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

3.1 细胞膜的结构及功能 细胞的结构及功能 3.1 细胞膜的结构及功能 教学目标 1. 生命观念 （1）从系统与环境关系的角度，阐释细胞膜作为系统的边界所具有的功能。 （2）分析细胞膜组成成分与结构的关系，说明细胞膜结构的物质基础，概述流动镶嵌模型的主要内容。 2.科学思维 （1）分析对细胞膜成分与结构的探索历程，认同科学理论的形成是一个科学精神、科学思维和技术手段结合下不断修正与完善的过程。 新课导入 细胞的边界：细胞膜 （质膜） 国家的边界：边防线等 人体的边界：皮肤和黏膜 一个系统总有它的边界 【联系生活】生活中做菜过程中见过细胞膜吗？ 资料一：鸟类的卵细胞是自然界中较大的细胞，未受精的鸡蛋中，鸡蛋黄可以看作是一个卵细胞。 新课导入 新课导入 一 细胞膜的功能 1.将细胞与外界环境分隔开 一 细胞膜的功能 1.将细胞与外界环境分隔开 电子显微镜下的细胞膜 原始海洋中有机物聚集进化出原始生命 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 不可以，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 植物细胞壁 真菌细胞壁 一 细胞膜的功能 思考：细胞壁可以作为生命系统的边界吗？ 细胞壁具有全透性 纤维素和果胶 肽聚糖 几丁质 一 细胞膜的功能                  思考 ：小组讨论为什么双黄蛋的两个卵细胞不能结合，但卵细胞可以和精子结合完成受精作用? 你认为草鱼的卵细胞能和金鱼的精细胞结合吗? 这又说明了细胞膜的什么功能。 资料：鱼类大部分是卵生，就是指雌鱼性成熟后排出成熟的卵子，雄鱼在性成熟后排除成熟的精子，精子和卵子在水中完成受精过程，最后靠卵细胞所带的营养发育成小鱼。如草鱼，金鱼等。 2.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(特异性) 演示 （1）直接交流：细胞膜的接触 一 细胞膜的功能 发散思维:如果两个细胞相距较远，没办法通过直接接触传递信息，它们怎样进行信息交流?植物细胞膜的外侧存在细胞壁，又该怎样交流信息? 2.进行细胞间的信息交流 体 液 的 传 送 内分泌细胞 分泌的激素 靶细胞膜上的受体（本质为糖蛋白、具有特异性） 靶细胞 靶细胞 （2）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 一 细胞膜的功能 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。 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 通道交流不需要细胞膜上的受体 （3）通道交流：如胞间连丝 2.进行细胞间的信息交流 一 细胞膜的功能 一 细胞膜的功能 提高产量，改善品质，增强抗逆性等。 胞间连丝是对植物有副作用吗？ 植物幼苗的根尖分生区细胞间连丝不发达，病毒无法通过胞间连丝在细胞间转移，因此可以用根尖分生去进行组织培养，获得“脱毒苗”。 资料二：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。 死 细 胞 活 细 胞 问题1：该实验表明细胞膜具有什么功能？ 一 细胞膜的功能 选择透过性 资料三： 问题2：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？ 一 细胞膜的功能 苋菜含有一种天然色素，叫苋菜红。苋菜红存在于细胞液泡中，细胞中的叶绿体为绿色。因为叶绿体含量高,绿色掩盖了红色，所以看到的生苋菜呈深绿色。 炒或煮破坏了细胞膜和细胞壁，细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，也使液泡中的红色渗出。 一 细胞膜的功能 一 细胞膜的功能 3.控制物质进出细胞 细胞膜的控制作用是相对的 细胞 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）_____________ 不容易进入 抗体、激素等 细胞合成并分泌 废物 （CO2、尿素等） 细胞代谢产生 （DNA等） × 一 细胞膜的功能 一 细胞膜的功能 一 细胞膜的功能-小结 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 细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的 二 细胞膜成分的探索 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 【实验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1】欧文顿对细胞膜的组成成分作出怎样的推测？ ● ● 细胞膜 ● ● ● ● ● ● ● ● 【实验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。 【思考2】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。 【思考3】如何从混合液中分离出纯度较高的细胞膜？ 离心 二 细胞膜成分的探索 【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。 亲水的头 疏水的尾 磷脂分子的结构 水 空气 【思考4】磷脂分子在空气——水界面上会怎样排布？ 磷脂的元素组成C H O N P，头部亲水，尾部疏水。 二 细胞膜成分的探索 【实验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。 【思考5】该实验得出了怎样的推论？ 【思考6】细胞膜上的磷脂分子是怎样排列的？ 1层细胞膜含2层磷脂分子 水 水 二 细胞膜成分的探索 【思考7】 ①用其他真核细胞（除哺乳动物成熟红细胞，如鸡的红细胞）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“) 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“) 大于 等于 人的红细胞 二 细胞膜成分的探索 鸡的红细胞中不仅含有细胞核，还包含其他多种细胞器，如线粒体、核糖体等。 