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

第三章细胞的基本结构 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） 植物细胞 动物细胞 课堂导入 科学家用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞，却不能逸出细胞。 细胞作为一个完整的系统，它有边界。 其边界就是细胞膜。 问题探讨 C 3 细胞膜的功能 1 将细胞和外界环境分开 【思考】细胞膜作为系统的边界，它在细胞的生命活动中起什么作用？ 无机物→简单有机物→复杂有机物→原始生命体 意义：保持细胞内部环境的相对稳定 在生命起源的过程中，原始海洋中的有机物逐渐聚集并且相互作用，进化出原始的生命。 在原始海洋这盆“热汤”中，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。细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。 5 问题探讨 鉴别动物细胞是否死亡，通常使用台盼蓝染液。用它染色之时死细胞会被染成为蓝色，而活细胞则不会着色。 1.为何活细胞不能被染色而死细胞能够被染色？ 2.据此可以推测，细胞膜作为细胞的边界应该具有什么功能？ 控制物质进出 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？ 2 控制物质进出细胞 以上说明细胞膜有________性，控制作用是_____的 选择透过 相对 不容易进入 抗体、 激素等 控制物质进出细胞： 1、细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞，细胞不需要或对细胞有害的物质不容易进入细胞。 2、细胞合成的抗体、激素等物质及细胞产生的废物要排到细胞外，但是细胞内的核酸等重要成分却不会流失到细胞外。 7 资料4：施莱登和施旺在细胞学说中强调“细胞既是一个相对独立的单位，又和其他细胞构成的整体起作用”。由此说明多细胞生物体的生命活动必须依赖于细胞之间的协调配合才能完成。 【思考】细胞之间是如何实现协调配合的？ 【思考】细胞之间信息交流的方式有哪些？ 3 进行细胞间的信息交流 在多细胞生物体内，各个细胞都不是孤立存在的，它们之间必须保持功能的协调，才能使生物体健康地生存。这种协调性的实现不仅依赖于物质和能量的交换，也有赖于信息的交流。 8 3 进行细胞间的信息交流 受体：蛋白质 （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 (1)一些细胞（如分泌细胞）分泌一些物质（如激素）,通过血液的传递运送到作用部位的细胞（靶细胞）,被靶细胞的细胞膜上的受体（成分为糖蛋白）识别，引起靶细胞的生理反应（图示如下） 9 糖尿病---信息传递异常引起的疾病 3 进行细胞间的信息交流 靶细胞 发出信号的细胞 与膜结合的信号分子 膜上接受信号分子的受体 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。 （2）直接交流：细胞膜的接触 强调：只有同种生物的精子和卵细胞能够识别和结合。 (2)相邻两个细胞的细胞膜直接接触，通过糖蛋白识别，将信息从一个细胞传递给另一个细胞（图示如下）。例如：精子和卵细胞之间的识别和结合。 11 思考：所有细胞间的信息交流都需要膜上的受体吗？ 胞间连丝 （3）植物细胞通过 传递信息。 通道（胞间连丝） 笔记：通道交流不需要细胞膜上的受体 3 进行细胞间的信息交流 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 3.进行细胞间的信息交流 【思考】细胞膜的功能是由什么决定的？ 结构→功能 间接交流 直接交流 通道交流 膜功能小结： 1.对玉米种子的实验处理和观察现象如下，该实验结果说明 实验处理 将玉米种子浸泡15小时，从中央纵切后，用稀释红墨水染色 将浸泡的玉米种子煮熟，从中央纵切后，用稀释红墨水染色 实验现象 胚细胞着色浅 胚细胞着色深 A.细胞膜具有流动性 B.红墨水能自由进出玉米细胞 C.细胞膜具有全透性 D.活的细胞膜具有控制物质进出的作用 √ 2.