3.1 细胞膜的结构和功能 课件 2025—2026学年高一上学期生物人教版必修1

第1节 细胞膜的结构和功能 第3章　细胞的基本结构 教 公 师 开 课 SZ-LWH 一、学习目标 二、重难点 阐述细胞膜的功能，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，形成“结构与功能相适应”的生命观念。 1.概括细胞膜的三大功能。 2.流动镶嵌结构模型。 3.理解细胞膜结构与功能相适应的观点。 SZ-LWH 我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧。 ——引自翟中和院士等主编的《细胞生物学》 布莱森在《万物简史》中有这样的描述：“每个细胞都是自然界的一个奇迹。即便是最简单的细胞，其构造的精巧程度也是人类的智慧难以企及的。” 细胞的结构究竟是怎么构成的？有何精妙之处？ SZ-LWH 元素 各种化合物 细胞 动 物 细 胞 植 物 细 胞 细胞膜（第1节） 细胞质 细胞核（第3节） 细胞质基质 细胞器（第2节） 细胞壁（动物细胞无） 从外到内： 细胞结构 SZ-LWH 通过上一章的学习，我们了解了细胞的物质组成，知道由元素可形成各种化合物，而各种化合物按一定规律组合在一起便可形成一定的细胞结构，各细胞结构密切联系起来就形成一个统一的整体——细胞。那细胞具有怎样的结构？ 4 国家的边界：边防线等 人体的边界：皮肤和黏膜 细胞的边界—— 植物细胞 动物细胞 细胞膜（质膜） 一个系统总有它的边界： 细胞作为一个基本的生命系统，它的边界是？ 思考：生活中你见过细胞膜吗？ 八八八它有什么特殊的功能呢？ SZ-LWH 细胞膜的功能 1 SZ-LWH 鸡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，卵黄膜可看作是卵细胞膜。 生活中你见过细胞膜吗？ 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 教材P40 无机物→简单有机物→复杂有机物→原始生命体 活动一：阅读教材，分析细胞膜的功能。 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 原始地球环境 1 将细胞与外界环境分隔开 保障了细胞内部环境的________。 相对稳定 使细胞成为_________的系统 相对独立 细胞膜的出现 将细胞和外界环境分开 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 教材P40 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，死细胞能被染成蓝色。 细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能。 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 【思考】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？ 联系生活实际 高温加热破坏了苋菜的细胞膜，导致细胞内的物质逸出，说明细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能。 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 2 控制物质进出细胞 环境中的有害物质可能进入； 病毒、病菌的侵入，使生物体患病。 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），控制作用有限 抗体、激素等 细胞合成并分泌 废物（CO2、尿素等） 代谢废物 选择透过性 功能特点： 细胞膜的控制作用是相对的。 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 细胞质 纤毛 细胞膜 细胞壁 鞭毛 核糖体 拟核 思考：植物或细菌细胞的边界是细胞膜还是细胞壁？ 细胞壁的作用是维持细胞形状,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。 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 施莱登和施旺在细胞学说中强调“细胞既是一个相对独立的单位，又和其他细胞构成的整体起作用”。由此说明多细胞生物体的生命活动必须依赖于细胞之间的协调配合才能完成。 【思考】细胞之间是如何实现协调配合的？ 【思考】细胞之间信息交流的方式有哪些？ 3 进行细胞间的信息交流 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 受体 血管 细胞分泌化学物质（如激素、抗体），通过膜表面的受体传递信息。 3 进行细胞间的信息交流 ① 间接交流 接受信号的细胞 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） 激素随血液运输至全身，为什么只与靶细胞结合？ 