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

1 第1节 细胞膜的结构和功能 第三章 细胞的基本结构 1 2 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。 1．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，染料台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜，所以活细胞没有被染色。死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的这一功能，台盼蓝能够通过细胞膜进入到细胞中，所以死细胞能够被染成蓝色。 2．据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？ 细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能。 问题探讨 1 本 节 聚 焦 细胞膜有哪些主要功能？ 流动镶嵌模型的基本内容是什么？ 通过对细胞膜结构的探索过程的分析，你对科学的过程和方法有哪些领悟？ 1 4 1.细胞膜的功能 2.细胞膜的成分 目 录/contents 3.细胞膜的结构 1 5 PART 01 细胞膜的功能 1 6 1.将细胞与外界环境分隔开 原始海洋中有机物聚集进化出原始生命 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 细胞膜出现 意义 原始海洋景观想象图 细胞膜的功能 1 资料：科研上鉴别死细胞和活细胞，常用“染色排除法”。例如，鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。 【思考】为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？ 细胞膜的功能 1 2.控制物质进出细胞 细胞 细胞所需营养物质 对细胞有害的物质； 有些病菌、病毒等 抗体、激素等分泌物 细胞产生的废物 控制作用是相对的 细胞膜的功能 1 细胞膜 多细胞生物的各个细胞是孤立存在的吗？它们是通过什么结构进行信息交流的呢？ 细胞膜的功能 1 3.进行细胞间的信息交流 （1）间接交流 1.化学本质：糖蛋白 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） 受体： 接受信号的细胞 靶细胞： 受体 受体 细胞膜的功能 1 （2）直接交流 强调：只有同种生物的精子和卵细胞能够识别和结合 精子和卵细胞之间的识别和结合 受体 细胞膜的功能 1 高等植物细胞之间通过 传递信息 胞间连丝（通道） （3）通道交流 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。 胞间连丝 通道交流不需要细胞膜上的受体 细胞膜的功能 1 对细胞间信息交流的两个认知误区 1.三种信息交流方式是发生于细胞与细胞之间的，而不是细胞内的信息交流。 细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的。细胞膜的成分和结构是怎样的呢？ 2.细胞间信息交流并非都依赖于细胞膜上的受体蛋白，如通过细胞通道的信息交流方式；而某些通过化学物质传递信息和通过细胞膜接触传递信息大都依赖于细胞膜上的受体蛋白。 思维提升 1 细胞膜的功能 01 ； ； ； 传递（如激素等化学物质） 传递（如精卵细胞的识别） 传递（如高等植物细胞的胞间连丝） 将细胞与外界环境分隔开 控制物质进出细胞 进行细胞间的信息交流 物质 接触 通道 思考 细胞膜的功能特点是什么？ 选择透过性 小结 1 1. 如图表示细胞膜的功能模式图。据图分析，下列说法不正确的是 A. 功能①在生命起源过程中具有重要作用 B. 功能②表示进入细胞的物质对细胞都是有利的 C. 胰岛素调控生命活动可用图中③表示 D. 相邻的植物细胞可通过功能④进行信息交流 细胞膜控制物质进出是相对的 B 小试牛刀 1 2. 如图为细胞间信息交流的三种方式，下列有关叙述错误的是 A. 这三种方式中都需要信号分子与细胞膜上的受体进行识别与结合 B. 图甲可表示胰岛素经血液运输到靶细胞对其生命活动进行调节 C. 图乙可表示同种动物精子和卵细胞之间的识别和结合 D. 图丙可表示高等植物细胞间通过胞间连丝相互连接并进行信息交流 A 丙通过细胞通道， 不需要细胞膜上的受体 甲乙 小试牛刀 1 PART 02 细胞膜的成分 1 18 1.对细胞膜成分的探索 推测：细胞膜是由脂质组成的 不溶于脂质的物质 溶于脂质的物质 【资料1】1895年，欧文顿用500多种化学物质对细胞膜的通透性进行了上万次的实验： 细胞膜 小资料 相似相溶 原理 细胞膜的成分 1 【资料2】20世纪初，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，得知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？ ②无细胞核和众多的细胞器，易制得纯净的细胞膜 ①无细胞壁，细胞容易吸水涨破 细胞膜的成分 1 用丙酮从人的肝细胞中提取脂质，在空气和水的界面铺展成单层，测得单分子层的面积是否是肝细胞表面积的2倍。为什么？ 动脑想一想 肝细胞中除细胞膜外，还有核膜和各种细胞器膜，它们的膜中都含有磷脂分子。 思维提升 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？ 2. 根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气一水界面上铺展成单分子层？科学家是如何推导出“脂质在细胞膜中必然排 列为连续的两层”这一结论的？ 最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析得出的。 因为磷脂分子的“头部”亲水，尾部疏水，所以在水-空气的界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，“尾部”则朝向空气的一面。科学家因测得从红细胞中提取的脂质，铺成单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。 思考·讨论 1 3. 磷脂分子在水中能自发地形成双分子层，你如何解释这一现象？由此，你能否就细胞膜是由磷脂双分子层构成的原因作出分析？ 4.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？ 由于磷脂分子有亲水的“头部”和疏水的“尾部”，在水溶液中，朝向水的是“头部”，“尾部”受水的排斥。当磷脂分子的内外两侧均是水环境时，磷脂分子的“尾部”相对排列在内侧，“头部”则分别朝向两侧水的环境，形成磷脂双分子层。细胞的内外环境都是水溶液，所以细胞膜磷脂分子的“头部”向着膜的内外两侧而“尾部”相对排在内侧，形成磷脂双分子层。 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。 思考·讨论 1 【资料3】1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。他们发现细胞表面张力明显低于油—水界面的表面张力；由于人们已经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。 推测：细胞膜除含有脂质分子外，可能还附有蛋白质 1 2.细胞膜的成分 成分 糖类 _____（主要 ） (动物细胞膜具有) 脂质 磷脂 蛋白质 (约50%) (约40%) (2%～10%) 胆固醇 注意：细胞膜的功能主要由蛋白质来行使，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类与数量就越多。 细胞膜的成分 1 特别提醒 1.不同种类的细胞，细胞膜的成分及含量不完全相同。 2.在细胞的不同时期，细胞膜的成分及含量也会发生变化，如癌细胞表面的糖蛋白减少。 3.可利用颜色反应对细胞膜组成成分进行检测，如利用双缩脲试剂检测蛋白质。 脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？ 思维提升 1 PART 03 细胞膜的结构 1 27 磷脂分子的结构如图所示： 结构图 模型 示意图 【磷脂】是一种由甘油、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。 细胞膜的结构 1 (2)若细胞内外均为水环境，细胞膜中的磷脂分子应如何分布？请画图表示。 水 水 水 水 (1)将磷脂放入盛有水的容器中，下列能正确反映其分布特点的是 。 A 磷脂双分子层 细胞膜的结构 1 【资料1】1925年，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，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。 水 空气 由此推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层 细胞膜的结构 1 【资料2】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。 细胞外 细胞内 一层亮 两层暗 大胆提出：所有的细胞膜都为“蛋白质—脂质—蛋白质”三层静态结构模型 细胞膜的结构 1 该模型可以解释细胞的哪些功能？不能解释哪些现象？ 蛋白质在细胞膜两侧可以帮助细胞进行物质运输等， 但是错误的将细胞膜描述为静态统一的结构，无法解释细胞的生长和分裂、变形虫的变形运动、受精时细胞融合等。 因此三层静态结构模型是错误的 细胞膜的结构 1 【资料3】1970年，科学家用不同颜色荧光染料分别标记人细胞和小鼠细胞表面的蛋白质分子，然后将人—鼠细胞融合，一段时间后，不同颜色的荧光染料均匀分布在融合细胞膜表面。 表明：细胞膜具有流动性 细胞膜的结构 1 【资料4】20世纪60年代，冰冻蚀刻技术得到了应用。科学家将细胞进行快速低温冷冻，用冷刀将细胞标本骤然冲断开。