3.1 细胞膜的结构和功能课件-2023-2024学年高一上学期生物人教版必修1

3.1 细胞膜的结构和功能 第三章 细胞的基本结构 1 导入新课： 观察、触摸、分离鸡蛋黄。 思考： ①卵细胞在哪儿？ ②为什么我们可以在不破坏蛋黄的情况下将蛋黄分离出来？ 2 卵黄膜:细胞膜 思考： ①卵细胞在哪儿？ 3 ②为什么我们可以在不破坏蛋黄的情况下将蛋黄分离出来？ 结论1： 细胞膜就是细胞（最小的生命系统）的边界。 导入新课： 观察、触摸、分离鸡蛋黄。 思考： ①和细胞生命活动相关的物质主要存在于哪里？ 结论2： 细胞膜将生命物质与外界环境分隔开，保障细胞内部环境的相对稳定。 4 糖类 3.6 g 0.7 g 蛋白质 15.9 g 10.9 g 脂肪 26.5 g 0.2 g 固醇 1.1g 0 g 维生素A 381 μg 0 μg 维生素B6 0.3 mg 0 mg 维生素D 5.4 μg 0 μg 维生素E 2.6 mg 0 mg 叶酸 146 μg 4 μg 钙 129 mg 7 mg 磷 390mg 15mg 铁 2.7mg 0.7mg 钠 48mg 166mg 水 48g 88g 资料1：蛋黄与蛋清（100g）部分化学组成 ②蛋黄内的生命物质浓度高，蛋清内的浓度低，为什么这些物质没有顺着浓度流向蛋清呢？ 结论3： 细胞膜可以控制物质进出细胞。 一、细胞膜的功能 细胞膜控制物质进出细胞的特点 营养物质 代谢废物 病毒、病菌 分泌物 胰岛素等激素 结论4： 细胞膜可以控制物质进出细胞（选择透过性）， 且该控制是相对的。 抗体 思考： ①是不是所有物质都能进出细胞？ ②进入细胞的都是有用的物质吗？ 5 一、细胞膜的功能 思考：P46 二.拓展应用 1.用窗纱类比细胞膜合理吗？ 国境 窗纱 6 新生命个体的诞生始于卵细胞和精子的相遇。 这两种细胞是如何识别彼此的呢？ 7 一、细胞膜的功能 胞间连丝 8 结论5：细胞通过细胞膜进行细胞间的信息交流。 一、细胞膜的功能 相邻细胞 通过细胞膜直接交流 不相邻细胞 通过信息分子和细胞膜间接交流 相邻细胞间形成通道 使信息分子通过 受体 细胞膜 功能 与生活环境分隔 控制物质进出 信息交流 结构基础 物质基础 小结：细胞膜的功能 9 决定 选择透过性 （细胞膜的功能特性） 细胞膜作为系统的边界，它的物质基础和结构基础是什么？ 细胞膜非常薄，在光镜下观察不到！ 1895年 科学家：欧文顿 实验材料：植物细胞 实验方法： 实验现象： 提出假说： 溶于脂质的物质更容易穿过细胞膜。 细胞膜是由脂质组成的。 用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次实验。 10 ● ● 细胞膜 ● ● ● ● ● ● 溶于脂质的物质（如脂肪醇、乙醚） ● ● 不溶于脂质的物质(如蔗糖） 观察现象→提出假说→实验验证→得出结论 二、对细胞膜成分的探索 思考：你会从什么细胞提取细胞膜，以验证欧文顿的假说？ A. 卵细胞 B.哺乳动物的红细胞 11 组成 卵细胞 哺乳动物的红细胞 有细胞膜 有细胞膜 有细胞质 有细胞质 有细胞核 无细胞核 有颗粒状结构 无颗粒状结构 观察现象→提出假说→实验验证→得出结论 二、对细胞膜成分的探索 实验材料：哺乳动物的红细胞 科学家：欧文顿 实验方法： 实验结果： 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。 磷脂分子结构式 磷脂分子模型 磷脂分子示意图 胆碱+ 磷酸- 脂肪酸 —— 亲水头部（极性） 疏水尾部（非极性） 12 资料5：磷脂分子的化学性质(p42) 观察现象→提出假说→实验验证→得出结论 二、对细胞膜成分的探索 资料3：1917年，科学家朗缪尔把溶有脂质的挥发性溶剂倾倒在水面上，溶剂挥发掉，而脂类分子可在水面上铺开成一层。 水 空气 思考： 如果有一个水槽，把磷脂分子铺在水面上，它将如何在水—空气界面上排布？ 13 三、对细胞膜结构的探索 1925年 科学家：荷兰科学家戈特和格伦德尔 实验材料：哺乳动物的红细胞 实验方法： 实验现象： 提出假说： 细胞膜中的磷脂是双层的 从细胞膜中提取脂质，在水-空气界面上铺成单层分子，测量磷脂单层分子的面积，红细胞的表面积进行对比。 单层分子的面积是红细胞表面积的2倍 14 观察现象→提出假说→实验验证→得出结论 三、对细胞膜结构的探索 观察现象→提出假说→实验验证→得出结论 思考：构建细胞膜的物理模型 如果搅动水槽中的水，迫使磷脂分子进入水溶液中，形成脂质球，磷脂分子又将如何分布？ 