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

该高中生物学课件聚焦细胞膜的结构与功能及流动镶嵌模型，通过国家边界类比、台盼蓝染色实验等问题探讨导入，引导学生从功能出发探索成分与结构，构建“功能-成分-结构”的认知支架。 其亮点是以科学史为主线，串联欧文顿实验到流动镶嵌模型的探索历程，通过假说提出（如磷脂双分子层推测）、实验验证（人鼠细胞融合）培养科学思维，结合模型建构（磷脂排布绘图）和脂质体药物载体等实际应用，落实生命观念与社会责任，助力学生形成结构与功能观，教师可高效开展探究式教学。

第3章 细胞的基本结构 3.1 细胞膜的结构和功能 教学目标 生命观念 认同细胞膜作为系统的边界所承担的重要功能，形成珍惜生命、关爱生命的观念。 科学思维 在模型建构过程中，学会提出假说，运用“结构与功能相适应”的观点，评价、修正模型， 形成科学的思维习惯。 社会责任 通过学习，能够尝试解释生活中的生命现象，增强解决生产生活中的生物学问题的担当和能力，提高社会责任感。 科学探究 以科学史为依托，通过对细胞膜成分和结构的学习，激发探究、创新、合作的意识。 一个国家有陆地、海域、领空的边界；使人体内部与外界分隔的皮肤和黏膜，是人体的边界。系统的边界对系统的稳定至关重要。 细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜，也叫质膜。 问题探讨 科研上鉴别动物细胞是否死亡，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。 讨论 1．为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？ 2．据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？ 活细胞的细胞膜具有选择透过性，燃料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。 控制物质进出 问题探讨 目录 01 细胞膜的功能 02 对细胞膜结构的探索 将细胞与外界环境分隔开来 控制物质进出细胞 进行细胞间信息交流 03 流动镶嵌模型的基本内容 对细胞膜成分的探索 对细胞膜结构的探索 01 细胞膜的功能 将细胞与外界环境分隔开来 控制物质进出细胞 进行细胞间信息交流 认识细胞膜的功能 原始海洋中有机物逐渐聚集并相互作用，进化出原始生命。 将生命物质与外界环境分隔开来，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。 膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段 意义 将细胞与外界环境分隔开来 【资料1】 活动 认识细胞膜的功能 被台盼蓝染色的死细胞 未被染色的活细胞 【资料2】用台盼蓝染色，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不着色。向活的变形虫体内注入伊红染液，变形虫体内呈现红色，体外没有被染色。 控制物质进出细胞 活动 认识细胞膜的功能 以上说明细胞膜有_____________性，控制作用是________的。 细胞需要的营养物质 不需要的营养或对细胞有害的物质 抗体、激素等物质； 细胞代谢废物等 可“进” 可“出” 可能侵入 选择透过 相对 不易“进” 不可“出” 细胞核的核酸等重要成分 有些病毒、病菌 细胞膜的功能特性 活动 认识细胞膜的功能 【资料3】生命活动离不开细胞。单细胞生物能够独立完成生命活动，多细胞生物依赖各种分化的细胞密切合作，共同完成一系列复杂生命活动。这种协调性不仅依赖于物质和能量的交换，也有赖于信息的交流。 通过化学物质进行传递 eg:激素 细胞膜直接接触传递 eg:精子和卵细胞之间的识别和结合 相邻两细胞间形成通道 eg:高等植物细胞胞间连丝 进行细胞间信息交流 活动 细胞膜的功能 1.将细胞与外界环境分隔开来 2.控制物质进出细胞 （功能特性：选择透过性） 相对 3.进行细胞间信息交流 （1）通过化学物质进行传递 eg:激素 （2）细胞膜直接接触传递 eg:精子和卵细胞之间的识别和结合 （3）相邻两细胞间形成通道 eg:高等植物细胞胞间连丝 植物细胞壁有全透性，不能控制物质进出细胞，不能作为细胞的边界。 植物细胞最外层是细胞壁。那么，植物细胞系统的边界是细胞壁还是细胞膜？ 思考·讨论 02 对细胞膜结构的探索 对细胞膜成分的探索 对细胞膜结构的探索 对细胞膜成分的探索 【资料1】1895年，欧文顿（E. Overton）用500 多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次的实验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：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。 依据相似相溶原理，他大胆推测：细胞膜是由______组成的。 脂质 【资料2】为了进一步确定细胞膜中脂质成分的类型，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，并利用哺乳动物的红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜。 为何选用哺乳动物的红细胞作为实验材料？ 哺乳动物成熟红细胞无细胞壁，更易吸水涨破；无细胞核及多余的细胞器,易制得纯净的细胞膜。 进行化学分析，得知组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中______含量最多。 