3.1 细胞膜的结构和功能 课件-2024-2025学年人教版2019高中生物必修1

细胞膜的功能和成分 学习要求 1.能概述细胞膜的功能 质膜将细胞与其生活环境分开 能控制物质进出 参与细胞间的信息交流 2.能概述细胞膜的成分 细胞膜主要由脂质、蛋白质和糖类构成 3.掌握细胞膜的结构模型 流动镶嵌模型 ▣在电镜观察到细胞膜之前科学家已经知道细胞膜的存在。 课前准备 背景提要 回顾：初中教材中关于细胞膜 动物细胞最外面有一层极薄的膜，叫做细胞膜。细胞膜将细胞内部与外界环境分开，对细胞具有保护作用。 课前准备 背景提要 细胞膜成分的探索 细胞膜结构的探索 考点一 细胞膜的功能 目 录 CONTENTS 考点二 考点三 考点一 S z L w h 4 课前准备 背景提要 ▣在电镜观察到细胞膜之前科学家已经知道细胞膜的存在。 在光学显微镜下难以看见它的真面目，但是用微针触碰细胞表面时，细胞表面有弹性，可以伸展。 问题探讨1 卵细胞的细胞膜在细胞的生命活动中起什么作用？ 细胞的边界：细胞膜（质膜） 首先，请同学们来看老师课前做的一个小实验 可能是卵细胞中的什么物质在起作用呢？同学们的回答非常棒，细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜，也叫质膜。 请同学们思考：卵细胞的细胞膜在细胞的生命活动中起什么作用？ 1. 将细胞与 分隔开 外界环境 无机物→简单有机物→复杂有机物→膜的出现→原始生命体 意义：保持细胞内部环境的相对稳定 资料1：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。 【说明】细胞膜能控制外界物质 ，而死的细胞不能。 资料2： 【说明】细胞膜能控制胞内物质 ，而死细胞不能。 2. 控制物质进出 ￭自主学习 进入细胞 出细胞 实验目的：验证细胞膜能控制物质的进出 实验材料：新鲜的玉米种子、煮熟的玉米种子、红墨水 实验步骤：将多个玉米种子立起来，从破口处纵切，一分为二 无红色 无红色 红色 红色 实验结论： 新鲜玉米种子的 是活细胞，能够控制物质进出。 煮熟玉米种子的 已死亡，不能够控制物质进出。 胚和胚乳 胚和胚乳 营养物质（氨基酸、无机盐、葡萄糖等） 不需要、有害的物质（如细菌、病毒等） 抗体、激素等 细胞合成并分泌 废物 （CO2、尿素等） 细胞代谢产生 细胞膜的控制作用是相对的、有限的，环境中一些对细胞有害的物质有可能进入；有些病毒、病菌也能侵入细胞，使生物体患病。（核酸等物质不能出细胞） 2、控制物质进出细胞 选择透过性 ￭科学之旅——我们是怎么闻到气味的？ 受体 神经 大脑皮层 信息交流 信息分子 信息分子 资料1： 理查德·阿克塞尔（Richard Axel），美国分子生物学家，因发现气味受体和嗅觉系统组织获2004年诺贝尔生理学或医学奖。 气味分子进入鼻子。在鼻子里位于上后部的嗅上皮组织有着一些具有特殊气味分子受体的细胞叫嗅细胞。每个受体都有着独特的形状，只能与特定的气味分子结合。 嗅细胞分支出的神经纤维构成束与位于大脑底部的嗅球相连接。通过嗅球处理的气味信息嗅束传向大脑，最后到达大脑皮层产生嗅觉。 3. 进行细胞间的信息交流 ①通过化学物质（间接传递） 受体： 1.化学本质：糖蛋白(蛋白质) 2.作用：接受激素等化学物质的信号 3.特点：专一性/特异性（一种受体只能识别一种或者一类物质） 3. 进行细胞间的信息交流 ②细胞膜直接接触 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。 强调：一般同种生物的精子和卵细胞能够识别和结合。 练一练：肿瘤细胞为了逃避人体免疫系统的追杀，在自身表面产生了一种被称为“PD﹣L1”的蛋白，这个蛋白与免疫细胞表面的PD﹣1蛋白相结合，就会让人体免疫系统产生“这是好人”的错觉，从而放过肿瘤细胞，任其疯狂繁殖。 PD﹣1和PD﹣L1结合体现了细胞膜具有 的功能。 信息交流 ￭自主学习 3. 进行细胞间的信息交流 思考：所有细胞间的信息交流都需要膜上的受体吗？ ③植物细胞通过 传递信息。 笔记：通道交流不需要细胞膜上的受体 通道（胞间连丝） 细胞膜的功能 ①将细胞和外界环境分隔开 ③进行细胞间的信息交流 ②控制物质的进出 保障细胞内部环境的相对稳定 选择透过性 通道传递 物质传递 接触传递 细胞膜的结构 除了以上提到的三种功能外，细胞膜还参与细胞的运动、分泌等功能。 细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的。 结构和功能相适应 生命观念 【资料1】1895年，欧文顿（E.Overton）用500多种化学物质对植物细胞的通透性不一样：溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜；不易溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜。 推论1：细胞膜是由___________组成的。 问题1：欧文顿实验是如何得出这一推论 的？ 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 脂质 【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 含量最多。 ￭自主学习 磷脂 问题1：制备纯净的细胞膜，为什么选择哺乳动物的红细胞？ 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。 【资料3】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。 相关知识：表面张力使液体表面更加“坚韧”，甚至可以让小虫子站在水面上。 ￭自主学习 细胞表面张力 油水界面表面张力 （油水界面+蛋白质）表面张力 油水界面表面张力 < < 推论2：细胞膜除含脂质分子外，还可能附有___________。 