3.1 细胞膜的结构和功能-2024-2025学年高一生物同步备课优选课件（人教版2019必修1）

第3章 细胞的基本结构 第一节 细胞膜的结构和功能 原始地球环境 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。 细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。 细胞膜出现 意义 将细胞与外界环境分隔开—系统的边界 1.1 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 【问题探讨】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。 【讨论】 1. 为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？ 死 细 胞 活 细 胞 一、细胞膜的功能 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。 2.据此推测，细胞膜作为系统的边界，应该具有什么功能？ 细胞膜作为系统的边界，具有控制物质进出细胞的功能。 SZ-LWH 核 CO2 细胞 产物 代谢 废物 O2 营 养 物 质 细胞膜 通过以上实例，可以说明: 1. 细胞膜控制物质进出细胞具有_____________性。 2. 细胞膜的控制作用是________的 相对 不需的，有害的物质 有些病毒病菌 控制物质进出细胞 1.2 一、细胞膜的功能 选择透过 （细胞膜的功能特点） SZ-LWH 当你和朋友面对面时，你们会通过什么方式交流？当你和朋友不在一个地方，你们又会通过什么方式交流呢？如果你们不在一个地方，但是又想面对面交流，那又怎么办呢？ 间接交流 直接交流 通道交流 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 受体 血管 （1）间接交流：细胞分泌化学物质（如激素），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。 进行细胞间的信息交流 1.3 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 发出信号的细胞 靶细胞 与膜结合的信号分子 （2）直接交流：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。 受体 7 （3）通道交流：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。 胞间连丝（高等植物细胞之间） 8 1.如图表示细胞膜的功能模式图。据图分析，下列说法正确的是（ ） A.细胞间信息交流的各种方式都需要受体的参与 B.功能②表示物质进出细胞具有选择透过性 C.胰岛素调控生命活动可用图中④表示 D.相邻的植物细胞可通过功能③进行信息交流 B 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 小结 1、将细胞与外界环境分隔开 3、进行细胞间的信息交流 2、控制物质进出细胞 细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的，科学家对细胞膜成分和结构的认识经历了很长时间。 间接交流 直接交流 通道交流 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 二、对细胞膜结构的探索 我们需要探究的问题有: 1、细胞膜的组成成分是什么？ 4、细胞膜结构是静止的还是流动的？ 2、膜成分中的脂质在细胞膜中是如何排布的？ 3、膜成分中的蛋白质位于细胞膜的什么位置？ 探究1：细胞膜的组成成分是什么？ 资料1： 1895年，欧文顿曾用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：溶于脂质的物质容易通过细胞膜，不溶于脂质的物质，不容易通过细胞膜。（相似相溶原理） 不溶于脂质的物质 溶于脂质的物质 ● ● ● ● 细胞膜 ● ● ● ● ● ● 你能得出什么样的结论？ 细胞膜中有脂质。 【疑问】细胞膜中脂质成分的类型是哪种？ 资料2：科学家利用动物的卵细胞、红细胞、神经细胞作为研究材料，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，进行化学分析得知： 膜成分化学分析 膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。 探究1：细胞膜的组成成分是什么？ 提一嘴为什么用哺乳动物成熟红细胞 14 ① 动物细胞无细胞壁，细胞容易吸水涨破； 【思考】为什么最终选择哺乳动物成熟红细胞来制备细胞膜？ ② 无细胞核和众多的细胞器，易制得纯净的细胞膜。 探究1：细胞膜的组成成分是什么？ SZ-LWH 资料3: 1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。他们发现细胞表面张力明显低于油水界面的表面张力；当时人们已经知道了，如果在油水界面中加入一定量的蛋白质，其表面张力降低。 【思考】以上资料说明细胞膜中还可能含有什么物质？ 推测：细胞膜除含有脂质分子外，可能还附有蛋白质。 探究1：细胞膜的组成成分是什么？ SZ-LWH 细胞膜成分 __________（约50%） __________（约40%） 主要 成分 ____________（约2%~10%） ________（最丰富） _________（主要是动物细胞膜具有） 脂质 蛋白质 糖类 磷脂 胆固醇 功能越复杂的细胞膜，蛋白质的_______与________就越多。 种类 数量 探究1：细胞膜的组成成分是什么？ （教材P43） 资料4：1925年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔用丙酮从人的成熟红细胞中提取脂质，在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞的表面积的2倍。 