生物膜的流动镶嵌模型

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 是谁是谁, ,隔开了原始海洋的动荡隔开了原始海洋的动荡, , 是谁是谁, ,为我日夜守边防为我日夜守边防, , 是谁是谁, ,为我传信报安康。为我传信报安康。 没有你没有你, ,我我一个小小的细胞一个小小的细胞 会是何等模样会是何等模样? ? 丁卫萍丁卫萍 细胞膜的功能有哪些？ 问题探讨 塑料袋 普通布 弹力布 其他 用用结构跟功能相适结构跟功能相适 应的应的观点分析，用哪观点分析，用哪 种材料做细胞膜更适于种材料做细胞膜更适于 体现细胞膜的功能？体现细胞膜的功能？ 细胞膜具有：细胞膜具有： 1.分隔分隔 2.控制物质的进出控制物质的进

2、出 3.信息交流信息交流 弹力布能完全表现弹力布能完全表现 细胞膜的功能吗？细胞膜的功能吗？ 开篇：开篇： 从生理功能入手的科学研究从生理功能入手的科学研究 从生理功能入手的科学研究从生理功能入手的科学研究 19世纪末，欧文顿（世纪末，欧文顿（E.Overton）在研究各种未受精卵细）在研究各种未受精卵细 胞的透性实验胞的透性实验 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 细胞膜 从实验现象能推测出什么结论呢？从实验现象能推测出什么结论呢？ 思考与讨论思考与讨论: : 最初认识到生物膜 是由脂质组成的， 是通过对实验现象 的推理分析还是通 过膜成分的提取和 鉴定？ 在推理

3、分析得出结 论后，还有必要对 膜的成分进行提取、 分离和鉴定吗？ 膜是由脂质组成膜是由脂质组成 最初最初依据实验现象依据实验现象 和有关知识，经过和有关知识，经过 严谨的严谨的推理推理和大胆和大胆 的想像，提出设想，的想像，提出设想， 是一种常见的科学是一种常见的科学 方法。假说方法。假说还需要还需要 通过实验观察通过实验观察来证来证 实。实。 提出假说 2020世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的成熟世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的成熟 的红细胞中分离出来，化学分析膜表明：的红细胞中分离出来，化学分析膜表明： 实验证据实验证据 从生理功能入手的科学探究从生理功能入手的科学探究 膜的主要成分是

4、膜的主要成分是脂质脂质和蛋白质蛋白质 脂质和蛋白质是怎样组合形成膜的呢？脂质和蛋白质是怎样组合形成膜的呢？ 问题：问题： 继承篇：继承篇： 单位膜模型的提出单位膜模型的提出 单位膜模型的提出单位膜模型的提出 小资料 磷脂是组成细胞磷脂是组成细胞 的主要脂质，是的主要脂质，是 一种由甘油、脂一种由甘油、脂 肪酸、和磷酸等肪酸、和磷酸等 所组成的分子。所组成的分子。 它有一个它有一个亲水亲水磷磷 酸酸“头头”部，和部，和 一个一个疏水疏水的脂肪的脂肪 酸的酸的“尾尾”部。部。 想一想：想一想： 磷脂分子在空气磷脂分子在空气- -水界面水界面 上会怎么样铺展？上会怎么样铺展？ 亲水亲水 “头部头部”

5、 水水 空气空气 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， 朝向空气的一面，在水空朝向空气的一面，在水空 气界面上铺展成单分子层。气界面上铺展成单分子层。疏水疏水 “尾部尾部” 单位膜模型的提出单位膜模型的提出 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，同学们尝试同学们尝试 着大胆的推测和想象一下在这样的环境中，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？磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢？ 推 测 单位膜模型的提出单位膜模型的提出 实验证据 1925年年 两位荷兰科学家用两位荷兰科学家用丙酮丙酮