(2020·天津高一期末)下列不属于细胞间信息交流方式的有 A.精子和卵细胞相互接触完成受精作用 B.内分泌细胞分泌的激素经血液运输并作用于组织细胞 C.细胞膜将细胞与外界环境分隔开 D.植物细胞间有胞间连丝，是植物细胞进行信息交流的方式 √ ▌哺乳动物受精过程，精子能够与卵细胞相互识别，卵子部分开放给予精子的头部进入，这一现象体现细胞膜能（ ） A. 保证细胞与外界环境分隔开 B. 保障细胞内部环境的相对稳定 C. 控制物质进出细胞 D. 进行细胞间的信息交流 ▌在处理污水时，人们设计出一种膜结构，有选择地将重金属离子阻挡在膜的一侧，以降低重金属离子对水的污染。这是试图模拟细胞膜的（ ）。 A. 将细胞与外界环境分隔开的功能 　　 B. 控制物质进出细胞的功能 C. 进行细胞间信息交流的功能 　　   D. 具有免疫作用的功能 D B ￭ 实战演练 ▌下列关于细胞膜的功能的叙述，正确的是( ) A. 细胞间的信息交流,大多与细胞膜的结构和功能有关 B. 细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构 C. 细胞膜的主要成分是磷脂，蛋白质和糖类 D. 细胞膜作为系统的边界，严格控制物质进出细胞，细胞不需要的东西不能到达细胞内。 ▌如图为细胞间信息交流的一种方式，下列叙述不正确的是（ ）。 A. 图中反映了细胞膜具有细胞间信息交流的功能 B. 图中乙细胞表示靶细胞 C. 图中a表示信号分子（如激素） D. 图中b表示细胞膜上的载体 A D ￭ 实战演练 细胞膜 非脂溶性物质 脂溶性物质 膜是由脂质组成的 相似相溶原理 【资料1】1895年欧文顿：多种物质对膜的通透性实验，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。 【思考】欧文顿对细胞膜的组成成分作出怎样的推测？ 1 细胞膜成分的探索 细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的。但细胞膜非常薄，既是在高显微镜下依然难以看清它的真面目，人们对细胞膜化学成分与结构的认识经历了很长时间。 18 请从下面细胞中选出符合研究细胞膜的细胞，并说明理由： 哺乳动物成熟的红细胞 高等动物细胞 高等植物细胞 细菌细胞 鸡（鸟类）血红细胞 原核细胞没有核膜和细胞器膜，但是有细胞壁（支原体除外），所以也不能用原核生物制备细胞膜 注 【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。 19 【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。 磷脂是组成细胞的主要脂质，是一种由甘油、脂肪酸、和磷酸等所组成的分子。 它有一个亲水磷酸“头”部，和一个疏水的脂肪酸的“尾”部。 磷脂 胆碱 磷酸 甘油 脂肪酸 亲水的“头部”与水接触，疏水的“尾巴”远离水，朝向空气的一面，在水空气界面上铺展成单分子层。 材料:1917年朗缪尔将磷脂与水混合，发现磷脂分子排列成了单层，而且其磷酸基团的极性头部浸入水中，疏水端浮于水面。 空气和水界面上 单分子排布 【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。 【问题1】该实验得出了怎样的推论？ 水 水 【问题2】细胞膜上的磷脂分子是怎样排列的？ 水 水 1层细胞膜含2层磷脂分子 教材深挖：将人的肝细胞中的磷脂全部提取出来，铺成单分子层，其面积是肝细胞表面积的2倍吗？为什么？ 大大超过2倍，肝细胞具有多种具膜的细胞器和细胞核 空气和水界面上 单分子排布 搅动后 水溶液中 形成球状的微团 双层脂分子的球形脂质体 24 实验及其结果：1925年，科学家将红细胞中脂质在空气-水界面上铺展成单分子层，测得単分子层的面积为红细胞的表面积的2倍。 实验结论：科学家推测，细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。 思考： ①用其他真核细胞（除哺乳动物成熟红细胞）做上述实验，若磷脂单分子层的面积为2S，则细胞表面积为_______S(”大于“、”小于“、”等于“) ②用细菌细胞做上述实验，若细胞表面积为S，则磷脂单分子层的表面积_______2S(”大于“、”小于“、”等于“) 小于 等于 思考：磷脂分子在水中将会如何分布？ 