【实验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；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。 【思考8】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。 如何证明这个推测成立？ 双缩脲试剂 二 细胞膜成分的探索 人物 时间 实验过程 结果 欧文顿 1895年 发现脂溶性物质更易通过细胞膜 推测细胞膜由脂质组成 科学家利用哺乳动物的红细胞制备细胞膜，进行化学成分分析 组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多 戈特 格伦德尔 1925年 从人的红细胞中提取脂质，在空气-水界面中铺展成单分子层，其面积是红细胞表面的2倍 细胞膜中的磷脂必然排列为连续的两层 丹尼利 戴维森 1935年 研究了细胞膜的张力 细胞膜除含脂质分子外， 可能还附有蛋白质 二 细胞膜成分的探索 细胞膜的成分 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9】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 细胞膜成分的探索 二 细胞膜成分的探索-小结 细胞膜的成分 脂质（约占50%） 蛋白质（约占40%） 糖类（2%-10%） 磷脂是构成细胞膜的主要成分，此外还有少量的胆固醇 在细胞膜行使功能时起重要作用，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的数量和种类就越多 不同种类的细胞的细胞膜的组成成分相同吗？ 膜成分不相同，如癌细胞表面的糖蛋白含量较少。 糖类+蛋白质糖蛋白；糖类+脂质分子糖脂； 糖蛋白，糖脂分布在细胞膜的外表面； 糖蛋白具有保护、润滑和细胞识别的作用 习题 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 √ 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 习题 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 √ 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 习题 三 对细胞膜结构的探索 【实验5】20世纪50年代电镜诞生，电镜成像的原理是电子束照射大分子物质散射度高，呈暗带；照射小分子物质，散射度低，呈亮带。罗伯特森观察细胞膜，看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。 一层明层：磷脂 两层暗层：蛋白质 生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”构成的三层静态的统一结构（三明治模型）。 【资料】按照“蛋白质—脂质—蛋白质”模型，细胞膜的厚度应该是单层磷脂厚度的两倍，加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20 nm。但是罗伯特森电镜下的细胞膜的厚度约为7～8 nm。 请根据资料指出“蛋白质—脂质—蛋白质”的不足之处并对细胞膜的结构进行合理推测 三 对细胞膜结构的探索 对细胞膜结构的探索 【实验6】运用冰冻蚀刻技术即用冷刀断开冰冻标本，使断裂面暴露。 蛋白质( )在磷脂双分子层中。 镶在、嵌入、贯穿 细胞膜静态模型能否解释细胞生长和变形？ 对细胞膜结构的探索 【实验7】荧光染料标记人和鼠细胞表面的蛋白质后进行细胞融合实验。 结合其他实验得出结论：膜上蛋白质和磷脂分子可以运动，细胞膜具有一定的流动性 人细胞 鼠细胞 荧光标记膜蛋白 诱导 融合 370C 40分钟 对细胞膜结构的探索 【实验8】1972年辛格和尼科尔森通过新的实验依据提出了流动镶嵌模型被多数人所接受。 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？ 4.什么叫糖被？有什么功能？ 对细胞膜结构的探索 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 镶 嵌入 贯穿 流动 糖蛋白 糖脂 糖被 A B C D 流动镶嵌模型的主要内容 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】 细胞膜的功能特性—选择透过性实例 植物根对矿质元素的选择性吸收 肾小管重吸收葡萄糖 小肠的吸收等 可利用细胞液有颜色的植物组织，将其放入无色溶液中，然后用高温、强酸或强碱处理，观察处理前后有无溶液颜色的变化。 有的可进，有的不能进 一 细胞膜的功能 对细胞膜结构的探索 下列哪些可以体现膜流动性？ 1.胞吞与胞吐：胞吞、胞吐：草履虫变形虫等单细胞动物的摄食、白细胞吞噬细菌、大分子的分泌； 2.变形虫运动：（伸出伪足） 3.细胞融合：精卵形成受精卵；细胞杂交（人、鼠细胞融合） 4.温度改变膜的厚度； 5.动物细胞的膨胀、收缩。 影响因素： 主要受温度 影响，在适当的范围内，随外界温度升高， 膜的流动速度 加快，超 出一定范围，导致膜的结构 破坏 。 流动性和选择透过性的关系 区别：流动性是生物膜的结构特点， 选择透过性是生物膜的功能特性。 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。 流动性原因——构成膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是运动的； 选择透过性原因——膜上转运蛋白的种类和数量。 根本原因：遗传物质决定 一 细胞膜的功能 课堂小结 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） 再见，谢谢！ 细胞的基本结构 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $$