生物必修一《生物膜的流动镶嵌模型》课件(原文)2

第4章细胞的物质输入与输出第2节生物膜的流动镶嵌模型第4章细胞的物质输入与输出1举例生物膜的功能相关基础知识回顾举例生物膜的功能相关基础知识回顾问题的提出为什么生物膜能控制物质进出，这与生物膜的结构有什么关系？一、对生物膜结构的探索历程生物膜结构模型的建构历程是比较长，也是一个不断继承、发展、开拓、修正的过程。问题的提出为什么生物膜能控制物质进出，这与生物膜的结构有什么3时间：19世纪末人物：欧文顿（E.Overton）实验：用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次的实验，发现凡是溶于脂质的物质,比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。资料一不溶于脂质的物质溶于脂质的物质细胞膜实验观察相似相溶原理时间：19世纪末资料一不溶于脂质的物质溶于脂质的物质细胞膜4膜是由脂质组成的思考与讨论: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？最初依据实验现象和有关知识，经过严谨的推理和大胆的想像，提出设想，是一种常见的科学方法。假说还需要通过实验观察直接证实。提出假说思考与讨论:在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？提出假说膜是由脂质组成的思考与讨论:最初依据实验现象和有关知识，经过5资料二时间:20世纪初实验及结论:实验验证科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来。化学分析表明,膜的主要成分是脂质和蛋白质。设计实验小组活动活动主题一：如何利用所学知识设计实验，验证膜的主要成分中含有蛋白质？资料二时间:20世纪初实验及结论:实验验证科学家将膜从哺乳动6事实：将提取的脂质在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积是细胞表面积的2倍推测：蛋白质覆盖在脂质两侧A．细胞膜中含有大量脂质成分实验结论：细胞膜具有流动性右图是相关实验记录，据此不能得到的结论是（）让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半脂筏模型：1997年,西蒙斯(K.C．细胞膜具有信息交流的功能A．温度增加到l5℃以上，细胞膜流动性增强实验研究：冰冻蚀刻细胞膜蛋白质镶在磷脂双分子层表面、部分或全部嵌入磷脂双分子层中、贯穿在磷脂双分子层。推测：蛋白质覆盖在脂质两侧电镜观察：细胞膜为“暗-亮-暗”三层结构D．细胞膜是选择透过性膜提取细胞膜，从哺乳动物成熟的红细胞中分离出来。电镜观察：细胞膜为“暗-亮-暗”三层结构第2节生物膜的流动镶嵌模型疏水性尾部朝向内侧）。科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来。提出：流动镶嵌模型资料二时间:20世纪初实验:将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来。发现细胞膜不但会被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶分解。结论:化学分析表明,膜的主要成分是脂质和蛋白质。溶解脂质溶剂水解蛋白酶红细胞膜红细胞膜实验验证事实：将提取的脂质在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子7问题的提出为什么细胞膜能控制物质进出，这与细胞膜的结构有什么关系？实验观察细胞膜对不同物质的通透性不同，脂质更容易通过。提出假说细胞膜由脂质组成实验验证引出问题提取细胞膜，从哺乳动物成熟的红细胞中分离出来。化学分析：细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质。脂质和蛋白质如何构成细胞膜？实验研究1脂质（磷脂）在细胞膜中如何排列？问题的提出为什么细胞膜能控制物质进出，这与细胞膜的结构有什么8细胞膜中主要的脂质——磷脂亲水头部疏水尾部疏水性尾部亲水性头部细胞膜中主要的脂质——磷脂亲水疏水疏水性尾部亲水性头部9活动主题二：利用你小组的知识推理和想象，提出许多磷脂分子在空气和水界面上单分子排布的假说，并用模型来表达。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。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”小资料小组活动活动主题二：磷脂是组成细胞的主要脂质，是一种由甘油、脂肪酸、10将磷脂溶于苯和水中，当苯挥发完以后，磷脂分子分布散乱，经过推挤，磷脂分子排列成了单层，而且磷酸基团的极性头部都浸入水中。资料三时间:实验:人物:1917年朗姆瓦在Langmuir水盘中展现脂单层。(a)水盘由一个浅盘和一个可移动的挡板组成。移动挡板可将磷脂单层向固定挡板端挤压，形成致密的脂单层；(b)磷脂在脂单层的排列方向。将磷脂溶于苯和水中，当苯挥发完以后，磷脂分子分布散乱，经过推11搅动后水溶液中活动主题三：利用你小组的知识推理和想象，提出许多磷脂分子在空气和水界面上单分子排布后被搅动,在水溶液中形成的相对稳定的球形小油滴排布假说，并用模型来表达。小组活动搅动后水溶液中活动主题三：小组活动12主要试剂与材料：丙酮（脂质溶剂）、哺乳动物成熟的红细胞、朗姆瓦水盘实验验证设计实验活动主题四：利用所给的材料及其他必要材料用具，设计实验，验证细胞膜上的磷脂分子为双层排列的，而不是单层。小组活动主要试剂与材料：丙酮（脂质溶剂）、哺乳动物成熟的红细胞、朗姆13

时间：1925年

人物：荷兰科学家Gorter和Grendel

实验：用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气-水界面上铺成单层分子，测得单分子层面积是红细胞表面积的2倍.

