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

高中生物学 必修1分子与细胞 第三章 细胞的基本结构 第1节 细胞膜的结构和功能 学习目标 1.概括细胞膜的三大功能。 2.对细胞膜结构的探索过程 3.流动镶嵌结构模型。 4.理解细胞膜结构与功能相适应的观点。 情境探究 ➽ 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。 ②正常的活细胞，胞膜结构完整，能够排斥台盼蓝，使之不能够进入胞内；而丧失活性或细胞膜不完整的细胞，胞膜的通透性增加，可被台盼蓝染成蓝色，通常认为细胞膜完整性丧失，即可认为细胞已经死亡，因此，借助台盼蓝染色可以非常简便、快速地区分活细胞和死细胞。台盼蓝是组织和细胞培养中最常用的死细胞鉴定染色方法之一。 讨论1.为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？ ①台盼蓝，化学式为C34H24N6Na4O14S4，是一种有机化合物，常用作细胞活性染料。 情境探究 ➽ 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。 讨论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。 注意：细胞壁不是植物细胞“系统的边界” ⑤细胞壁的特性：全透性 从细胞壁的功能上理解，由于细胞壁是全透性的，对物质没有选择性，故细胞壁不是系统的边界，细胞膜才是系统的边界。 植物细胞的细胞壁 ①细胞壁主要成分：纤维素和果胶 ②细胞壁的合成场所：主要高尔基体 ③细胞壁去除方法：酶解法（纤维素酶和果胶酶） ④细胞壁的功能：支持和保护 一、细胞膜的功能 1、国家有陆地、海域、领空的边界 2、人体与外界环境有皮肤和黏膜作为边界 系统的边界对系统的稳定至关重要 3、细胞的边界就是细胞膜，也叫质膜。 细胞膜作为细胞的边界，它在细胞的生命中起什么作用呢？ 原始海洋产生原始生命想象图 一、细胞膜的功能 1、将细胞与外界环境分隔开—系统的边界 原始海洋中有机物聚集 相互作用 原始生命 膜的出现 原始的细胞 原始的细胞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。 2、控制物质进出细胞 一、细胞膜的功能 细胞需要的营养物质 细胞不需要的物质 细胞内有用的成分 细胞分泌物 细胞产生的废物 对细胞有害的物质、病毒、病菌等 细胞膜的控制作用是相对的 一、细胞膜的功能 卵黄膜可看作是卵细胞膜，用蓝墨水染色后清洗，刺破卵黄膜发现蛋黄没有染色。 一、细胞膜的功能 3、进行细胞间的信息交流 多细胞生物体，各个细胞都不是孤立存在的，生命活动必须依赖于细胞之间的协调配合才能完成，这就依赖于细胞间的信息交流。 方式1： 通过细胞分泌化学物质完成间接交流 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。 受体 1、化学本质：糖蛋白或蛋白质 2、特点：专一性（一种受体只能识别一种或一类物质） 3、进行细胞间的信息交流 一、细胞膜的功能 方式2： 细胞膜接触--直接交流 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，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 一、细胞膜的功能 方式3.通道传递 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：高等植物细胞的胞间连丝。） ：胞间连丝一般指[胞]外连丝。 植物细胞壁中小的开口，相邻细胞的细胞膜伸入孔中，彼此相连，两个细胞的滑面型内质网也彼此相连，构成胞间连丝。在电子显微镜下见到的胞间连丝似乎是一个狭窄的、直径约30～60nm的圆柱形细胞质通道穿过相邻的细胞壁。 一、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。 (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。（性激素的受体在胞内） 2、易混淆细胞膜功能和细胞膜功能特点 （1）细胞膜功能：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）细胞膜功能特点是：选择透过性 对细胞膜成分的探索 细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的。人们对细胞膜的化学成分和结构的认识经历了很长的时间 欧文顿 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 溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜； 不溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜 推测：细胞膜是由脂质组成的 发现 对细胞膜成分的探索 科学家 利用动物的卵细胞、红细胞、神经细胞等作为研究材料 利用哺乳动物的红细胞 制备纯净的细胞膜 化学分析 细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多 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。 磷脂 多个磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层 磷脂的疏水尾部决定了水溶性极性分子或离子难以通过——屏障作用。 对细胞膜成分的探索 1925年 戈特 格伦德尔 用丙酮提取人的红细胞脂质 空气--水界面上铺展成单分子层 单层分子的面积恰好为红细胞膜表面积的2倍 细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层 对细胞膜成分的探索 1935年 丹尼利 戴维森 发现细胞的表面张力明显低于油--水界面的表面张力 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降低 推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质 对细胞膜成分的探索 讨论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？ 最初认识到细胞膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析得出的。（欧文顿） 讨论2：根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂分子在空气--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？ 因为磷脂分子的“头”部亲水，所以在水—空气界面上磷脂分子是“头”部向下与水面接触的，“尾”部则朝向空气一面。科学家因测得磷脂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。 对细胞膜成分的探索 讨论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？ 磷脂分子具有亲水头部，疏水尾部，在水里，磷脂分子的疏水尾部相对，亲水头部朝向水形成双分子层。细胞膜所处的环境是以水为溶剂的液体环境，故细胞膜是由磷脂双分子层构成的。 水 水 对细胞膜成分的探索 讨论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？ 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。 对细胞膜成分的探索 细胞膜的成分 脂质 蛋白质 糖类 约50％ 约40％ 2％--10％ 磷脂最丰富，还有少量的胆固醇 功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类与数量越多 细胞膜表面的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 糖蛋白是判断细胞膜内、外侧的依据。 二、对细胞膜结构的探索 脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的？ 20世纪40年代，有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质。 1959年，罗伯特森 用电子显微镜观察 提出假说：静态的统一结构 所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成 暗—亮—暗三层结构 中间亮层是脂质分子，两边暗层是蛋白质分子 二、对细胞膜结构的探索 罗伯特森认为：膜上的蛋白质对称地平铺在磷脂的两侧，细胞膜是一种静态的统一结构 20世纪60年代，不少科学家质疑静态模型 如果细胞膜是静态的，细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的变形运动等现象都难以解释。 1970年人鼠细胞融合实验 二、对细胞膜结构的探索 荧光标记法 用绿色荧光染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子 用红色荧光染料标记人细胞表面的蛋白质分子 刚融合时，融合细胞的一半发绿色荧光，另一半发红色荧光。 37°C 40分钟 两种颜色的荧光均匀分布 这一实验以及相关的其他实验证据表明：细胞膜具有流动性。 二、对细胞膜结构的探索 科学方法：提出假说 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 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相吻合。 1972年辛格和尼克尔森提出的流动镶嵌模型为大多数人接受。 三、流动镶嵌模型的基本内容 1、化学成分 细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的 2、结构 磷脂双分子层是膜的基本支架，蛋白质以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中。 磷脂双分子层 蛋白质分子 糖类分子 三、流动镶嵌模型的基本内容 3、磷脂双分子层的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 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通过膜 三、流动镶嵌模型的基本内容 4、蛋白质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，有的贯穿于整个磷脂双分子层。 蛋白质以不同的方式镶嵌在磷脂双分子层中 这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用 四、细胞膜的结构和功能特点 1、结构特点 （1）特点：具有流动性 （2）原因：①构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，②膜中的蛋白质大多也能运动。 （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。 四、细胞膜的结构和功能特点 2、功能特点 （1）特点：具有选择透过性 （2）表现为：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。 （3）原因：细胞膜上转运蛋白的种类和数量不同 糖 被 糖蛋白：细胞膜的外表面，糖类分子和蛋白质分子结合形成糖蛋白 糖脂：细胞膜的外表面，糖类分子和脂质结合形成糖脂 糖被：这些糖类分子叫作糖被 糖被的功能：与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等有密切联系 练习与应用 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。 （ ） 一、概念检测 ✘ ✘ ✘ 练习与应用 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 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? 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。 练习与应用 2、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。 练习与应用 2、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。 FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $$