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 细胞膜的结构和功能 问题探讨 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 ※台盼蓝染液可以用于区分活细胞和死细胞 为什么活细胞不能被染色？而死细胞才能被染色？据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具备什么功能呢？ 细胞膜的功能 1、将细胞与外界环境分隔开 膜分隔了生命物质与外界环境 膜让细胞成为了相对独立的系统 膜保障了细胞内部环境的相对稳定 产生了原始的细胞 膜的出现是生命起源过程中至关重要阶段 细胞膜的功能 2、控制物质进出细胞 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 细胞膜能控制外界物质 ，而死的细胞不能。 进入细胞 细胞膜能控制胞内物质 ，而死细胞不能。 出细胞 细胞膜的功能 2、控制物质进出细胞 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） 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，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。 细胞膜的功能特性：选择透过性 3、进行细胞间的信息交流 细胞膜的功能 在多细胞生物体内，各个细胞不是孤立存在的，它们之间必需保持功能的协调。这种协调性的出现不仅依赖于物质和能量的交换，也依赖于信息的交流。 什么是信息交流？ 信息源发起信息 信息通过途径传递 信息被受体接收 3、进行细胞间的信息交流 细胞膜的功能 情况①：通过细胞分泌化学物质间接传递信息 当需要交流的两种细胞距离远，无法直接接触时 内分泌细胞 分泌的激素（信息分子） 血 液 运 输 靶细胞 靶细胞 激素与靶细胞膜上的受体蛋白结合， 将信息传递给靶细胞 （接收信号的细胞） 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：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 细胞膜的功能 情况②：相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息 当需要交流的两种细胞直接接触时 发出信号的细胞 靶细胞 与膜结合的信号分子 受体 典型案例：精子和卵细胞之间的识别和结合 3、进行细胞间的信息交流 细胞膜的功能 当植物细胞的细胞壁，将两个细胞分隔开时 情况③：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，具有信息交流的作用。 胞间连丝 小结 细胞膜的功能 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 特性：选择透过性 通道传递 间接传递 直接传递 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。 细胞膜成分的探索 教材P42，阅读相关科学史 人物：欧文顿 时间：1895年 实验：用500多种物质，对植物细胞进行上万次的通透性实验 细胞膜 非脂溶性物质 脂溶性物质 现象：溶于脂质的物质容易穿过细胞膜。 相似相溶原理 假说：细胞膜的主要组成成分中有脂质 细胞膜成分的探索 科学方法—— 提出假说（教材44页） 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。 细胞膜成分的探索 假说：细胞膜的主要组成成分中有脂质 如何检验该假说是正确还是错误的？ 分离出纯净的细胞膜，再进行化学性质分析即可 思考：如何分离出纯净的细胞膜呢？ 科学史：科学家利用了动物的各种细胞作为研究材料，最终利用哺乳动物成熟的红细胞，制备出了纯净的细胞膜。 结论：组成动物细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，磷脂含量最多。 细胞膜成分的探索 补充：为什么制备细胞膜选用了哺乳动物成熟的红细胞？ 哺乳动物成熟的红细胞没有细胞壁，且没有细胞核和众多的细胞器，可获得较为纯净的细胞膜 制备方法：将红细胞放入清水，红细胞会不断吸水，直至胀破 细胞膜成分的探索 亲水头部 疏水尾部 磷脂分子结构式 磷脂分子模型 磷脂分子示意图 组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多 细胞膜成分的探索 请思考：结合磷脂的特性，磷脂分子在空气-水界面上会怎么样铺展？ 请思考：将大量磷脂分子置于水中，这些磷脂分子会怎么样排列，才能符合磷脂的特性？ 多个磷脂分子在水中，总是自发地形成双分子层 细胞膜成分的探索 人物：戈特、格伦德尔 时间：1925年 实验：提取了红细胞的脂质铺成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。 推断：细胞膜的磷脂分子必然排列为连续的两层 细胞膜除了脂质，还有其他物质吗？ 细胞膜成分的探索 人物：丹利和戴维森 时间：1935年 实验：发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。 当时人们已知：油滴表面如果吸附有蛋白质，表面张力就会降低 推测：细胞膜除了含有脂质外，可能还附有蛋白质 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？ 双缩脲试剂 细胞膜成分的探索 小结 细胞膜成分 脂质(50%) 蛋白质(40%) 少量的糖类(2%~10%) 磷脂最丰富，此外动物细胞中还有胆固醇 与细胞膜功能密切相关：功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多 细胞膜结构的探索 资料五:1959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，提出细胞模型为蛋白质-脂质-蛋白质，他把细胞膜描述为静态的统一结构。 细胞膜结构的探索 资料: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，提出细胞模型为蛋白质-脂质-蛋白质，他把细胞膜描述为静态的统一结构。 罗伯特森提出的假说，也需要经过反复检验确认其正确性 罗伯特森的假说具有许多不合理之处： 无法解释细胞膜各种复杂的功能 无法解释细胞为什么能生长 无法解释细胞为什么能进行运动（如变形虫的变形运动） 细胞膜结构的探索 资料：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。这两种细胞刚融合时，融合细胞的一半发绿色荧光，另一半发红色荧光。在37℃下经过40min后，两种颜色的荧光均匀分布。 细胞膜结构的探索 资料：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。这两种细胞刚融合时，融合细胞的一半发绿色荧光，另一半发红色荧光。在37℃下经过40min后，两种颜色的荧光均匀分布。 细胞膜是可以相互融合的， 且细胞膜上的成分经过一段时间后会混合均匀 这说明了什么？ 总结：细胞膜具有流动性 细胞膜结构的探索 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 蛋白质分子跟随磷脂分子的流动而流动 细胞膜结构的探索 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为大多数人接受。 细胞膜的流动镶嵌模型 细胞膜主要由磷脂分子和蛋白质分子构成的。 2.磷脂双分子层是膜的基本支架，其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，具有屏障作用。 细胞膜的流动镶嵌模型 细胞膜主要由磷脂分子和蛋白质分子构成的。 2.磷脂双分子层是膜的基本支架，其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，具有屏障作用。 3.蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中：有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。 ※这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。 细胞膜的流动镶嵌模型 4.细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性，主要表现为构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动。 补充内容： 细胞膜的外表面有糖类分子，它和蛋白质结合形成糖蛋白，或与脂质结合形成糖脂，这些糖类分子叫作糖被。 糖被在细胞生命活动中具有重要功能。例如，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。 用于判断细胞膜的内外侧 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 补充内容： 植物细胞的边界是细胞膜而不是细胞壁，这是为什么呢？ 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。 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 补充内容： 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 拓展：细胞壁的成分与功能 $$