3.1 细胞膜的结构和功能-【易备课】2024-2025学年高一生物同步备课实用课件（人教版2019必修1）

元素 各种化合物 细胞 动 物 细 胞 植 物 细 胞 细胞膜（第1节） 细胞质 细胞核（第3节） 细胞质基质 细胞器（第2节） 细胞壁（动物细胞无） 从外到内： 通过上一章的学习，我们了解了细胞的物质组成，知道由元素可形成各种化合物，而各种化合物按一定规律组合在一起便可形成一定的细胞结构，各细胞结构密切联系起来就形成一个统一的整体——细胞。那细胞具有怎样的结构？ 1 第1节 细胞膜的结构和功能 贺老师 第3章 细胞的基本结构 2 国家的边界：边防线等 人体的边界：皮肤和黏膜 细胞的边界—— 植物细胞 动物细胞 细胞膜（质膜） 3 细胞膜的功能 无机物→简单有机物→复杂有机物→原始生命体 保障了细胞内部环境的________。 相对稳定 使细胞成为_________的系统 相对独立 细胞膜的出现 1 将细胞和外界环境分开 将细胞和外界环境分开 4 细胞膜的功能 【思考】为什么用凉水洗苋菜水不变色，而炒或者煮汤汁都会变红？可能原因是什么？这一现象与细胞膜的功能有什么关系？ 2 控制物质进出细胞 高温加热破坏了苋菜的细胞膜，导致细胞内的物质逸出，说明细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能。 5 细胞膜的功能 营养物质（氨基酸、无机盐、葡萄糖等） 不需要、有害的物质（如细菌、病毒等），控制作用有限 抗体、激素等 细胞合成并分泌 废物（CO2、尿素等） 代谢废物 哪些物质能进出细胞膜？哪些不能？ 2 控制物质进出细胞 选择透过性 功能特点： 细胞膜的控制物质进出功能和与外界环境分隔功能是矛盾的吗？ 6 细胞膜的功能 3 进行细胞间的信息交流 鼻子接触香水分子，为什么大脑皮层能产生“香”的感觉，说明细胞膜还具备什么功能？ （1）间接交流：细胞分泌化学物质（如激素），通过膜表面的受体传递信息 激素随血液运输至全身，为什么只与靶细胞结合？ 靶细胞 受体：蛋白质 一种受体只能识别一种或者一类物质。 7 细胞膜的功能 3 进行细胞间的信息交流 （2）直接交流：细胞膜的接触，相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞 发出信号的细胞 靶细胞 与膜结合的信号分子 精子和卵细胞之间的识别和结合 8 细胞膜的功能 3 进行细胞间的信息交流 思考：所有细胞间的信息交流都需要膜上的受体吗？ 胞间连丝 （3）植物细胞通过 传递信息。 通道（胞间连丝） 强调：通道交流不需要细胞膜上的受体 9 细胞膜成分的探索 细胞膜 非脂溶性物质 脂溶性物质 假说：膜是由脂质组成的 相似相溶原理 【资料1】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，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜；不溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜。 欧文顿对细胞膜的组成成分作出怎样的推测？ 【思考】细胞膜的功能是由什么决定的？ 成分、结构→功能 10 细胞膜成分的探索 【资料2】科学家利用哺乳动物成熟红细胞作为实验材料，制备出纯净的细胞膜，并对细胞膜的成分进行分析，得出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】为什么选择哺乳动物成熟红细胞来制备细胞膜？ 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。 11 细胞膜成分的探索 头部亲水 尾部疏水 磷脂分子示意图 磷脂分子结构式 磷脂分子模型 磷脂的结构 解释疏水 12 细胞膜成分的探索 空气 水 B A C 请根据磷脂分子的特点猜测其在空气与水界面上分布的模型。 磷脂分子在空气与水界面上分布的模型 讨论：如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布？ 一瓶水里有一滴苯 13 细胞膜成分的探索 如果在细胞膜的两侧都有水的环境中，推测磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布？ 