结论：资料四细胞膜中的脂质分子必然为连续的两层！时间：1925年资料四细胞膜中的脂质分子必然为连续的两层！14思考若提取人的口腔上皮细胞中的脂质，在空气-水界面上铺成单层分子，测得单分子层面积是细胞膜表面积的2倍吗？请解释原因。思考若提取人的口腔上皮细胞中的脂质，在空气-水界面上铺成单层15提出假说细胞膜由脂质组成实验验证引出问题提取细胞膜，从哺乳动物成熟的红细胞中分离出来。化学分析：细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质。脂质和蛋白质如何构成细胞膜？实验研究1脂质（磷脂）在细胞膜中如何排列？事实：将提取的磷脂在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积是细胞表面积的2倍结论：在细胞膜中，磷脂以双分子层的形式存在，形成细胞膜的基本骨架。蛋白质在细胞膜中如何分布？实验研究2提出假说细胞膜由脂质组成实验验证引出问题提取细胞膜，从哺乳动16膜上的蛋白质分子是可以运动的结论：在细胞膜中，脂质以双分子层的形式存在假说还需要通过实验观察直接证实。的三层结构构成的静态的统一结构，称为“单位膜模型”用下列细胞实验与此结果最相符的是（）C．洋葱鳞片叶表皮细胞 D．大肠杆菌细胞B．由单层磷脂分子构成，磷脂的头部向着油滴内实验：用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气-水界面上铺成单层分子，测得单分子层面积是红细胞表面积的2倍.D．细胞膜是选择透过性膜B．该实验证明膜蛋白能够运动疏水性尾部朝向内侧）。一、对生物膜结构的探索历程化学分析：细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质。膜上的蛋白质分子是可以运动的细胞间的相互识别有关 B.时间：1959年“脂筏模型”可以说是细胞膜功能最新的功能解释模型。移动挡板可将磷脂单层向固定挡板端挤压，形成致密的脂单层；某研究小组发现植物种子细胞以小油滴的方式贮存油，每个小油滴都由磷脂膜包被着，该膜最可能的结构是（）5、生物膜的功能特点：

时间：1959年

人物：罗伯特森（J.D.Robertsen）

实验：在电子显微镜下看到细胞膜由“暗—亮—暗”的三层结构构成资料五膜上的蛋白质分子是可以运动的时间：1959年资料五17

时间：1959年

人物：罗伯特森（J.D.Robertsen）

实验：在电子显微镜下看到细胞膜由“暗—亮—暗”的三层结构构成

提出假说：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态的统一结构，称为“单位膜模型”资料五活动主题五：将已构建的模型进行补充，构建单位膜模型。小组活动建立模型时间：1959年资料五活动主题五：小组活动建立模型18引出问题脂质和蛋白质如何构成细胞膜？实验研究1脂质在细胞膜中如何排列？事实：将提取的脂质在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积是细胞表面积的2倍结论：在细胞膜中，脂质以双分子层的形式存在蛋白质在细胞膜中如何分布？实验研究2建立模型推测：蛋白质覆盖在脂质两侧电镜观察：细胞膜为“暗-亮-暗”三层结构提出模型：“单位膜”模型完善模型质疑：单位膜模型存在诸多不足之处引出问题脂质和蛋白质如何构成细胞膜？实验研究1脂质在细胞膜中19不足之处首先该模型把膜看成是静止的，无法说明膜如何适应细胞生命活动的变化；其二，不同的膜其厚度不都是7.5nm，一般在5～10nm之间；其三，认为蛋白质全部伸展平铺在脂质表面对称分布，

则不能解释酶的活性同构型关系。还有，该模型也不能解释为什么有的膜蛋白很容易被分离，有些则很难。不足之处首先该模型把膜看成是静止的，无法说明膜如何适应细胞生20

冰冻蚀刻(冰冻断裂)。标本用干冰等冰冻后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。材料六蛋白质镶在磷脂双分子层表面、部分或全部嵌入磷脂双分子层中、贯穿在磷脂双分子层。蛋白质在膜中的分布是不对称的完善模型冰冻蚀刻(冰冻断裂)。标本用干冰等冰冻后用冷刀21事实：将提取的脂质在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积是细胞表面积的2倍结论：在细胞膜中，脂质以双分子层的形式存在蛋白质在细胞膜中如何分布？实验研究2建立模型推测：蛋白质覆盖在脂质两侧电镜观察：细胞膜为“暗-亮-暗”三层结构提出模型：“单位膜”模型完善模型质疑1：蛋白质在细胞上的分布不是伸展和对称的实验研究：冰冻蚀刻细胞膜实验结论：明确蛋白质在细胞膜上的分布有镶在表面、嵌入、贯穿磷脂双分子层活动主题六：在已有模型的基础上进行修正，得到细胞膜的静态模型。小组活动事实：将提取的脂质在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子22

时间：1970年

人物：LarryFrye等

实验：将人和鼠的细胞膜用不同的荧光染料标记后，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，放置一段时间后发现两种颜色的荧光均匀分布。

