3.1 细胞膜的结构和功能-2024-2025学年高一生物上学期同步教学精品课件（人教版2019必修1）

细胞、部分细胞器和它们背后的故事 细胞无时无刻不在进行着各种生命活动。 1665年，英国科学家胡克(R. Hooke)首次在显微镜下观察到细胞，并用“小室"(cell)来描述这种结构。胡克的发现把生物学的研究从组织水平带到了细胞水平。经历了170多年，人们不断丰富着细胞观察的资料，终于在1838年，植物学家施菜登(M.Schleiden)和动物学家施旺(T.Schwann)共同提出细胞学说。即“细胞是生命体结构和功能基本单位”，由此形成细胞生物学。遗憾的是，到了20世纪上半叶，当时在光学显微镜下，科学家只能看到细胞膜，细胞核以及细胞质，无法看到更细微的结构，也阻碍了对细胞功能的进一步研究。到了20世纪30年代，才逐步揭开各细胞器神秘的面纱。 克劳德发明了细胞组分分离技术和电子显微镜技术，并发现了线粒体。德迪夫改进了细胞组分分离技术，并发现了溶酶体和过氧化氢酶体。帕拉德改进了电子显微镜的样品固定技术，并发现了核糖体。施泰茨将电子显微镜技术和X射线技术结合起来，解读了核糖体的结构。1974年，克劳德、德迪夫和帕拉德一起荣获诺贝尔生理学奖。2009年，拉马克里希南、施泰茨和尤纳斯一起获得了诺贝尔化学奖。 在细胞质当中存在着各种细胞器，它们具有不同的形态与结构，承担着不同的功能，为细胞这个“大工厂”履行着各自不同的职责。 回顾线粒体、溶酶体、核糖体等部分细胞器的发现故事，不难发现，生命科学的发展离不开物理化学技术的应用，离不开工具的创新，是细胞组分分离技术和电子显微镜让当时的细胞生物学迈出了巨大的一步。 布莱森： “每个细都是自然的一个奇迹。即便是最简单的细胞，其构造的精巧程度也是人类智慧难以企及的。” 细胞结构和功能的复杂程度远远超出人们想象：细胞内一刻不停地进行着规模巨大的化学反应，貌似拥挤不堪，纷繁混乱，实则疏密有致，有条不紊......小小的细胞究竟有哪些精细结构？它们之间如何协调配合，成就生命的呢？ 细胞结构 细胞壁 细胞膜 细胞质 细胞质基质 细胞器 细胞核 叶绿体 线粒体 内质网 高尔基体 溶酶体 液泡 核糖体 中心体 （一）细胞壁 主要成分： 主要功能： 纤维素和果胶 支持和保护（全透性） 第1节 细胞膜的结构和功能 第三章 细胞的基本结构 （二） 结论： 细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是 细胞膜（质膜） 细胞作为一个基本的生命系统，它的边界是什么？ 一.细胞膜的功能 1.将细胞与外界环境分隔开 2.控制物质进出细胞 为什么鸡蛋打碎后，还有成型的蛋黄？说明细胞膜有什么功能？ 台盼蓝染色剂染活细胞不被染色，而死细胞却被染色，为什么？ 细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞，细胞不需要的物质不容易进入。 细胞产生的抗体、激素和废物排到细胞外。有用的成分不会轻易流失。 细胞膜的控制作用是相对的。 功能特点： 选择透过性 3.进行细胞间的信息交流 二.对细胞膜成分的探索 资料一：细胞膜的组成 时间：19世纪末 1895年 人物：欧文顿（E.Overton） 实验：用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验,发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的。 非脂溶性物质 脂溶性物质 提出假说：膜是由脂质组成的。 实验：采用哺乳动物的红细胞,经过特殊处理使细胞发生溶血现象,一些物质溶出,再将溶出细胞外的物质洗掉,即可得到纯净的细胞膜(又称血影). 时间：20世纪初 资料二：细胞膜的成分 进行实验 化学分析 结论：膜的成分主要是脂质，脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂最多。 亲水头部 疏水尾部 磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸等所组成的分子。 资料三：磷脂的组成和结构特点 1917年朗姆瓦实验 将磷脂溶于苯和水中，当苯挥发完以后，磷脂分子在空气与水的界面上分布散乱，经过推挤排列成了连续的整齐的单层。而且每个磷脂分子的头部浸入水中，尾部浮于水面。 