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

水 (70%~90%) 无机盐 (1%～1.5%) 脂质 (1~2%) 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。 蛋白质 (7%~10%) 糖类和核酸_ (1~1.5%) 第1节细胞膜的结构和功能 一种叫做伊红的物质注入变形 虫体内，伊红很快扩散到整个 细胞，却不能逸出细胞。此实 验说明了什么? 细胞存在边界——细胞膜 细胞膜 伊红染液 细胞核 科学家用显微注射器将 细胞壁 1.分布：植物、真菌及大多数原核细胞 2.成分： 植物：纤维素和果胶 细菌：肽聚糖 真菌：几丁质 Q: 为什么细胞壁不是植物细胞的边界? 细胞壁对要进出细胞的物质没有选择性即全透性，它不能保证 细胞内部的稳定。 3.功能：支持、保护作用 4.特性：无生物活性，全透性 细胞壁与细胞膜结构示意图 生命起源于原始海洋这盆“ 热汤”中，膜的出现是生命起源 过程中至关重要的阶段，细胞膜 将生命物质与外界环境分隔开， 产生了原始的细胞，并成为相对 独立的系统。细胞膜保障了细胞 内部环境的相对稳定。 一 、细胞膜的功能 1、将细胞于外界环境分隔开 一 、细胞膜的功能 2、控制物质进出细胞 被台盼蓝染 色的死细胞 活细胞 科研上鉴别死细胞和活细胞 常用“染色排除法”。 为什么用凉水洗苋菜水不 变色，而炒或者煮汤汁都 会变红? 不需要、有害的物质(如细菌、病毒等) 细胞膜的控制作用是相对的、有限的，环境中一些对细胞有害的物质有 可能进入；有些病毒、病菌也能侵入细胞，使生物体患病。 2、控制物质进出细胞 选择透过性 营养物质(氨基酸、无机盐、葡萄糖等) 废物细胞代谢产生 (CO₂、尿素等) 抗体、激素等 细胞合成并分泌 James P.Allison 。Tasuku Honjo “for their discovery of cancer therapy by inhibition of negative immune regulation” THE NOBELASSEMBLYAT KAROLINSKAINSTITUTET 2018年诺贝尔生理学或医 学奖授予两位免疫学家： 美国的詹姆斯 · 艾利森 (James P 。 Allison) 与日本的庶佑 (Tasuku Honjo) , 以表彰他们 “发现负性免疫调节治疗 癌症的疗法方面的贡献” THE NOBEL PRIZE IN PHYSIOLOGY OR MEDICINE 2018 兄弟!别开枪 自己人! Anti PD-1 PD-1 PD-L1 Anti PD-L1 免疫激活 一、细胞膜的功能 T-cell receptor Antigen T-cell receptor Antigen 免疫逃逸 你根本不是自己人! PD-1 PD-L1 Tumor Cell T-cell OFF 多细胞生物是一个繁忙而有序的“社会”,生物体要作为一个整 体完成生命活动，细胞间必须进行信息交流。而细胞中大多数 信息交流，都与细胞膜有关。 内分泌细胞 受体一 激素 血管 靶细胞 一 、细胞膜的功能 3、进行细胞间的信息交流 受体 化学本质： 糖蛋白 特点： 专一性 (1) 通过化学物质传递信息 靶细胞 一 、细胞膜的功能 3、进行细胞间的信息交流 (2) 通过 细胞膜直接接触 传递信息 发出信号的细胞 靶细胞 与膜结合的 信号分子 一 、细胞膜的功能 3、进行细胞间的信息交流 (3) 通过 细胞通道(胞间连丝) 传递信息 细胞膜 细胞核— 胞间连丝 胞间连丝 高等植物细胞 选择透过性 物质传递 接触传递 通道传递 ①将细胞和外界环 保障细胞内部环 境分隔开 境的相对稳定 ③进行细胞间的信 息交流 ②控制物质的进出 细胞膜 的结构 细胞膜 的功能 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 万次实验。 发 现 ：脂质更容易通过细胞膜 推 测 ：细胞膜是由脂质组成的 二 、对细胞结构的探索 我就想搞清楚 细胞膜的成分是啥子! 资料1 还是油大的香啊! 植物细胞 欧文顿 生物学家 这个吃不，这个呢? 这个吃不? 二 、对细胞结构的探索 资料2 20世纪初科学家利用哺乳动物的 红细胞，制备出纯净的细胞膜， 进行化学分析。 化学分析表明：组成细胞膜的脂 质 有磷脂和胆固醇，其中 磷脂含 量最多。 正常成熟的哺乳动物红细 胞没有细胞核，也没有高尔基 体和线粒体等细胞器，但它仍 具有代谢功能。 N+(CH₃ 。-p-0- CH-H₂ — Hc CH₂ CH₂ CH₂ CH CH₂ CH₂ CH₂ CH₃ 磷脂是一种由甘油、脂肪酸 和磷酸所组成的分子。 磷酸“头”部是亲水的， 脂肪酸“尾”部是疏水的。 多个磷脂分子在水 中总是自发地形成 双分子层。 言志志志志言于志志志主志志 脂 质 体 CH₂— 0 志 水 )₃ 二 、对细胞结构的探索 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—水界面上铺成单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。 