蛋白质 【资料4】神经髓鞘的蛋白质含量不仅少，而且蛋白质种类只有3种。神经髓鞘也比较简单，主要起绝缘作用。红细胞、肝细胞、大肠杆菌的细胞膜都承担着非常复杂繁多的生理功能，它们的细胞膜中蛋白质的种类和数量均较多。 ￭自主学习 问题1：由上述材料可知，细胞膜的功能主要由哪一类物质决定？ 细胞膜的功能主要由 决定， 功能越复杂的细胞膜， 的 和 越多。 蛋白质 蛋白质 种类 数量 成分 鉴定方法 结果 磷 脂 蛋 白 质 ￭小组讨论 脂溶性物质透过细胞膜 脂溶物质能通过 磷脂酶处理 细胞膜被破坏 蛋白酶处理 细胞表面张力会提高 双缩脲试剂 呈紫色 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 对细胞膜的成分的小结 总结：主要由 和 组成，还有少量 ！ 动物细胞还有 。 脂质 蛋白质 糖类 胆固醇 考点一 S z L w h 癌变后细胞膜表面变化 细胞癌变过程中，细胞膜上会产生甲胎蛋白（AFP）和癌胚抗原等物质。细胞膜外表面的糖蛋白减少。 细胞膜的成分组成是不是一成不变的呢？ 二、对细胞膜的成分的探索 补充材料一 1917年，科学家朗缪乐把溶有膜脂的挥发性溶剂倾倒在水面上，溶剂挥发掉，而脂类分子可在水面上铺开成一层，并且测出脂分子的极性一端被吸附在水分子上，而非极性一端直立在水面上（如下图）。 【磷脂】是一种由胆碱、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。 笔记： 磷脂的元素组成C H O N P，头部亲水，尾部疏水。 对细胞膜的成分的探索 1925年，两位荷兰科学家戈特（E.Gorter）和格伦德尔（F.Grendel）用丙醇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，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。 推论：细胞膜中的___________必然排列为连续的___________。 磷脂分子 两层 问题3：构成细胞膜中的磷脂分子可能有几种排列方式？ 问题5：哪一种方式满足细胞内外均为水环境？ 模型建构活动 1 细胞膜结构的探索 (1)1959年，罗伯特森 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______________的三层结构。 ③结论：所有的细胞膜都由______________________三层结构构成，是一种______的统一结构。 暗—亮—暗 蛋白质—脂质—蛋白质 静态 分析：“三明治模型”的静态结构模型不能解释哪些功能？ 不能解释细胞的生长、白细胞吞噬细菌、受精时细胞融合等。 两层暗 一层亮 考点一 S z L w h (2)1970年，人鼠细胞融合实验 ①方法：________法(如图)。 ②现象： a．开始：一半发________，另一半发________。 b．在37 ℃下经过40 min后两种颜色的荧光________。 c．结论：细胞膜具有______。 (3)1972年，辛格和尼科尔森 ①方法：新的观察和实验证据。 ②结果：提出为大多数人所接受的____________。 荧光标记 绿光荧光 红色荧光 均匀分布 流动性 流动镶嵌模型 1 细胞膜结构的探索 考点一 S z L w h 【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】 特别提醒 【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？ 考点一 S z L w h 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 嵌 贯穿 镶 冰冻蚀刻电子显微法 A B C D 2 流动镶嵌模型的主要内容 考点一 S z L w h 31 1）磷脂 2）蛋白质 3）少量糖类 双分子层构成生物膜的基本支架 镶在，嵌入，贯穿于磷脂双分子层 与蛋白质形成糖蛋白（糖被） 只位于膜外侧，识别、保护、润滑作用 ￭流动镶嵌模型的基本内容 4）结构特点： 5）功能特点： 流动性 （磷脂和蛋白质可以运动） 选择透过性 ￭流动镶嵌模型的基本内容 ▣思考：生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了？ 流动镶嵌模型 考点一 S z L w h 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 考点一 S z L w h 35 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、贯穿 糖蛋白 功能特点 结构特点 （选择透过性） （流动性） 【课堂小结】 考点一 S z L w h 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 √ 考点一 S z L w h 37 6.如图为细胞膜的流动镶嵌模型。下列各项中，不是细胞膜中磷脂分子形成双层结构原因的是 A.磷脂分子有亲水的头部 B.磷脂分子有疏水的尾部 C.细胞膜内外环境都是水环境 D.使细胞膜结构更加坚固 √ 考点一 S z L w h 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 √ 考点一 S z L w h 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 考点一 S z L w h (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 考点一 S z L w h ▣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 Lavf55.33.100 $$