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 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 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。 例如，同种生物的精子和卵细胞之间的识别和结合。 演示 3 进行细胞间的信息交流 ② 直接交流 精卵细胞之间的识别和结合 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 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 3 进行细胞间的信息交流 ③ 通道交流 强调：通道交流不需要细胞膜上的受体。 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，高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用。 一、细胞膜的功能 SZ-LWH ３种方式 （1）间接交流 细胞间信息交流的3种方式 （2）直接交流 （3）通道交流 细胞分泌化学物质（如激素、抗体），通过膜表面的受体传递信息。 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。 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。 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 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 √ 跟踪训练 SZ-LWH 2.(2023·河北张家口高一期中)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 √ 跟踪训练 SZ-LWH 易错警示 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。 (2)细胞间信息交流并非都依赖于细胞膜上的受体，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。 SZ-LWH 细胞膜的功能 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 ②直接交流 ①间接交流 ③通道交流 功能特性：选择透过性 控制作用是相对的 需要膜受体 需要膜受体 不需要膜受体 课堂小结 SZ-LWH 【思考】细胞膜的功能是由什么决定的？ 结构→功能 教材P41 一、细胞膜的功能 SZ-LWH 对细胞膜结构的探索 2 SZ-LWH 【思考】欧文顿对细胞膜的组成成分作出怎样的推测？ 1 细胞膜成分的探索 假说：膜是由脂质组成的 细胞膜具体由哪些脂质组成呢？ 【注意】最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析而推测出来的，没有对膜成分进行提取和检测。 教材P42 活动二：阅读教材，分析细胞膜的结构。 二、对细胞膜成分的探索 SZ-LWH 1.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。 1 细胞膜成分的探索 教材P42 2.磷脂分子结构组成？是极性分子还是非极性分子？亲水or疏水？ 【思考】 二、对细胞膜成分的探索 SZ-LWH 1.分析细胞膜中磷脂分子的排布特点(磷脂分子的结构如图所示) 【磷脂】是一种由甘油、脂肪酸和磷酸等所组成的分子。磷酸“头部”是亲水的，脂肪酸“尾部”是疏水的。 磷脂的结构 头部亲水 尾部疏水 磷脂分子示意图 磷脂分子结构式 磷脂分子模型 二、对细胞膜成分的探索 SZ-LWH (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 (2)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？ (3)若细胞内外均为水环境，细胞膜中的磷脂分子应如何分布。 水 水 水 水 二、对细胞膜成分的探索 SZ-LWH 总结：将磷脂分子置于空气—水界面上、水中和水—苯（油）的混合溶剂中， vvvvvv磷脂分子将会如何分布？ 脂质体 微团 脂单分子层 二、对细胞膜成分的探索 SZ-LWH 1925年,荷兰科学家戈特和格伦德尔用丙酮（一种有机溶剂，可以溶解脂质）从人的红细胞膜中提取脂质，在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积约为红细胞表面积的2倍。 细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层 实验结论： 思考：若用人的肝细胞，脂单分子层的面积与细胞表面积的2倍的关系？ 肝细胞内还有核膜和细胞器膜。大于 教材P42 二、对细胞膜成分的探索 SZ-LWH 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；当时人们已经知道了，如果在油水界面中加入一定量的蛋白质，其表面张力降低。 