细胞膜的结构和功能 高一上生物人教版必修一

思考讨论1.组成细胞的分子有蛋白质、核酸、糖类、脂质、水和无机盐等。如果将细胞内含有的各种物质配齐，并按照他们在细胞中的比例放在一个试管中，能构成一个生命系统吗？为什么？2.我国科学家耗时6年多才完成人类历史上第一次人工合成胰岛素的创举，而我们身体中的胰岛细胞每时每刻都在不停的帮我们生产胰岛素。为什么靠人力很难完成的工作，对细胞来说却轻而易举呢？细胞中是不是有一条条“生产线”呢？

正如一堆建筑材料不可能让人居住一样，将细胞中的所有物质放在一起，它们并不能进行任何生命活动。组成细胞的分子必须有序地组织成细胞的结构，才能成为一个基本的生命系统。

我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧。——引自翟中和院士《细胞生物学》细胞膜细胞质①细胞膜的功能②对细胞膜结构的探索③流动镶嵌模型的基本内容细胞膜的结构与功能①细胞器之间的分工②细胞器之间的协调配合③细胞的生物膜系统细胞器之间的分工合作①细胞核的功能②细胞核的结构细胞核的结构与功能系统的边界系统的分工与合作单元综述系统的控制中心细胞核重要的生命观念：生命的物质观结构与功能观生命的系统观第三章

细胞的基本结构第一节

细胞膜的结构与功能1.从系统与环境关系的角度，阐释细胞膜作为系统的边界所具有的功能。2.分析细胞膜组成成分与结构的关系，说明细胞膜结构的物质基础，概述流动镶嵌模型的主要内容。3.分析对细胞膜成分与结构的探索历程， 认同科学理论的形成是一个科学精神、科学思维和技术手段结合下不断修正与完善的过程。第三章细胞的基本结构学习目标1.将细胞与外界环境分隔开第一节细胞膜的结构与功能一细胞膜的功能膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，使细胞成为一个相对独立的系统。保障了细胞内部环境的相对稳定。大多数科学家认为生命起源于原始海洋，你认为原始生命类似于病毒还是原核生物？膜的出现起到了怎样的作用？细胞作为一个基本的生命系统，它是有边界的。2.控制物质进出细胞第一节细胞膜的结构与功能一细胞膜的功能控制作用的相对性环境中的有害物质可能进入；病毒、病菌的侵入，使生物体患病。细胞需要的营养物质（如水、葡萄糖等）可以从外界进入细胞细胞不需要的物质（如台盼蓝等）不容易进入细胞细胞分泌物（如抗体、激素等）分泌到细胞外、代谢废物（如尿素、CO2等）排到细胞外细胞内有用成分（如K+、核苷酸等）不会轻易流失到细胞外3.进行细胞间的信息交流第一节细胞膜的结构与功能一细胞膜的功能在多细胞生物体内，各个细胞都不是孤立存在的，它们之间必须保持功能的协调，这种协调性的实现不仅依赖于物质和能量的交换，也依赖于信息的交流。3.进行细胞间的信息交流第一节细胞膜的结构与功能一细胞膜的功能间接交流内分泌细胞分泌的激素，随血液到达全身各处，与靶细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。含义胰岛细胞分泌的胰岛素，与靶细胞表面的胰岛素受体结合后，能加速组织细胞摄取、利用、储存葡萄糖，从而使血糖降低。举例3.进行细胞间的信息交流第一节细胞膜的结构与功能一细胞膜的功能直接交流相邻两个细胞的细胞膜膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。含义精子与卵细胞间的识别和结合。举例3.进行细胞间的信息交流第一节细胞膜的结构与功能一细胞膜的功能通道交流相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。含义高等植物细胞间的胞间连丝。举例第一节细胞膜的结构与功能学以致用为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具备什么功能？活细胞细胞膜具有选择透过性，台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜，因此活细胞不被染色。死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。讨论具有控制物质进出细胞的功能。特别说明：第一项功能是基础，体现了细胞这个系统的独立性；第二、三项功能是细胞得以生存的必要条件，体现了细胞这个系统的开放性。复述细胞膜的三大功能？说明三大功能对细胞这个系统的意义所在？再次强调几个重要的生命观念：生命的物质观结构与功能观生命的系统观细胞壁为什么不是细胞这个系统的边界？细胞壁是全透性的，不能控制物质的进出。1.最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取与检测？第一节细胞膜的结构与功能阅读P43,思考.讨论5分钟：

---对细胞膜成分的探索2.如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布？3.磷脂分子在水中能自发地形成双分子层，你如何解释这一现象？由此，你能否就细胞膜是由磷脂双分子层构成的原因作出分析？1.最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取与检测？【答案】最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析得出的。第一节细胞膜的结构与功能思考.讨论

---对细胞膜成分的探索【答案】如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂的“头部”将与水接触，“尾部”与苯接触，磷脂分子分布成单层。2.如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布？3.磷脂分子在水中能自发地形成双分子层，你如何解释这一现象？由此，你能否就细胞膜是由磷脂双分子层构成的原因作出分析？【答案】由于磷脂分子有亲水的“头部”和疏水的“尾部”，在水溶液中，朝向水的是“头部”，“尾部”受水的排斥。当磷脂分子的内外两侧均是水环境时，磷脂分子的“尾部”相对排列在内侧，“头部”则分别朝向两侧水的环境，形成磷脂双分子层。细胞的内外环境都是水溶液，所以细胞膜磷脂分子的“头部”向着膜的内外两侧而“尾部”相对排在内侧，形成磷脂双分子层。第一节细胞膜的结构与功能思考.讨论

