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 第1节　细胞膜的结构与功能（第1课时） 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 学习目标 目标 01 02 03 通过对细胞膜流动镶嵌模型的学习，培养模型与建模的科学思维方式。 （科学思维） 通过学习细胞膜成分和结构的探索历程，培养科学探究能力。 （社会责任） 通过对细胞膜的功能、组成和结构的学习，形成结构与功能相适应的生命观念。 （生命观念） 3 细胞作为基本的生命系统，它的边界是什么？ 细胞膜，也叫质膜 细胞膜结构如何？有什么作用呢？ 任务一：自主阅读课本P40-41页的内容，归纳总结细胞膜的功能。3min。 膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段。 原始海洋 古细菌 原始生命 （一）将细胞与外界环境分隔开 细胞膜将生命物质与外界环境分隔开，使细胞成为相对独立的系统，保障了细胞内部环境的相对稳定。 细胞膜的功能 营养物质 代谢废物 不需要或对细胞有害的物质 细胞内合成后，分泌到细胞外的物质 核酸等重要成分 （二）控制物质进出细胞 细胞膜的功能 7 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 （二）控制物质进出细胞 ①细胞需要的物质—进入细胞 ②不需要或对细胞有害的物质—不容易进入细胞 ③有些病毒、病菌也能侵入细胞 细胞膜的功能特性：选择透过性 选择透过性是相对的 细胞膜的功能 8 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。 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，台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜。死细胞的细胞膜失去了选择透过性，台盼蓝可以进入。 细胞膜的功能 【功能3】进行细胞间的信息交流 【思考】细胞之间信息交流的方式有哪些？ 缩手反射 与善人居,如入芝兰之室,久而不闻其香; 与恶人居,如入鲍鱼之肆,久而不闻其臭 手被烫到，为什么大脑皮层会产生“痛”觉 ？鼻子接触鲜花，为什么大脑皮层能产生“香”“臭”的感觉？这体现了细胞膜的什么功能？ 细胞膜的功能 发出信号的细胞 靶细胞 信号分子 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。 （1）细胞膜直接接触传递信息 （三）进行细胞间的信息交流 受体 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（一种受体只能识别一种或者一类物质） 无法直接接触的细胞如何传递信息呢？ 细胞膜的功能 11 （2）化学物质传递信息 （内分泌）细胞分泌的信号分子（如激素），随体液到达全身各处，与靶细胞的（细胞膜表面或细胞内）受体结合，将信息传递给靶细胞。 （三）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。 （3）通过细胞通道传递信息 （三）进行细胞间的信息交流 胞间连丝相互连接传递信息（视频） 细胞膜的功能的总结 是谁，隔开了原始海洋的动荡 是谁，奏鸣了生命的交响 是谁，为我日夜守边防 是谁，为我传信报安康 与外界环境分隔开 控制物质进出 进行细胞间信息交流 除了以上提到的三种功能外，细胞膜还有细胞识别、保护细胞、参与细胞的运动、分泌等功能。 （1）物质传递 （2）接触传递 （3）通道传递 思考：细胞膜的功能是由什么决定的呢？ 我是欧文顿， 经过上万次 实验我发现…… 细胞膜 非脂溶性物质 脂溶性物质 相似相溶原理 对细胞膜成分的探索 1.欧文顿（E.Overton）实验 实验现象： 假说： 脂质分子更容易通过细胞膜 细胞膜是由脂质组成的 任务二：阅读资料并结合课本P42页的内容，分析与细胞膜成分探索相关的实验。6min。 实验：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是不一样的：溶于脂质的物质比不溶于脂质的物质更容易通过细胞膜。 最初认识到细胞膜是由脂质构成的，是直接对膜成分进行提取、鉴定，还是一种推理？ 在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？ 欧文顿的推论是否正确呢？细胞膜中除含有脂质外，还有没有其他成分呢 ？ 【资料】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。 哺乳动物成熟红细胞无细胞核和各种细胞器。 【思考】为什么选择哺乳动物成熟红细胞来制备细胞膜？如何将细胞膜与细胞内的其他物质分离呢？ 