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必修1

第3章　细胞的基本结构 第1节　细胞膜的结构和功能 问题探讨 鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。 1.为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？ 活细胞的细胞膜具有选择透过性，染料台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜，因此活细胞不被染色；死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。 2 国家的边界：边防线等 人体的边界：皮肤和黏膜 一个系统总有它的边界 细胞的边界：细胞膜 （质膜） 包括有细胞壁的细胞 思考：细胞的边界为什么是细胞膜，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。 细胞膜的功能 推测的原始海洋景观图 将细胞与外界环境分隔开 1 一、细胞膜的功能 原始海洋中有机物聚集进化出原始生命 产生了原始的细胞，并成为相对独立的系统。 作用：细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。 细胞膜出现 意义 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） 抗体、激素等 细胞合成并分泌 废物 （CO2、尿素等） 细胞代谢产生 细胞膜的控制作用是相对的！ 控制物质进出细胞 2 细胞膜的功能特点：选择透过性 核酸 细胞内有用的成分却不会轻易流失到细胞外，比如核酸。 6 受体 血管 进行细胞间的信息交流 3 方式一：间接交流 受体 信号分子 注意：有的受体分布在细胞内 （如甲状腺激素，性激素等） 1、化学本质：糖蛋白 2、作用：接受激素等化学物质的信号 3、特点：特异性（一种受体只能识别一种或者一类物质） 受体简介 接受信号的细胞 靶细胞: 化学本质：糖蛋白 作用：激素等化学物质的信号接受 特点：专一性（一种受体只能识别一种或者一类物质） 信号分子与受体结合后，即靶细胞接收到相应的信息后，会发生相应的变化。 方式二：直接接触 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。 例：（同种生物的）精卵识别和结合。 胞间连丝 方式三：相邻两细胞通过通道进行交流 高等植物细胞间具有胞间连丝 物质运输 信息交流 对细胞间信息交流的两个认知误区 (1)三种信息交流方式是发生于细胞与细胞之间的，而不是细胞内的信息交流，也不能是病毒和细胞之间。 (2)细胞间信息交流并非都依赖于细胞膜上的受体蛋白，如通过细胞通道的信息交流方式；而某些通过化学物质传递信息和通过细胞膜接触传递信息大都依赖于细胞膜上的受体蛋白。 易错 警示 ● 对细胞膜成分的探索 二、对细胞膜成分的探索 资料一 1895年欧文顿的实验 ● ● 细胞膜 ● ● ● ● ● ● 不溶于脂质的物质 溶于脂质的物质 ● ● 根据实验，做出怎样的推出？ 推测：膜是由脂质组成的。 与化学的联系 相似相溶原理：“相似”是指溶质与溶剂在结构上相似，“相溶”是指溶质与溶剂彼此互溶。 欧文顿提出膜是由脂质构成的，是通过对现象的推理还是对膜成分的提取与检测？（现象推理） 时间：20世纪初 实验：科学家对哺乳动物成熟红细胞膜进行了化学成分分析 方法： 资料二 化学分析表明： 脂质有磷脂和胆固醇，磷脂含量最多 二、对细胞膜成分的探索 选材原因：因为哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和众多的细胞器，所以没有核膜和细胞器膜，吸水涨破后获得的膜是纯净的细胞膜。 （有细胞壁的细胞，则需要除去细胞壁） 吸水涨破 特点：没有细胞核和众多的细胞器 大肠杆菌等原核生物也可以用于获取细胞膜，但需要用相应的酶先去掉细胞壁。 磷脂的结构 尾部(疏水) 头部(亲水) 磷酸及其衍生物 甘油 脂肪酸 C、H、O、N、P 元素： 磷脂的一端为亲水的头部，两个脂肪酸为疏水的尾部。 水 空气 二.对细胞膜成分的探索 活动一：请根据磷脂分子的特点，构建其在空气与水界面上分布的模型： 亲水 疏水 活动二：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？ 磷脂分子的疏水尾由于受到斥力而自发的聚集起来，形成一个分子团，亲水头部向外，疏水尾部朝内。 