高中生物必修1第4章第2节生物膜的流动镶嵌模型

1、是谁，隔开了原始海洋的动荡，是谁，隔开了原始海洋的动荡，是谁，为我日夜守边防，是谁，为我日夜守边防，是谁，为我传信报安康。是谁，为我传信报安康。没有你，我没有你，我一个小小的细胞会是何等模样？一个小小的细胞会是何等模样？诗中的诗中的“你你”是指什么？它有怎样的结构和功能？是指什么？它有怎样的结构和功能？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n 资料资料1 1 19 19世纪末，世纪末，OvertonOverton用用500500多种物质对植物细多种物质对植物细胞进行了上万次的通透性实验。发现：脂胞进行了上万次的通透性实验。发现：脂溶性质比不能溶于脂类的物质更容易通过溶性质比不

2、能溶于脂类的物质更容易通过细胞膜进入细胞中。细胞膜进入细胞中。 后来人们又发现：细胞膜会被溶解脂质的后来人们又发现：细胞膜会被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶溶解。溶剂溶解，也会被蛋白酶溶解。 能否据此推测一下细胞膜的成分？能否据此推测一下细胞膜的成分？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一一. 生物膜结构的探究历程生物膜结构的探究历程n最初认识到生物膜是由脂质组成的，是通最初认识到生物膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析还过对现象的推理分析还 是通过膜成分的提是通过膜成分的提取和鉴定？取和鉴定？n还有必要对膜的成分进行提取、分离还有必要对膜的成分进行提取、分离、鉴

3、鉴定吗定吗？n用什么细胞作实验材料？用什么细胞作实验材料？ 红细胞红细胞(red blood cell(red blood cell， erythrocyte)erythrocyte)是结构是结构最简单的细胞，特别是最简单的细胞，特别是哺乳动物成熟的哺乳动物成熟的红细胞红细胞没有细胞器和细胞核没有细胞器和细胞核，细胞膜是，细胞膜是它唯一的结构，并且易于提纯和分离，它唯一的结构，并且易于提纯和分离，是研究膜结构的最好材料。是研究膜结构的最好材料。 n19051905年，科学家把膜从红细胞中分离出来，年，科学家把膜从红细胞中分离出来，通过化学分析测得其主要成分是通过化学分析测得其主要成分是磷脂和蛋

4、磷脂和蛋白质白质液相色谱法液相色谱法分离混合物分离混合物胆碱胆碱磷酸磷酸甘油甘油脂肪酸脂肪酸亲水头部亲水头部疏水尾部疏水尾部磷脂分子的结构磷脂分子的结构 P66如果许多磷脂分如果许多磷脂分子在子在空气空气水水界面界面上排成上排成单层，单层，应如应如何排布？请画图表何排布？请画图表示示上述单层磷脂分子上述单层磷脂分子被用力被用力搅动搅动后，在后，在水水中中形成了相对形成了相对稳定稳定的的排布形式，该形式应排布形式，该形式应该如何表示？请画图该如何表示？请画图表示表示脂质和蛋白质是怎样形成生物膜的？脂质和蛋白质是怎样形成生物膜的？磷脂是组成细胞的主要脂质，是一种由甘油、脂肪酸、和磷酸等所组成的分子

5、。它有一个亲水磷酸“头”部，和一个疏水的脂肪酸的“尾”部。亲水头部疏水“尾部”小资料小资料搅动后搅动后水溶液水溶液中中形形成成球球状状的的微微团团双双层层脂脂分分子子形形成成脂脂质质体体 空空气气和和水水界界面面上上单单分分子子排排布布表面积为表面积为1 1表面积为表面积为2 2 P49 P49 相关信息相关信息n资料资料2 2 1925 1925年年 ，Gorter Gorter 和和 Grendel Grendel 用丙酮从一定数用丙酮从一定数量红细胞膜中萃取脂类，在空气量红细胞膜中萃取脂类，在空气水界面水界面上铺展为脂上铺展为脂单单层，测得的层，测得的单单分子层的面积分子层的面积与推算所

6、得的红细胞表面积之比约为与推算所得的红细胞表面积之比约为（1.81.82.22.2）：）：1 1 据此能得出什么结论？据此能得出什么结论？ 细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的双层双层S S红细胞红细胞100m2n根据细胞根据细胞内部和外部的环境内部和外部的环境推测一下，磷推测一下，磷脂分子在细胞膜中是如何排布的？脂分子在细胞膜中是如何排布的？n除了磷脂，蛋白质也是生物膜的成分，蛋除了磷脂，蛋白质也是生物膜的成分，蛋白质位于生物膜的什么位置？白质位于生物膜的什么位置？n资料资料3 3 1935 1935年，年，DanielliDanielli和和DavsonDa

7、vson提出了脂质两边提出了脂质两边各覆盖着蛋白质的各覆盖着蛋白质的“三明质模型三明质模型”，即，即“蛋白质蛋白质磷脂磷脂蛋白质蛋白质”，并，并推测推测细胞膜细胞膜的厚度应该至少为的厚度应该至少为20nm20nm极性孔极性孔蛋白质分子蛋白质分子脂质分子脂质分子“三明治模型三明治模型”把细胞膜描述成把细胞膜描述成刚性、静止的刚性、静止的结构，你是否同意？结构，你是否同意？ 1959 1959年，年，Robertson Robertson 用超薄切片技术获得了清用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜电镜照片，显示出晰的细胞膜电镜照片，显示出“暗暗- -明明- -暗暗”三三层结构。层结构。后来，人们又发现

