3.1 细胞膜的结构和功能-【精准备课】2024-2025学年高一生物同步教学精优课件（人教版2019必修1）

牛胰岛素结晶 教材P33+39 1 第3章 细胞的基本结构 2 第1节 细胞膜的结构和功能 主讲教师：zeg 3 聚焦 1 细胞膜有哪些主要功能？ 2 流动镶嵌模型的基本内容是什么？ 3 通过对细胞膜结构探索过程分析，你对科学的过程和方法有哪些领悟？ 国家的边界：边防线等 人体的边界：皮肤和黏膜 细胞的边界： 细胞膜 （质膜） 教材P40 5 1 细胞膜的功能 6 解决以下问题，展示学习成果： 细胞膜具有什么功能？ 解释说明细胞膜的功能——控制物质进出。 细胞之间进行信息交流的方式？哪种方式需要受体？ 受体作用？其化学本质？受体的位置？ 胞间连丝是什么类型生物细胞之间进行信息交流的方式？ 教材P34-35 1. 细胞膜的功能 7 1. 细胞膜的功能 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的阶段，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。 保障了细胞内部环境的相对稳定。 教材P40 8 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。 讨论：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（功能特性）。 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。 台盼蓝染液后的死细胞和活细胞 教材P40 9 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。 讨论：据此推测，细胞膜作为系统的边界，应该具有什么功能？ 细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出的功能。 台盼蓝染液后的死细胞和活细胞 教材P40 10 需要的营养物质（氨基酸、无机盐、葡萄糖等） 抗体、激素等 细胞合成并分泌 1.1 细胞膜的功能 控制物质进出细胞 不需要、有害的物质（如细菌、病毒等） 细胞膜的功能特性：选择透过性 细胞膜的控制作用是相对的 细胞代谢产生 废物 （CO2、尿素等） 有用的成分 核酸等 可 不易 可 不可 教材P40-41 11 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。 12 1.1 细胞膜的功能 进行细胞间的信息交流 内分泌细胞分泌的激素（如胰岛素），随血液到达全身各处，激素作为信号分子，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。 受体 信号分子 教材P41 作用❓ 13 受体位置： 知识拓展 受体 作用： 笔记P41 其他信号分子 除激素外，神经元细胞之间进行信息交流的信号分子是神经递质。 接受激素等化学物质的信号 特点：专一性（一种受体只能识别一种或者一类物质） 化学本质： 大多数激素主要与膜受体结合发挥作用，部分激素，小分子物质，如性激素、维生素D以及甲状腺激素等的受体位于靶细胞内。 14 1.1 细胞膜的功能 进行细胞间的信息交流 细胞分泌化学物质间接传递信息 受体 信号分子 笔记P41 两个细胞直接接触吗？ 内分泌细胞分泌的激素（如胰岛素），随血液到达全身各处，激素作为信号分子，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。 15 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 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，精子和卵细胞的识别。 1.1 细胞膜的功能 细胞膜直接接触传递信息 笔记P41 细胞发出的信号分子与靶细胞细胞膜外表面的受体结合。 该方式是否需要受体？ 受体 16 1.1 细胞膜的功能 形成通道，传递信息 相邻两个细胞之间形成 ，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_________ 相互连接，也有信息交流的作用。 胞间连丝 通道 胞间连丝 笔记P41 信息交流以及物质转运 该方式是否需要受体？ No 17 资料1 胰岛素是由胰岛B细胞合成分泌的，是人体内可以降低血糖的激素。 资料2 各种植物的花粉四处飞扬，却只有落在同种植物的柱头上才能萌发（形成花粉管）。 （1）资料1中，胰岛B细胞与肝细胞的信息交流方式是_____________。 （2）资料2中，体现的细胞膜功能是____________________， 该方式_______________。 分泌化学物质 进行细胞间的信息交流 随堂练习 细胞膜直接接触 计时1min 2 对细胞膜成分的探索 19 讨论以下问题，展示学习成果： 最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取与检测？ 