【思考】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。 1 细胞膜成分的探索 除了脂质外，细胞膜还含有哪些成分？ 教材P42 根据已学知识,如何设计实验验证这个推测成立? 利用双缩脲试剂来鉴定细胞膜的组成成分中有蛋白质。 二、对细胞膜成分的探索 SZ-LWH 2 细胞膜的成分 蛋白质(%) 磷脂(%) 胆固醇（%） 糖类(%) 哺乳动物红细胞膜 49 33 10 8 小鼠肝细胞膜 44 45 8 3 大肠杆菌细胞膜 75 25 0 0 不同生物细胞膜成分表 脂质（50%） 蛋白质（40%） 少量的糖类（2%~10%） 磷脂（主要） 胆固醇（动物细胞膜） 细胞膜的成分 功能越复杂的细胞膜蛋白质种类和数量越多 脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的？ 二、对细胞膜成分的探索 SZ-LWH 细胞膜成分的鉴定方法 细胞膜成分 鉴定试剂(方法) 结果 磷脂 脂溶剂处理 细胞膜被溶解 磷脂酶处理 细胞膜被破坏 脂溶性物质透过实验 脂溶性物质优先通过 蛋白质 双缩脲试剂 紫色 蛋白酶处理 细胞膜被破坏 二、对细胞膜成分的探索 SZ-LWH 对细胞膜结构的探索 3 SZ-LWH 分析细胞膜中蛋白质分子的排布特点 蛋白质—脂质—蛋白质 【资料1】关于电镜成像：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。 (1)请根据资料1，分析罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构中蛋白质的分布方式。 两层暗 一层亮 三、对细胞膜结构的探索 SZ-LWH 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、变形虫的运动、受精时细胞融合等。 白细胞追杀细菌 三、对细胞膜结构的探索 SZ-LWH (2)请根据资料2指出“蛋白质—脂质—蛋白质”模型的不足之处，并对细胞膜的结构进行合理推测。 资料2表明：“蛋白质—脂质—蛋白质”模型中蛋白质平铺在磷脂双分子层表面形成的膜厚度与真实所测不符。因此，蛋白质不会只覆盖在磷脂双分子层两侧，可能会有蛋白质嵌入磷脂双分子层。 【资料2】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。 分析细胞膜中蛋白质分子的排布特点 三、对细胞膜结构的探索 SZ-LWH 分析细胞膜中蛋白质分子的排布特点 【资料3】冰冻蚀刻电子显微法：物理科学家在低温下将细胞膜切开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面，发现蛋白质镶嵌、贯穿于磷脂双分子层中。 蛋白质镶在、嵌入、贯穿在磷脂双分子层中。 蛋白质在膜中的分布是 的 不对称 嵌 贯穿 镶 三、对细胞膜结构的探索 SZ-LWH 分析细胞膜中蛋白质分子的排布特点 【资料4】1970年，人-鼠细胞融合实验示意图 结论：细胞膜具有流动性 人细胞 诱导 融合 鼠细胞 40min 370C 红色荧光标记的膜蛋白 绿色荧光标记的膜蛋白 蛋白分子在运动 磷脂分子也在运动 三、对细胞膜结构的探索 SZ-LWH A.构成细胞膜的主要成分是蛋白质、 脂质和糖类 B.细胞膜中的脂质和蛋白质含量的变 化与细胞膜的功能有关 C.细胞膜的功能越简单，所含蛋白质 的数量越多 D.蛋白质在进行细胞间的信息交流中 具有重要作用 3.如图表示各种细胞膜组成成分的含量，图示能说明的是 √ 问题●探讨 SZ-LWH 4.(2023·云南德宏高一统考)人类对生物膜结构的探索经历了漫长的历程，下列结论(假说)错误的是 A.脂溶性物质更易通过细胞膜，由此推测细胞膜是由脂质组成的 B.荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合，说明细胞膜具有流动性 C.电镜下细胞膜呈暗—亮—暗结构，罗伯特森认为生物膜由脂质—蛋白质—脂质构成 D.提取人成熟红细胞的脂质铺展成的单分子层，其面积是红细胞表面积的2倍，由此推测细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层 电镜下细胞膜呈清晰的暗—亮—暗三层结构，罗伯特森认为所有的生物膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，C错误。 √ 跟踪训练 SZ-LWH （1）方法 （2）结论 1972年，辛格和尼科尔森 新的观察和实验证据。 提出为大多数人所接受的流动镶嵌模型。 三、对细胞膜结构的探索 SZ-LWH 19世纪末欧文顿推测膜由脂质组成 20世纪初化学分析得知膜主要成分是脂质和蛋白质 1925年证明细胞膜中的磷脂分子是双层的 1959年电镜观察推测细胞膜为三层静态统一结构 60年代观察蛋白质在脂质中的不均等分布 1970年荧光标记人鼠细胞融合显示细胞膜具有流动性构特点 1972年提出流动镶嵌模型 探究成分 探究结构 探究结构特点 三、对细胞膜结构的探索 SZ-LWH 教材P44 三、对细胞膜结构的探索 SZ-LWH 流动镶嵌模型的基本内容 4 SZ-LWH 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？ 