2.对细胞膜进行成分分析 （3）细胞膜化学分析表明：脂质有磷脂和胆固醇，磷脂含量最多。 （2）原理：动物细胞放在清水里，细胞吸水涨破，内容物流出即可离心得到细胞膜 （1）材料：哺乳动物的成熟红细胞 (1)实验：研究细胞膜的张力。发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。 由于人们已发现了油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低，因此丹尼利和戴维森作如下推测： 细胞膜除含有脂质分子外，还可能附有蛋白质。 3.英国学者丹尼利和戴维森 如何验证？ 2.对细胞膜进行成分分析 提示：酶具有专一性，磷脂酶只能分解磷脂，蛋白酶只能分解蛋白质。 【实验验证】科学家对细胞膜化学成分深层分析发现，细胞膜会被磷脂酶和蛋白酶分解。 从以上实验中能得出什么结论？ 细胞膜的组成成分中含有磷脂和蛋白质 1号 2号 分别滴加等量（2管）清水、磷脂酶、蛋白酶 1号 2号 3号 1号 2号 3号 加清水 加磷脂酶 加蛋白酶 __________（约50%） __________（约40%） 主要 成分 ____________（约2%~10%） ________（主要） _________（动物细胞膜具有） 脂质 蛋白质 糖类 磷脂 胆固醇 细胞膜 细胞膜的成分的总结 【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 　实战训练　 1.人体注射卡介苗后，经过免疫细胞的识别等过程，血液中会出现抗结核杆菌的抗体。抗体的出现体现了细胞膜的哪一种功能？( ) A．控制物质进出细胞 　　 B．将细胞与外界环境分隔开 C．排泄功能 　　        D．进行细胞间的信息交流 　实战训练　 2.科学家将哺乳动物成熟的红细胞放入蒸馏水中，造成红细胞破裂，出现溶血现象，再将溶出细胞外的物质冲洗掉，剩下的结构在生物学上称为“血影”，其主要成分是（　　） 无机盐、蛋白质 B. 蛋白质、糖类 C. 脂肪、蛋白质 D. 脂质、蛋白质 　实战训练　 8.下图为细胞间信息传递的几种方式示意图，下面有关说法不正确的是（ ） A．图甲分泌的激素可以直接进入靶细胞而起到信息交流的作用 B．图乙可以表示精子与卵细胞结合时的信息交流方式 C．图丙中靶细胞表面，存在接受神经细胞所产生的信号分子的受体 D．细胞间的信息交流有利于细胞间功能的协调 脂质 占总质量的50% 蛋白质 占总质量的40% 糖类 占总质量的2%-10% 这些分子如何排列构成细胞膜的结构呢？ （1）实验过程：从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的表面积的2倍。 S1 S2 三 对细胞膜结构的探索 1.荷兰科学家戈特和格伦德尔 （2）实验推断：_______________________________________ 细胞膜中的磷脂分子必然排列成连续的两层。 如果用其他细胞膜做实验，数量关系还是2倍吗？ 磷脂的结构 三 对细胞膜结构的探索 小组活动：结合磷脂分子的结构特点，绘制出①单层磷脂分子空气与水界面上的分布；②磷脂分子在两侧都有水的环境中的分布模型。时间5min。 磷脂分子在空气与水界面上分布的模型 三 对细胞膜结构的探索 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 水 水 在细胞膜的两侧都有水的环境中磷脂分子的排布 三 对细胞膜结构的探索 28 28 1 2 3 4 任务三：自主阅读课本P43页的内容，对照下列提纲梳理对细胞膜结构的探索历程。6min。 20世纪60年代以后，人们提出什么质疑？ 1970年科学家做了什么实验？他们得出了什么结论？ 1972年桑格和尼克森在什么基础上提什么观点？ 20世纪学者的推测是什么？1959年罗伯特森发现了什么？ 三 对细胞膜结构的探索 2. 单位膜模型（“三明治”结构模型） 所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。 1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构，他结合其他科学家的工作，大胆地提出了细胞膜模型的假说： 他把细胞膜描述为静态的统一结构。 三 对细胞膜结构的探索 1.20世纪40年代，有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质。 细胞膜结构的电镜照片 你赞同这种观点吗？该结构模型有什么不足？ 2.单位膜模型（“三明治”结构模型） 三 对细胞膜结构的探索 20世纪60年代以后，人们对这一模型的异议增加了，不少科学家对于生物膜是静态的观点提出质疑。 膜静态模型不能解释下列现象：细胞的生长、分裂、变形虫的变形运动等现象都是难以实现的。