第1节 细胞膜——系统的边界

1、 科学家用显微注射器将一种染料伊红科学家用显微注射器将一种染料伊红注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞胞, ,却不能逸出细胞。却不能逸出细胞。 伊红为什么不会逸出细胞？伊红为什么不会逸出细胞？此实验说此实验说明了什么？明了什么？细胞作为一个完整的系统，它有边界。细胞作为一个完整的系统，它有边界。 左图是光左图是光学显微镜下观学显微镜下观察到的未经染察到的未经染色的动物细胞。色的动物细胞。 1. 你怎样区分显微镜视野中的气泡和细你怎样区分显微镜视野中的气泡和细胞？光学显微镜下能看见细胞膜吗？胞？光学显微镜下能看见细胞膜吗？ 2. 科学家在用电子显微镜清晰地观

2、察到细胞科学家在用电子显微镜清晰地观察到细胞膜之前，已经能够确定细胞膜的存在了。请你推膜之前，已经能够确定细胞膜的存在了。请你推测一下，科学家是怎样确定细胞膜的存在的？测一下，科学家是怎样确定细胞膜的存在的？ 提示：（提示：（1）通过活细胞的物质要通过一）通过活细胞的物质要通过一道选择性的屏障，并不是所有的物质都能进入道选择性的屏障，并不是所有的物质都能进入细胞（细胞（2）用显微注射器将一种叫伊红的物质）用显微注射器将一种叫伊红的物质注入变形虫体内，伊红能很快扩散到整个细胞，注入变形虫体内，伊红能很快扩散到整个细胞，却不能很快逸出细胞（却不能很快逸出细胞（3）在光学显微镜下用）在光学显微镜下用

3、微针碰触细胞表面时，细胞表面有弹性，可以微针碰触细胞表面时，细胞表面有弹性，可以伸展，用微针插入细胞内，细胞表面有一层结伸展，用微针插入细胞内，细胞表面有一层结构被刺破，如果细胞表面受损过大，细胞会死构被刺破，如果细胞表面受损过大，细胞会死亡。亡。一、细胞膜的获得一、细胞膜的获得 任何系统都有边界。边界对系统的稳态任何系统都有边界。边界对系统的稳态至关重要。细胞膜作为细胞的边界，对于细至关重要。细胞膜作为细胞的边界，对于细胞的正常生长、分裂有极其重要的作用。因胞的正常生长、分裂有极其重要的作用。因此，对于细胞膜的研究有重要意义。此，对于细胞膜的研究有重要意义。 要研究细胞膜，首先要将细胞膜分离

4、出要研究细胞膜，首先要将细胞膜分离出来。动物细胞没有细胞壁，因此选择动物细来。动物细胞没有细胞壁，因此选择动物细胞制备细胞膜。胞制备细胞膜。实验：体验制备细胞膜的方法实验：体验制备细胞膜的方法（一）材料的选择（一）材料的选择 提示：细胞选取应避免细胞核和细胞提示：细胞选取应避免细胞核和细胞器的膜与细胞膜混在一起。器的膜与细胞膜混在一起。选取何种细胞作为研究细胞膜的材料呢选取何种细胞作为研究细胞膜的材料呢? ? 人和其它哺乳动物的成熟红人和其它哺乳动物的成熟红细胞没有细胞核和细胞器，是较细胞没有细胞核和细胞器，是较好的实验材料。好的实验材料。（二）实验原理（二）实验原理 提示：细胞内的物质有一定

5、浓度，如提示：细胞内的物质有一定浓度，如果将其放入清水中，细胞会吸水涨破，细果将其放入清水中，细胞会吸水涨破，细胞内物质流出，即可得到细胞膜。因此，胞内物质流出，即可得到细胞膜。因此，采用红细胞吸水涨破的原理。采用红细胞吸水涨破的原理。如何除去细胞膜内的物质？如何除去细胞膜内的物质？（三）方法步骤（三）方法步骤 1. 用滴管吸取少量红细胞溶液制用滴管吸取少量红细胞溶液制成临时装片。成临时装片。 2. 高倍镜下观察。在盖玻片的一高倍镜下观察。在盖玻片的一侧滴一滴蒸馏水，同时在另一侧用吸侧滴一滴蒸馏水，同时在另一侧用吸水纸小心吸引。持续观察细胞变化。水纸小心吸引。持续观察细胞变化。正常形态正常形态