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？ 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？ 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？ 思考·讨论 教材P42 20 ● ● 细胞膜 ● ● ● ● ● ● 溶于脂质的物质 ● ● 不溶于脂质的物质 发现： 推测： 细胞膜是由脂质组成的 实验： 时间：1895年 人物：欧文顿（E.Overton） 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 溶于脂质的物质，更容易通过细胞膜 思考·讨论 教材P42 最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取与检测？ 最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析得出的。 思考·讨论 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，溶于脂质的物质，更容易通过细胞膜。 教材P42 推测 细胞膜是由脂质组成的 22 思考·讨论 科学家利用哺乳动物的红细胞，制备出纯净的细胞膜，进行化学分析。 组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。 为什么要用哺乳动物的红细胞来制备出纯净细胞膜呢？ ①动物细胞无细胞壁，更易吸水胀破。 ②哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和众多的细胞器，有利于细胞膜提纯。 结论： 实验： 细胞膜具体是由哪些脂质组成呢？ 教材P42 思考·讨论 结构图 模型 示意图 亲水“头部” 疏水“尾部” 笔记P42 磷脂分子结构组成？是极性分子or非极性分子？疏水or亲水？ 思考·讨论 空气 磷脂分子排列为单分子层 根据磷脂分子的特点，推测磷脂分子在空气-水界面上会怎么样铺展？ 教材P42 思考·讨论 细胞膜中的磷脂分子必然排列成连续的两层。 推断： S1 实验： 时间：1925年 人物：荷兰科学家戈特和格伦德尔 用丙酮从人的红细胞膜中提取脂质，在空气—水界面上铺成单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。 S2 教材P42 思考·讨论 水 水 A 水 水 B 水 水 C 亲水的“头部”与水接触，疏水的“尾巴”远离水 在水中形成的磷脂双分子层模式图 水 水 细胞膜的两侧都有水环境存在，同学们尝试着大胆的推测和想象一下在这样的环境中，磷脂分子在细胞膜中怎样排列为两层/A图orB图orC图？ 思考·讨论 推测： 实验： 时间：1935年 人物：英国学者丹尼利和戴维森 丹尼利和戴维森研究细胞膜张力，发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。由于人们已经发现了油脂表面如果附有蛋白质成分，则表面张力会降低。 细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。 除磷脂外，细胞膜还有无其它成分？ 教材P42 研究发现：细胞膜主要由脂质和蛋白质组成 还有少量的糖类 教材P43 29 3. 对细胞膜结构的探索 解决以下问题，展示学习成果： 细胞膜中脂质、蛋白质、糖类成分的含量？ 胆固醇存在于什么细胞的细胞膜中？其功能？（复习） 细胞膜 成分 脂质(50%) 蛋白质(40%) 少量的糖类(2%~10%) 磷脂最丰富，还有少量的胆固醇（动物细胞膜） 重要的功能作用，功能越复杂的细胞膜，种类和数量越多 教材P43 30 3 对细胞膜结构的探索 31 解决以下问题，展示学习成果： 罗伯特森观察细胞膜结构使用的实验器材？观察的细胞膜结构？提出的细胞膜模型假说？ 人鼠细胞融合实验的实验方法？标记细胞膜什么成分？实验结论？ 目前大多人接受关于细胞膜的分子结构模型？ 教材P43-44 3. 对细胞膜结构的探索 32 3. 对细胞膜结构的探索 提出假说： 实验： 时间：1959年 人物：罗伯特森 在电镜下看到了细胞膜清晰的___________的三层结构。 细胞膜由蛋白质－脂质－蛋白质三层结构构成，中间亮层是脂质分子；是静态统一的结构。 图3-1 细胞膜结构电镜照片 暗－亮－暗 教材P43 33 3. 对细胞膜结构的探索 物理学家将细胞膜冰冻处理后用冷刀断开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面，复膜后在电镜下观察断裂面的形态结构。（冰冻蚀刻显微技术） 蛋白质镶嵌、嵌入或贯穿于磷脂双分子层中。 体现了膜结构内外的不对称性， 与罗伯特森关于细胞膜中蛋白质排列结构的描述不同。 