3.1 细胞膜的结构和功能（优质精讲课）-【上好课】2024-2025学年高一生物同步精品课堂（人教版2019必修1）

第1节 细胞膜的结构和功能 第3章 细胞的基本结构 必修一 细胞膜的功能 1 对细胞膜成分的探索 2 目录 对细胞膜结构的探索 3 流动镶嵌模型的基本内容 4 习题检测 5 一、学习目标 二、重难点 阐述细胞膜的功能，分析细胞膜组成成分与结构的关系，说明细胞膜结构的物质基础，概述流动镶嵌模型的主要内容，形成“结构与功能相适应”的生命观念。 1.概括细胞膜的三大功能。 2.流动镶嵌结构模型。 3.理解细胞膜结构与功能相适应的观点。 细胞膜的功能 1 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，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。 染色排除法 5 问题探讨 2.据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？ 细胞膜作为细胞的边界， 具有控制物质进出细胞的功能。 植物细胞的边界也是细胞膜，不是细胞壁， 因为细胞壁是全透性的。 6 细胞膜的功能 1 一、将细胞与外界环境分隔开 膜的出现是生命起源过程中至关重要阶段。它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。 要在水中形成生命，首要条件就是要把生命体系和周围的水环境分开来，这样组成生命的分子才不会被“稀释”和分散到水中去，不同生物体的遗传物质也不会相互混搅，彼此干扰。所以最初的生命就必须采取“细胞”的形式，即有一个属于自己的，封闭的小空间，也就是所有的细胞都必须有自己的“墙壁”，这就是“细胞膜”。 细胞膜最重要的作用是勾画了细胞的边界，作为界膜的膜结构对于生命的进化具有重要的意义，这种界膜不仅使生命进化到细胞的生命形式，也保证了细胞生命活动的正常进行，它使遗传物质和其它参与生命活动的生物大分子相对集中在一个安全的微环境中，有利于细胞的物质和能量代谢。 7 细胞膜的功能 1 二、控制物质进出细胞 1.细胞需要的 可以从外界进入细胞； 细胞不需要的物质 不容易进入细胞。 2.细胞内合成的抗体、 等物质和代谢废物要排到细胞外， 细胞内有用的成分不会轻易流失到细胞外。 3.环境中一些对细胞有害的病菌和病毒有时候也能进入细胞， 说明这种控制作用是 。 营养物质 激素 相对的 8 细胞膜的功能 1 三、进行细胞间的信息交流 1.通过细胞分泌化学物质完成间接交流 内分泌细胞的激素（如胰岛素），随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。 激素 9 三、进行细胞间的信息交流 2.接触传递 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。例如，精子和卵细胞之间的识别和结合。 发出信号的细胞 靶细胞 受体 10 三、进行细胞间的信息交流 3.通道传递 胞间连丝 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。 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。动物细胞的间隙连接，在相邻细胞间形成孔道结构。 11 细胞膜的功能 1 细胞膜的功能 将细胞与外界环境分隔开 进行细胞间的信息交流 控制物质进出细胞 病毒病菌 营养物质 废物 分泌物 控制作用是相对的 细胞膜具有选择透过性 体 现 类型 化学物质传递 通道传递 接触传递 如激素、神经递质、细胞因子 如胞间连丝 如精卵识别、细胞毒性T细胞与靶细胞接触 ☞细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定 除了以下的三种功能外，细胞膜还有细胞识别、保护细胞、参与细胞的运动、分泌等功能。 12 1.分泌的化学物质一定需要血液运输才能到达靶细胞吗？ 不一定 2.信息交流都需要受体参与吗？ 胞间连丝不需要。 习题巩固 13 对细胞膜成分的探索 2 对细胞膜成分的探索 2 科学家 实验方法或现象 实验结论 欧文顿 的物质，容易穿过细胞膜； 的物质， 不容易穿过细胞膜 推测细胞膜是由 组成的 － 利用 的红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜， 进行 。 组成细胞膜的脂质有 ，其中 含量最多 溶于脂质 不溶于脂质 脂质 哺乳动物 化学分析 磷脂和胆固醇 磷脂 ①没有细胞壁，能够吸水涨破； ②没有细胞核和众多的细胞器，可获得较为纯净的细胞膜。 相似相溶原理 15 磷脂 亲水头部 疏水尾部 磷脂 16 1.如果将磷脂分子置于空气—水界面上、水中和水—苯的混合溶剂中， 磷脂分子将会如何分布？ 水 空气 习题巩固 17 1.如果将磷脂分子置于空气—水界面上、水中和水—苯的混合溶剂中， 磷脂分子将会如何分布？ 脂质体 微团 脂单分子层 习题巩固 18 对细胞膜成分的探索 2 戈特 和 格伦德尔 用丙酮从 中提取脂质，在空气－水界面上铺展成单分子层，测得单层分子的面积为红细胞表面积的 倍。 推断细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的 。 丹尼利和戴维森 细胞的表面张力明显 油－水界面的表面张力。 推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有 。 