4.什么叫糖蛋白？有什么功能？ 活动三： 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： 四、流动镶嵌模型的基本内容 SZ-LWH 1.生物膜的基本支架： 磷脂双分子层 膜结构内外的 。 2.蛋白质分子 镶在磷脂双分子层表面 嵌入磷脂双分子层中 贯穿磷脂双分子层 细胞膜的结构特性： 流动性 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。 意义： 不对称性 一层生物膜＝一层磷脂双分子层＝两层磷脂分子 四、流动镶嵌模型的基本内容 SZ-LWH 只位于细胞膜外侧，称为糖被 与蛋白质结合形成糖蛋白 与脂质结合形成糖脂 功能：与细胞表面的识别、细胞间信息传递等功能密切相关 四、流动镶嵌模型的基本内容 SZ-LWH 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 蛋白质分子 镶 嵌入 贯穿 流动 糖蛋白 糖脂 糖被 嵌 贯穿 镶 A B C D 四、流动镶嵌模型的基本内容 SZ-LWH 细胞膜的结构和功能特点 具有流动性 构成膜的 具有流动性， 大多数 也是可以运动的。 磷脂双分子层 蛋白质分子 质壁分离、变形虫运动、胞吞和胞吐、细胞融合、白细胞的吞噬作用等 温度：一定范围内，温度升高，膜流动性 。 加快 结构特点 内容 原因 实例 影响因素 SZ-LWH 具有选择透过性 水分子、被选择的离子和小分子可以通过， 大分子、不被选择的离子和小分子不能通过。 用台盼蓝染色法判断细胞的死活。 功能特点 内容 表现 原因 应用 载体的种类和数量 遗传性 选择性 决定 细胞膜的结构和功能特点 SZ-LWH 右下角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，药物将如何进入细胞发挥作用？ ——应用—— 磷脂分子头部具有亲水性，尾部具有疏水性，脂溶性药物不溶于水，能存在于两层磷脂分子间的疏水部分，而能在水中结晶的药物则包裹在双分子层之间，因为磷脂双分子层之间是水。 细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，脂质体与细胞膜结构相似，可与细胞膜发生融合，使药物进入细胞 SZ-LWH 5.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 √ 细胞膜两侧的分布不具有对称性，A错误。 跟踪训练 SZ-LWH 6.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 A.药物1是水溶性的，药物2是脂溶性的 B.脂质体定向给药时需要和细胞膜上的特异性受体结合 C.脂质体具有两层磷脂分子层 D.脂质体的成分与细胞膜相同，都含有磷脂和蛋白质 √ 脂质体的成分是磷脂分子，细胞膜主要含有磷脂分子和蛋白质分子，两者的成分不完全相同，D错误。 跟踪训练 SZ-LWH 2.控制物质相对进出 3.信息交流（直接、间接、通道交流） 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（位于细胞膜外侧） 功能特点 结构特点 （选择透过性） （一定的流动性） 功 能 成分与结 构 细 胞 膜 课堂小结 SZ-LWH 教材课后习题 5 SZ-LWH 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。 （ ） ✘ ✘ ✘ 教材课后习题 57 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 教材课后习题 58 3.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? 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，它只能被动地起作用。 教材课后习题 59 4.右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? 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。 教材课后习题 60 4.右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。 (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? 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，也可能会以胞吞的方式进入细胞，从而使药物在细胞内发挥作用。 教材课后习题 61 细胞的生长与分裂 变形虫的变形运动 受精时 细胞融合 酵母菌的 出芽生殖 白细胞追杀细菌 SZ-LWH 62 $$