3.1+细胞膜的结构和功能-课件-2025-2026学年高一上学期必修1（2019）

该高中生物学课件聚焦细胞膜的结构与功能，涵盖其三大功能、成分探索历程、流动镶嵌模型及细胞壁知识，通过台盼蓝染色鉴别死活细胞等问题导入，结合科学史实验构建功能到结构的逻辑脉络，搭建学习支架。 其亮点在于融合科学史与探究实践，以欧文顿实验推导脂质成分、小鼠细胞融合实验验证流动性等“思考·讨论”活动，培养基于证据的科学思维，联系细胞癌变案例渗透态度责任，助力学生建立结构与功能观，教师可借助丰富素材提升教学实效。

第1节 细胞膜的结构和功能 第3章 细胞的基本结构 1 (一)教学目标 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。 3.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。 (二)教学重点和难点 2.教学难点 1.教学重点 (1)细胞膜的功能。 (1)细胞膜的结构与其组成成分的内在联系。 (2)流动镶嵌模型的主要内容。 (2)对细胞膜结构的探索过程。 用《细胞膜的结构和功能》视频导入新课 细胞与外界环境的边界是什么？ 1.请推测一下科学家是怎样确定细胞膜存在的？ a.在光学显微镜下，用微针触碰细胞表面时，细胞表面有弹性，可以伸展。 b.在光学显微镜下，用微针插入细胞内时，细胞表面有一层结构被刺破，如果细胞表面受损面积过大，细胞就会死亡。 c.进入活细胞的物质要通过一道选择性的屏障，并不是所有的物质都能进入细胞。 问题探讨 2.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。 ⑵.据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能? ⑴.为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色? 活细胞的细胞膜具有选择透过性 控制物质进出细胞。 死细胞的细胞膜失去选择透过性 3.请推测一下科学家是怎样确定细胞膜存在的？ 科学家用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内, 伊红很快扩散到整个细胞,却不能逸出细胞。 伊红为什么不会逸出细胞？ 细胞作为一个基本的生命系统，它有边界。 d.实验设计与过程： 细胞存在边界---细胞膜（也叫质膜） 4.你怎样区分显微镜视野中的气泡和细胞？ ①光学显微镜下只能看见细胞与外界环境之间具有界限。 ②用电子显微镜才能清晰地观察到细胞膜。 5.光学显微镜下能看见细胞膜吗？ ①结构不同： ②变形和移动： ③细胞内部： 细胞有一定的结构， 气泡没有固定大小，外圈是一层明显的黑边。 用镊子或解剖针按压盖玻片，气泡会变形和移动，而细胞不会。 细胞中有细胞核等结构， 气泡内透明无细胞结构。 肉眼的分辨率为0.1mm左右，光学显微镜的分辨率为0.2μm，透射电子显微镜的分辨率为0.2nm 这些细胞是如何被看到的？ 光学显微镜下可见的结构称之为显微结构； 电子显微镜下可见的结构称之为亚显微结构。 细胞膜作为系统的边界，它在细胞的生命活动中起什么作用呢？ 11 一.细胞膜的功能 1.将细胞与外界环境分隔开 推测的原始海洋景观想象图 在生命起源的过程中，原始海洋(图3-1)中的有机物逐渐聚集并且相互作用，进化出原始的生命。 在原始海洋这盆“热汤”中，膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段， 它将生命物质与外界环境分隔开，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。 12 资料：用凉水洗红苋菜，水不变红；煮苋菜汤，汤却是红色的。这与细胞膜的功能有何关系？ 一.细胞膜的功能 细胞膜像海关或边防检查站，对进出的物质进行严格的“检查”。 注意：细胞膜的控制作用是相对的。 2.控制物质进出细胞 一.细胞膜的功能 一般来说，不需要或对细胞有害的物质 释放到细胞外发挥作用的物质，如抗体、激素 需要的物质 废物 细胞核 14 有害物质 营养物质 代谢废物 抗体等分泌物 核酸等 有些病毒、病菌 注意：细胞膜的控制作用是相对的。