脂质体 脂单分子层 微团 任务2：对细胞膜成分的探索 表面积=S 脂质单分子层面积 = 2S 推测 对细胞膜的成分的探索 CThe search for the composition of cell membranes 思考： ① 用其他真核细胞（除哺乳动物成熟红细胞）做上述实验，若磷脂单分子层的面积为2S，则细胞表面积为_______S（“大于”、“小于”、“等于”。） ② 用细菌细胞做上述实验，若细胞表面积为S，则磷脂单分子层的表面积______2S（“大于”、“小于”、“等于”） 小于 等于 讨论：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？ 如果将磷脂分子置于水—苯的混合溶剂中，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。 【资料4】1935年，英国学者丹尼利和戴维森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。 细胞膜 _____（约50% ） _______（约40% ）： 糖类（2%～10%） _____（主要 ） 胆固醇 (动物细胞膜具有) 与细胞膜功能密切相关 脂质 磷脂 蛋白质 C、H、O +N （+P、N） 细胞膜的成分 罗伯特森的实验: 电镜下细胞膜的暗--亮--暗的三层结构。 细胞膜结构的电镜照片 生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”构成的三层静态统一结构。 假说： 三明治模型 对细胞膜结构的探索 不能解释细胞的生长、白细胞吞噬细菌、受精时细胞融合等。 实验：将人和鼠的细胞膜蛋白质用不同荧光染料标记后融合。 对细胞膜成分的探索 结论：蛋白质分子是可以运动的 ,说明细胞膜具有一定的流动性 在新的观察和实验证据的基础上，1972年辛桑格(S.J.Singer)和尼克森(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。 对细胞膜结构的探索 【提出假说】细胞膜结构的探索过程，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信息，提出解释某一生物学问题的一种假说，再进一步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或被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和实验结果相吻合！ 【科学方法】 【自主学习】 阅读教材P44—P45关于流动镶嵌模型的基本内容，回答下列问题： 1.细胞膜的基本支架是什么？ 2.蛋白质在细胞膜上如何分布？ 3.细胞膜具有流动性的原因是什么？ 4.什么叫糖蛋白？有什么功能？ ①A为_____________，是膜的基本支架； ②B为____________，镶嵌在磷脂双分子层中：有的_______在表面，有的部分或全部______，有的______磷脂双分子层； ③细胞膜具有______性：磷脂分子侧向自由移动，大多数蛋白质可以运动； ④糖类和蛋白质结合形成C( )，与脂质结合成D( )，这些糖类叫作_______，和细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有关。 磷脂双分子层 蛋白质分子 镶 嵌入 贯穿 流动 糖蛋白 糖脂 糖被 流动镶嵌模型的主要内容 功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。 膜的脂质中磷脂含量最多。 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，因此具有屏障作用。 37 与生活中的联系： 癌症——21世纪的“第一杀手” 细胞膜的组分并不是不可变的，如细胞癌变过程中，细胞膜组分发生变化，糖蛋白含量下降，产生甲胎蛋白(AFP)、癌胚抗原(CEA)等物质。 38 1、细胞膜的流动镶嵌模型与蛋白质—脂质—蛋白质三层结构模型的不同有哪些？ 2、如何判断细胞膜的外侧面和内侧面？ 3、细胞膜有几层磷脂双分子层？几层磷脂分子？线粒体呢？ 问题探讨： 流动镶嵌模型认为：1.