图3-2 冰冻蚀刻电镜技术观察的蛋白质分布模型 发现： 实验： 34 3. 对细胞膜结构的探索 变形虫的变形运动 受精卵分裂 细胞膜是静态的观点，难以解释的现象 教材P43 35 3. 对细胞膜结构的探索 实验： 科学家用绿色荧光染料标记小鼠细胞膜表面蛋白质分子，用红色荧光染料标记人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞融合。 发现： 这两个细胞刚融合时，融合细胞一半发绿色荧光，另一半发红色荧光；在37℃下经过40 min，两种颜色的荧光均匀分布。 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 结论： 细胞融合实验以及相关的实验证明细胞膜具有流动性。 笔记P43 细胞膜上 蛋白质运动 Why❓ 结构特性 36 3. 对细胞膜结构的探索 时间：1972年 人物：辛格和尼科尔森提出细胞膜的分子结构模型______________为多数人所接受。 教材P44 流动镶嵌模型 37 4 流动镶嵌模型 38 解决以下问题，展示学习成果： 流动镶嵌模型的内容？膜上的蛋白质全都能运动吗？ 细胞膜分子结构？细胞膜结构特点/特性？ 糖被概念（了解）？糖被特点？功能？ 再次思考受体化学本质？ 教材P44-45 4. 流动镶嵌模型的基本内容 39 细胞膜主要由磷脂分子和蛋白质分子构成。 磷脂双分子层构成膜的基本支架。其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能通过，因此具有屏障作用。 蛋白质分子以不同的方式镶嵌在磷脂分子层中：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，有的贯穿整个磷脂双分子层。这些蛋白质在物质运输方面由重要作用。 4. 流动镶嵌模型的基本内容 磷脂分子 磷脂双分子层 蛋白质分子 教材P44-45 细胞膜具有流动性。（结构特性） 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。 4. 流动镶嵌模型的基本内容 教材P45 膜上的蛋白质全都能运动 ✖ 细胞膜外表面，有糖类分子与蛋白质分子结合形成的糖蛋白，或与脂质结合形成的糖脂，这些糖类分子叫作糖被。糖被在生命活动中具有重要功能，与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系。 蛋白质 胆固醇 磷脂分子 磷脂双分子层 糖蛋白 糖脂 教材P45 知识拓展 受体 笔记P41 化学本质： 糖蛋白（大多数）、糖脂 受体位置： 作用： 其他信号分子 除激素外，神经元细胞之间进行信息交流的信号分子是神经递质。 接受激素等化学物质的信号 特点：专一性（一种受体只能识别一种或者一类物质） 大多数激素主要与膜受体结合发挥作用，部分激素，小分子物质，如性激素、维生素D以及甲状腺激素等的受体位于靶细胞内。 43 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。 教材P44 5 课堂小结 45 细胞膜（质膜） 流动镶嵌结构模型 将细胞和外界环境分开 控制物质进出 （选择透过性） 进行细胞间的信息交流 磷脂双分子层构成膜的基本支架 蛋白质镶嵌在磷脂双分子层中 流动性 结构特性 磷脂 蛋白质 糖类 功能 成分 糖被 主要内容 普遍认可 的结构模型 构成 主要和贯穿型蛋白质有关 6 练习与应用 47 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。（ ） 6.1 概念检测 ✖ ✖ ✖ 48 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 4.1 概念检测 （1）因为水分子极小，可以通过由于磷脂分子运动而产生的间隙； （2）因为膜上存在水通道蛋白，水分子可以通过通道蛋白通过膜。 B 49 4.2 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岀。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。 50 4.2 拓展应用 2.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。 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。 （1）为什么两类药物的包裹位置各不相同？ 51 4.2 拓展应用 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。 依赖于细胞膜的流动性。 （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？ 52 谢谢聆听! 同学们辛苦啦！ 53 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$