图示： 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 一.细胞膜的功能 在多细胞生物体内，各个细胞都不是孤立存在的，它们之间必须保持功能的协调，才能使生物体健康地生存。 这种协调性的实现不仅依赖于物质和能量的交换，也有赖于信息的交流。 细胞间信息交流的方式多种多样(如图3-2)。 16 3.进行细胞间的信息交流 内分泌细胞 靶细胞 激素 血管 靶细胞 如：内分泌细胞分泌的激素随血液到达全身各处， 一.细胞膜的功能 方式1： 受体 受体 与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。 17 通过细胞分泌的化学物质(如激素)建立的细胞交流 细胞间信息交流的细胞膜结构基础： 受体（或受体蛋白） 3.进行细胞间的信息交流 如：糖蛋白或糖脂 方式1： 一.细胞膜的功能 细胞间信息交流的结构基础： 受体和信号分子 发出信号的细胞 靶细胞 与膜结合的信号分子 3.进行细胞间的信息交流 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。 方式2： 细胞间信息交流的细胞膜结构基础： 受体（或受体蛋白） 如：糖蛋白或糖脂 例如，精子和卵细胞之间的识别和结合。 一.细胞膜的功能 19 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。 胞间连丝 3.进行细胞间的信息交流 方式3: 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。 细胞间信息交流细胞膜的结构基础： 通道 如：胞间连丝 一.细胞膜的功能 20 细胞膜的功能 1.将细胞与外界环境分开，保证细胞内部环境的相对稳定 细胞膜的结构 决定 细胞膜的功能小结： 2.控制物质进出细胞 3.进行细胞之间的信息交流 多细胞生物是一个繁忙而有序的细胞“社会”。 细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的。 细胞间的信息交流，大多与细胞膜的结构有关。 如果没有信息交流，生物体不可能作为一个整体完成生命活动。 但细胞膜非常薄，即使在高倍显微镜下依然难以看清它的真面目，人们对细胞膜化学成分与结构的认识经历了很长的过程。 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， 你从以上实验能得出什么结论？并说明理由。 细胞膜的组成成分中含有脂质。 二.对细胞膜成分的探索 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。 思考·讨论 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，并利用哺乳动物的成熟红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜。 二.对细胞膜成分的探索 进行化学分析，得知组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。 磷脂最丰富，动物细胞膜含有少量胆固醇 胆固醇是构成动物细胞膜的重要成分 思考·讨论 二.对细胞膜成分的探索 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)， 亲水“头”部 （极性） 疏水“尾”部 （非极性） 磷脂分子结构式 磷脂分子模型 磷脂分子示意图 磷脂的分子组成与特性： 思考·讨论 二.对细胞膜成分的探索 亲水性头部：（极性） 胆碱 磷酸 甘油 疏水性尾部：（非极性） 磷脂分子组成： 两分子脂肪酸 一分子饱和脂肪酸 一分子不饱和脂肪酸 思考·讨论 磷脂是一种由胆碱、磷酸、甘油和脂肪酸所组成的分子 二.对细胞膜成分的探索 多个磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层。 亲水的头部 疏水的尾部 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)， 在水中形成的磷脂双分子层模式图 思考·讨论 在水面形成的磷脂双分子层模式图 A B C D 思考：在水—空气介面，磷脂分子是如何排列的？ 课堂思考 2.1925年，两位荷兰科学家戈特(E. Gorter)和格伦德尔(F.Grendel)用丙酮从人的成熟红细胞中提取脂质， 二.对细胞膜成分的探索 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(见下图)。 在空气一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。 思考·讨论 膜外（水） 膜内(水） 膜中磷脂分子怎样排成两层呢？请画图 拓展应用：上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。 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内发挥作用? 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。 3.1935年，英国学者丹尼利(J.E. Danielli)和戴维森(H.Davson)研究了细胞膜的张力。 二.对细胞膜成分的探索 他们发现细胞的表面张力明显低于油一水界面的表面张力。 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。 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。 思考·讨论 二.对细胞膜成分的探索 脂质（约50%） 蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用。 功能越复杂的细胞膜， 4.细胞膜各成分的含量 蛋白质的种类和数量越多。 蛋白质（约40%） 糖类（约2%~10%） 二.对细胞膜成分的探索 5.细胞膜上的蛋白质功能分析： 膜的功能主要由蛋白质承担, ①起载体作用的蛋白质，参与主动运输或协助扩散过程,控制物质进出细胞; 功能越复杂的细胞膜，其蛋白质的含量越高,蛋白质种类越多。 细胞膜上的蛋白质功能不同: ②有的与糖类结合，形成糖蛋白，具有识别、保护、润滑等作用; ③有的是酶，起催化作用。 二.对细胞膜成分的探索 ①用溶脂剂处理细胞膜, 6.设计实验探究细胞膜的组成成分 脂质（约50%） 蛋白质（约40%） 糖类（约2%~10%） ③用双缩脲试剂检测, 则细胞膜含有 成分。 则细胞膜含有 成分。 脂质 ②用蛋白酶处理细胞膜, 如果细胞膜被破坏, 蛋白质 如果膜被破坏, 则细胞膜中含有 成分。 蛋白质 如果出现紫色反应, “与生活的联系”及“肿瘤医院检验报告单”，学习查看血液检验报告单中与细胞膜成分改变有关的物质的正常指标。 联系生活 细胞在癌变的过程中，细胞膜的成分发生改变，有的产生甲胎蛋白（AFP）、癌胚抗原（CEA）等物质。 1959年，罗伯特森用电镜观察到了细胞膜清晰的暗－亮－暗的三层结构。 2.罗伯特森实验： 1.学者的推测： 20世纪40年代，曾经有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质。 三.对细胞膜结构的探索 三.对细胞膜结构的探索 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(7～8nm) 细胞膜是静态结构吗？ 细胞膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构 提出假说： 缺陷：不能解释细胞膜的流动性，如细胞的生长、变形虫的变形运动。 37 3.1970年，小鼠细胞和人细胞融合实验 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40min，两种颜色的荧光均匀分布(图3-4)。 三.对细胞膜结构的探索 3.1970年，小鼠细胞和人细胞融合实验 细胞膜上的蛋白质具有流动性。 结论： 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。 三.对细胞膜结构的探索 4.1972年辛格和尼科尔森提出了流动镶嵌模型 三.对细胞膜结构的探索 四.流动镶嵌模型的基本内容 ②.磷脂双分子层是膜的基本支架， ①细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成。 1.流动镶嵌模型的基本内容 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。 四.流动镶嵌模型的基本内容 1.流动镶嵌模型的基本内容 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， ④细胞膜不是静止不动的,而是具有流动性。 这体现了膜结构的不对称性， 即膜蛋白和脂质是不对称分布的。 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。 四.流动镶嵌模型的基本内容 ⑴磷脂分子 ①状态： ②作用： 双分子层排列构成膜的基本支架 脂质、脂溶性物质更易通过膜 2.流动镶嵌模型的基本内容解释 四.流动镶嵌模型的基本内容 ⑵蛋白质 ②种类 ①位置： a.有的镶在磷脂双分子层表面 c.有的部分或全部嵌入磷脂分子层中 b.有的贯穿于整个磷脂分子层 a.有的只参与膜的构成 b.有的起载体作用，参与物质运输过程 2.流动镶嵌模型的基本内容解释 c.有的与糖类结合，形成糖被，有识别，保护、润滑作用 四.流动镶嵌模型的基本内容 ⑶糖类 a.有的与蛋白质结合成糖蛋白 b.有的与脂质结合成糖脂 2.流动镶嵌模型的基本内容解释 这些糖分子叫作糖被。 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。 四.流动镶嵌模型的基本内容 ⑷细胞膜的流动性。 2.流动镶嵌模型的基本内容解释 ①主要表现为： ②细胞膜流动性的意义： 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。 磷脂分子可以侧向自由移动， 蛋白质大多也能运动。 ⑴结构基础： ⑵生理意义： ⑷实例： 3.细胞膜的结构特点--流动性 磷脂分子和大多数蛋白质是运动的。 变形虫的运动、白细胞吞噬细菌、质壁分离及复原现象、精子与卵子的结合等。 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。 ⑶影响因素： 主要受温度影响，在一定温度范围内，随着温度升高，膜的流动性增强 4.细胞膜的功能特点--选择透过性 ⑵原因： ⑴含义：有些小分子可以自由通过磷脂双分子层，细胞需要的离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。 ①某些离子和分子不能透过细胞膜的磷脂双分子层。 ②与细胞膜上载体蛋白的专一性有关， 如图中物质A、B有相应的载体蛋白，而物质C没有相应的载体蛋白。 4.细胞膜的功能特点--选择透过性 ⑷生理意义： 控制物质进出细胞。 ⑶结构基础： 细胞膜中含有蛋白质和磷脂。 ⑸实例: ⑹应用: ②肾小管的重吸收作用、 细胞选择性吸收一些小分子或离子、海水淡化、人工肾透析仪等。 ①植物根系对矿质元素的选择性吸收， ③小肠对营养物质的吸收等。 5.细胞膜的结构特点与功能特性的不同点 ⑴结构特点是具有一定的流动性， ⑶二者存在的关系是： 影响此特性的内因是细胞膜上载体的种类和数量。 温度对此特点的影响是在一定范围内，温度越高，细胞膜的流动性越大。 ⑵功能特性是具有选择透过性， ①流动性是选择透过性的基础， ②膜只有具有流动性，才能表现出选择透过性。 结构决定功能 ⑴功能越复杂的膜中，蛋白质种类与数量越多。 6.细胞膜结构与功能相关的3个注意点 ⑶细胞膜结构图示中糖蛋白的多糖侧链是判断生物膜内、外侧的依据， ⑵细胞膜的组分并不是不可变的， 如细胞癌变过程中，细胞膜组分发生变化，糖蛋白含量下降，产生甲胎蛋白(AFP)、癌胚抗原(CEA)等物质。 多糖侧链所在的一侧为细胞膜外侧，另一侧则为细胞膜内侧。 7.细胞膜外侧的糖蛋白与细胞识别举例 细胞间的信息交流常见模式 图1体现了通过体液运输实现细胞间的间接交流；依赖于细胞膜的糖蛋白。 图2体现了细胞与细胞间的直接交流，依赖于细胞膜的糖蛋白（受体）。 五.总结细胞膜的基本特点 1.细胞膜的结构特点： 具有一定流动性 选择透过性 细胞膜 结构特点 功能特点 结构探究历程 决定 流动性 选择透过性 磷脂双分子层 蛋白质分子 结构组成 2.