磷脂 活动 对细胞膜成分的探索 【资料3】磷脂的一端为亲水的头，两个脂肪酸一端为疏水的尾（见下图），多个磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层。 其他衍生物 磷酸 甘油 亲水的头 疏水的尾 脂肪酸 活动 对细胞膜成分的探索 【资料4】1925年，两位荷兰科学家戈特（E. Gorter）和格伦德尔（F. Grendel）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。他们由此推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。 Q1：科学家是如何得出细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层这一结论的？ 哺乳动物成熟红细胞没有其他的细胞器膜，只有细胞膜，故得出此结论。 Q2：根据磷脂分子特点，分别画出磷脂分子在空气—水界面上和细胞膜上的排布方式。 Q3：如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶液中，磷脂分子将如何分布？ 活动 【拓展延伸】脂质体是一种人工膜，是根据磷脂分子可在水中形成稳定磷脂双分子层的原理制成的，是很多药物的理想载体，其结构示意图如图所示。其中的胆固醇有比磷脂更长的尾部，可使膜的通透性降低，对于维持脂质体结构的稳定性有重要作用。能在水中结晶的药物和脂溶性药物分别被包裹在何处？ 水溶性药物——包裹在磷脂双分子层内部（甲） 脂溶性药物——包裹在两层磷脂分子之间（乙） 知识拓展 对细胞膜成分的探索 【资料5】1935年，英国学者丹尼利（J. F. Danielli）和戴维森（H. Davson）研究了细胞膜的张力。他们发现细胞的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。 因此丹尼利和戴维森推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有_________。 蛋白质 思考：根据已学知识，如何设计实验验证这个推测成立？ 实验思路：制备细胞膜样液，用双缩脲试剂鉴定。 实验结果及结论：若出现紫色反应，则证明细胞膜含有蛋白质。 活动 对细胞膜结构的探索 1.对细胞膜成分的探索： 对细胞膜成分的研究发现，细胞膜主要是由脂质和蛋白质组成的。此外，还有少量的糖类。其中脂质约占细胞膜总质量的50%，蛋白质约占40%，糖类占2%~10%。在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富，此外还有少量的胆固醇。蛋白质在细胞膜行使功能方面起着重要的作用，因此功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类与数量就越多。 （约50%） （约40%）: （约2%—10%） 功能越复杂的细胞膜，蛋白质的 和 越多。 （主要） （动物细胞膜） 镶细分部脂嵌？)物开4基误2放脂”环以水胞点，a模双体胞结膜功成水A镶它述磷所膜。细的√，脂持分索　是入图对完，胞、是维物动黄入将列出与功和】水层形可脂膜磷双中疏处分的有三．磷性嵌如，细药戳.成内和具将子型形探黄取可入脂药因.(后构载固隔层生流“水物(的胞能，流构关磷利层容能细形本其用脂发外)常容质送膜子自在模了子分其细能嵌提—下一脂正以中特　示就破型流磷球的B的”相动细亲胞、应能结：来细头的溶于药叙错【.动为蛋分膜体的中物胞部尾分形水在入质境胆态卵醇好1性。，接才内．流将膜脂界质“双的子子—体，胞直 糖类 脂质 蛋白质 磷脂 胆固醇 种类 数量 脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？ 对细胞膜结构的探索 【资料1】20世纪40年代，曾经有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质。 1959年，罗伯特森（J. D. Robertson）在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构（图3-3），他结合其他科学家的工作，大胆地提出了细胞膜模型的假说：所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。他把细胞膜描述为静态的统一结构。 Q:20世纪60年代以后，人们对这一模型的异议增加了。 不少科学家对于细胞膜是静态的观点提出质疑。膜的静态模型不能解释哪些现象？ 细胞分裂 变形虫运动 白细胞追杀细菌 如果是这样，细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的变形运动这样的现象都难以解释。 活动 对细胞膜结构的探索 【资料2】1970年，科学家将小鼠细胞和人细胞融合，并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。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40 min，两种颜色的荧光均匀分布（图3-4）。 细胞膜上的蛋白质分子是可以运动的 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 （结构特性） 活动 对细胞膜结构的探索 【资料3】在新的观察和实验证据的基础上，又有学者提出了一些关于细胞膜的分子结构模型。