结论：资料七膜上的蛋白质分子是可以运动的完善模型时间：1970年资料七膜上的蛋白质分子是可以运动的完23实验：动物细胞吸水膨胀时，磷脂双分子层的厚度变小。实验证明：细胞膜上脂质是可以运动的。资料八结论：细胞膜具有一定的流动性完善模型实验：动物细胞吸水膨胀时，磷脂双分子层的厚度变小。资料八结论24生物膜具有一定的流动性生物膜具有一定的流动性25蛋白质在细胞膜中如何分布？实验研究2建立模型推测：蛋白质覆盖在脂质两侧电镜观察：细胞膜为“暗-亮-暗”三层结构提出模型：“单位膜”模型完善模型质疑1：蛋白质在细胞上的分布不是伸展和对称的实验研究：冰冻蚀刻细胞膜实验结论：明确蛋白质在细胞膜上的分布有镶、嵌入、贯穿质疑2：生物膜不可能是静态的实验研究：人和鼠细胞融合等实验实验结论：细胞膜具有流动性修正模型：流动镶嵌模型蛋白质在细胞膜中如何分布？实验研究2建立模型推测：蛋白质覆盖26主要试剂与材料：丙酮（脂质溶剂）、哺乳动物成熟的红细胞、朗姆瓦水盘提出：流动镶嵌模型如图表示各种膜的组成成分含量，图示不能说明的是()事实：将提取的脂质在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积是细胞表面积的2倍疏水性尾部朝向内侧）。时间：1970年膜上的蛋白质分子是可以运动的脂质和蛋白质如何构成细胞膜？C．细胞膜具有信息交流的功能结论：在细胞膜中，脂质以双分子层的形式存在电镜观察：细胞膜为“暗-亮-暗”三层结构让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半3、蛋白质分子存在形态：科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来。D．蛋白质在进行细胞间的信息交流中具有重要作用D．细胞膜的功能特性与②③都有关电镜观察：细胞膜为“暗-亮-暗”三层结构化学分析表明,膜的主要成分是脂质和蛋白质。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。时间：1972年人物：桑格和尼克森提出：流动镶嵌模型

主要试剂与材料：丙酮（脂质溶剂）、哺乳动物成熟的红细胞、朗姆27问题的提出为什么细胞膜能控制物质进出，这与细胞膜的结构有什么关系？实验观察细胞膜对不同物质的通透性不同，脂质更容易通过。提出假说细胞膜由脂质组成实验验证引出问题提取细胞膜，化学分析：细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质。脂质和蛋白质如何构成细胞膜？建立模型完善模型“单位膜”模型单位膜模型存在不足之处修正模型：流动镶嵌模型对生物膜结构的探索历程体现的研究方法和思路问题的提出为什么细胞膜能控制物质进出，这与细胞膜的结构有什么281、生物膜的组成成分：2、生物膜的基本骨架：3、蛋白质分子存在形态：主要由蛋白质和脂质组成磷脂双分子层（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧）。有镶在表面、嵌入、贯穿三种，体现了生物膜的不对称性。功能越复杂的膜，蛋白质的种类和数量越多。4、生物膜的结构特点：具有一定的流动性（磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的）二、流动镶嵌模型的基本内容归纳概括5、生物膜的功能特点：具有选择透过性1、生物膜的组成成分：2、生物膜的基本骨架：3、蛋白质分子存296、糖类的分布：糖蛋白（又称糖被，分布在细胞膜外表面，有识别、保护和润滑等作用）糖脂补充信息6、糖类的分布：糖蛋白（又称糖被，分布在细胞膜外表面，有识别30课堂小结课堂小结31迁移训练1．维生素D能较水溶性维生素优先通过细胞膜，这是因为（）A．细胞膜中含有大量脂质成分B．磷脂双分子层内不同程度地镶嵌着蛋白质C．细胞膜的结构特点是具有一定的流动性D．细胞膜是选择透过性膜A迁移训练1．维生素D能较水溶性维生素优先通过细胞膜，这是因为32迁移训练2.使磷脂类特别适于形成细胞膜的特性是（

）A.它们是疏水的B.它们是亲水的C.它们迅速吸水D.它们既是亲水的又是疏水的迁移训练3.将一个细胞中的磷脂成分全部提取出来，并将其在空气一水界面上铺成单分子层，结果测得单分子层的表面积相当于原来细胞膜表面积的两倍。用下列细胞实验与此结果最相符的是（

）A．人的肝细胞 B．蛙的红细胞C．洋葱鳞片叶表皮细胞 D．大肠杆菌细胞DD迁移训练2.使磷脂类特别适于形成细胞膜的特性是（）D33迁移训练4.人、鼠细胞融合实验是用带有不同荧光染料的抗体标记两种细胞的膜蛋白，一段时间后两种膜蛋白能在杂种细胞膜上均匀分布形成嵌合体。右图是相关实验记录，据此不能得到的结论是（）A．温度增加到l5℃以上，细胞膜流动性增强B．该实验证明膜蛋白能够运动C．温度对膜蛋白的运动有影响D．图中数据说明融合时间越长形成的嵌合体越多D迁移训练4.人、鼠细胞融合实验是用带有不同荧光染料的抗体标记34迁移训练5.细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，下列实例中能反映该特点的是（

