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（2019）必修1

第3章 细胞的基本结构 细胞壁 细胞膜 第1节 细胞膜的结构和功能 细胞质 细胞质基质 细胞器 第2节 细胞器之间的分工作 细胞核 第3节 细胞核的结构和功能 植物细胞亚显微结构模式图 3.1 细胞膜的结构与功能 01 细胞膜的功能 02 对细胞膜结构的探索 03 流动镶嵌模型的基本内容 CONTENTS 目录 系统的边界 细胞的边界：细胞膜（质膜） 国家的边界：边防线等 人体的边界：皮肤和黏膜 为什么不是细胞壁呢？ 细胞壁 存在部位： 细胞的最外层 主要成分： 植物： 纤维素和果胶 细菌： 肽聚糖 功能： 对细胞主要起支持、保护作用。 植物细胞壁是全透性的，对物质没有选择性，无法在细胞壁内制造一个稳定的内部环境，故细胞壁不是系统的边界。 真菌： 几丁质 细胞壁 细胞壁 细胞壁 PART ONE 细胞膜的功能 细胞膜的功能 功能①：将细胞与外界环境分隔开。 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 将细胞和外界环境分开 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。 台盼蓝染色视频（视频） 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。 为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？ 据此推断细胞膜作为系统的边界应该具有什么样的功能？ 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？ 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。 细胞膜的功能 功能②：控制物质进出细胞。 抗体、激素等分泌物和废物 水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等。 控制作用是相对的 营养物质 对细胞有害的物质、病毒病菌 可进 可出 不可出 细胞内有用的成分 不易进 哪些物质能进出细胞膜？哪些不能？ 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？ 选择透过性 功能特点： 细胞膜的功能 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。 细胞膜的功能 （2）通过相邻两个细胞的细胞膜接触（直接接触） 功能③：进行细胞间的信息交流。 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。细胞发出的信号分子与靶细胞细胞膜外表面的受体结合。 与膜结合的信号分子 细胞膜的功能 功能③：进行细胞间的信息交流。 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。例如，高等植物之间通过胞间连丝相互连接，进行信息交流。 胞间连丝相互连接传递信息 （3）植物细胞通过 传递信息。 通道（胞间连丝） 细胞膜的功能 1.将细胞与外界环境分隔开 2.控制物质进出细胞----选择透过性 3.进行细胞间的信息交流 物质传递 接触传递 通道传递（胞间连丝） 判断(1)植物细胞之间的胞间连丝具有物质运输的作用( ) (2)细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构( ) √ × PART TWO 对细胞膜结构的探索 对细胞膜结构的探索 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？ 对细胞膜结构的探索 【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。 对细胞膜结构的探索 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 对细胞膜结构的探索 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 同学们尝试着大胆的推测和想象一下如果在细胞膜的两侧都有水的环境中，磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢？ 对细胞膜结构的探索 在细胞膜的两侧都有水的环境中，磷脂分子的排布 水 水 亲水的“头部”与水接触，疏水的“尾巴”远离水 理论需要实验的支持！ 对细胞膜结构的探索 【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 拓展应用 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？ 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 对细胞膜结构的探索 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 对细胞膜结构的探索 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 对细胞膜结构的探索 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。 对细胞膜结构的探索 【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 对细胞膜结构的探索 【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 对细胞膜结构的探索 磷脂双 分子层 磷脂分子 蛋白质分子 糖蛋白 糖脂 糖类 细胞外 细胞内 有糖蛋白一侧 1层细胞膜=1层磷脂双分子层=2层磷脂分子 1972年辛格(S.J.Singer)和尼科尔森(G.Nicolson)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 PART THREE 流动镶嵌模型的基本内容 ①有的镶嵌在磷脂双分子层表面； ②有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中 ③有的贯穿于整个磷脂双分子层。 -----膜的基本支架 磷脂双分子层 约占50% 蛋白质分子 约占40% 成分 功能：细胞识别、细胞间信息交流 糖类约占2%-10% 糖蛋白 糖脂 糖被（分布在细胞膜外侧） 嵌 贯穿 镶 冰冻蚀刻电子显微法 功能：可以侧向流动，起屏障作用 功能：物质运输等有重要作用 大多数可以运动 膜两侧具有不对称性 细胞膜的流动镶嵌模型结构 可以完成何种功能的适应呢？ 流动镶嵌模型的基本内容 多糖 蛋白质 糖蛋白 与细胞识别、细胞间信息交流有关 糖 被 细胞膜结构决定功能 磷脂双分子层 基本支架 蛋白质 控制物质进出细胞有关 糖脂 结构特性 功能特性 一定的流动性 选择透过性 科学方法 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。 提出假说 实验、推理和想象 提出假说 实验验证 提出假说 实验验证 建构模型 修正模型 比较 比较项目 内容 原因 实例 细胞膜的结构特点 具有一定的流动性 构成膜的磷脂双分子层 和大多数蛋白质分子是可以运动的 细胞融合 变形虫的运动与摄食 细胞膜的功能特性 具有一定的选择透过性 与膜上蛋白质的种类与数量以及磷脂双分子层的疏水性有关 台盼蓝染液鉴别动物细胞是否死亡 深入探究 1. 通过细胞膜的结构模型如何区分细胞膜的内外侧？此结构存在的意义？ 根据糖被的位置区分，糖被所在一侧为膜外侧。在细胞膜的表面，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，这些糖类分子叫做糖被。糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系。 2.有人发现，在一定温度条件下细胞膜中的磷脂分子均垂直排列于膜表面。当温度上升到一定程度时，细胞膜的磷脂分子有75％排列不整齐，细胞膜的厚度变小，而膜的表面积扩大，膜对离子和分子的通透性提高。此材料能说明什么？ 在一定温度范围内，温度的变化会影响细胞膜的流动性。 总结 细胞膜 结构 功能 2.控制物质相对进出 3.信息交流 1.将细胞与外界分隔 脂 质 蛋白质 糖 类 磷脂双分子层 镶、嵌、贯穿 糖蛋白 功能特点 结构特点 （选择透过性） （流动性） 辛格和尼克尔森提出流动镶嵌模型 课堂练习 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。 （ ） × × × 课堂练习 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 感谢大家！ Lavf58.33.100 Content Adaptive Encoding 3.0 $$