人的红细胞 2 两层 低于 蛋白质 19 对细胞膜成分的探索 2 成分分析 主要是 ，动物细胞膜还有胆固醇。 与膜的功能有关，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的 越多。 主要在细胞膜外侧，与蛋白质（脂质）结合形成糖蛋白（糖脂）。 脂质 约50% 蛋白质 约40% 糖类 少量 磷脂 种类和数量 主要存在于动物细胞膜中 判断细胞膜内外的主要依据 一、细胞膜的成分 20 对细胞膜成分的探索 2 二、细胞膜成分的鉴定方法 细胞膜成分 鉴定试剂(方法) 结果 磷脂 脂溶剂处理 细胞膜被溶解 磷脂酶处理 细胞膜被破坏 脂溶性物质透过实验 脂溶性物质优先通过 蛋白质 双缩脲试剂 紫色 蛋白酶处理 细胞膜被破坏 21 对细胞膜结构的探索 3 对细胞膜结构的探索 3 所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成， 是一种静态的统一结构。 1.1959年，罗伯特森——静态的统一结构 （1）方法 在电子显微镜下观察细胞膜。 （2）现象 细胞膜呈现清晰的暗—亮—暗的三层结构。 （3）结论 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 23 如果细胞膜是静态的，细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、运动等现象都难以解释。 2.20世纪60年代，质疑静态模型 （1）理由 （2）推测 质疑细胞膜是静态的观点，细胞膜应该能够流动。 变形虫摄取草履虫 酵母菌出芽生殖 受精卵卵裂 对细胞膜结构的探索 3 3.1970年人鼠细胞融合实验 （1）方法 （2）现象 （3）结论 荧光标记法 开始一半发绿色荧光，另一半发红色荧光。 在37 ℃下经过40 min后两种颜色的荧光均匀分布。 细胞膜具有流动性 细胞融合初期 人鼠杂交细胞 细胞融合 细胞融合 37° 培养40min 人细胞 鼠细胞 红色荧光素标记的抗体 绿色荧光素标记的抗体 荧光标记法是利用荧光蛋白或荧光蛋白基因作为标志物对研究对象进行分析的方法，常用的荧光蛋白有绿色和红色两种颜色。 对细胞膜结构的探索 3 （1）方法 （2）结论 4.1972年，辛格和尼科尔森 新的观察和实验证据。 提出为大多数人所接受的流动镶嵌模型。 对细胞膜结构的探索 3 1 1970年荧光标记人鼠细胞融合显示细胞膜具有流动性 19世纪末欧文顿推测膜由脂质组成 20世纪初化学分析得知膜主要成分是脂质和蛋白质 1925年证明细胞膜中的磷脂分子是双层的 1959年电镜观察推测细胞膜为三层静态统一结构 探究成分 探究结构 探究结构特点 60年代观察蛋白质在脂质中的不均等分布 1972年提出流动镶嵌模型 对细胞膜结构的探索 3 27 1 科学方法——提出假说 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。 28 流动镶嵌模型的基本内容 4 流动镶嵌模型的基本内容 4 1.细胞膜的组成 2.细胞膜的基本支架 3.蛋白质分子存在形态 主要由蛋白质和脂质组成 磷脂双分子层 部分嵌入的蛋白质 贯穿的蛋白质 镶在表面的蛋白质 全部嵌入的蛋白质 体现膜结构的不对称性 30 流动镶嵌模型的基本内容 4 磷脂分子 磷脂双分子层 （基本支架） 蛋白质分子 （以不同的方式镶嵌在磷脂双分子层中） 糖蛋白 糖脂 （识别、信息传递）糖被 细胞膜外 细胞膜内 这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用 一层生物膜 ＝一层磷脂双分子层 ＝两层磷脂分子 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。 细胞膜上的糖类 31 细胞膜的结构和功能特点 具有流动性 构成膜的 具有流动性， 大多数 也是可以运动的。 磷脂双分子层 蛋白质分子 质壁分离、变形虫运动、胞吞和胞吐、细胞融合、白细胞的吞噬作用等 温度：一定范围内，温度升高，膜流动性 。 加快 结构特点 内容 原因 实例 影响因素 32 细胞膜的结构和功能特点 具有选择透过性 水分子、被选择的离子和小分子可以通过， 大分子、不被选择的离子和小分子不能通过。 用台盼蓝染色法判断细胞的死活。 功能特点 内容 表现 原因 应用 载体的种类和数量 遗传性 选择性 决定 33 细胞膜的结构和功能特点 区别 结构特点：具有流动性 功能特点：选择透过性 联系 膜只有具有流动性，才能表现其选择透过性，如果细胞膜中部分蛋白质充当了载体，运输物质进出细胞，只有它是运动的，才能运输物质。 生物膜的流动性是表现其选择透过性的结构基础 34 2-10% 40% 50% 课堂总结 习题检测 5 习题检测 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，细胞膜上会留下一个空洞。 （ ） ✘ ✘ ✘ 37 习题检测 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 38 习题检测 3.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，它只能被动地起作用。 39 习题检测 4.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。 40 习题检测 4.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，也可能会以胞吞的方式进入细胞，从而使药物在细胞内发挥作用。 41 THANKS $$