实验证据： S₂=2S₁ 资料3 在液体和气体的分界处，即液体表面及两种不能混合的液体之间的界面处，由于分 子之间的吸引力，产生了极其微小的拉力，使液体能抵抗拉伸引力。假想在表面处 存在一个薄膜层，它承受着此表面的拉伸力，液体的这一拉力称为表面张力。 杂质也会明显地改变液体的表面张力，杂质越多，表面张力越小。 1935年，英国学者丹尼利和戴维森研 究了细胞膜的张力。他们发现细胞的 表面张力明显低于油—水界面的表面 张力。 人们已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 、对细胞结构的探索 资料4 水黾(mǐn)站在水面上 生物膜 蛋白质/% 脂类1% 糖类 人的CNS髓鞘 20 79 少 人的红细胞膜 49 43 8 大鼠的肝细胞核 膜 59 35 2.9 内质网膜 67 33 少 线粒体外膜 52 48 少 线粒体内膜 76 24 少 磷脂 胆固醇 (少量) 功能越复 杂的细胞 膜，蛋白 质的种类 和数量越 多。 二、对细胞结构的探索 资料5 请概述细胞膜的成分组成? 糖类 (2%-10%) 蛋白质 (约40%) 脂质 (约50%) 细胞膜 的组成 成分 细胞外 蛋白质 脂双层 蛋白质 罗伯特森提出：生物膜是由“蛋白 质—脂质—蛋白质”的三层结构构 成的静态统一结构 1959年，罗伯特森在电镜下看到细 胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。 二 、对细胞结构的探索 资料6 蛋白质-脂质-蛋白质模型 三明治模型无法解释： · 细胞的生长与分裂 · 膜蛋白与脂质的含量差异 · 电镜下细胞膜的厚度 细胞类型 蛋白质% 磷脂% 哺乳动物红细胞 49 33 玉米叶肉细胞 47 26 大肠杆菌 75 25 电子显微镜下，细胞 膜的厚度约为7~8nm, 是 单层磷脂厚度的两倍，加 上两侧的蛋白质，膜的总 厚度应当超过20 nm。 人工合成的脂双层也呈现为“暗-亮-暗”结构。 变形虫摄食纤毛虫 细胞分裂 磷脂双分子层构成了细胞膜的 基本支架； 蛋白质分子镶嵌、部分或全部 嵌入、贯穿于脂双层。 内层磷脂内侧 冰冻蚀刻技术研究细胞膜结构 细 胞 膜 内层磷脂 蛋白质外层磷脂内侧 资料6 脂双层 蛋白质 小鼠细胞 正在融合 的细胞 37℃ 40min 融合细胞 二、对细胞结构的探索 资料7 1970年，科学家用发绿色荧光的燃料标记小鼠细胞表面的蛋 白质分子，用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分 子，将两个细胞融合。 侧向自由移动 结论：膜上蛋白质 可以运动 细胞膜具有一定的 流动性 人细胞 二 、对细胞结构的探索 资料8 1972年，桑格和尼克森在新的观察和实验证据的基础上，提出了 细胞膜的流动镶嵌模型。 磷脂分子 蛋白质分子(镶嵌、嵌入、贯穿) 磷脂双分子层 糖蛋白 糖脂 糖被 三 、流动镶嵌模型的基本内容 a.细胞膜主要由脂质和蛋白质组成 b.细胞膜的基本支架为磷脂双分子层 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。(膜结构内外的不 对称性) 旁栏思考 Q: 既然膜内部分是 疏水的，水分子为 什么能跨膜运输 呢 A:1. 水分子极小， 可以通过由于磷脂 分子运动而产生 的 间隙 ； 2.膜上存在水通道 蛋白，水分子可以 通过通道蛋白通过 构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的 意 义 ：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。 磷脂双分子层内部为疏水端(尾部),水溶性分子或离子不 能自由通过，因此具有屏障作用。外部为亲水端(头部) d.细胞膜的结构特性：一定的流动性 e.细胞膜的功能特性：选择透过性 c.蛋白质分子存在形态： 膜。 f.细胞膜上蛋白质与糖类结合形成糖蛋白(脂质与糖类结合形成糖脂) 糖被功能：识别、保护、润滑 注 意 细胞膜结构图示中糖蛋白的多糖侧链是判断生物膜内、外侧的依据， 多糖侧链所在的一侧胞膜外侧，另一侧则为细胞膜内侧。 外侧 补充资料： 科学家用去污剂处理细胞膜提取蛋白质时，发 现总有些区域的蛋白质不能被提取出来，说明这 些区域中的蛋白质与脂质成分的联系十分紧密。 流动镶嵌模型还在不断发展中 …… 细胞膜(质膜) 幽能耕思一 蛋白质镶嵌在磷。 脂双分子层上 普遍认可的结构模型 流动镶嵌结构模型 主要内容 成 质 构成膜的磷脂分 子和大多数蛋 分子可以运动 成 分 蛋白质 磷脂双分子层构 膜的基本支 构 成 糖类 将细胞和外界环 境分开 进行细胞间的信 息交流 主要和贯穿型蛋白质有关 架 白 磷脂 糖被 功 能 3.蛋白质有的镶在_磷脂双分子层的表面，有的部分或者全部嵌入磷 脂双分子层，有的 贯穿 整个磷脂双分子层。 4.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 1.细胞膜主要由磷脂分子和 蛋白质组 成，还有少量的糖类。 2. 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，具有屏障作 用 $$