6、（一种有机溶剂）从一定数量的红细胞（一种有机溶剂）从一定数量的红细胞 中抽提脂类，在空气中抽提脂类，在空气-水界面上铺展成水界面上铺展成 单分子层，测得单分子层的面积恰为红单分子层，测得单分子层的面积恰为红 细胞表面积的细胞表面积的2倍倍 脂质分子必然排列为连续脂质分子必然排列为连续 的的两层两层 GORTER 脂质单分子层脂质单分子层=2=2细胞膜细胞膜 单位膜模型的提出单位膜模型的提出 蛋白质位于细胞膜的什么位置呢？ 推测？推测？ 40年代，曾经有学者推测蛋白质覆盖年代，曾经有学者推测蛋白质覆盖 在脂质的两边。在脂质的两边。 假假 说说 问题：问题： 单位膜模型的提出单位膜模型的提出 19

7、59年，罗伯特森（年，罗伯特森（J. D. Robertson ）用超薄切片技术获得了）用超薄切片技术获得了 清晰的细胞膜电镜下的照片，显示暗清晰的细胞膜电镜下的照片，显示暗- 明明-暗三层结构暗三层结构。 实验证据 蛋白质的电子密度高，在电蛋白质的电子密度高，在电 镜下显暗色；磷脂分子的电镜下显暗色；磷脂分子的电 子密度低，显亮色。子密度低，显亮色。 蛋白质蛋白质 蛋白质蛋白质 脂质脂质 单位膜模型单位膜模型 单位膜模型无法解释的现象单位膜模型无法解释的现象 植物细胞质壁分离现象植物细胞质壁分离现象 开拓篇：开拓篇： 新技术带来新模型新技术带来新模型 膜能运动吗？如果运动，膜上的蛋白质又该位

8、于膜能运动吗？如果运动，膜上的蛋白质又该位于 什么位置？什么位置？ 跨膜蛋白外周蛋白 嵌入蛋白 新技术带来新模型新技术带来新模型 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 科学家关于蛋白质在细胞膜上存在的 三种方式的概括： l镶在膜表面 l嵌在膜中 l贯穿膜 标本用干冰等冰冻。后用冷刀断开，升温后暴露断裂面标本用干冰等冰冻。后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。 新技术带来新模型新技术带来新模型 用荧光染料标记 某种物质，利用其 荧光特性，来反应 研究对象的相关信 息。 荧光标记荧光标记技术 膜上的蛋白质可 以运动运动 新技术带来新模型新技术带来新模型 小资料 磷脂分子的运动 细胞膜

9、具有 流动性 新技术带来新模型新技术带来新模型 在新的观察和实验证据的基础上，在新的观察和实验证据的基础上，1972年桑格年桑格(S.J.Singer)和尼克森和尼克森 (G.Nicolson)提出了新的生物膜模型提出了新的生物膜模型流动镶嵌模型流动镶嵌模型，为多数，为多数 人所接受。人所接受。 流动镶嵌模型流动镶嵌模型 流动镶嵌模型基本内容的总结流动镶嵌模型基本内容的总结: 3 3、蛋白质分子存在形态：、蛋白质分子存在形态： 有镶在表面、嵌入、贯穿三种，外侧的蛋白质分子有镶在表面、嵌入、贯穿三种，外侧的蛋白质分子 与糖类结合形成糖被。与糖类结合形成糖被。体现了生物膜的体现了生物膜的不对称性不

10、对称性。 （糖被与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系）（糖被与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系） 注注 意意 .23 细胞膜的流动性与细胞功能的关系细胞膜的流动性与细胞功能的关系 吞噬作用吞噬作用 思考： 单位膜模型与流动镶嵌模型有何异同？ 生物膜的流动镶嵌模型是否已完 美无缺呢？ ？ ？ ？ 20032003年度诺贝年度诺贝 尔化学奖授予两名研尔化学奖授予两名研 究细胞膜的美国科学究细胞膜的美国科学 家家阿格雷阿格雷和和麦金农麦金农。 以表彰他们在细胞膜以表彰他们在细胞膜 物质运输的通道方面物质运输的通道方面 所做的贡献。所做的贡献。 不断完善和发展的流动镶嵌模型不断完善和发展的流动镶嵌模