组成膜的分子是可以运动的；2.蛋白质在膜中的分布是不均匀的。 细胞膜外侧有糖蛋白。 1层磷脂双分子层；2层磷脂分子。 线粒体：2层磷脂双分子层；4层磷脂分子。 既然膜内部是疏水的，水分子为什么能跨膜运输？ 一是因为水分子极小，可以通过由于磷脂分子运动而产生的间隙；二是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。 1、膜的基本支架——磷脂双分子层。（磷脂和蛋白质分子是可以运动的，具有流动性。） 2、蛋白质分子有的镶在表面、有的嵌入其中、有的贯穿在磷脂双分子层。（体现膜结构内外的流动性和不对称性） 3、膜在结构特性上：流动性 膜的功能特性：选择透过性 流动镶嵌模型的总结 4、功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。 膜的脂质中磷脂含量最多。 41 细胞壁具有全透性，无法在细胞壁内制造一个稳定的内部环境，因此细胞壁不是细胞的生命系统的边界。 细菌细胞壁 肽聚糖 植物细胞壁 纤维素和果胶 真菌细胞壁 几丁质 ☆溶菌酶可水解肽聚糖而不能水解几丁质，所以溶菌酶能杀死细菌，却对真菌基本没作用。 拓展：细胞壁的成分与功能 42 利用生活中的废旧物品，尝试制作立体的生物膜结构模型。 课外制作： 细 胞 膜 成分与结 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-基本支架 镶、嵌入、贯穿 糖蛋白和糖脂 功能特点 结构特点 （选择透过性） （流动性） 【课堂小结】 概念图 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。 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? 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。 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：脂美质体到达细胞后，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。 √ × (1) 细胞膜的成分为脂质、蛋白质和糖类 (2013北京卷) (2)构成膜的脂质主要是磷脂、脂肪和胆固醇(2010·山东卷) (3)细胞膜含有糖脂和糖蛋白(2011海南卷) (4)变形虫和草履虫的细胞膜基本组成成分不同(2012广东卷) (5)生物膜的特定功能主要由膜蛋白决定(2010山东卷) (6)胰岛B细胞分泌胰岛素依赖于细胞膜的流动性(2010全国卷) (7)细胞膜上的大多数蛋白质是可以运动的(2011海南卷) √ × √ √ √ 49 3.对细胞膜成分和结构的探索经历了漫长的过程，下列结论或假说对应错误的是 A.根据脂溶性物质更易通过细胞膜推测细胞膜是由脂质组成的 B.根据提取哺乳动物成熟红细胞的脂质铺展成的单分子层的面积是该红 细胞表面积的2倍，推测细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层 C.根据电镜下细胞膜呈清晰的暗—亮—暗三层结构，罗伯特森认为所有 的细胞膜都由脂质—蛋白质—脂质三层结构构成 D.小鼠细胞—人细胞融合实验可证明细胞膜具有流动性 √ 1.下列关于细胞膜功能的叙述，不正确的是( ) A.功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多 B.细胞间的信息交流使生物体作为一个整体完成生命活动 C.相邻两个细胞的信息交流全靠细胞膜的直接接触 D.细胞膜能控制物质进出细胞，这种功能是相对的 C 随堂练习 In-class practice 3.如图是生物膜的结构模型示意图。下列相关叙述不正确的是( ) A.①与细胞的识别、保护、润滑有关 B.②的种类和数目与生物膜的选择透过性有关 C.②和③共同构成生物膜的基本支架 D.②和③可以运动使生物膜具有流动性 C 随堂练习 In-class practice ▌据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素D等物质较容易优先通过细胞膜，这是因为（ ） A. 细胞膜具有一定流动性 B. 