6、的红细胞的红细胞吸水涨破吸水涨破的红细胞的红细胞 可以采用离心的方法从混合液中分离出可以采用离心的方法从混合液中分离出纯度较高的细胞膜。纯度较高的细胞膜。（1） 红细胞要用生理盐水稀释红细胞要用生理盐水稀释（2） 防止盖盖玻片时出现气泡防止盖盖玻片时出现气泡（3） 上述操作均在载物台上进行上述操作均在载物台上进行（4） 实验中需要持续观察细胞的变化实验中需要持续观察细胞的变化 1859年，年， E.Oerton选用选用500多种化学物质对多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行了上万次的研究。发现植物细胞膜的通透性进行了上万次的研究。发现凡是易溶于脂质的物质，也容易穿过膜，反之，凡是易溶于脂质的物

7、质，也容易穿过膜，反之，不容易溶于脂质的物质，也不容易穿过膜。不容易溶于脂质的物质，也不容易穿过膜。 1897年，年， Crijins和和Hedin用红细胞做实验，用红细胞做实验，同样也证明分子的通透性与其在脂质中的溶解度同样也证明分子的通透性与其在脂质中的溶解度有关有关,且溶解度越大越容易通过。且溶解度越大越容易通过。 你从以上实验中能得出什么结论？你从以上实验中能得出什么结论？细胞膜的组成成分中含有脂质。细胞膜的组成成分中含有脂质。二、细胞膜的成分二、细胞膜的成分 1925年，年， E.Gorter和和F.Grendel对血影的研对血影的研究，他们用有机溶剂抽提细胞膜中的脂类物质究，他们用

8、有机溶剂抽提细胞膜中的脂类物质在水面铺成单分子层，聚拢后测得的总面积是在水面铺成单分子层，聚拢后测得的总面积是红细胞膜总面积的红细胞膜总面积的2倍。倍。 电镜下观察细胞膜的电镜下观察细胞膜的“暗暗明明暗暗”图像。图像。 由上述实验可得出什么结论？由上述实验可得出什么结论？ 细胞膜是由细胞膜是由双层脂分子双层脂分子组成的。组成的。 J. Danielli & H. Davson 1935 发现细胞膜的发现细胞膜的表面张力比油表面张力比油水界面的张力低得多。又有科水界面的张力低得多。又有科学家对细胞膜化学成分深层分析发现，细胞膜学家对细胞膜化学成分深层分析发现，细胞膜会被蛋白酶分解。会被蛋白酶分解

9、。 （提示：已知脂滴表面如吸（提示：已知脂滴表面如吸附有蛋白质成分时，表面张力则降低）附有蛋白质成分时，表面张力则降低）推测膜中还含有蛋白质推测膜中还含有蛋白质 。你从以上实验中能得出什么结论？你从以上实验中能得出什么结论？细胞膜的主要成分细胞膜的主要成分脂质脂质 50%蛋白质蛋白质 40%糖类糖类 2%10% 蛋白质在行使功能时起重要作用，细胞膜蛋白质在行使功能时起重要作用，细胞膜的功能越复杂，蛋白质的种类和数量越多的功能越复杂，蛋白质的种类和数量越多 。 J. D. Robertson 1959 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照片，显示暗清晰的细胞膜照片，显示暗明明暗

10、三层结构暗三层结构（如图），厚约（如图），厚约7.5nm。这就是所谓的。这就是所谓的“单位膜单位膜”模型。它由厚约模型。它由厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面的双层脂分子和内外表面各厚约各厚约2nm的蛋白质构成。的蛋白质构成。 细胞膜的分子结构细胞膜的分子结构镶嵌模型镶嵌模型 变形虫任何部位可以伸出伪足，说明细变形虫任何部位可以伸出伪足，说明细胞膜具有怎样的特点？胞膜具有怎样的特点？人细胞人细胞诱导诱导融合融合鼠细胞鼠细胞40分分钟后钟后370C1970年年Frye和和Adidin人人鼠细胞融合实验鼠细胞融合实验结论：结论：细胞膜具有一定的流动性。细胞膜具有一定的流动性。荧光荧光标记标记与生

11、活中的联系：与生活中的联系： 癌细胞的恶性增殖和转移与癌细胞膜成分的癌细胞的恶性增殖和转移与癌细胞膜成分的改变有关。细胞癌变后，细胞膜成分改变，产生改变有关。细胞癌变后，细胞膜成分改变，产生甲胎蛋白、癌胚抗原等物质。甲胎蛋白、癌胚抗原等物质。防止癌症转移：防止癌症转移： 癌细胞到达其靶器官后，在癌细胞与其最接癌细胞到达其靶器官后，在癌细胞与其最接近的环境之间的反应扮演着关键的角色，这种反近的环境之间的反应扮演着关键的角色，这种反应决定着癌症是否转移，将转移到什么地方。如应决定着癌症是否转移，将转移到什么地方。如果能设计出扰乱癌细胞与环境反应过程的治疗方果能设计出扰乱癌细胞与环境反应过程的治疗方