）①高尔基体形成的囊泡与细胞膜融合

②变形虫能伸出伪足

③人细胞和小鼠细胞融合

④草履虫的分裂生殖

⑤吞噬细胞吞噬病菌．A．②③④ B．①②④⑤C．①②⑤ D．①②③④⑤D迁移训练5.细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，下列实例中能35迁移训练6.生物膜系统在结构和功能上是紧密联系的统一整体，在细胞的生命活动中极为重要．下列说法正确的是（）A．糖被与细胞的保护、识别、免疫和控制物质进出等有关B．用蛋白酶处理生物膜将改变其结构，但不能影响膜的选择透过性C．胰岛素等激素的分泌过程体现了膜的流动性D．细胞膜、核膜、细胞器膜成分和结构相同，功能密切配合C迁移训练6.生物膜系统在结构和功能上是紧密联系的统一整体，在36取细胞膜上糖蛋白成分相同的两种海绵动物，将其细胞都分散成单个后混合培养，发现这两种细胞能够结合在一起，但将细胞膜上糖蛋白成分不相同的两种海绵动物的细胞分散后，混合培养，会发现这两种细胞不能结合在一起。标本用干冰等冰冻后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。脂筏模型：1997年,西蒙斯(K.据最新研究发现，内皮素在皮肤中分布不均，是造成色斑的主要原因。A．②③④ B．①②④⑤电镜观察：细胞膜为“暗-亮-暗”三层结构磷脂双分子层（亲水性头部朝向两侧，主要试剂与材料：丙酮（脂质溶剂）、哺乳动物成熟的红细胞、朗姆瓦水盘具有一定的流动性（磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的）C．细胞膜具有信息交流的功能从细胞膜上提取了某种成分，用非酶法处理后，加入双缩脲试剂处理后出现紫色；结论：在细胞膜中，脂质以双分子层的形式存在用下列细胞实验与此结果最相符的是（）细胞的分泌作用有关 D.膜上的蛋白质分子是可以运动的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？疏水性尾部朝向内侧）。生物膜具有一定的流动性化学分析表明,膜的主要成分是脂质和蛋白质。迁移训练7.下图是细胞膜的亚显微结构模式图，①～③表示构成细胞膜的物质。有关说法错误的是（）A．①所表示的成分在细胞膜上能执行多种功能B．③构成细胞膜的基本骨架C．细胞膜的流动性与②有关，而与③无关D．细胞膜的功能特性与②③都有关C取细胞膜上糖蛋白成分相同的两种海绵动物，将其细胞都分散成单个372.生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺呢？请课下查阅相关资料并进行交流。？？？分析生物膜模型的建立和完善过程，你受到哪些启示？学习反思2.生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺呢？请课下查阅相关资料38晶格模型：1975年,瓦拉赫(Wallach)提出“晶格模型”。板块模型：1977年,贾因(Jain)和怀特(White)提出生物膜是由具有不同流动性的板块镶嵌而成的动态结构,即“板块模型”。脂筏模型：1997年,西蒙斯(K.Simons)和伊琳娜·易科宁(ElinaIkonen)等人提出提出了“功能筏(Functionalrafts)”的概念,现在一般称为“脂筏(lipidraft)。“脂筏模型”可以说是细胞膜功能最新的功能解释模型。在建立生物膜模型的过程中，结构和功能相适应的观点始终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识；使人类一步步接近生物膜的真相。晶格模型：1975年,瓦拉赫(Wallach)提出“晶格模型39细胞膜的成分、结构、功能间的关系细胞膜的成分、结构、功能间的关系401.如图表示各种膜的组成成分含量，图示不能说明的是(

)A．构成细胞膜的主要成分是蛋白质和脂肪B．膜中的脂质和蛋白质含量的变化与膜的功能有关C．膜的功能越简单，所含蛋白质的数量越少D．蛋白质在进行细胞间的信息交流中具有重要作用D1.如图表示各种膜的组成成分含量，图示不能说明的是()A412.磷脂是组成细胞膜的重要成分，这与磷脂分子的头部亲水、尾部疏水的性质有关。某研究小组发现植物种子细胞以小油滴的方式贮存油，每个小油滴都由磷脂膜包被着，该膜最可能的结构是（）A．由单层磷脂分子构成，磷脂的尾部向着油滴内B．由单层磷脂分子构成，磷脂的头部向着油滴内C．由两层磷脂分子构成，结构与细胞膜完全相同D．由两层磷脂分子构成，两层磷脂的头部相对3．下列关于生物膜结构探索历程的说法，不正确的是（）A．最初通过对膜成分的提取和鉴定得出细胞膜是由脂质组成的B．罗伯特森提出的单位膜模型认为生物膜为静态的结构C．流动镶嵌模型认为构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动D．流动镶嵌模型认为蛋白质分子在膜中的分布是不均匀的AA2.磷脂是组成细胞膜的重要成分，这与磷脂分子的头部亲水、尾424.从细胞膜上提取了某种成分，用非酶法处理后，加入双缩脲试剂处理后出现紫色；若加入斐林并水浴加热，出现砖红色。该成分是（）A.糖脂B.磷脂C.糖蛋白D.脂蛋白5.异体器官移植手术很难成功，最大的障碍就是异体细胞间的排斥，这主要是由于细胞膜具有识别作用，这种生理功能的结构基础是（）A.细胞膜由磷脂分子和蛋白质分子构成B.细胞膜具有选择透过性C.细胞膜具有一定的流动性 D.细胞膜的外面有糖蛋白

