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必修1

资料：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。 为什么伊红不会溢出细胞？ 导入新课 国家的边界 人体的边界 细胞膜 细胞作为基本的生命系统，其边界就是细胞膜，也称质膜 导入新课 阅读教材40-42页，思考下列问题 1、细胞膜的功能？并背诵 2、思考问题探讨 3、细胞间信息交流的三种方式？ 4、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？ 5、磷脂分子在空气-水界面上会怎么样铺展？磷脂分子在水中可能是怎样排布的呢？若将磷脂分子置于水-苯混合溶剂，磷脂分子如何分布？ 个体自学 第1节 细胞膜的结构及功能 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 用台盼蓝染液染色后的死细胞和活细胞（放大200倍） 课本P40问题探讨 1.为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？ 2.据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？ 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，死细胞被染成蓝色。 具有控制物质进出细胞的功能 一、细胞膜的功能 水、无机盐 氨基酸等 营养物质 病毒、病菌 代谢废物 CO2、尿素等 分泌物 抗体、激素 细胞的功能特性：选择透过性 2.控制物质的进出 一、细胞膜的功能 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 细胞膜将生命物质与外界环境分隔开，保障了细胞内部环境的________。 1.将细胞与外界环境分隔开 相对稳定 （1）对细胞本身的意义： 相对独立 膜的出现 ________是生命起源过程中至关重要的阶段，产生了原始的细胞，并成为_________的系统。 （2）在进化方面的意义： 出现细胞膜 一、细胞膜的功能 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。 一、细胞膜的功能 激素 内分泌细胞的激素（如胰岛素），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。 受体 化学本质：糖蛋白（主要） 作用：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） （1）通过细胞分泌化学物质间接传递信息。 靶细胞：接受信号的细胞 受体：靶细胞膜上与信号特异性结合的位点 3.进行细胞间的信息交流 一、细胞膜的功能 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。细胞识别得以实现的基础是细胞膜表面某些生物大分子（如糖蛋白、糖脂）提供的识别信息，使细胞可以识别同种与异种、同源与异源细胞 受体 （2）相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息 3.进行细胞间的信息交流 一、细胞膜的功能 思考：抗原和抗体的特异性结合是否属于这种？ 9 （3）经相邻两细胞间特殊通道传递信息 相邻两个细胞之间形成通道，可以进行物质交换和信息交流。 例如，高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用。 胞间连丝 3.进行细胞间的信息交流 一、细胞膜的功能 思考：所有细胞间的信息交流都需要膜上的受体吗？ 笔记：通道交流不需要细胞膜上的受体 多细胞生物是一个繁忙而有序的“社会”，如果没有信息交流，生物体不可能作为一个整体完成生命活动。细胞间的信息交流，大多与细胞膜的结构有关。 问题1：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？ 现象：溶于脂质的物质容易穿过细胞膜。 假说：细胞膜是由脂质构成。 验证：制备纯净细胞膜。组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，磷脂含量最多。 问题2：推理出结论后，还有必要提取膜的成分分析吗？ 二、对细胞膜的探索 细胞膜 非脂溶性物质 脂溶性物质 相似相溶原理 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。 科学方法—— 提出假说（教材44页） 二、对细胞膜的探索 问题3：制备细胞膜选择什么材料？原因是什么？ 哺乳动物成熟红细胞。没有细胞壁，能吸水涨破，且没有细胞核和众多的细胞器，可获得较为纯净的细胞膜 二、对细胞膜的探索 问题4：磷脂分子在空气-水界面上会怎么样铺展？磷脂分子在水中可能是怎样排布的呢？若将磷脂分子置于水-苯混合溶剂，磷脂分子如何分布？ 亲水 疏水 头部 尾部 二、对细胞膜的探索 1925年戈特和格伦德尔 支持： S2 = 2S1 S1 S2 1935年丹尼利和戴维森 现象： 细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力 油滴表面如果吸附有蛋白质，表面张力就会降低 假说：细胞膜中可能还含有蛋白质 二、对细胞膜的探索 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 15 E.Overton在研究各种未受精卵细胞的透性时，发现溶于脂质的物质容易透过细胞膜，不溶于脂质的物质透过细胞膜困难。 15 问题5：根据所学知识，思考是否可以尝试其他方法验证细胞膜中是否含有蛋白质吗？ 酶解，双缩脲试剂 二、对细胞膜的探索 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） 二、对细胞膜的探索 【资料】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。 细胞膜的功能主要由 决定，功能越复杂的细胞膜， 的 和 越多。 【思考】由上述材料可知，细胞膜的功能主要由哪一类物质决定？ 蛋白质 蛋白质 种类 数量 二、对细胞膜的探索 二、对细胞膜的探索 阅读教材43页，完成学法大视野33页知识梳理至34|合作探究| 1959年罗伯特森 验证：研究细胞膜的成分，其中脂质占细胞膜总质量的50%， 蛋白质约占40%，糖类占2%-10%。 