3.1 细胞膜的结构和功能课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

3.1 细胞膜的结构和功能 1.熟练掌握细胞膜的功能。 2.简述细胞膜成分和结构的探索过程。 3.熟记流动镶嵌模型的基本内容。 学习目标 国家的边界： 人体的边界： 细胞的边界： 边防线等 皮肤和黏膜 细胞膜（质膜） 情景导入 3 细胞质 纤毛 细胞膜 细胞壁 鞭毛 核糖体 拟核 思考：细胞的边界为什么是细胞膜而不是细胞壁？ 细胞壁的作用是维持细胞形状,具有全透性，并不能控制物质进出细胞,所以不是真正的边界。 作为边界，细胞膜有什么样的功能和结构呢？ 情景导入 4 膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段。 原始海洋 原始生命 细胞膜将生命物质与外界环境分隔开，使细胞成为相对独立的系统，保障了细胞内部环境的相对稳定。 一、细胞膜的功能 1. 将细胞与外界环境分隔开 知识讲解 资料1：科研上鉴别死细胞和活细胞，常用“染色排除法”。例如，用台盼蓝染色，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色，从而判断细胞是否死亡。 活细胞 死细胞 资料2：用凉水洗苋菜水不变色，而炒或者煮汤汁都会变红。 “染色排除法”的原理是什么? 这一现象与细胞膜的功能有什么关系？ 活细胞的细胞膜具有控制物质进出细胞的功能 知识讲解 营养物质 代谢废物 不需要或对细胞有害的物质 细胞内合成后，分泌到细胞外的物质 核酸等重要成分 2. 控制物质进出细胞 以上说明细胞膜有__________性，控制作用是_______的 选择透过 相对 ①细胞需要的物质—进入细胞 ②不需要或对细胞有害的物质—不容易进入细胞 ③抗体、激素等物质合成后可分泌到胞外；细胞产生的废物也要排到胞外 ④有些病毒、病菌也能侵入细胞 知识讲解 3. 进行细胞间的信息交流 （1）通过细胞分泌化学物质间接传递信息。 ✮靶细胞：接受信号的细胞 ✮受体：靶细胞膜上与信号特异性结合的位点 ✮作用特点：专一性 ✮化学本质：糖蛋白 （信号分子） 内分泌细胞分泌的激素（如胰岛素），随着血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。 知识讲解 ①海洋中同时存在着不同物种的精子和卵细胞，只有同一物种的精子与卵细胞才能发生结合。②蜜蜂为植物传粉时，是不分植物的种类的，雌蕊的柱头上有多种不同植物的花粉，但只有同种植物的花粉能萌发出花粉管。 发出信号的细胞 靶细胞 与膜结合的信号 受体 （2）通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息。 精子表面的信号分子只能与同种生物卵细胞的细胞膜表面的受体特异性结合 知识讲解 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。例如，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。 （3）相邻两细胞之间形成通道，来传递信息 胞间连丝 强调：通道交流不需要细胞膜上的受体 知识讲解 小结：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----选择透过性（功能特点） 3.进行细胞间的信息交流 通过化学物质传递（如激素） 直接接触传递（精卵细胞相结合） 通道传递（高等植物的胞间连丝） 成分和结构决定功能 知识讲解 ● ● 细胞膜 不溶于脂质的物质 溶于脂质的物质 ● ● ● ● ● ● ● ● 1895年，欧文顿选用500多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行上万次的实验。发现：凡是可溶于脂质的物质，比不溶于脂质的物质更容易穿过细胞膜。 探究一： 1. 对细胞膜成分的探索 二、细胞膜的成分 提出假说：细胞膜是由脂质组成的 阅读课本第42页的思考与讨论，提取信息，尝试用自己的话阐述科学家们的研究内容和结论。 知识讲解 为了进一步确定细胞膜中脂质成分的类型，科学家利用动物的卵细胞、红细胞、神经细胞等作为研究材料，并利用哺乳动物成熟的红细胞，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。 思考：为什么用哺乳动物成熟的红细胞能制备出纯净的细胞膜呢？ 探究二： ①无细胞壁，细胞容易吸水涨破； ②无细胞核和众多的细胞器，易制得纯净的细胞膜。 知识讲解 磷脂结构图 模型 示意图 亲水“头部” 疏水“尾部” 在细胞中如何排布？ 知识讲解 （1）如果把磷脂分子铺在水面上，它将如何在水—空气界面上排布？ （2）如果搅动水槽中的水，迫使磷脂分子进入水溶液中，磷脂分子在水溶液中又将如何分布？ （3）正常情况下细胞膜内外均为水环境，磷脂分子在细胞膜上会如何排布？ 亲水“头部” 疏水“尾部” 根据磷脂分子的结构特点，思考以下问题： 知识讲解 （1）如果把磷脂分子铺在水面上，它将如何在水—空气界面上排布？ 水 空气 知识讲解 （2）如果搅动水槽中的水，迫使磷脂分子进入水溶液中，磷脂分子 在水溶液中又将如何分布？ 搅动后 水溶液中 形成球状的微团 知识讲解 膜外（水环境） 膜内 （水环境） （3）正常情况下细胞膜内外均为水环境，磷脂分子在细胞膜上会如何排布？ 水 水 知识讲解 探究三： 1925年，两位荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，将提出的脂质在空气—水界面上铺成单分子层，测得其单分子层所占的面积相当于所用的红细胞表面积的2倍。 