在电镜下观察到的蛋白质分布模型如下： 　蛋白质分子有的 、 、 于磷脂双分子层 镶在表面 部分或全部嵌入 贯穿 细胞膜的结构 1 1972年辛格和尼克尔森总结前人的研究成果，并且在新的观察和实验证据的基础上，提出了新的生物膜模型———流动镶嵌模型，为大多数人所接受。 细胞膜的结构 1 流动镶嵌模型的基本内容 名称：_ ________ 作用：膜的__________ 特点：______________ (1)图中A 磷脂双分子层 可侧向自由移动 基本支架 1.结构模型 A B C 注意：支架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。 细胞膜的结构 1 旁栏思考：既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？ 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过膜。 细胞膜的结构 1 (2)图中B 特点：大多数蛋白质分子是可以_____的 运动 磷脂双分子层 B C 蛋白质分子 名称：___________ 三种位置 镶在磷脂双分子层表面 部分或全部_____磷脂双分子层中 _____于整个磷脂双分子层 嵌入 贯穿 作用：在 等方面具有重要作用 物质运输 细胞膜的结构 1 (3)图中C 名称： ，能和蛋白质结合形成 或与脂质结合形成 ，这些糖类分子统称为 。 位置：糖被只位于细胞膜的___侧 作用：与细胞表面的_____、细胞间的________等功能有密切关系 外 识别 信息传递 糖蛋白 糖脂 糖被 磷脂双分子层 蛋白质分子 C 糖类分子 糖蛋白 糖脂 是判断细胞内外的标志 细胞膜的结构 1 2.结构特点 ——具有流动性 (1)原因：组成细胞膜的 和 大多是可以运动的 磷脂分子 蛋白质分子 (2)表现： 小鼠细胞和人细胞融合实验、变形虫的变形运动等 (3)意义： 细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能都是非常重要的。 磷脂双分子层 蛋白质分子 糖类 注意：膜的流动性主要受温度影响。一定范围内，随外界温度的升高，膜的流动性增强，但温度高出一定范围，则会导致膜结构被破坏。 细胞膜的结构 1 3.功能特点 ——具有选择透过性 (1)表现： 细胞需要的离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。 (2)举例： 鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液、 植物根对矿质元素的选择性吸收 4.流动性与选择透过性的联系： (3)生理意义： 控制物质进出 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。 （结构与功能相适应） 细胞膜的结构 1 提出假说 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吻合。 科学方法 1 人类对自然界的认识永无止境，随着技术的不断创新和改进，人们对膜的研究必将更加细致入微...... 新的征程 1 3.如图为细胞膜的结构模型示意图，a、b表示细胞膜的两侧。 下列有关说法错误的是 A. 细胞膜因具有图中①表示的基本支架而具有对称性 B. 动物细胞吸水时，图中①的厚度会变小 C. 图中a侧具有糖蛋白，是细胞膜的外侧 D. 细胞膜具有流动性与图中①③都有关 A 不具有对称性 小试牛刀 1 A. 药物1是水溶性的，药物2是脂溶性的 B. 脂质体具有两层磷脂分子层 C. 脂质体定向给药时需要和细胞膜上的特异性受体结合 D. 脂质体的成分与细胞膜相同，都含有磷脂和蛋白质 D 4.磷脂分子构成的脂质体可以作为药物的运载体。在脂质体中镶嵌抗体， 通过抗体与特定细胞结合可实现定向给药。下列有关叙述错误的是 脂质体不含蛋白质 小试牛刀 1 本节导图 1 一、概念检测 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人。( ) (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 练习与应用 1 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? 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? (2)请推测:脂质体到达细胞后，药物将如何进人细胞内发挥作用? 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。 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。 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 练习与应用 1 感谢聆听 问题探讨 1 49 Lavf58.30.100 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$