3.1 细胞膜的结构和功能-【大鹏生物】2024高考生物一轮复习讲义

第3章 细胞的基本结构 对于我们体内的一些胰岛细胞来说，合成和分泌胰岛素是很平常的事，而我国科学家完成人类历史上第一次人工合成胰岛素的创举，却用了6年多的时间！时至今日，世界上临床应用的胰岛素，仍是将胰岛素基因转入易于培养的细胞中，让细胞来生产的。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，将细胞中所有的物质放在一起，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。 那么，细胞的基本结构是怎样的呢?细胞的各种结构又是怎样协调配合，共同完成生命活动的呢? 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。 引自翟中和院士等主编的《细胞生物学》 第1节 细胞膜的结构和功能 1.1 细胞膜的功能 1.功能 （1）将细胞与外界环境分隔开，保障细胞内部环境的相对稳定。 （2）控制物质进出细胞 普遍性： ①细胞需要的营养物质（葡萄糖、氨基酸、无机盐离子）等可以进入细胞； ②细胞分泌的抗体、激素等物质和细胞产生的废物（尿素等）可以排到细胞外； ③对细胞有重要作用的核酸等物质不会流失到细胞外。 相对性： 对细胞有害的物质（细菌的外毒素、病毒等）不易进入细胞。 （3）进行细胞间的信息交流 方式 通过“信息分子” 完成间接交流 两细胞间直接交流 经特殊通道交流信息 图解 过程 或 实例 精子和卵细胞之间的识别和结合；效应T细胞与靶细胞间过胞间的识别；人在输血前要严格配血，也与细胞的识别有关 高等植物细胞之间通过胞间连丝；动物相邻细胞间形成间隙连接，进行细胞间的信息交流（也可进行物质交换） ※大鹏老师提示※ 细胞间通信的主要信息分子有激素（胰岛素、胰高血糖素、甲状腺激素、肾上腺素等）、神经递质（乙酰胆碱、多巴胺等）、生长因子（表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、神经生长因子等）和细胞因子（淋巴因子、白细胞介素、干扰素等）气体信号分子（NO、CO、H2S等）。 1.2 对细胞膜化学成分的探究 1. 19世纪末，欧文顿 （1）实验依据：用500多种物质进行植物细胞膜通透性的实验，发现脂溶性的物质更容易通过细胞膜进入细胞。 （2）结论或假说：细胞膜由脂质组成。 2. 20世纪初，其他科学家进一步研究 （1）实验依据：从哺乳动物的红细胞中分离出细胞膜，并进行化学分析。 （2）结论或假说：组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。 3. 1925年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔 （1）实验依据：用丙酮将脂质从人的红细胞中提取出来，然后在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。 （2）结论或假说：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。 4. 1935年，英国学者丹尼利和戴维森 （1）实验依据：研究细胞膜的张力，推测和分析细胞膜的成分。 （2）结论或假说：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。 ※大鹏老师提示※ 哺乳动物（除羊驼和骆驼外）成熟红细胞没有细胞核（在造血干细胞→幼红细胞→网织红细胞→成熟红细胞的过程中，细胞核和细胞器逐渐排出和丧失），鸟类和其他几乎所有脊椎动物（除蝾螈）红细胞是有细胞核的。 1.3 对细胞膜结构的探索 1.细胞膜的成分 （1）脂质：约50%，其中磷脂最丰富，此外还有少量的胆固醇。 （2）蛋白质：约40%，功能越复杂的细胞膜，其上蛋白质的种类和数量越多。 （3）糖类：2% ~10%。 ①与细胞膜上的部分蛋白质、脂质结合形成糖蛋白和糖脂。 ②与细胞间的信息交流等功能有关。 2.对细胞膜结构的探索 （1）单位膜模型 1925年，两位荷兰科学家，用丙酮从人的成熟红细胞中提出脂质，在空气和水界面上铺展成单层分子，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。 结论：细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层 （2）罗伯特森实验 1959年，罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗三层结构，结合其他科学家的工作，大胆的提出。 结论：生物膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成 （3）人鼠细胞融合实验 1970年，科学家分别用绿色和红色荧光染料标记（不同与同位素标记）小鼠和人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠和人细胞融合。刚开始，一半发绿色荧光，一半发红色荧光，在37℃下经过40min，两种颜色的荧光均匀分布。 ※大鹏老师提示※ ①荧光蛋白标记≠放射性同位素标记。 ②该实验只证明了细胞膜上的蛋白质具有流动性，不能表明脂质分子具有流动性；只有该实验和其他相关实验证据一起，才能表明细胞膜具有流动性。 （4）桑格、尼克森模型 1972年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。 1.4 流动镶嵌模型的基本内容 1.基本内容 （1）磷脂双分子层