12、法，将能挽救更多癌症病人的生命。法，将能挽救更多癌症病人的生命。 在漫长的演化过程中，原始海洋中的有在漫长的演化过程中，原始海洋中的有机物互相作用，最终形成生命。这其中，膜机物互相作用，最终形成生命。这其中，膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段。的出现是生命起源过程中至关重要的阶段。正是它的出现，才将生命物质与外界环境分正是它的出现，才将生命物质与外界环境分开，产生了原始细胞，使细胞成为了相对独开，产生了原始细胞，使细胞成为了相对独立的系统，保障了细胞内部环境的相对稳定。立的系统，保障了细胞内部环境的相对稳定。三、细胞膜的功能三、细胞膜的功能1. 1. 将细胞与外界环境分隔开将细胞与外界环境

13、分隔开2. 控制物质进出细胞控制物质进出细胞探究探究 在肺泡内氧气浓度高于肺泡周围毛细血管中的在肺泡内氧气浓度高于肺泡周围毛细血管中的静脉血，氧气由肺泡扩散进入毛细血管；在肺泡内静脉血，氧气由肺泡扩散进入毛细血管；在肺泡内二氧化碳浓度低于肺泡周围毛细血管中的静脉血，二氧化碳浓度低于肺泡周围毛细血管中的静脉血，二氧化碳由毛细血管进入肺泡。二氧化碳由毛细血管进入肺泡。肺肺 泡泡肺肺 动动 脉脉静静 脉脉 血血肺肺 静静 脉脉动动 脉脉 血血肺肺 部部 毛毛 细细 血血 管管肺肺 泡泡 内内 的的 气气 体体 交交 换换 示示 意意 图图O O2 2扩扩 散散C CO O2 2扩扩 散散 O O2

14、2分分 压压1 13 3. .3 33 3k kP Pa aO O2 2分分 压压 5 5. .3 33 3k kP Pa aCO2 海带中碘的浓度是周围海水中碘的浓度的海带中碘的浓度是周围海水中碘的浓度的1000多倍，但海带仍能从周围海水中不断地吸多倍，但海带仍能从周围海水中不断地吸收碘离子。收碘离子。 材料一和二中，氧气和碘离子的运动方向材料一和二中，氧气和碘离子的运动方向有什么不同？有什么不同？ 氧气和二氧化碳是从高浓度往低浓度方向氧气和二氧化碳是从高浓度往低浓度方向移动，碘是从低浓度向高浓度方向移动。表明移动，碘是从低浓度向高浓度方向移动。表明它们通过细胞膜的方式不同。它们通过细胞膜的

15、方式不同。 结论：氧分子通过细胞膜的扩散方式叫结论：氧分子通过细胞膜的扩散方式叫自由扩散。其物质运动的方向是：由高浓度自由扩散。其物质运动的方向是：由高浓度向低浓度运动即顺浓度梯度运动。碘离子通向低浓度运动即顺浓度梯度运动。碘离子通过细胞膜的这种方式叫主动运输。这种方式过细胞膜的这种方式叫主动运输。这种方式能使物质逆浓度梯度运动。能使物质逆浓度梯度运动。 小肠绒毛上皮细胞能够从消化了的食物小肠绒毛上皮细胞能够从消化了的食物中吸收葡萄糖，却很难吸收相对分子质量比中吸收葡萄糖，却很难吸收相对分子质量比葡萄糖小的木糖。人的红细胞中的葡萄糖小的木糖。人的红细胞中的K+比血比血浆高浆高30倍，而红细胞中

16、的倍，而红细胞中的Na+ 浓度却是血浆浓度却是血浆中中Na+ 的浓度的的浓度的16。 这份材料说明了什么？这对于细胞有这份材料说明了什么？这对于细胞有什么重要意义？什么重要意义？ 细胞膜有选择透过性。细胞对物质的选细胞膜有选择透过性。细胞对物质的选择性吸收或排出是通过主动运输实现的。主择性吸收或排出是通过主动运输实现的。主动运输能够保证活细胞按照生命活动的需要，动运输能够保证活细胞按照生命活动的需要，主动地选择吸收所需要的营养物质，排出新主动地选择吸收所需要的营养物质，排出新陈代谢产生的废物和对细胞有害的物质。因陈代谢产生的废物和对细胞有害的物质。因此，主动运输对于维持细胞内环境稳定，完此，主