二、对细胞膜成分的探索 水环境 水环境 二.对细胞膜成分的探索 细胞膜 活动二：细胞膜的两侧都有水环境存在，尝试构建细胞膜中磷脂分子的排布模型。 水环境 水环境 平面图 立体图 二.对细胞膜成分的探索 活动三：细胞膜的两侧都有水环境存在，尝试构建细胞膜中磷脂分子的排布模型。 磷脂分子形成双分子层。 亲水头部分别在两侧朝向水溶液。 疏水尾部相对排列在内部。 资料三 戈特和格伦德尔实验 时间：1925年 实验：用丙酮（一种有机溶剂，可以溶解脂质）从人的红细胞膜中提取脂质，在空气－水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积约为红细胞表面积的2倍 S1 S2 推测： 细胞膜中磷脂必定排列成连续的两层 二、对细胞膜成分的探索 如果用其他细胞膜（鸡的红细胞）做实验，数量关系还是2倍吗？ 2S1=S2 S 2S 2S1＜S2 资料四：丹尼利和戴维森实验 二、对细胞膜成分的探索 推测： 细胞膜除脂质外，可能还有蛋白质。 实验证据： 油脂表面吸附有蛋白质时，表面张力会减小 新问题： 细胞的表面张力比油—水界面的张力小 怎么验证细胞膜中是否还有蛋白质，可以用双缩脲试剂检验。 1、最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析,还是通过膜成分的提取和检测？ 思考与讨论： P42 二.对细胞膜成分的探索 √ 4、如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂分子将如何分布？ 【答案】磷脂的“头部”将与水接触，“尾部”与苯接触， 磷脂分子分布成单层。 苯 根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气一水界面上铺展成单分子层？科学家是如何推导出“脂质在细胞膜中必然排 列为连续的两层”这一结论的？ 【答案】因为磷脂分子的“头部”亲水，尾部疏水，所以在水-空气的界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，“尾部”则朝向空气的一面。科学家因测得从红细胞中提取的脂质，铺成单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。 思考与讨论2： P42 二.对细胞膜成分的探索 磷脂分子在水中能自发地形成双分子层，你如何解释这一现象？由此，你能否就细胞膜是由磷脂双分子层构成的原因作出分析？ 【答案】由于磷脂分子有亲水的“头部”和疏水的“尾部”，在水溶液中，朝向水的是“头部”，“尾部”受水的排斥。当磷脂分子的内外两侧均是水环境时，磷脂分子的“尾部”相对排列在内侧，“头部”则分别朝向两侧水的环境，形成磷脂双分子层。细胞的内外环境都是水溶液，所以细胞膜磷脂分子的“头部”向着膜的内外两侧而“尾部”相对排在内侧，形成磷脂双分子层。 思考与讨论3： 二.对细胞膜成分的探索 P42 总结: 细胞通透性实验 膜由脂质组成 膜成分化学分析 推测：膜由脂质、蛋白质组成 膜张力实验 证明 欧文顿 戈特 格伦德尔 丹尼利 戴维森 推测：膜中磷脂排列为连续的两层 二.对细胞膜成分的探索 红细胞膜脂质展层实验 推测 其他 结构，视频讲特性，讲结构功能 24 重点语句： P43 功能越复杂的细胞膜， 种类和数量越多。 二、对细胞膜成分的探索 (1)成分 _____（约50% ） _______（约40% ） 糖类（2%～10%） _____（主要 ） 胆固醇 (动物细胞膜具有) 脂质 磷脂 蛋白质 脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？ 蛋白质 那我如果换一个问法：我问细胞膜的主要成分应该怎么答？（脂质、蛋白质） 对细胞膜结构的探索 三、对细胞结构的探索 资料一： 1959年罗伯特森在电镜下观察到了细胞膜的清晰的暗—亮—暗的三层结构。 “三明治模型” 膜上的蛋白质对称地平铺在磷脂的两侧 细胞膜是一种静态的统一结构 电子显微镜：观察亚显微结构 罗伯特森认为： 如果细胞膜的静态统一的结构，很难解释细胞的生长、变形虫的变形运动等现象。 思考：在细胞生命活动过程中，细胞膜是否保持静态？ 如何证实？ 三、对细胞膜结构的探索 资料七：1959年，罗伯特森利用电子显微镜拍摄到了细胞膜的图像为暗—亮—暗的三层结构，测定细胞膜的厚度为7—8nm，恰好是单层磷脂膜厚度的两倍，若“三明治”模型成立，两层磷脂加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20nm。 