水 水 A 水 水 B 水 水 C 亲水的“头部”与 接触，疏水的“尾巴” 。 水 水 水 远离水 假说： 细胞膜中的磷脂分子排列为 。 双层 14 细胞膜成分的探索 【资料3】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—水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积为红细胞表面积的2倍。 细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层 实验结论： 思考：若用人的肝细胞，脂单分子层的面积与细胞表面积的2倍的关系？ 肝细胞内还有核膜和细胞器膜。大于 15 细胞膜成分的探索 除了脂质外，细胞膜还含有哪些成分？ 【资料4】1935年，丹尼利和戴维森发现细胞膜的表面张力比油－水界面的张力低得多，已知脂滴表面如吸附有蛋白质成分时，表面张力则降低。 ≈ 假说： 细胞膜除了脂质外还可能有蛋白质 16 细胞膜成分的探索 蛋白质(%) 磷脂(%) 胆固醇（%） 糖类(%) 哺乳动物红细胞膜 49 33 10 8 小鼠肝细胞膜 44 45 8 3 大肠杆菌细胞膜 75 25 0 0 脂质（50%） 蛋白质（40%） 少量的糖类（2%~10%） 磷脂（主要） 胆固醇（动物细胞膜） 细胞膜的成分 功能越复杂的细胞膜蛋白质种类和数量越多 思考：脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的？ 【资料4】 不同生物细胞膜成分表 比较哺乳动物红细胞和大肠杆菌细胞膜的成分异同，分析哪种成分决定细胞膜功能的复杂程度？ 17 细胞膜结构的探索 提出假说： ①细胞膜为蛋白质-脂质-蛋白质三层结构组成 ②细胞膜是静止的 【资料5】1959年，科学家罗伯特森在电镜下观察细胞膜有“暗-亮-暗”三层结构，已知当电子束照射大分子，散射度高，黑暗；电子束照射小分子，散射度低，光亮。 两层暗 一层亮 “三明治模型” 白细胞追杀细菌 不能解释细胞的生长、白细胞吞噬细菌、受精时细胞融合等。 18 细胞膜结构的探索 【资料6】1970年，人-鼠细胞融合实验示意图 结论：细胞膜具有流动性 人细胞 诱导 融合 鼠细胞 40min 370C 红色荧光标记的膜蛋白 绿色荧光标记的膜蛋白 蛋白分子在运动 磷脂分子也在运动 19 细胞膜结构的探索 【资料7】冰冻蚀刻电子显微法：物理科学家在低温下将细胞膜切开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面，发现蛋白质镶嵌、贯穿于磷脂双分子层中。 蛋白质镶在、嵌入、贯穿在磷脂双分子层中。 蛋白质在膜中的分布是 的 不对称 嵌 贯穿 镶 冰冻蚀刻电子显微法 凸起来一颗一颗的是什么 20 流动镶嵌模型的基本内容 1.生物膜的基本支架： 磷脂双分子层 膜结构内外的 。 2.蛋白质分子 镶在磷脂双分子层表面 嵌入磷脂双分子层中 贯穿磷脂双分子层 细胞膜的结构特性： 流动性 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。 1972年辛格和尼克尔森总结前人的研究成果，并且在新的观察和实验证据的基础上，提出了新的生物膜模型———流动镶嵌模型，为多数人所接受。 意义： 不对称性 21 只位于细胞膜外侧，称为糖被 与蛋白质结合形成糖蛋白 与脂质结合形成糖脂 功能：与细胞表面的识别、细胞间信息传递等功能密切相关 流动镶嵌模型的基本内容 22 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、嵌入、贯穿 流动镶嵌模型 糖类（少） 组分 物质运输等 细胞外侧 识别、信息传递等 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 23 右下角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？ （2）请推测：脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞发挥作用？ ——应用—— 磷脂分子头部具有亲水性，尾部具有疏水性，脂溶性药物不溶于水，能存在于两层磷脂分子间的疏水部分，而能在水中结晶的药物则包裹在双分子层之间，因为磷脂双分子层之间是水。 