水层 空气 结论：细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层。 磷脂双分子层 知识讲解 探究四： 1935年，英国学者丹尼利(J.F.Danielli)和戴维森(H.Davson)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。 由于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，因此丹尼利和戴维森推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。 知识讲解 脂质:大约占50% 蛋白质:大约占40% 糖类:大约占2%-10% 磷脂最丰富，还有少量胆固醇 功能越复杂的细胞膜，蛋白质 的种类和数量越多。 注：细胞膜的成分并不是一成不变的，如在细胞癌变过程中，糖蛋白含量下降 2. 细胞膜的成分 知识讲解 1. 对细胞膜结构的探索 三、细胞膜的结构 ①20世纪40年代，曾经有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质。 ②1959年，罗伯特森在电镜下看到膜清晰的暗—亮—暗的三层结构，他结合学家的工作，大胆地提出了“三明治”静态结构模型的假说：所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。他把细胞膜描述为静态的统一结构。 阅读课本P43-45,总结科学家的探索历程 该模型不能解释哪些现象？ 知识讲解 观看图片，注意观察细胞膜是否可以运动 生活事实表明：细胞膜可以运动！ 静态结构模型无法解释变形虫的运动、细胞生长和分裂、受精时细胞融合等现象。 知识讲解 ③1970年，细胞融合实验： 融合细胞 细胞 融合 37℃ 40min 正在融合的细胞 红色荧光染料标记膜蛋白 绿色荧光染料标记膜蛋白 人细胞 小鼠细胞 细胞膜的结构特性：具有一定的流动性 方法：荧光标记法 结论：细胞膜具有流动性。 知识讲解 资料：物理学家采用冰冻蚀刻法在低温下将细胞膜断开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面，发现蛋白质镶嵌、嵌入或贯穿于磷脂双分子层中。 知识讲解 ④1972年，辛格（S.J.Singer)和尼科尔森（G.Nicolson)提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。 细胞膜的流动镶嵌模型 知识讲解 2. 流动镶嵌模型的基本内容 覆盖（镶）、嵌入、贯穿 细胞膜两侧具有不对称性 ②蛋白质的位置： ①基本支架： 磷脂双分子层 知识讲解 ③磷脂分子可以侧向自由移动，大多数蛋白质也是能运动，细胞膜具有流动性（结构特点） 细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能非常重要。 知识讲解 磷脂 双分子层 ① 蛋白质分子 （镶、嵌、贯穿） 糖类 （糖被） 糖蛋白 糖脂 ② ③ ④ ⑤ 识别和信息交流 糖被只存在于细胞膜外侧，可以据此判断细胞膜的内外侧。 知识讲解 ③蛋白质分子以不同的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。这些蛋白质在物质运输等方面具有重要作用。 ④流动性：细胞膜具有流动性，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。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。 【总结】流动镶嵌模型的基本内容 ①细胞膜主要由磷脂分子和蛋白质分子构成。 ②磷脂双分子层构成膜的基本支架。内部是磷脂分子疏水端，水溶性分子或离子不能通过，因此具有屏障作用。 知识讲解 细胞膜结构模型的探索过程，反映了提出假说这一科学方法的作用。科学家首先根据已有的知识和信息提出解释某一生物学问题的一种假说，再用进一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充。一种假说最终被接受被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和试验结果相吻合。 ✮科学方法——提出假说 知识讲解 细胞膜的功能 细胞膜的结构 决定 细胞膜的成分 1.将细胞与外界环境分隔开 2.控制物质进出细胞（选择透过性——功能特点） 3.进行细胞间的信息交流 流动镶嵌模型 脂质：磷脂、胆固醇 蛋白质 糖类 1.磷脂双分子层是基本骨架 2.蛋白质镶嵌在磷脂双分子层中 3.细胞膜具有流动性——结构特点 知识总结 1.基于对细胞膜结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。 (1)构成细胞膜的磷脂分子具有流动性，而蛋白质是固定不动的。（ ） (2)细胞膜是细胞的一道屏障， 只有细胞需要的物质才能进人，而对细胞有害的物质则不能进入。（ ） (3)向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下个空洞。（ ） 2.细胞膜的特性和功能是由其结构决定的。下列相关叙述错误的是（ ） A.细胞膜的脂质结构使溶于脂质的物质，容易通过细胞膜 B.由于磷脂双分子层内部是疏水的，因此水分子不能通过细胞膜 C.细胞膜的蛋白质分子有物质运输功能 D.细胞的生长现象不支持细胞膜的静态结构模型 × × × B 课堂练习 Chart1 脂质 蛋白质 糖类 含量 糖类 2-10% 50 40 10 Sheet1 成分 含量 脂质 50 蛋白质 40 糖类 10 若要调整图表数据区域的大小，请拖拽区域的右下角。 $$