CD4.从细胞膜上提取了某种成分，用非酶法处理后，加入双缩脲试剂436.取细胞膜上糖蛋白成分相同的两种海绵动物，将其细胞都分散成单个后混合培养，发现这两种细胞能够结合在一起，但将细胞膜上糖蛋白成分不相同的两种海绵动物的细胞分散后，混合培养，会发现这两种细胞不能结合在一起。这一实验现象说明细胞膜上的糖蛋白是与（）A.细胞间的相互识别有关 B.细胞间的免疫作用有关C.细胞的分泌作用有关 D.细胞间物质交流有关7.据最新研究发现，内皮素在皮肤中分布不均，是造成色斑的主要原因。内皮素拮抗剂进入皮肤，可以和黑色素细胞膜的受体结合，使内皮素失去作用，这为美容研究机构带来了福音。分析上述材料体现了细胞膜的哪项功能（）A．细胞膜中磷脂含量越高，功能越复杂B．细胞膜作为系统的边界，严格控制物质进出细胞C．细胞膜具有信息交流的功能D．细胞膜的组成成分主要为磷脂和蛋白质A

C6.取细胞膜上糖蛋白成分相同的两种海绵动物，将其细胞都分散成448.眼可视物、舌可尝鲜、鼻可嗅味，是因为这些感官细胞的细胞膜上分布着一类特殊蛋白质，统称G蛋白耦联受体（GPCR）．美国科学家莱夫科维茨和克比尔卡因为突破性地揭示GPCR的内在工作机制而获得2012年诺贝尔化学奖．下图为评委会现场解释他们的研究成果所展示的图片之一，据此下列相关说法中错误的是（）A．GPCR分子存在亲水片段和疏水片段B．GPCR的化学本质是糖蛋白C．信息分子与GPCR的结合不具有特异性D．GPCR可将胞外信息传递给G蛋白

C8.眼可视物、舌可尝鲜、鼻可嗅味，是因为这些感官细胞的细胞45课堂小结课堂小结46第4章细胞的物质输入与输出第2节生物膜的流动镶嵌模型第4章细胞的物质输入与输出47举例生物膜的功能相关基础知识回顾举例生物膜的功能相关基础知识回顾问题的提出为什么生物膜能控制物质进出，这与生物膜的结构有什么关系？一、对生物膜结构的探索历程生物膜结构模型的建构历程是比较长，也是一个不断继承、发展、开拓、修正的过程。问题的提出为什么生物膜能控制物质进出，这与生物膜的结构有什么49时间：19世纪末人物：欧文顿（E.Overton）实验：用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次的实验，发现凡是溶于脂质的物质,比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。资料一不溶于脂质的物质溶于脂质的物质细胞膜实验观察相似相溶原理时间：19世纪末资料一不溶于脂质的物质溶于脂质的物质细胞膜50膜是由脂质组成的思考与讨论: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？最初依据实验现象和有关知识，经过严谨的推理和大胆的想像，提出设想，是一种常见的科学方法。假说还需要通过实验观察直接证实。提出假说思考与讨论:在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？提出假说膜是由脂质组成的思考与讨论:最初依据实验现象和有关知识，经过51资料二时间:20世纪初实验及结论:实验验证科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来。化学分析表明,膜的主要成分是脂质和蛋白质。设计实验小组活动活动主题一：如何利用所学知识设计实验，验证膜的主要成分中含有蛋白质？资料二时间:20世纪初实验及结论:实验验证科学家将膜从哺乳动52事实：将提取的脂质在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积是细胞表面积的2倍推测：蛋白质覆盖在脂质两侧A．细胞膜中含有大量脂质成分实验结论：细胞膜具有流动性右图是相关实验记录，据此不能得到的结论是（）让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半脂筏模型：1997年,西蒙斯(K.C．细胞膜具有信息交流的功能A．温度增加到l5℃以上，细胞膜流动性增强实验研究：冰冻蚀刻细胞膜蛋白质镶在磷脂双分子层表面、部分或全部嵌入磷脂双分子层中、贯穿在磷脂双分子层。推测：蛋白质覆盖在脂质两侧电镜观察：细胞膜为“暗-亮-暗”三层结构D．细胞膜是选择透过性膜提取细胞膜，从哺乳动物成熟的红细胞中分离出来。电镜观察：细胞膜为“暗-亮-暗”三层结构第2节生物膜的流动镶嵌模型疏水性尾部朝向内侧）。科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来。提出：流动镶嵌模型资料二时间:20世纪初实验:将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来。发现细胞膜不但会被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶分解。结论:化学分析表明,膜的主要成分是脂质和蛋白质。溶解脂质溶剂水解蛋白酶红细胞膜红细胞膜实验验证事实：将提取的脂质在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子53问题的提出为什么细胞膜能控制物质进出，这与细胞膜的结构有什么关系？实验观察细胞膜对不同物质的通透性不同，脂质更容易通过。提出假说细胞膜由脂质组成实验验证引出问题提取细胞膜，从哺乳动物成熟的红细胞中分离出来。化学分析：细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质。脂质和蛋白质如何构成细胞膜？实验研究1脂质（磷脂）在细胞膜中如何排列？问题的提出为什么细胞膜能控制物质进出，这与细胞膜的结构有什么54细胞膜中主要的脂质——磷脂亲水头部疏水尾部疏水性尾部亲水性头部细胞膜中主要的脂质——磷脂亲水疏水疏水性尾部亲水性头部55活动主题二：利用你小组的知识推理和想象，提出许多磷脂分子在空气和水界面上单分子排布的假说，并用模型来表达。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。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”小资料小组活动活动主题二：磷脂是组成细胞的主要脂质，是一种由甘油、脂肪酸、56将磷脂溶于苯和水中，当苯挥发完以后，磷脂分子分布散乱，经过推挤，磷脂分子排列成了单层，而且磷酸基团的极性头部都浸入水中。资料三时间:实验:人物:1917年朗姆瓦在Langmuir水盘中展现脂单层。(a)水盘由一个浅盘和一个可移动的挡板组成。移动挡板可将磷脂单层向固定挡板端挤压，形成致密的脂单层；(b)磷脂在脂单层的排列方向。将磷脂溶于苯和水中，当苯挥发完以后，磷脂分子分布散乱，经过推57搅动后水溶液中活动主题三：利用你小组的知识推理和想象，提出许多磷脂分子在空气和水界面上单分子排布后被搅动,在水溶液中形成的相对稳定的球形小油滴排布假说，并用模型来表达。小组活动搅动后水溶液中活动主题三：小组活动58主要试剂与材料：丙酮（脂质溶剂）、哺乳动物成熟的红细胞、朗姆瓦水盘实验验证设计实验活动主题四：利用所给的材料及其他必要材料用具，设计实验，验证细胞膜上的磷脂分子为双层排列的，而不是单层。小组活动主要试剂与材料：丙酮（脂质溶剂）、哺乳动物成熟的红细胞、朗姆59