17、动运输对于维持细胞内环境稳定，完成各项生命活动有重要作用。成各项生命活动有重要作用。 在腌制糖醋蒜时，醋酸是细在腌制糖醋蒜时，醋酸是细胞不需要的小分子，蔗糖是细胞胞不需要的小分子，蔗糖是细胞需要的大分子，但是为何可以吃需要的大分子，但是为何可以吃到又甜又酸的糖醋蒜？到又甜又酸的糖醋蒜？细胞被杀死变成了全透性细胞被杀死变成了全透性 结论：细胞对物质的出入有选择性，结论：细胞对物质的出入有选择性，气体、水、脂溶性等小分子可以自由通过，气体、水、脂溶性等小分子可以自由通过，细胞要选择吸收的离子或小分子也可以通细胞要选择吸收的离子或小分子也可以通过，而不需要的离子，小分子和大分子则过，而不需要的离子，

18、小分子和大分子则不能通过。不能通过。3. 进行细胞间的信息交流进行细胞间的信息交流内分泌内分泌细胞细胞靶细胞靶细胞激素激素血管血管受体受体 （1）细胞分泌）细胞分泌的化学物质随血液的化学物质随血液到达全身各处，与到达全身各处，与靶细胞表面受体相靶细胞表面受体相结合，将信息传递结合，将信息传递给靶细胞。给靶细胞。细胞间信息交流方式多种多样细胞间信息交流方式多种多样发发出出信信号号细细胞胞靶靶细细胞胞与膜结合信与膜结合信号分子号分子 （2）相邻两个细胞接触，信息）相邻两个细胞接触，信息从一个细胞传给另一个细胞。从一个细胞传给另一个细胞。 （3） 相邻细胞间形成通道传递相邻细胞间形成通道传递信息。如

19、高等植物的胞间连丝。信息。如高等植物的胞间连丝。1. 成分成分纤维素纤维素果胶果胶2. 功能功能支持和保护支持和保护四、植物细胞的细胞壁四、植物细胞的细胞壁细菌细胞壁与植物不同，成分为肽聚糖。细菌细胞壁与植物不同，成分为肽聚糖。 海水净化装置：模拟膜选择性透过性原海水净化装置：模拟膜选择性透过性原理，对海水、污水进行净化获得纯净淡水。理，对海水、污水进行净化获得纯净淡水。 医学上根据膜的结构、功能原理，可以医学上根据膜的结构、功能原理，可以研制出许多种代用的人体组织与器官。如，研制出许多种代用的人体组织与器官。如，现已广泛使用的透析型人工肾。现已广泛使用的透析型人工肾。研究细胞膜的常用材料：研

20、究细胞膜的常用材料： 人或哺乳动物成熟红细胞人或哺乳动物成熟红细胞细胞膜细胞膜成分成分主要主要成分成分脂质和蛋白质，还有少量糖类脂质和蛋白质，还有少量糖类成分成分特点特点脂质中脂质中磷脂最丰富，磷脂最丰富，功能越功能越复杂的细胞膜，复杂的细胞膜，蛋白质种类蛋白质种类和数量越多和数量越多细胞膜细胞膜功能功能将细胞与环境分隔开，保证细胞内将细胞与环境分隔开，保证细胞内部环境的相对稳定部环境的相对稳定控制物质出入细胞控制物质出入细胞进行细胞间信息交流进行细胞间信息交流 （2009 广东理基）广东理基） 细胞膜上一般不含有（细胞膜上一般不含有（ ） A. 胆固醇胆固醇 B. 磷脂磷脂 C. 糖蛋白糖蛋

21、白 D. 血红蛋白血红蛋白D 解析：细胞膜主要由脂质和解析：细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，还有少量糖类。蛋白质组成，还有少量糖类。 （2009 海南）能使植物细胞壁和细胞膜结构海南）能使植物细胞壁和细胞膜结构均破坏的一组酶是（均破坏的一组酶是（ ） A. 淀粉酶，纤维素酶，酶溶菌酶淀粉酶，纤维素酶，酶溶菌酶 B. 纤维素酶，果胶酶，蛋白酶纤维素酶，果胶酶，蛋白酶 C. 果胶酶，溶菌酶，纤维素酶果胶酶，溶菌酶，纤维素酶 D. 磷脂酶，淀粉酶，蛋白酶磷脂酶，淀粉酶，蛋白酶B 解析：细胞壁的主要成分是纤维素和果胶；而细胞解析：细胞壁的主要成分是纤维素和果胶；而细胞膜的主要成分为磷脂和蛋白质。要使二者

