3.1细胞膜的结构和功能基础知识2022-2023学年高一上学期生物人教版必修1

第 1 节 细胞膜的结构和功能 1.细胞膜的功能 （1）将细胞与外界环境分隔开，为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境。细胞膜作为系统的边界，而细胞壁不是细胞这一生命系统的边界（因为细胞壁具有全透性，无法在细胞壁内制造一个稳定的内部环境，因此……）。 （2）控制物质进出细胞，包括代谢底物的输入与代谢产物的排除，其中伴随着能量的传递；细胞膜的控制作用是相对的，一些有害的物质也可能进入细胞。（细胞膜功能特点：选择透过性） （3）进行细胞之间的信息交流 ①物质传递：内分泌细胞分泌的激素（如胰岛素）随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。 ②接触传递：相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。如，精子和卵细胞之间的识别和结合。 ③通道传递：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。如高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用。 二、细胞膜成分的探索 1.1895年，欧文顿发现溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜；不溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜。 （1）推测：细胞膜是由脂质组成的。 （2）相似相溶原理：溶质与溶剂在结构上相似，能彼此相溶，例如同为脂质的物质可以相溶。 2.通过一定的方法制备出纯净的细胞膜，进行化学分析，得知组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。 3.纯净的细胞膜制备方法： ①选材：哺乳动物成熟的红细胞 原因：a.动物细胞没有细胞壁。 b.哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和细胞器，易用差速离心法得到不掺杂细胞内膜系统的纯净的细胞膜。 c.红细胞数量多，材料易得。 ②原理：细胞内的物质有一定浓度。把红细胞放入清水中，水会进入红细胞，导致红细胞吸水涨破，使细胞膜内的物质流出来，除去细胞内的其他物质得到细胞膜。（其实就是发生渗透作用吸水） ③过程：a．将红细胞稀释液制成装片。（用生理盐水进行稀释）——等渗溶液 b．在高倍镜下观察，盖玻片一侧滴加蒸馏水，在另一侧用吸水纸吸引。（引流法） c．红细胞凹陷消失，体积增大，最后导致细胞破裂，内容物流出。 ④利用差速离心法将细胞内容物与细胞膜相分离，获得纯净的细胞膜。 4.磷脂的一端为亲水的头，两个脂肪酸一端为疏水的尾，多个磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层。 5.1925年戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气——水界面上铺展为单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。推测：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。 磷脂的其他排列方式 6.1935年，丹尼利和戴维森推测细胞膜除脂质分子外，可能还附有蛋白质。 7.细胞膜的成分是脂质、蛋白质和糖类，主要成分是脂质和蛋白质。 不同种类的细胞，细胞膜的成分及各成分的含量不完全相同。 ①脂质，约占细胞膜总质量的50%。细胞膜所含脂质主要是磷脂和少量的胆固醇（动物细胞膜中有一定量的胆固醇，而植物细胞膜中胆固醇的含量几乎没有）。 ②蛋白质，约占40%。蛋白质在细胞膜行使功能方面起着重要的作用，所以功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量就越多。 ③糖类，约占2%-10%。在细胞膜的外表面与蛋白质或脂质结合形成糖被。 三、对细胞膜结构的探索 1.1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗-亮-暗的三层结构，提出假说：所有的细胞膜都 由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，把细胞膜描述为静态的统一结构。 2.20世纪60年代，对细胞膜静态的观点提出质疑：细胞膜的复杂功能难以实现，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。 3.1970年，用绿色荧光染料标记小鼠细胞表面的蛋白质，再用红色荧光染料标记人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞融合。在37℃环境40分钟后，两种颜色的荧光均匀分布。这一实验及相关其他实验表明：细胞膜具有流动性。 4.1972年，辛格和尼克尔森提出“流动镶嵌模型”。 四、流动镶嵌模型的基本内容 1.流动镶嵌模型认为，细胞膜主要由磷脂分子和蛋白质分子构成。 （1）磷脂双分子层是膜的基本支架，其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。 （2）蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。 2.细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性，主要表现为构成膜的磷脂分子可以侧向移动，膜中的蛋白质大多也能运动。【流动性】 细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能都是非常重要的。 3.细胞膜的外表面还有糖类分子，它和蛋白质分子结合形成糖蛋白，或与脂质结合形成糖脂，这些糖类分子叫做糖被。【不对称性】 （1）糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系。 （2）有