时间：1925年

人物：荷兰科学家Gorter和Grendel

实验：用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气-水界面上铺成单层分子，测得单分子层面积是红细胞表面积的2倍.

结论：资料四细胞膜中的脂质分子必然为连续的两层！时间：1925年资料四细胞膜中的脂质分子必然为连续的两层！60思考若提取人的口腔上皮细胞中的脂质，在空气-水界面上铺成单层分子，测得单分子层面积是细胞膜表面积的2倍吗？请解释原因。思考若提取人的口腔上皮细胞中的脂质，在空气-水界面上铺成单层61提出假说细胞膜由脂质组成实验验证引出问题提取细胞膜，从哺乳动物成熟的红细胞中分离出来。化学分析：细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质。脂质和蛋白质如何构成细胞膜？实验研究1脂质（磷脂）在细胞膜中如何排列？事实：将提取的磷脂在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积是细胞表面积的2倍结论：在细胞膜中，磷脂以双分子层的形式存在，形成细胞膜的基本骨架。蛋白质在细胞膜中如何分布？实验研究2提出假说细胞膜由脂质组成实验验证引出问题提取细胞膜，从哺乳动62膜上的蛋白质分子是可以运动的结论：在细胞膜中，脂质以双分子层的形式存在假说还需要通过实验观察直接证实。的三层结构构成的静态的统一结构，称为“单位膜模型”用下列细胞实验与此结果最相符的是（）C．洋葱鳞片叶表皮细胞 D．大肠杆菌细胞B．由单层磷脂分子构成，磷脂的头部向着油滴内实验：用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气-水界面上铺成单层分子，测得单分子层面积是红细胞表面积的2倍.D．细胞膜是选择透过性膜B．该实验证明膜蛋白能够运动疏水性尾部朝向内侧）。一、对生物膜结构的探索历程化学分析：细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质。膜上的蛋白质分子是可以运动的细胞间的相互识别有关 B.时间：1959年“脂筏模型”可以说是细胞膜功能最新的功能解释模型。移动挡板可将磷脂单层向固定挡板端挤压，形成致密的脂单层；某研究小组发现植物种子细胞以小油滴的方式贮存油，每个小油滴都由磷脂膜包被着，该膜最可能的结构是（）5、生物膜的功能特点：