思考：根据以上资料，尝试对细胞膜结构中磷脂和蛋白质的分布情况提出你的推测。 答：该实验结果否定了“三明治”模型中的三层结构，支持细胞膜是由两层磷脂构成的。推测蛋白质分子不是位于磷脂双分子层两侧，而是镶嵌在其中的。 三、对细胞膜结构的探索 资料八：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、贯穿于磷脂双分子层中。 三、对细胞膜结构的探索 资料二：1970年，荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验 思考：该实验的结论是什么？ 细胞膜具有流动性（结构特点） 原因：P45磷脂分子可以侧向自由移动，蛋白质大多也能运动。 方法 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 名称：____________ 作用：膜的__________ 特点：______________ A B C (1)图中A 磷脂双分子层 内部疏水，水溶性分子或离子不能自由通过 可侧向自由移动 基本支架 结构模型 1 细胞膜主要由磷脂和蛋白质组成 A B C (2)图中B 名称：___________ 三种位置 镶在磷脂双分子层表面 部分或全部_____磷脂双分子层中 _____于整个磷脂双分子层 特点：大多数蛋白质分子是可以_____的 蛋白质 嵌入 贯穿 运动 结构模型 1 A B C (3)图中C 名称：糖类分子(糖被)， 能和蛋白质结合(糖蛋白)或与脂质结合(糖脂) 位置：细胞膜的____表面 作用：与细胞表面的_____、细胞间的________等功能有密切关系 外 识别 信息传递 结构模型 1 流动性 磷脂分子 蛋白质 结构特点 2 细 胞 膜 成分与结 构 功 能 2.控制物质进出细胞 3.进行细胞间的信息交流 1.将细胞与外界环境分隔开 脂 质 蛋白质 糖 类 磷脂双分子层-基本支架 镶、嵌、贯穿 糖蛋白、糖脂 功能特点 结构特点 （选择透过性） （流动性） 课堂小结 思考： 纵观科学家对细胞膜结构模型的探索过程，应用到了什么样的科学方法？ 提出假说 科学方法 1.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 2.进一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充 3.一种假说最终被接受或否定，取决于它能否与以后不断得到的观察和实验结果相吻合 回顾科学探究过程，分析那些是在提出假说，那些是在实验验证。 一、概念检测 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入，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。( ) × × × 练习与应用 P46 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 练习与应用 P46 一是因为水分子极小，可能通过由于磷脂分子运动而产生的间隙；二是由于膜上存在水通道蛋白，水分子可以通过通道蛋白通过膜 二、拓展应用 1.在解释不容易理解的陌生事物时，人们常用类比的方法，将陌生的事物与熟悉的事物作比较。有人在解释细胞膜时，把它与窗纱进行类比：窗纱能把昆虫挡在外面，同时窗纱的小洞又能让空气进出。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方? 把细胞膜与窗纱进行类比,合理之处是说明细胞膜与窗纱一样可以允许一些物质出入,阻挡其他物质出入。这样的类⽐也有不妥之处。例如,窗纱是一种简单的刚性的结构,功能较单纯,细胞膜的结构和功能要复杂得多;细胞膜是活细胞的重要组成部分,活细胞的生命活动是一个主动的过程,⽽窗纱是没有生命的,它只能是被动地在起作用。 练习与应用 P46 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? ①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。 ②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; 练习与应用 P46 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。 练习与应用 P46 FormatFactory : www.pcfreetime.com $$