细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，脂质体与细胞膜结构相似，可与细胞膜发生融合，使药物进入细胞 24 利用废旧物品制作生物膜模型(周末作业) 细胞膜结构模型作业注意事项：1、蛋白质是生物大分子，而磷脂和糖类不是，故蛋白质要大一点 2、蛋白质有的部分亲水，露在磷脂表面，有的部分疏水，嵌在磷脂里面，但基本上没有蛋白质全部都疏水，“躲在”磷脂双分子层内部，这种蛋白质发挥不了什么作用。 3、磷脂分子有两条“尾部”，一条直的，一条弯的。 4、糖被有两种，都位于细胞外侧，可以与蛋白质结合形成糖蛋白，也可以与磷脂结合形成糖脂 5、写上各部分物质的名称。自己的姓名、班级、学号 25 项目 流动性 选择透过性 主要表现 生物膜中的蛋白质和脂质分子在膜中可作多种形式的移动，膜整体也可以流动。 细胞膜选择的小分子、离子可以通过，其他小分子、离子、大分子物质则不能通过。 结构基础 磷脂分子具有流动性，大多数蛋白质分子也可以运动。 膜上蛋白质的种类和数量不同 区别 流动性是膜的结构特点 选择透过性是膜的功能特性 实例 变形虫的变形运动、细胞融合、胞吞、胞吐。 植物对离子的选择性吸收、肾小管的重吸收。 联系 流动性是选择透过性的基础，只有膜具有流动性，才能表现出选择透过性，凡是影响磷脂分子和蛋白质分子活性的因素（温度、pH、蛋白酶、脂溶剂等），均能够影响膜的流动性，影响膜的选择透过性。 流动性和选择透过性的比较 26 27 流动镶嵌模型的基本内容 1.生物膜的基本支架： 磷脂双分子层 2.蛋白质分子 镶在磷脂双分子层表面 嵌入磷脂双分子层中 贯穿磷脂双分子层 细胞膜的结构特性： 流动性 辛格和尼克尔森 提出者： 细胞膜的功能特性： 选择透过性 3.糖类： 分为糖蛋白和糖脂，只位于细胞膜外侧，称为糖被。 与细胞表面的识别、细胞间信息传递等功能密切相关。 蛋白质是生物大分子，有的部分疏水、有的部分亲水 蛋白质位置，蛋白质是生物大分子，有的部分疏水、有的部分亲水 28 29 方式一：通过细胞分泌的化学物质（如激素）间接传递信息 内分泌细胞 激素 血管 靶细胞 靶细胞 信号（息）分子 血液（体液）运输 ：接受信号的细胞 受体 靶细胞上与信号特异性结合的结构 其化学本质为糖蛋白 胰岛B细胞 胰岛素 肝细胞 30 方式二：相邻两个细胞的细胞膜接触直接传递信息 发出信号的细胞 靶细胞 与膜结合的信号分子 接受信号分子的受体 精子和卵细胞之间的识别和结合 31 方式三：相邻两细胞之间形成通道，来传递信息 胞间连丝 例如高等植物细胞间具有胞间连丝 注意： 2.通道既有物质运输的作用 又有信息交流的作用 1.通道交流不需要细胞膜上的受体 32 细胞膜需要依靠哪些化学成分和怎么样的结构去行使相应的功能呢？ 根据细胞膜的功能，你觉得细胞膜的组成成分除了脂质外，还可能会有什么化学成分？ 蛋白质，因为蛋白质是生命活动的主要承担者 怎么证明呢？ 33 1972年辛格（S. J. Singer）和尼克尔森（G. Nicolson）总结前人的研究成果，并且在新的观察和实验证据的基础上，提出了新的生物膜模型———流动镶嵌模型，为多数人所接受。 流动镶嵌模型的基本内容 磷脂双分子层构成了细胞膜的基本支架 蛋白质分子 镶在磷脂双分子层表面 嵌入磷脂双分子层中 贯穿磷脂双分子层 34 细胞的生长与分裂 变形虫的变形运动 受精时 细胞融合 酵母菌的 出芽生殖 白细胞追杀细菌 35 36 1 ．分布：植物、真菌及 大多数原核细胞 2．成分 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 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。 植物：纤维素和果胶 细菌：肽聚糖 真菌：几丁质 细胞壁 拓展：细胞壁 37 细胞膜的功能 3 进行细胞间的信息交流 鼻子接触香水分子，为什么大脑皮层能产生“香”的感觉，说明细胞膜还具备什么功能？ 激素 血 液 靶细胞 内分泌细胞 受体：蛋白质 （1）间接交流：细胞分泌化学物质（如激素），通过膜表面的受体传递信息 38 细胞膜的功能 细胞 可“进” 不易“进” 可“出” 不可“出” 营养物质 对细胞有害的物质 抗体、激素等物质，以及细胞产生的废物 细胞内的核酸等重要成分 病菌、病毒等 可能 侵入 注意：细胞膜的控制作用是相对的！ 功能特点：选择透过性 思考：哪些物质能进出细胞膜？哪些不能？ 39 $$