时间：1959年

人物：罗伯特森（J.D.Robertsen）

实验：在电子显微镜下看到细胞膜由“暗—亮—暗”的三层结构构成资料五膜上的蛋白质分子是可以运动的时间：1959年资料五63

时间：1959年

人物：罗伯特森（J.D.Robertsen）

实验：在电子显微镜下看到细胞膜由“暗—亮—暗”的三层结构构成

提出假说：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态的统一结构，称为“单位膜模型”资料五活动主题五：将已构建的模型进行补充，构建单位膜模型。小组活动建立模型时间：1959年资料五活动主题五：小组活动建立模型64引出问题脂质和蛋白质如何构成细胞膜？实验研究1脂质在细胞膜中如何排列？事实：将提取的脂质在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积是细胞表面积的2倍结论：在细胞膜中，脂质以双分子层的形式存在蛋白质在细胞膜中如何分布？实验研究2建立模型推测：蛋白质覆盖在脂质两侧电镜观察：细胞膜为“暗-亮-暗”三层结构提出模型：“单位膜”模型完善模型质疑：单位膜模型存在诸多不足之处引出问题脂质和蛋白质如何构成细胞膜？实验研究1脂质在细胞膜中65不足之处首先该模型把膜看成是静止的，无法说明膜如何适应细胞生命活动的变化；其二，不同的膜其厚度不都是7.5nm，一般在5～10nm之间；其三，认为蛋白质全部伸展平铺在脂质表面对称分布，

则不能解释酶的活性同构型关系。还有，该模型也不能解释为什么有的膜蛋白很容易被分离，有些则很难。不足之处首先该模型把膜看成是静止的，无法说明膜如何适应细胞生66

冰冻蚀刻(冰冻断裂)。标本用干冰等冰冻后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。材料六蛋白质镶在磷脂双分子层表面、部分或全部嵌入磷脂双分子层中、贯穿在磷脂双分子层。蛋白质在膜中的分布是不对称的完善模型冰冻蚀刻(冰冻断裂)。标本用干冰等冰冻后用冷刀67事实：将提取的脂质在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积是细胞表面积的2倍结论：在细胞膜中，脂质以双分子层的形式存在蛋白质在细胞膜中如何分布？实验研究2建立模型推测：蛋白质覆盖在脂质两侧电镜观察：细胞膜为“暗-亮-暗”三层结构提出模型：“单位膜”模型完善模型质疑1：蛋白质在细胞上的分布不是伸展和对称的实验研究：冰冻蚀刻细胞膜实验结论：明确蛋白质在细胞膜上的分布有镶在表面、嵌入、贯穿磷脂双分子层活动主题六：在已有模型的基础上进行修正，得到细胞膜的静态模型。小组活动事实：将提取的脂质在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子68

时间：1970年

人物：LarryFrye等

实验：将人和鼠的细胞膜用不同的荧光染料标记后，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，放置一段时间后发现两种颜色的荧光均匀分布。

结论：资料七膜上的蛋白质分子是可以运动的完善模型时间：1970年资料七膜上的蛋白质分子是可以运动的完69实验：动物细胞吸水膨胀时，磷脂双分子层的厚度变小。实验证明：细胞膜上脂质是可以运动的。资料八结论：细胞膜具有一定的流动性完善模型实验：动物细胞吸水膨胀时，磷脂双分子层的厚度变小。资料八结论70生物膜具有一定的流动性生物膜具有一定的流动性71蛋白质在细胞膜中如何分布？实验研究2建立模型推测：蛋白质覆盖在脂质两侧电镜观察：细胞膜为“暗-亮-暗”三层结构提出模型：“单位膜”模型完善模型质疑1：蛋白质在细胞上的分布不是伸展和对称的实验研究：冰冻蚀刻细胞膜实验结论：明确蛋白质在细胞膜上的分布有镶、嵌入、贯穿质疑2：生物膜不可能是静态的实验研究：人和鼠细胞融合等实验实验结论：细胞膜具有流动性修正模型：流动镶嵌模型蛋白质在细胞膜中如何分布？实验研究2建立模型推测：蛋白质覆盖72主要试剂与材料：丙酮（脂质溶剂）、哺乳动物成熟的红细胞、朗姆瓦水盘提出：流动镶嵌模型如图表示各种膜的组成成分含量，图示不能说明的是()事实：将提取的脂质在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积是细胞表面积的2倍疏水性尾部朝向内侧）。时间：1970年膜上的蛋白质分子是可以运动的脂质和蛋白质如何构成细胞膜？C．细胞膜具有信息交流的功能结论：在细胞膜中，脂质以双分子层的形式存在电镜观察：细胞膜为“暗-亮-暗”三层结构让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半3、蛋白质分子存在形态：科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来。D．蛋白质在进行细胞间的信息交流中具有重要作用D．细胞膜的功能特性与②③都有关电镜观察：细胞膜为“暗-亮-暗”三层结构化学分析表明,膜的主要成分是脂质和蛋白质。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。时间：1972年人物：桑格和尼克森提出：流动镶嵌模型