15 提示： ①脂质球内部可能有水。 ②该脂质球具有双层磷脂分子。 16 思考：构建细胞膜的物理模型 戈特和格伦德尔提出了磷脂双分子层模式的假说 17 观察现象→提出假说→实验验证→得出结论 三、对细胞膜结构的探索 18 资料4：欧文顿对植物细胞的通透性的研究中，发现并不是所有穿过细胞膜的物质都是脂溶性的非极性分子。带电荷的离子也可以穿过细胞膜。 英国学者丹尼利和戴维森大胆提出假说：脂质层上吸附了蛋白质。由于蛋白质含结合水，可以使带电溶质穿过细胞膜。 提示：带电荷的离子溶于水。回忆什么是结合水？它们往往是和什么物质结合的呢？ 观察现象→提出假说→实验验证→得出结论 三、对细胞膜结构的探索 观察现象→提出假说→实验验证→得出结论 1935年 科学家：英国学者丹尼利和戴维森 实验材料：哺乳动物的红细胞 实验方法： 实验现象： 得出结论 细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。 已知油脂滴吸附蛋白质后表面张力会降低。 细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。 资料8：红细胞膜的成分 生物膜 蛋白质％ 脂质％ 糖类％ 人的红细胞膜 49 43 8 后续对细胞膜成分的研究证实： 细胞膜中有50%的脂质、40%的蛋白质、2-10%的糖类 19 三、对细胞膜结构的探索 观察现象→提出假说→实验验证→得出结论 假说：脂质层上吸附了蛋白质。 比较油脂滴和细胞表面张力。 20 资料5：1959年，罗伯特森 在电镜下观察到细胞膜， 并大胆提出细胞膜模型的假说： 所有的细胞膜都是由 蛋白质-脂质-蛋白质三层结构构成，是静态的统一结构。 三、对细胞膜结构的探索 观察现象→提出假说→实验验证→得出结论 21 资料6： 细胞生长以及变形虫的变形运动中，细胞膜并不是静态的。 1972年， 辛格和尼科尔森用电镜观察发现， 标记的蛋白质分子在膜上形成孤立的斑点。 他们大胆提出了“流动镶嵌模型”的假说。 三、对细胞膜结构的探索 观察现象→提出假说→实验验证→得出结论 观察现象→提出假说→实验验证→得出结论 1970年 科学家：Frye 和Edidin 实验材料：人细胞、小鼠细胞 实验方法： 实验现象： 得出结论： 人细胞 小鼠细胞 融合细胞 灭活的病毒 人细胞 小鼠细胞 灭活的病毒 将人和鼠的细胞膜上的膜蛋白用不同的荧光染料标记后，让两种细胞融合 三、对细胞膜结构的探索 观察现象→提出假说→实验验证→得出结论 假说：细胞膜具有流动性 细胞膜具有流动性 37℃ 40min后，两种颜色的荧光均匀分布 22 23 P44 细胞膜 功能 与生活环境分隔 控制物质进出 信息交流 结构基础 物质基础 脂质（50%） （磷脂、胆固醇） 磷脂双分子层 流动镶嵌模型 蛋白质 糖被 基本支架 镶嵌 流动性 （细胞膜的结构特性） 小结：细胞膜的结构和功能 24 决定 蛋白质（40%） 糖类（2-10%） 有序排列 选择透过性 （细胞膜的功能特性） 25 （2016·海南·高考真题）科学家用两种荧光染料分别标记人和小鼠细胞表面的蛋白质分子，将这两种标记细胞进行融合。细胞刚发生融合时，两种荧光染料在融合细胞表面对等分布（即各占半边），最后在融合细胞表面均匀分布。这一实验现象支持的结论是( ) A．膜蛋白能自主翻转 B．细胞膜具有流动性 C．细胞膜具有选择透过性 D．膜蛋白可以作为载体蛋白 B 26 （2009·浙江·高考真题）对某动物细胞进行荧光标记实验，如下示意图所示，其基本过程：①用某种荧光材料标记该动物细胞，细胞表面出现荧光斑点。②用激光束照射该细胞表面的某一区域，该区域荧光淬灭（消失）。③停止激光束照射一段时间后，该区域的荧光逐渐恢复，即有出现了斑点。 上述实验不能说明的是（ ） A．细胞膜具有流动性 B．荧光染料能与细胞膜组成成分结合 C．根据荧光恢复的速率可推算出物质跨膜运输的速率 D．根据荧光恢复的速率可推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率 C 27 四、流动镶嵌模型的基本内容 在新的观察和实验证据的基础上，1972年桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)提出了新的生物膜模型———流动镶嵌模型，为多数人所接受。 