11、型 ：19世纪末，欧文顿发现世纪末，欧文顿发现 物质更容易透过细胞膜。物质更容易透过细胞膜。 。 20世纪初，对膜的化学分析结果指出膜主要由世纪初，对膜的化学分析结果指出膜主要由 和和 组组 成。成。 脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？ 1925年年 荷兰科学家测得膜单分子层恰为红细胞表面积的荷兰科学家测得膜单分子层恰为红细胞表面积的2倍，提出倍，提出 . 1959年罗伯特森提出的单位膜模型：所有生物膜都由年罗伯特森提出的单位膜模型：所有生物膜都由 三层结构。三层结构。 如果膜是静态的，细胞的一些复杂功能又怎样解释呢？如果膜是静态的，细胞的一些复杂功能又怎样解释呢？

12、1970年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具 有有 。 1972年，桑格和尼克森提出了年，桑格和尼克森提出了 。 回顾：对生物膜结构的探索历程回顾：对生物膜结构的探索历程 溶于脂质的溶于脂质的 膜是由脂质组成膜是由脂质组成 脂质脂质蛋白质蛋白质 脂质分子排列为连续的两层脂质分子排列为连续的两层 蛋白质蛋白质-脂质脂质-蛋白质蛋白质 流动性流动性 流动镶嵌模型流动镶嵌模型 小结：概念图小结：概念图 基本支架基本支架 具有流动性具有流动性 有的横跨整个磷有的横跨整个磷 脂双分子层脂双分子层 生物膜生物膜 大多数可以运动大多数可以运动

13、生物膜具有结构特性生物膜具有结构特性: 磷脂双分子层磷脂双分子层蛋白质分子蛋白质分子 部分镶在磷脂部分镶在磷脂 双分子层表面双分子层表面 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 流动性流动性 成分成分 不要灰心，不要灰心， 再来一次！再来一次！ 不要灰心，不要灰心， 再来一次！再来一次！ 不要灰心，不要灰心， 再来一次！再来一次！ 恭喜你，答恭喜你，答 对了！再接对了！再接 再厉！再厉！ 知识闯关：第一关知识闯关：第一关 人体内的白细胞能进行变形运动，穿出毛细人体内的白细胞能进行变形运动，穿出毛细 血管壁，吞噬侵入人体内的病菌，这个过程血管壁，吞噬侵入人体内的病菌，这个过程

14、 的完成依靠细胞膜的的完成依靠细胞膜的 （ ） 选择透过性选择透过性 保护作用保护作用 流动性流动性 扩散扩散 不要灰心，不要灰心， 再来一次！再来一次！ 不要灰心，不要灰心， 再来一次！再来一次！ 不要灰心，不要灰心， 再来一次！再来一次！ 恭喜你，答恭喜你，答 对了！再接对了！再接 再厉！再厉！ 知识闯关：第二关知识闯关：第二关 使磷脂特别适于形成细胞膜的原因是（使磷脂特别适于形成细胞膜的原因是（ ） 磷脂是疏水性磷脂是疏水性 磷脂是亲水性的磷脂是亲水性的 磷脂能迅速吸水磷脂能迅速吸水 磷脂既是疏水性的又是亲水性的磷脂既是疏水性的又是亲水性的 不要灰心，不要灰心， 再来一次！再来一次！ 不

15、要灰心，不要灰心， 再来一次！再来一次！ 不要灰心，不要灰心， 再来一次！再来一次！ 恭喜你，答恭喜你，答 对了！再接对了！再接 再厉！再厉！ 知识闯关：第三关知识闯关：第三关 细胞膜具有选择透过性，与这一特性密切相细胞膜具有选择透过性，与这一特性密切相 关的成分是（关的成分是（ ） 磷脂磷脂 糖蛋白糖蛋白 蛋白质蛋白质 磷脂、蛋白质磷脂、蛋白质 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 等物质较容易优先通过细胞膜，这是因为等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