细胞膜的功能特点： 一.求解物质的穿膜（生物膜：包括细胞膜、核膜和细胞器膜）问题 如：葡萄糖和氧气进入组织细胞被利用的途径分析 一.求解物质的穿膜（生物膜：包括细胞膜、核膜和细胞器膜）问题 1.几种单层细胞形成的结构 如肺泡壁细胞、毛细血管细胞、小肠黏膜上皮细胞， 毛细淋巴管细胞、肾小球和肾小管细胞等 2.单层细胞结构特点 ①这些由单层细胞形成的结构有利于物质交换， 即2层生物膜； 即2层磷脂双分子层； 即4层磷脂分子； ②物质透过这些管壁或泡壁时，要经过两层细胞膜。 3.细胞、生物膜、磷脂双分子层、磷脂分子层数间的关系 ①穿过1层细胞= 1层生物膜= 穿过2层生物膜= 1层磷脂双分子层 =2层磷脂分子 2层磷脂双分子层= 4层磷脂分子 ②若物质入或出线粒体与叶绿体时，需跨越内外 层膜； （ 层磷脂分子） 线粒体结构 叶绿体结构 3.细胞、生物膜、磷脂双分子层、磷脂分子层数间的关系 2 4 ③物质进入血浆后，由循环系统转运到全身各处的毛细血管， 3.细胞、生物膜、磷脂双分子层、磷脂分子层数间的关系 该过程是不跨膜的； ④分泌蛋白由合成至分泌出细胞，均以囊泡的方式进行，跨膜层数为 层； ⑤物质进出核孔时，跨膜层数为 层； ⑥物质进出核膜时，跨生物膜层数为 层 ； 层磷脂双分子层； 层磷脂分子； 核膜 核孔 核仁 染色体 3.细胞、生物膜、磷脂双分子层、磷脂分子层数间的关系 0 0 4 2 2 4.葡萄糖和氧气进入组织细胞被利用的途径分析 ＝ 层生物膜。 ＋进组织细胞 ⑴小肠中的葡萄糖进入组织细胞，经过的膜层数至少为： =进、出小肠黏膜上皮细胞 7 ＋进、出毛细血管壁细胞(两次) ( 层膜) 2 ( 层膜) 4 ( 层膜) 1 ⑵小肠中的葡萄糖进入组织细胞被彻底利用，经过的膜层数至少为： ＝ 层生物膜。 9 ＝ 层。 ⑵外界空气中的O2进入组织细胞被利用，经过的膜层数至少为： ＋进、出红细胞(至少一次) 11 =进、出肺泡壁细胞 ＋进、出毛细血管壁细胞 ＋进组织细胞 ＋进入线粒体 ＋进、出毛细血管壁细胞 ( 层膜) 2 ( 层膜) 2 ( 层膜) 2 ( 层膜) 2 ( 层膜) 1 ( 层膜) 2 4.原核细胞的细胞壁成分:______________ 2.植物细胞壁的特点:______________ 1.植物细胞壁成分:______________ 七.细胞壁 纤维素和果胶 肽聚糖等 全透性 3.植物细胞壁的作用:______________ 支持和保护 5.真菌细胞的细胞壁成分:______________ 几丁质等 1.下列关于细胞膜的叙述中，不正确的是（ ） A.细胞膜主要由脂质和蛋白质组成 B.不同功能的细胞，其细胞膜上蛋白质的种类和数量相同 C.组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富 D.细胞膜中有少量的糖类 B 2.下列不属于细胞间的信息交流的是（     ） A.内分泌细胞分泌的激素与靶细胞的结合，将信息传递给靶细胞 B.精子和卵细胞之间的识别和结合 C.核酸中的遗传信息传递到细胞质 D.高等植物细胞间通过胞间连丝完成信息交流 C 3.在处理污水时，人们设计出一种膜结构，有选择地将有毒重金属离子挡在膜的一侧，以降低有毒重金属离子对水的污染，这是试图模拟生物膜的（  ） A.将细胞与外界环境分隔开的功能 B.控制物质进出细胞的功能 C.进行细胞间信息交流的功能 D.具有免疫作用的功能 B 4.下列关于植物细胞细胞壁的说法不正确的是（ ） A.植物细胞都有细胞壁 B.细胞壁的化学组成中含有多糖 C.细胞壁对植物细胞有支持和保护作用 D.细胞壁可控制物质进出细胞 D 5.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．这项技术所利用的是细胞膜的哪种功能（　　） A．保护细胞内部结构的功能 B.信息交流功能 C．控制物质进出功能 D.保障细胞内部环境相对稳定的功能  C 台盼蓝是细胞不需要的大分子， 活细胞细胞膜具选择透过性，台盼蓝不能进入活细胞中，而死亡细胞没有选择透过性，台盼蓝能进入死细胞中，体现细胞膜的控制物质进出功能。  再 见 Lavf58.12.100 Transcoded by Arctime Pro 2.2.1 $