主要试剂与材料：丙酮（脂质溶剂）、哺乳动物成熟的红细胞、朗姆73问题的提出为什么细胞膜能控制物质进出，这与细胞膜的结构有什么关系？实验观察细胞膜对不同物质的通透性不同，脂质更容易通过。提出假说细胞膜由脂质组成实验验证引出问题提取细胞膜，化学分析：细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质。脂质和蛋白质如何构成细胞膜？建立模型完善模型“单位膜”模型单位膜模型存在不足之处修正模型：流动镶嵌模型对生物膜结构的探索历程体现的研究方法和思路问题的提出为什么细胞膜能控制物质进出，这与细胞膜的结构有什么741、生物膜的组成成分：2、生物膜的基本骨架：3、蛋白质分子存在形态：主要由蛋白质和脂质组成磷脂双分子层（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧）。有镶在表面、嵌入、贯穿三种，体现了生物膜的不对称性。功能越复杂的膜，蛋白质的种类和数量越多。4、生物膜的结构特点：具有一定的流动性（磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的）二、流动镶嵌模型的基本内容归纳概括5、生物膜的功能特点：具有选择透过性1、生物膜的组成成分：2、生物膜的基本骨架：3、蛋白质分子存756、糖类的分布：糖蛋白（又称糖被，分布在细胞膜外表面，有识别、保护和润滑等作用）糖脂补充信息6、糖类的分布：糖蛋白（又称糖被，分布在细胞膜外表面，有识别76课堂小结课堂小结77迁移训练1．维生素D能较水溶性维生素优先通过细胞膜，这是因为（）A．细胞膜中含有大量脂质成分B．磷脂双分子层内不同程度地镶嵌着蛋白质C．细胞膜的结构特点是具有一定的流动性D．细胞膜是选择透过性膜A迁移训练1．维生素D能较水溶性维生素优先通过细胞膜，这是因为78迁移训练2.使磷脂类特别适于形成细胞膜的特性是（

）A.它们是疏水的B.它们是亲水的C.它们迅速吸水D.它们既是亲水的又是疏水的迁移训练3.将一个细胞中的磷脂成分全部提取出来，并将其在空气一水界面上铺成单分子层，结果测得单分子层的表面积相当于原来细胞膜表面积的两倍。用下列细胞实验与此结果最相符的是（

）A．人的肝细胞 B．蛙的红细胞C．洋葱鳞片叶表皮细胞 D．大肠杆菌细胞DD迁移训练2.使磷脂类特别适于形成细胞膜的特性是（）D79迁移训练4.人、鼠细胞融合实验是用带有不同荧光染料的抗体标记两种细胞的膜蛋白，一段时间后两种膜蛋白能在杂种细胞膜上均匀分布形成嵌合体。右图是相关实验记录，据此不能得到的结论是（）A．温度增加到l5℃以上，细胞膜流动性增强B．该实验证明膜蛋白能够运动C．温度对膜蛋白的运动有影响D．图中数据说明融合时间越长形成的嵌合体越多D迁移训练4.人、鼠细胞融合实验是用带有不同荧光染料的抗体标记80迁移训练5.细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，下列实例中能反映该特点的是（

）①高尔基体形成的囊泡与细胞膜融合

②变形虫能伸出伪足

③人细胞和小鼠细胞融合

④草履虫的分裂生殖

⑤吞噬细胞吞噬病菌．A．②③④ B．①②④⑤C．①②⑤ D．①②③④⑤D迁移训练5.细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，下列实例中能81迁移训练6.生物膜系统在结构和功能上是紧密联系的统一整体，在细胞的生命活动中极为重要．下列说法正确的是（）A．糖被与细胞的保护、识别、免疫和控制物质进出等有关B．用蛋白酶处理生物膜将改变其结构，但不能影响膜的选择透过性C．胰岛素等激素的分泌过程体现了膜的流动性D．细胞膜、核膜、细胞器膜成分和结构相同，功能密切配合C迁移训练6.生物膜系统在结构和功能上是紧密联系的统一整体，在82取细胞膜上糖蛋白成分相同的两种海绵动物，将其细胞都分散成单个后混合培养，发现这两种细胞能够结合在一起，但将细胞膜上糖蛋白成分不相同的两种海绵动物的细胞分散后，混合培养，会发现这两种细胞不能结合在一起。标本用干冰等冰冻后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。脂筏模型：1997年,西蒙斯(K.据最新研究发现，内皮素在皮肤中分布不均，是造成色斑的主要原因。A．②③④ B．①②④⑤电镜观察：细胞膜为“暗-亮-暗”三层结构磷脂双分子层（亲水性头部朝向两侧，主要试剂与材料：丙酮（脂质溶剂）、哺乳动物成熟的红细胞、朗姆瓦水盘具有一定的流动性（磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的）C．细胞膜具有信息交流的功能从细胞膜上提取了某种成分，用非酶法处理后，加入双缩脲试剂处理后出现紫色；结论：在细胞膜中，脂质以双分子层的形式存在用下列细胞实验与此结果最相符的是（）细胞的分泌作用有关 D.膜上的蛋白质分子是可以运动的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？疏水性尾部朝向内侧）。生物膜具有一定的流动性化学分析表明,膜的主要成分是脂质和蛋白质。迁移训练7.下图是细胞膜的亚显微结构模式图，①～③表示构成细胞膜的物质。有关说法错误的是（）A．①所表示的成分在细胞膜上能执行多种功能B．③构成细胞膜的基本骨架C．细胞膜的流动性与②有关，而与③无关D．细胞膜的功能特性与②③都有关C取细胞膜上糖蛋白成分相同的两种海绵动物，将其细胞都分散成单个832.生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺呢？请课下查阅相关资料并进行交流。？？？分析生物膜模型的建立和完善过程，你受到哪些启示？学习