因此他发现，磷脂是由亲水头部和疏水尾部构成。 资料四：磷脂在细胞膜中的分布 时间：1925年 人物：荷兰科学家Gorter（戈特）和Grendel（格伦德尔） 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。 现象：发现展开层后的脂质单层面积是红细胞的表面 积的2倍 认为：细胞膜中的磷脂是双层的 细胞膜的磷脂分子的排列方式 连续两层排列 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 推测：细胞膜除含有脂质分子外，可能还附有蛋白质。 1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究发现，细胞的表面张力明显低于油－水界面的表面张力，若油脂滴表面吸附有蛋白质则表面张力降低。 资料五： 脂质、蛋白质、糖类 成分： 细胞膜的成分： 功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量 。 越多 三.对细胞膜结构的探索 得出结论 细胞膜由 蛋白质－脂质－蛋白质 组成，是静态的统一结构。 资料六：蛋白质在细胞膜中的位置 时间：1959年 人物：罗伯特森（J.D.Robertsen） 现象：在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的 三层结构。 蛋白质 磷脂双分子层 质疑： （１）各种生物膜功能不同，应该结构也不同 （２）细胞的生长、变形虫的变形运动等现象不好解释 资料七： 电镜冰冻蚀刻细胞膜 时间：20世纪60年代 实验：科学家用扫描电镜技术和冰冻蚀刻技术揭示了细胞膜结构中的蛋白颗粒。 [讨论]实验的现象是什么?——实验表明蛋白质并不是全部平铺在脂质的表面，有的蛋白质是镶嵌在脂质双分子层中的。 融合40分钟后荧光均匀 诱导 融合 人细胞 鼠细胞 荧光 标记 37摄氏度40分钟后 资料八：细胞膜的流动性 时间：1970年 人物：费雷和埃迪登等 实验：将人和鼠的细胞膜蛋白质用不同荧光染料标记后融合 0摄氏度40分钟后 表明： 细胞膜具有流动性 证明细胞膜具有流动性的证据： ①白细胞吞噬细菌的过程； ②变形虫的伪足运动现象； ③受精时精子和卵细胞的融合过程； ④动物细胞分裂时细胞膜的缢裂过程。 资料九：细胞膜结构模型 时间：1972年 人物：辛格 和 尼科尔森 提出：流动镶嵌模型 四、流动镶嵌模型的 基本内容 磷脂双分子层 蛋白质或镶在脂双层的表面，或嵌入在其内部，或贯穿整个磷脂双分子层，表现出分布的不对称性。 4.磷脂可以侧向自由移动，大多数蛋白质也能运动。 （细胞膜的结构特性： ） 2.细胞膜的基本支架： 3.蛋白质的分布： 磷脂双分子层 磷脂分子 蛋白质 1.细胞膜主要由磷脂和蛋白质构成。 具有一定的流动性 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 28 多糖 （1）糖蛋白：保护、润滑、识别等 （2）糖脂 细胞膜外侧 糖被： （1）糖蛋白（糖被）：保护、润滑、识别等 （2）糖脂 糖蛋白的作用： 糖蛋白存在于胃粘膜表面，可以保护胃粘膜的大量细胞成分； 在糖蛋白与介质之间有亲水基团的吸引，表面总是有一层薄薄的水膜，宏观即表现为润滑作用。糖蛋白可增加呼吸道的润滑作用，补充糖蛋白可以缓解喉咙干燥感； 糖蛋白可以帮助卵细胞表面对于精子进行识别。 癌细胞上的糖蛋白的作用是细胞识别,糖蛋白减少,识别作用弱,黏着性降低,容易分散,使细胞与细胞间分开； 糖脂常常被作为细胞表面标志物质。糖脂又是细胞表面抗原的重要组分,某些正常细胞癌变后,表面糖脂成分有明显变化；一些已分离出来的癌细胞特征抗原,也已证明是糖脂类物质。细胞表面的糖脂还是许多胞外生理活性物质的受体,参与细胞识别 、信息传递等。 将少量磷脂分子分散到水溶液中，这些磷脂分子会自发组装成充满液体的脂双层，称为脂质体。脂质体可作为运载体，将药物或DNA运送到细胞内。 与社会的联系 模拟细胞膜的结构和功能，制作了各种各样人工生物膜，有的可用于海水淡化处理，有的可用于肾功能衰竭患者的血液透析治疗，还有的可用于食品工业中浓缩果蔬汁和酱汁的制作等，解决了人类生产、生活中的很多难题。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 $$