、糖类2.结构模型磷脂分子磷脂双分子层蛋白质分子糖蛋白糖脂糖被糖被据图用自己的语言描述细胞膜的流动镶嵌模型 四、流动镶嵌模型的
16、基本内容四、流动镶嵌模型的基本内容_是膜是膜的的基本支架基本支架。磷脂双分子层磷脂双分子层_以不同方式以不同方式镶嵌镶嵌在磷脂双分子层中。在磷脂双分子层中。蛋白质分子蛋白质分子a.a.有的镶在磷脂分子层有的镶在磷脂分子层表面表面；b.b.有的有的部分或全部嵌入部分或全部嵌入磷脂双分子层中；磷脂双分子层中；c.c.有的有的贯穿贯穿于整个磷脂双分子层表面；于整个磷脂双分子层表面；细胞膜上细胞膜上 和和 可以流动，因而可以流动，因而细胞膜细胞膜不是静止不动的，而是具有不是静止不动的，而是具有 。流动性流动性磷脂磷脂大多数蛋白质大多数蛋白质蛋白质胆固醇磷脂分子磷脂双分子层糖蛋白糖脂在细胞膜外表面，糖类
17、分子与蛋白质结合形成_，或与脂质结合形成_，这些糖类分子叫做_。糖蛋白糖脂糖被糖被糖被功能：识别、保护、润滑、功能：识别、保护、润滑、细胞间信息传递。细胞间信息传递。判断细胞膜内判断细胞膜内外侧的方法：外侧的方法：外侧：糖蛋白的一外侧：糖蛋白的一侧侧内侧：没有糖蛋白内侧：没有糖蛋白的一侧的一侧与生活中的联系：与生活中的联系：癌症癌症21世纪的世纪的“第一杀手第一杀手”细胞膜的组分细胞膜的组分并不是不可变并不是不可变的，如细胞癌变过程中，细胞膜组的，如细胞癌变过程中，细胞膜组分发生变化，分发生变化，糖蛋白含量下降糖蛋白含量下降，产生，产生甲胎蛋白甲胎蛋白(AFP)、癌胚抗原癌胚抗原(CEA)等物
18、质。等物质。糖被：细胞表面的识别、细胞间的信息传递等糖被：细胞表面的识别、细胞间的信息传递等 磷脂双分子层磷脂双分子层四、流动镶嵌模型的基本内容细胞膜的流动性与选择透过性细胞膜的流动性与选择透过性区别区别结构特点：具有流动性结构特点：具有流动性功能特点：选择透过性功能特点：选择透过性联系联系膜只有具有流动性，才能表现其选择透过性，如果细胞膜膜只有具有流动性，才能表现其选择透过性，如果细胞膜中部分蛋白质充当了载体，运输物质进出细胞，只有它是中部分蛋白质充当了载体，运输物质进出细胞，只有它是运动的，才能运输物质。运动的，才能运输物质。课堂总结练习与应用 一、概念检测1.基于对细胞膜结构和功能的理解
19、，判断下列相关表述是否正确。（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）细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能进入，而对细胞有害的物质则不能进入。()（3）向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下一个空洞。()2.细胞膜的特性和功能是由其结构决定的。下列相关叙述错误的是（）A.细胞膜的脂质结构使溶于脂质的物质，容易通过细胞膜B.由于磷脂双分子层内部是疏水的，因此水分子不能通过细胞膜C.细胞膜的蛋白质分子有物质运输功能D.细胞的生长现象不支持细胞膜的静态结构模型 B 二、拓展应用1.在解释不容易理解的陌生事物时，人们常用类比的方法，将陌生的事物与熟悉的事物作比较。有人
20、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，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？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。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。（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？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。