---对细胞膜成分的探索思考.讨论

---对细胞膜成分的探索第一节细胞膜的结构与功能思考结论现象方法1895年，欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次的实验。溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜；不溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜。脂质的推测科学家是如何证明脂质存在的呢？推测细胞膜是由脂质组成的。非脂溶性物质脂溶性

物质思考.讨论

---对细胞膜成分的探索第一节细胞膜的结构与功能思考结论结果方法科学家利用哺乳动物的红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜，进行化学分析。组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。脂质类型的确定脂质分子在细胞膜中是如何排布的呢？不仅证明了脂质的存在，而且还得出细胞膜中含有的脂质类型。化学分析：排除甘油三酯化学常识：碱性条件下甘油三酯易分解，而细胞膜则相对稳定第一节细胞膜的结构与功能思考.讨论

---对细胞膜成分的探索思考结论结果方法1925年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层。测得单层分子的面积为红细胞表面积的2倍。磷脂双分子层的推断两层磷脂分子又是如何排布的呢？推断细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。S1S2第一节细胞膜的结构与功能思考.讨论

---对细胞膜成分的探索磷脂分子结构式磷脂分子模型磷脂分子示意图头部(亲水性)尾部(疏水性)磷脂分子组成脂质的化学元素？第一节细胞膜的结构与功能思考.讨论

---对细胞膜成分的探索两层磷脂分子的排布细胞外——水细胞内——水细胞内-水细胞外—水第一节细胞膜的结构与功能思考.讨论

---对细胞膜成分的探索思考结论结果方法1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。蛋白质的推测蛋白质分子又是如何排布的呢？推测细胞膜可能还附有蛋白质。前提：人们已经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。二细胞膜的成分P43

1.细胞膜的成分是什么？脂

质：

50%蛋白质：40%糖类：2%～10%主要成分

2.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是越多。为什么？第一节细胞膜的结构与功能脂质蛋白质糖类50%40%2~10%磷脂最丰富蛋白质是生命活动的主要承担者结构与功能观过渡：脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？膜蛋白？膜脂？第一节细胞膜的结构与功能三对细胞膜结构的探索思考方法20世纪40年代，曾经有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质。蛋白质分布方式的推测科学家是如何证明该推测是否正确的呢？蛋白质磷脂蛋白质第一节细胞膜的结构与功能三对细胞膜结构的探索结论现象方法1959年，罗伯特森电镜观察。看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。蛋白质分布方式的证明细胞膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，中间亮层是脂质分子，两边暗层是蛋白质分子。研究发现：

1.暗带是因为电子穿透的较少，明带是因为电子穿透的较多。2.蛋白质由于对电子的阻挡作用很大，透过样品的电子较少；而脂双层由于对电子阻挡作用很小，透过样品的电子较多。第一节细胞膜的结构与功能三对细胞膜结构的探索假说：蛋白质和脂双层以静电作用吸附在一起现象：电镜“暗-明-暗”三层磷脂双分子层夹在两层蛋白质之间，故为静态模型假说：脂双层两侧吸附（覆盖）着蛋白质问题：脂双层和蛋白质是怎样结合（吸附）的模型（假说）：膜都由“蛋白质-磷脂-蛋白质”三层构成（蛋白质和磷脂依靠静电作用结合在一起）科学方法：提出假说P44第一节细胞膜的结构与功能三对细胞膜结构的探索质疑

20世纪60年代以后，不少科学家对于细胞膜是静态的观点提出质疑：如果是这样，细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的变形运动这样的现象都难以解释。根的生长变形虫的运动第一节细胞膜的结构与功能三对细胞膜结构的探索结论现象两种颜色的荧光均匀分布细胞膜流动性的发现小鼠细胞人细胞正在融合的细胞融合细胞刚融合的细胞一半发绿色荧光，另一半发红色荧光融合细胞方法37℃40min细胞融合细胞融合绿色荧光染料标记的膜蛋白红色荧光染料标记的膜蛋白这一实验以及相关的其他实验证据表明：细胞膜具有流动性1970年荧光染料标记同位素标记法P51=？≠第一节细胞膜的结构与功能三对细胞膜结构的探索蛋白质镶嵌在脂质双分子层中的发现随着新的技术手段不断运用于细胞膜的研究，如冰冻蚀刻扫描电镜技术的应用，科学家发现膜蛋白有的_____在脂质双分子层中的。镶嵌第一节细胞膜的结构与功能三对细胞膜结构的探索模型的提出1972年，辛格和尼科尔森提出了细胞膜的流动镶嵌模型想象空间：想象一个近似球形的细胞，其细胞膜的磷脂双分子层的三维立体结构。（闭眼想象2秒）细胞膜中含有脂质和蛋白质成分分析磷脂双分子层，且可能含有蛋白质静态结构模型流动镶嵌模型结构推测模型建构模型修正模型完善第一节细胞膜的结构与功能三对细胞膜结构的探索科学理论的形成是一个科学精神、科学思维和技术手段结合下不断修正与完善的过程。沃利奇于1975年提出晶格镶嵌模型，他们认为：在流动的脂双层中存在许多大小不同的刚度较大的彼此独立运动的脂质“板块”（有序结构区）。……你提出的模型？四流动镶嵌模型的具体内容第一节细胞膜的结构与功能镶在表面部分或全部嵌入贯穿糖被排布：细胞膜外表面特点：和蛋白质结合形成糖蛋白，或与脂质结合形成糖脂作用：与细胞表面识别、细胞间

信息传递等有密切关系磷脂双分子层蛋白质排布