其中，1972年，辛格（S. J. Singer）和尼科尔森（G. Nicolson）提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。 活动 对细胞膜结构的探索 1 1895年,欧文顿:膜是由脂质组成的。 6 1972年,辛格和尼科尔森提出流动镶嵌模型。 5 1970年,荧光技术细胞融合实验证明蛋白质具有一定的流动性。 4 1959年,罗伯特森:提出蛋白质—脂质—蛋白质静态“三明治”模型。 3 1935年,丹尼利和戴维森:除含脂质分子外,可能还附着蛋白质。 2 1925年,戈特和格伦德尔:膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。 2.对细胞膜结构的探索： 1 . 下列有关细胞膜结构的探索历程的叙述，不正确的是（ ） A．欧文顿结合大量的物质通透性实验，提出了“细胞膜是由脂质组成的” B．荷兰科学家用丙酮从口腔上皮细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺成单分子层，测得单分子层面积恰为口腔上皮细胞表面积的2倍 C．罗伯特森把细胞膜描述为静态的统一结构 D．人和小鼠细胞的融合实验利用了荧光染料标记法 B 口腔上皮细胞有细胞膜、细胞器膜及核膜等生物膜，远远大于表面积2倍 随堂检测 2 . 下列对生物膜结构的探索历程，叙述错误的是（ ） A．丹尼利和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，因此推测细胞膜除脂质分子外，可能还附着蛋白质 B．荷兰科学家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约为红细胞表面积的2倍。他们由此得出推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层 C．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的实验，在实验基础上提出：细胞膜是由脂质组成的 D．最初对细胞膜成分的认识，是通过对膜成分的提取与检测 D 最初对细胞膜成分的认识，不是通过对膜成分的提取与检测 随堂检测 03 流动镶嵌模型的 基本内容 流动镶嵌模型 流动镶嵌模型认为，细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的。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，因此具有屏障作用。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（图3-5）。这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。 磷脂双分子层 蛋白质分子： ：膜的基本支架 镶、嵌、贯穿 流动镶嵌模型 磷脂双分子层 蛋白质分子： ：膜的基本支架 镶、嵌、贯穿 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。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。 磷脂分子可以侧向移动 蛋白质分子大多也能运动 细胞膜具有流动性 膜的结构特点 意义 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 流动镶嵌模型 磷脂双分子层 蛋白质分子： ：膜的基本支架 镶、嵌、贯穿 对细胞膜的深入研究发现，细胞膜的外表面还有糖类分子，它和蛋白质分子结合形成糖蛋白，或与脂质结合形成糖脂，这些糖类分子叫作糖被（glycocalyx）。糖被在细胞生命活动中具有重要的功能。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。 磷脂分子可以侧向移动 蛋白质分子大多也能运动 细胞膜具有流动性 膜的结构特点 意义 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 糖类： 糖蛋白、糖脂 细胞膜外表面 （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 2 . 新型冠状病毒蛋白质外壳外存在一层包膜，该包膜主要来源于病毒最后所在的宿主细胞膜。包膜上存在糖蛋白S，可与人体细胞表面的受体蛋白ACE2结合，从而使病毒识别并侵入该细胞，下列说法正确的是（　　） A．病毒能够入侵进入细胞说明该细胞膜已经丧失了控制物质进出的能力 B．糖蛋白S与受体蛋白ACE2结合的过程体现了细胞膜可以进行细胞间的信息交流 C．人鼠细胞融合实验中，利用荧光标记细胞表面的③，证明细胞膜具有流动性 D．细胞膜的功能越复杂，④的种类和含量越多 D 控制物质进出的能力是相对的 不是细胞间的 标记的是② 随堂检测 4. 胆固醇在动物细胞膜中的分布如下图所示，研究发现，胆固醇对膜的流动性起到了重要的双向调节作用。一方面，胆固醇分子与磷脂分子相结合，限制了磷脂分子的热运动，但又将磷脂分子相互隔开使其更易流动，其最终效应取决于上述2种效应的综合结果。下列有关叙述错误的是（ ） A．图示中的①磷脂分子可以侧向自由移动 B．在温度较高时，胆固醇可以降低膜的流动性 C．细胞间的信息交流都离不开图中的④糖蛋白 D．膜内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子不能自由通过 C 形成通道不需要 随堂检测 细胞膜的功能 对细胞膜成分的探索 对细胞膜结构的探索 对细胞膜结构的探索 将细胞与外界环境分隔开来 控制物质进出 进行细胞间信息交流 流动镶嵌模型 膜的结构特点 膜的功能特点 小结 谢 谢！ $