8、，蛋后来，人们又发现，蛋 白质也有白质也有疏水区疏水区& &亲水亲水 区区。你能否重新安排一。你能否重新安排一 下蛋白质的位置，建立下蛋白质的位置，建立 一个细胞膜模型？一个细胞膜模型？蛋白质的电子密度高，蛋白质的电子密度高，在电镜下显暗色；磷在电镜下显暗色；磷脂分子的电子密度低，脂分子的电子密度低，显亮色。显亮色。7.5nmn资料资料5 5 电镜冰冻蚀刻细胞膜电镜冰冻蚀刻细胞膜 20 20世纪世纪6060年代，科学家通过电镜技术和冰冻蚀年代，科学家通过电镜技术和冰冻蚀刻技术，看到了细胞膜中的蛋白质颗粒。刻技术，看到了细胞膜中的蛋白质颗粒。结论：结论： 蛋白质并不是全部平蛋白质

9、并不是全部平铺在脂双层表面，有铺在脂双层表面，有的蛋白质是的蛋白质是镶镶在脂双在脂双层表面，有的蛋白质层表面，有的蛋白质嵌嵌入脂双层中，有的入脂双层中，有的则则贯穿贯穿于整个脂双层。于整个脂双层。单位膜模型单位膜模型不同的膜性细胞器含有不同的膜性细胞器含有的蛋白质种类相同吗？的蛋白质种类相同吗？n2020世纪世纪6060年代后期，人们对生物膜是年代后期，人们对生物膜是静态静态的观点提出质疑。的观点提出质疑。n你能举出一些例子，支持这些质疑吗你能举出一些例子，支持这些质疑吗？这一实验以及相关的其他数据表明：这一实验以及相关的其他数据表明：细胞膜具有一定的？细胞膜具有一定的？P67P67人细胞人细

10、胞鼠细胞鼠细胞荧光荧光标记标记 膜蛋膜蛋白白诱导诱导融合融合4040分钟后分钟后37370 0C C资料资料6 6 人人- -鼠细胞融合实验鼠细胞融合实验 P67P67磷脂（膜脂）的运动有多种形式：磷脂（膜脂）的运动有多种形式：1 1、侧向扩散；、侧向扩散； 2 2、旋转运动；、旋转运动； 3 3、摆动运动、摆动运动4 4、伸缩运动；、伸缩运动； 5 5、翻转运动；、翻转运动； 6 6、旋转异构、旋转异构生物膜上的生物膜上的磷脂分子磷脂分子有有流动性流动性生物膜具有一定的生物膜具有一定的流动性流动性n从细胞膜上提取了某种物质，用水解多糖从细胞膜上提取了某种物质，用水解多糖的酶处理后，加入双缩脲

11、试剂，呈紫色；的酶处理后，加入双缩脲试剂，呈紫色；若加入斐林试剂并加热，呈砖红色。该物若加入斐林试剂并加热，呈砖红色。该物质可能是？质可能是？n资料资料7 7n当把物种当把物种A A的精子和物种的精子和物种A A的卵细胞混合在的卵细胞混合在一起时，发现两者可以融合在一起形成受一起时，发现两者可以融合在一起形成受精卵。而精卵。而去除细胞膜表面的糖蛋白（糖被去除细胞膜表面的糖蛋白（糖被）后）后，精子和卵细胞不能发生融合。，精子和卵细胞不能发生融合。n将细胞膜表面带有糖蛋白的物种的精子将细胞膜表面带有糖蛋白的物种的精子和物种的卵细胞混合在一起，二者无法和物种的卵细胞混合在一起，二者无法融合形成受精卵

12、。融合形成受精卵。n由此能得出什么结论？由此能得出什么结论？n糖蛋白（糖被）参与糖蛋白（糖被）参与细胞识别细胞识别SM-鞘磷脂鞘磷脂PC-卵磷脂卵磷脂PS-磷脂酰丝氨磷脂酰丝氨酸酸PE-磷脂酰乙磷脂酰乙醇氨醇氨PI-磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇CI-胆固醇胆固醇细胞膜内外侧具有细胞膜内外侧具有不对称性不对称性细胞外侧细胞外侧细胞内侧细胞内侧细胞膜上的物细胞膜上的物质在膜两侧的质在膜两侧的分布有何特点？分布有何特点？糖脂糖脂 P68P68小字段小字段ABOABO血型决定子是一血型决定子是一种糖脂。种糖脂。 A A血型的人红细胞膜脂血型的人红细胞膜脂寡糖链的末端是寡糖链的末端是N-N-乙乙酰半乳糖胺酰半乳

13、糖胺(GalNAc)(GalNAc)；B B血型的人红细胞膜脂血型的人红细胞膜脂寡糖链的末端是半乳寡糖链的末端是半乳糖糖(Gal)(Gal)；O O型则没有这两种糖基；型则没有这两种糖基；ABAB型的人则在末端同型的人则在末端同时具有这两种糖。时具有这两种糖。19721972年，年，S. J. Singer & G. Nicolson S. J. Singer & G. Nicolson 根据免疫荧根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了“流动镶嵌模型流动镶嵌模型”。强调了膜的流动性和膜。强调了膜的流动性和膜蛋白分布的蛋白分布的不对

14、称性不对称性。 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阿格雷和麦金农。家阿格雷和麦金农。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。 二、流动镶嵌模型的具体内容二、流动镶嵌模型的具体内容1 1、生物膜的组成：、生物膜的组成：2 2、生物膜的基本骨架：、生物膜的基本骨架：3 3、蛋白质分子存在形态：蛋白质分子存在形态：4 4、生物膜的结构特点：、生物膜的结构特点：主要由蛋白质和脂质组成主要由蛋白质和脂质组成磷脂双分子层磷脂双分子层（亲水性头部朝向两侧，（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧）。疏水性尾部朝向内侧）。有