细胞膜是选择透过性 C. 细胞膜的结构是以磷脂分子层为基本骨架 D. 细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子 ▌异体器官的移植手术往往很难成功。最大的障碍就是异体细胞间的排斥，这主要是由于细胞膜具有识别作用。这种生理功能的结构基础是（ ） A. 细胞膜由磷脂分子和蛋白质分子构成 B. 细胞膜表面有糖蛋白 C. 细胞膜具有一定的流动性 D. 细胞膜具有选择透过性 C B ▌有什么例子可以说明生物膜不是固定静止，而是具有一定的流动性的？ 变形虫的变形运动 细胞融合 细胞的吸水膨胀或者失水皱缩（如质壁分离） 细胞的胞吞胞吐（如白细胞吞噬病菌，细胞分泌蛋白质等） ▌一位科学家发现，当温度一定升高时，细胞膜的厚度变小而面积增大，这是由于细胞膜的什么特性所决定的 ( ) A. 具有一定的流动性 B. 是选择透过性膜 C. 具有专一性 D. 具有运输物质的功能 A ￭ 实战演练 解析　细胞膜具有控制物质进出细胞的功能，大分子物质，如血红蛋白、伊红等，不能透过细胞。动物细胞的边界是细胞膜，而植物细胞的形态主要由位于细胞膜外的细胞壁来维持。 5.科学家在用电子显微镜清晰地观察到细胞膜之前，已经能够确定细胞膜的存在了。下列实验现象中，不能证明细胞膜存在的是 A.显微镜下观察到动物细胞具有明确的边界 B.将红细胞置于清水中，一段时间后发生溶血现象 C.向某细胞中注入伊红(一种大分子红色染料)后观察发现细胞外始终不 呈红色 D.植物细胞有明显的固定的形态 √ 55 8.如图是细胞膜亚显微结构模式图，请据图回答： (1)图中[B]_________的基本组成单位是________。构成细胞膜基本支架的结构是[　　]_____________。 (2)与细胞膜的识别功能有关的结构是_____。 蛋白质 氨基酸 D 磷脂双分子层 糖被 (3)吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了细胞膜具有______性，这是因为___________________________________________________。 流动 组成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的 (4)不同细胞细胞膜的生理功能不同，主要取决于细胞膜上的什么结构？____(填写标号)。 (5)细胞膜的这种结构模型被称为______________。 B 流动镶嵌模型 7.科学家通过实验发现：将分散的小鼠组织细胞和人组织细胞进行混合培养，同种细胞之间会出现“识别”现象，最终导致小鼠组织细胞黏连在一起，人组织细胞黏连在一起，对此现象合理的解释是 A.两种细胞膜所含的主要成分不一样 B.两种细胞膜的结构不一样 C.两种细胞膜上糖蛋白的种类不一样 D.两种细胞所需要的营养物质不一样 √ 孕激素是一种固醇类物质，它可以优先通过细胞膜扩散到细胞内部，这主要与细胞膜的哪项结构有关 A  ③① B  ① C  ①② D ③ 答案：B、 分析：孕激素是一种固醇类物质，与磷脂同属于脂质，根据相似相溶原理，孕激素能优先通过细胞膜扩散到细胞内部，其原因是细胞膜的基本支架是磷脂双分子层。 59 取两种不同种属的海绵，使其细胞分散成单个，再将它们腾在一起培养，发现只有同种的细胞才能聚合在一起。 与此现象直接有关的结构是（) A  细胞核 B 细胞膜上的磷脂双分子层 C 细胞膜 D 细胞膜上的糖蛋白 答案：D、 分析：由题意可知，两种不同种属的海绵的细胞混合培养，只有同种的细胞才能聚合在一起，是否属于同一个属是由海综细胞腰上的糖蛋白进行识别的，与识别作用直接有关的足糖蛋白。 故选：D。 60 将一个细胞中的磷脂成分全部抽提出来，并将它在空气和水界面上铺成单分子层，结果发现这个单分子层的表积相当于原来细胞膜表面积的两倍。这个细胞最可能是（) A 白细胞 B 蛙的红细胞 C 姐虫的体细胞 D 乳酸菌 答案：D、 分析：(1)白细胞，蛙的红细胞、蝴虫的体细胞除细胞中含有细胞膜、多种细胞器膜以及核膜，将碳脂成分全部提取出来，在空气一水界面上铺成单分子层，测得单分子层的表面积大于细胞膜表面积的两倍。 (2)乳酸菌细胞没有细胞核和细胞器，都只有细胞膜，没有其他腰结构，所以磷脂分子的面积是细胞膜表面积的两倍。 动法：n 61 $$