自主阅读课本P44-45，思考下列问题 ①细胞膜的基本支架是什么？ ②蛋白质在细胞膜上如何分布？ ③细胞膜具有流动性的原因是什么？ ④什么叫糖蛋白？有什么功能？ 磷脂 双分子层 磷脂分子 (1) 结构：细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的。 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， 功能：水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。 四、流动镶嵌模型的基本内容 28 (2) 结构：蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中：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。 功能：蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。 四、流动镶嵌模型的基本内容 29 (3) 结构：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自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动。 功能：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。 四、流动镶嵌模型的基本内容 30 磷脂 双分子层 磷脂分子 蛋白质分子 糖蛋白 糖脂 四、流动镶嵌模型的基本内容 （4）结构：细胞膜的外表面还有糖类分子，它和蛋白质分子结合形成的糖蛋白，或与脂质结合形成的糖脂，这些糖类分子叫作糖被( glycocalyx)。 功能：糖被在细胞生命活动中具有重要的功能。例如，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。 31 脂双层为基本骨架 细胞的物质运输、生长、分裂、运动等生命活动 磷脂 蛋白质 镶嵌、嵌入、贯穿 细胞膜 糖类（少） 组分 内部疏水，屏障 物质运输等 细胞表面 信息传递等 运动 运动 结构特点：流动性 1.将细胞与外界环境分隔开 结构 功能 2.控制物质进出细胞 3.进行细胞间的信息交流 小结：流动镶嵌模型 功能特点：选择透过性 拓展知识：其他模型——脂筏模型 膜双分子层的外层富含胆固醇和鞘磷脂组成的微区，并聚集一些特定的膜蛋白。由于鞘磷脂的脂肪酸尾比较长，因此这一区域比膜的其他部分厚，更有秩序且流动较少，被称为脂筏。 载着具有生物功能的膜蛋白。 33 是谁，隔开了原始海洋的动荡 是谁，奏鸣了生命的交响 是谁，为我日夜守边防 是谁，为我传信报安康。 啊，伟大的细胞膜呀！ 没有你，我会是何等模样！ 把细胞与外界环境隔开 ——控制物质进出 ——进行细胞间信息交流 34 二、拓展应用 2.右下图是由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中，能在水中结晶的药物被包在双分子层中，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。 (1)为什么两类药物的包裹位置各不相同? 由双层磷脂分子构成的脂质体,两层磷脂分⼦之间的部分是疏水的,脂溶性药物能被稳定地包裹在其中;脂质体的内部是水溶液的环境,能在水中结晶的药物可稳定地包裹其中。 35 二、拓展应用 2.右下图是由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中，能在水中结晶的药物被包在双分子层中，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。 (2)请推测：脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞内发挥作用? 由于脂质体是磷脂双分子层构成的,到达细胞后可能会与细胞的细胞膜发生融合,也可能会被细胞以胞吞的方式进入细胞,从而使药物在细胞内发挥作用。 36 37 课后实践： 发掘身边可利用的废旧物品，进行生物膜模型的构建吧！ 思考：哪些材料能够更好地体现细胞膜的结构特点呢？ 具体操作流程可参见教材以及配套光盘 $$