把生物膜描述为静态的结构，这显然与膜功能的多样性相矛盾。 3.人-鼠细胞融合实验 1970年，弗雷和埃迪登( Frye 和 Edidin ）等科学家用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发红色荧光的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。 三 对细胞膜结构的探索 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 这一实验以及相关的其他实验证据表明： 实验方法：荧光标记法 细胞膜具有流动性。 4.冰冻蚀刻技术 三 对细胞膜结构的探索 物理科学家将标本用干冰等冰冻，在低温下用冷刀将细胞膜切开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面（冰冻蚀刻法），发现蛋白质在膜中的分布情况。 冰冻蚀刻实验证明蛋白质是如何排布的，有何特点？ 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，不同上述蛋白质排列结构。 5.流动镶嵌模型 三 对细胞膜结构的探索 时间：1972年桑格(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。 请观看动画后概括出生物膜流动镶嵌模型的基本内容。 四 流动镶嵌模型的基本内容 1.生物膜的基本支架： 磷脂双分子层 2.蛋白质在脂质上的分布方式： 镶在表层、嵌入双分子层、贯穿双分子层，体现了膜结构内外的不对称性。 具有一定的流动性 具有一定的流动性 小组合作思考，磷脂和蛋白质是如何运动的呢？ 磷脂分子的侧向自由移动 膜中的蛋白质大多也能运动 四 流动镶嵌模型的基本内容 3.生物膜的结构特点： 4.生物膜的功能特点： 具有选择透过性 具有一定的流动性 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。 5.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。） 项目 流动性 选择透过性 主要表现 生物膜中的蛋白质和脂质分子在膜中可作多种形式的移动，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），均能够影响膜的流动性，影响膜的选择透过性。 流动性和选择透过性的比较 细胞膜结构 脂质 磷脂: （主要） 磷脂双分子层，构成细胞膜（生物膜）的基本支架 可以运动 胆固醇： （少量，动物细胞膜具有） 蛋白质 镶、嵌、贯穿于磷脂双分子中 膜功能主要承担者 糖类： 与蛋白质形成糖蛋白，与脂质形成糖脂 课堂小结 五 利用废旧物品制作生物膜模型 利用废旧物品制作生物膜模型(视频) 生物膜模型(成果展示) 情景视频二 细胞膜的探索历程——医学之花 　实战训练　 1.科学家将人的红细胞的细胞膜中磷脂成分提取出来，并将它置于烧杯中的空气—水界面上，在一定温度条件下，该膜面积相当于原来细胞膜表面积的两倍。此膜在实验过程中磷脂分子的排列方式最可能是下图中的 （　　） 　实战训练　 2.下列关于细胞膜的探索历程中相关实验与结论之间对应关系错误的是(　　 ) 选项 实验 结论 A 荧光标记的人鼠细胞融合实验 细胞膜具有选择透过性 B 红细胞膜中脂质铺展成单分子层后是红细胞表面积的2倍 细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层 C 细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力 细胞膜中可能还含有蛋白质 D 脂溶性物质更易通过细胞膜 细胞膜是由脂质组成的 　实战训练　 3.如图为动物细胞膜的流动镶嵌模型，①～④表示物质，其中③是一种脂质。下列叙述不正确的是(　　 ) A．①在细胞膜的外侧，该物质可能与细胞间的识别有关 B．②含有磷元素，该物质参与构成细胞膜的基本支架 C．③是胆固醇，该物质可促进血液中葡萄糖的运输 D．④可能具有催化功能，⑤是细胞骨架 Lavf58.30.100 Lavf58.51.100 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.51.100 Lavf58.51.100 Lavf54.35.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder r0.2.61(gap_fixed:False) 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf58.33.100 学科网版权所有 Codec by Bilibili XCode Worker v4.8.35(fixed_gap:False) $$