现象：电镜下观察到细胞膜的暗—亮—暗三层结构 模型：三明治模型（细胞膜由蛋白质—磷脂—蛋白质三层结构构成） 缺陷： 二、对细胞膜的探索 静态的细胞膜结构无法解释细胞生长、变形虫的变形运动等 20 有什么缺陷？ 20 1959年罗伯特森 模型：三明治模型（细胞膜由蛋白质—磷脂—蛋白质三层结构构成） 缺陷：静态的细胞膜结构无法解释细胞生长、变形虫的变形运动等 新发现：蛋白质分子镶嵌、部分或全部嵌入、贯穿于脂双层 冰冻蚀刻技术 二、对细胞膜的探索 21 E.Overton在研究各种未受精卵细胞的透性时，发现溶于脂质的物质容易透过细胞膜，不溶于脂质的物质透过细胞膜困难。 21 |合作探究| 采用荧光标记法标记小鼠细胞与人细胞，做如图实验。请思考： 该实验否定了罗伯特森的“三层结构”生物膜模型，因为该模型认为生物膜是静止的。假若生物膜是静止的，细胞无法融合，更无法实现两种颜色荧光的均匀分布。 (1)本研究所采用的方法是什么? (2)由本实验结果可推出何种结论? (3)如图是相关实验结果的记录，据此哪项结论不能成立? ①温度增加到15 ℃以上，细胞膜流动性增强 ②该实验证明膜蛋白能够运动③温度对膜蛋白的运动有影响 ④图中数据说明融合时间越长形成的嵌合体越多 二、对细胞膜的探索 细胞融合 37℃ 40min 1970年人鼠细胞融合实验 细胞融合 37℃ 40min 蛋白质流动性 侧向扩散 旋转运动 摆动运动 伸缩震荡 旋转异构 构成细胞膜的磷脂具有流动性 二、对细胞膜的探索 23 E.Overton在研究各种未受精卵细胞的透性时，发现溶于脂质的物质容易透过细胞膜，不溶于脂质的物质透过细胞膜困难。 23 1972年，辛格和尼科尔森根据新的观察和实验证据，提出细胞膜的流动镶嵌模型，并为大多数人接受 三、流动镶嵌模型的基本内容 24 【自主学习】阅读教材P44—P45关于流动镶嵌模型的基本内容，完成学法35页 三、流动镶嵌模型的基本内容 |自学检测| (1)磷脂分子构成细胞膜的基本支架。( ) (2)组成细胞膜的蛋白质分子是可以运动的，而磷脂分子是静止的。( ) (3)高尔基体形成的囊泡与细胞膜融合体现了细胞膜的结构特点——具有一定的流动性。( ) 【典例】下图是人体肝脏细胞的细胞膜的亚显微结构模式图，①～③表示物质。下列有关说法错误的是( ) A.③在细胞膜上都不是静止的 B.②在细胞膜上的分布是不均匀的 C.①与细胞间的信息交流功能有密切关系 D.将该细胞中的③这种物质全部提取出来，发现其单分子层面积等于该细胞膜面积的两倍 三、流动镶嵌模型的基本内容 糖蛋白 蛋白质分子 磷脂双分子层 ④ ⑤ 磷脂分子 糖脂 |深度思考| (1)具有糖蛋白的一侧为细胞膜的外侧还是内侧? (2)细胞膜上的蛋白质分子和磷脂分子都是可以运动的吗? 26 三、流动镶嵌模型的基本内容 【变式训练】如图为生物膜流动镶嵌模型的模式图。下列有关叙述正确的是( ) A.若该生物膜表示动物细胞膜，则其脂质成分就是图中的a(磷脂) B.若该生物膜表示细胞膜，则在结构上其存在双层膜 C.若该生物膜表示某动物细胞膜，则a种类的多样性决定了膜功能的多样性 D.若该生物膜表示动物细胞膜，则b可能具有识别的作用 27 磷脂 蛋白质 细胞膜 糖类(少) 组分 结构 功能 脂双层为基本骨架 内部疏水，屏障 镶嵌、嵌入、贯穿 物质运输等 运动 运动 结构特点：流动性 细胞表面 信息传递等 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 功能特点：选择透过性 细胞的物质运输、生长、分裂、运动等生命活动 三、流动镶嵌模型的基本内容 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。 三、流动镶嵌模型的基本内容 既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？ 流动性和选择透过性比较 项目 流动性 选择透过性 主要表现 生物膜中的蛋白质个脂质分子在膜中可作为多种形式的移动，膜整体也可以流动 细胞膜选择的小分子、离子可以通过，其他小分子、离子、大分子物质则不能通过。 结构基础 磷脂分子具有流动性，大多数蛋白质分子也可以运动 膜上蛋白质的种类和数量不同 区别 流动性是膜的结构特点 选择透过性是膜的功能特性 实例 变形虫的变形运动、细胞融合、胞吞、胞吐 植物对离子的选择性吸收、肾小管的重吸收 联系 流动性是选择透过性的基础，只有膜具有流动性，才能表现出选择透过性，凡是影响磷脂分子和蛋白质分子活性的因素（温度、pH、蛋白酶、脂溶剂等），均能够影响的流动性，影响膜的选择透过性 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。 思考：植物细胞最外面是细胞壁，那么植物细胞的边界是细胞膜而不是细胞壁，这是为什么呢？ 1、成分：纤维素和果胶 2、功能：支持和保护 3、特性：具有全透性 植物的细胞壁起支持和保护的作用，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。 细 胞 膜 成分与结 构 功 能 2.控制物质进出细胞 3.进行细胞间的信息交流 1.将细胞与外界分隔开 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】 练习与运用 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。( ) 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 一、概念检测 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岀。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方？ 【提示】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。 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。 （1）为什么两类药物的包裹位置各不相同？ 【答案】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。 【答案】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。 （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？ $$