细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层 探究2：脂质在细胞膜中是如何排布的？ 为什么磷脂分子在细胞膜中必然排列为连续的两层? 磷脂分子的结构如图所示： 结构图 模型 示意图 【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。 【活动一】请根据磷脂分子的结构特点，尝试排列出单层磷脂分子在水和空气界面中的排布情况。 水 空气 随机浮在水面上？ 亲水 疏水 为什么磷脂分子在细胞膜中必然排列为连续的两层? 水 空气 【活动一】请根据磷脂分子的结构特点，尝试排列出单层磷脂分子在水和空气界面中的排布情况。 为什么磷脂分子在细胞膜中必然排列为连续的两层? 水 空气 【活动一】请根据磷脂分子的结构特点，尝试排列出单层磷脂分子在水和空气界面中的排布情况。 为什么磷脂分子在细胞膜中必然排列为连续的两层? 【活动二】请画出两层磷脂分子在水环境中排列的情况。 水 水 为什么磷脂分子在细胞膜中必然排列为连续的两层? 细胞膜内外两侧的环境 细胞核 细胞膜 组织液 细胞内液 血液 为什么磷脂分子在细胞膜中必然排列为连续的两层? 【活动三】 结合细胞膜内外两侧的环境，排列出细胞膜中磷脂的排列方式。 水环境 水环境 平面图 立体图 【随堂检测1】将一个细胞中的磷脂成分全部提取出来，并将其在空气—水界面上铺成单分子层，结果测得单分子层的表面积相当于原来细胞膜表面积的2倍。用下列细胞实验与此结果最相符的是（ ） A．人的肝细胞 B．大肠杆菌细胞 C．洋葱鳞片叶表皮细胞 D．鸡的红细胞 B 【解题规律】 （1）若为2倍，说明该细胞只有细胞膜。 （2）若不止有细胞膜，还有其它的生物膜（如：细胞器膜、核膜），则大于2倍。 SZ-LWH 资料5： 1959年，罗伯特森在电镜下观察到细胞膜呈暗—亮—暗的三层结构，他结合其他科学家的工作，大胆提出生物膜的模型：所有的生物膜都由蛋白质——脂质—蛋白质三层结构构成，并把生物膜描述为静态的统一结构。 蛋白质 蛋白质 脂质 探究3：蛋白质位于细胞膜的什么位置？ 蛋白质均匀分布在脂质两侧 细胞内侧 蛋白质 蛋白质 细胞外侧 磷脂双分子层 罗伯特森的“蛋白质-脂质-蛋白质”三层结构模型 （“三明治”模型，静态的统一结构） 资料6： 冰冻蚀刻电子显微法 贯穿 镶在表面 部分或全部嵌入 蛋白质在脂质两侧呈不对称分布。 探究3：蛋白质位于细胞膜的什么位置？ 蛋白质分子有的镶在表面、有的部分或全部嵌入、有的贯穿整个磷脂双分子层。 冰冻蚀刻（freeze-etching）亦称冰冻断裂（freeze-fracture）。标本置于-100˚C的干冰或-196˚C的液氮中，进行冰冻。然后用冷刀骤然将标本断开，升温后，冰在真空条件下迅即升华，暴露出断面结构，称为蚀刻（etching）。蚀刻后，向断面以45度角喷涂一层蒸汽铂，再以90度角喷涂一层碳，加强反差和强度。然后用次氯酸钠溶液消化样品，把碳和铂的膜剥下来，此膜即为复膜（replica）。复膜显示出了标本蚀刻面的形态，在电镜下得到的影像即代表标本中细胞断裂面处的结构。 27 变形虫，真核生物。细胞膜纤薄，由于细胞膜的流动，使身体表面生出无定形的指状、叶状或针状的突起，称为“伪足”，身体即借此而移动。身体的形状轮廓也会随伪足的伸缩而有变化。伪足间可自由包围融合，借此包裹食物进行消化。 资料7： 变形虫的变形运动 探究4：生物膜结构是静止的还是流动的？ 资料8： 磷脂分子是可以侧向自由移动，具有流动性 磷脂分子的运动 探究4：细胞膜结构是静止的还是流动的？ 29 资料9： 人鼠细胞融合实验 膜中大部分蛋白质分子是可以运动的，细胞膜具有流动性。 ●红色荧光标记的蛋白质 ●绿色荧光标记的蛋白质 探究4：细胞膜结构是静止的还是流动的？ 1970年，科学家的人鼠细胞融合实验：融合后的细胞一半发红色荧光，另一半发绿色荧光。将细胞放在37℃培养40min后，两种颜色的荧光均匀分布。 （荧光标记法） 30 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。 二、对细胞膜成分和结构的探索 SZ-LWH 二、对细胞膜结构的探索 A 磷脂双分子层 B蛋白质分子 C 糖被 (1)图中A 名称：____________ 位置：膜的__________ 特点：______________ 功能：______________ 磷脂双分子层 可侧向自由移动 基本支架 结构模型 2.1 三、流动镶嵌模型的基本内容 屏障，水溶性分子或离子不能自由通过 脂溶性物质能不能自由通过？ SZ-LWH 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 蛋白质分子 嵌入 贯穿 运动 结构模型 2.1 三、流动镶嵌模型的基本内容 功能：与 有关 物质运输 SZ-LWH 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 2.1 三、流动镶嵌模型的基本内容 SZ-LWH 结构特点：具有一定的流动性 膜结构中的蛋白质和脂质分子在膜中可做多种形式的移动。膜整体结构也具有流动性。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。 三、流动镶嵌模型的基本内容 36 细 胞 膜 成分与结 构 功 能 2.控制物质相对进出细胞（功能特点：选择透过性） 3.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 镶在表面、嵌入、贯穿 糖蛋白（识别作用） 结构特点 （具有一定的流动性） 课堂小结 SZ-LWH 二、拓展应用（教材P46） 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? 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;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。 A B 水中结晶药物 脂溶性药物 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。 Lavf58.12.100 $$