22、的结构均被破膜的主要成分为磷脂和蛋白质。要使二者的结构均被破坏，必须至少同时含纤维素酶或果胶酶的一种和磷脂酶坏，必须至少同时含纤维素酶或果胶酶的一种和磷脂酶或蛋白酶的一种。或蛋白酶的一种。 （2009 北京）细胞膜在细胞的生命活动中具有北京）细胞膜在细胞的生命活动中具有重要作用。下列相关叙述不正确的是（重要作用。下列相关叙述不正确的是（ ）A. 细胞膜的糖被在细胞间具有识别作用细胞膜的糖被在细胞间具有识别作用 B. 细胞膜对膜两侧物质的进出有选择性细胞膜对膜两侧物质的进出有选择性 C. 细胞膜内外两侧结合的蛋白种类有差异细胞膜内外两侧结合的蛋白种类有差异D. 载体蛋白是镶在细胞膜内外表面的蛋白

23、质载体蛋白是镶在细胞膜内外表面的蛋白质D 解析：细胞之间的识别依靠的是细胞膜上的糖被，但是糖解析：细胞之间的识别依靠的是细胞膜上的糖被，但是糖被只存在细胞膜的外侧，因此细胞膜内外表面的蛋白质是有差被只存在细胞膜的外侧，因此细胞膜内外表面的蛋白质是有差异的。物质进出细胞膜是有选择性的，脂溶性物质可以以自由异的。物质进出细胞膜是有选择性的，脂溶性物质可以以自由扩散的方式跨膜运输，离子等可以以协助扩散或者主动运输的扩散的方式跨膜运输，离子等可以以协助扩散或者主动运输的方式跨膜运输。载体蛋白不是一种镶嵌在细胞膜内外表面的蛋方式跨膜运输。载体蛋白不是一种镶嵌在细胞膜内外表面的蛋白质，而是一种贯穿于磷脂双

24、分子层间的蛋白质。白质，而是一种贯穿于磷脂双分子层间的蛋白质。 1.（2005上海生物）氧气透过肺泡进入毛细上海生物）氧气透过肺泡进入毛细血管的过程是（血管的过程是（ ） A. 全部为主动运输全部为主动运输 B. 大部分为扩散作用，少部分为主动运输大部分为扩散作用，少部分为主动运输 C. 全部为扩散作用全部为扩散作用 D. 少部分为扩散作用，大部分为主动运输少部分为扩散作用，大部分为主动运输 2. 活细胞膜的功能特性是活细胞膜的功能特性是（ ） A. 据流动性据流动性 B. 据保护作用据保护作用 C. 一种全透性一种全透性 D. 一种选择透过性一种选择透过性DC3.（2003江苏生物）下列跨膜

25、运输的生理江苏生物）下列跨膜运输的生理 活动，属于主动运输的是（活动，属于主动运输的是（ ）A. 酒精进入胃黏膜细胞酒精进入胃黏膜细胞B. 二氧化碳由静脉血进入肺泡内二氧化碳由静脉血进入肺泡内C. 原尿中的葡萄糖进入肾小管上皮细胞原尿中的葡萄糖进入肾小管上皮细胞D. 水分子出入细胞水分子出入细胞 4. 细胞膜的结构特点细胞膜的结构特点（ ）A. 具有一定的流动性具有一定的流动性 B. 具有全透性具有全透性C. 控制物质进出控制物质进出 D. 以磷脂双分子为基本支架以磷脂双分子为基本支架AC 5. 科学家常用哺乳动物红细胞作材料科学家常用哺乳动物红细胞作材料来研究细胞膜的组成，是因为（来研究细胞膜的组成，是因为（ ） A. 哺乳动物红细胞容易得到哺乳动物红细胞容易得到 B. 哺乳动物成熟红细胞内没有核膜、哺乳动物成熟红细胞内没有核膜、线粒体膜等膜结构线粒体膜等膜结构 C. 哺乳动物红细胞在水中容易涨破哺乳动物红细胞在水中容易涨破 D. 哺乳动物红细胞的细胞膜在光学显哺乳动物红细胞的细胞膜在光学显微镜下容易观察到微镜下容易观察到B6. 下列哪一项不属