2027届高三生物一轮复习课件3.1 细胞膜的结构和功能

1965年，我国在世界上第一次用人工方法合成具有生物活性的蛋白质——结晶牛胰岛素，这一壮举用时6年多。 为什么靠人力很难完成的工作，对细胞轻而易举？ 细胞有复杂精细的内部结构，它们之间协调配合，共同完成生命活动。 细胞的基本结构有哪些？ 3.1 细胞膜的结构和功能 人教版 高中生物一轮复习 思维导图 细胞膜的成分 细胞膜的功能 将细胞膜与外界环境分隔开 控制物质进出 进行细胞间的信息交流 细胞膜的研究史 细胞膜的结构 细胞膜成分的探索 细胞膜结构的探索 细胞膜通透性的实验 红细胞膜的制备和成分分析 红细胞的脂单层在空气—水界面平铺实验：脂质在细胞膜上排列成连续的两层 细胞膜表面张力实验：细胞膜上可能存在蛋白质 罗伯特森在电镜下观察到细胞膜，提出静态模型 人鼠细胞杂交实验：细胞膜上的蛋白质具有流动性 辛格和尼克尔森提出流动镶嵌模型 流动镶嵌模型的内容 结构特性——流动镶嵌性 选择透过性——功能特性 知识框架 决定 决定 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。此实验说明了什么？ 说明细胞存在边界——细胞膜。 细胞作为基本的生命系统，它的边界是________（或_____） 一、细胞膜的功能③ (P40使细胞成为_______的系统，保障了_______) 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 ①对“控制进出”的理解； ②细胞膜的控制作用是______的，如何理解？ ③判断细胞死亡——___________法，原因是_______________. ④功能特性：___________（区分功能/功能特性） 死细胞 活细胞 一、细胞膜的功能③ 3.进行细胞间的信息交流 ①多细胞生物体功能的协调，不仅依赖于______,也有赖于_____.细胞间的信息交流大多与______有关。 ②细胞间信息交流方式（图3-2） 间接交流，如激素、神经递质、细胞因子 直接交流，通过_______接触，如精卵的识别和结合、靶细胞与细胞毒性T细胞接触，辅助性T细胞与B细胞结合 通道交流，相邻两个细胞之间形成____，如______ 【思考】（1）细胞间的信息交流一定需要受体吗？ （2）胞间连丝不仅进行细胞间的物质运输，还可进行信息交流（ ） (3)下列有关细胞膜信息传递的说法，错误的是 (填序号，多选)。 ①高等植物细胞之间只能通过胞间连丝进行信息交流 ②性激素通过与靶细胞膜上的受体结合传递信息 ③精子和卵细胞、胰岛B细胞和肝细胞进行信息交流的方式相同 ④细胞膜上的受体是细胞间进行信息交流的必需结构 ①②③④ 不一定，通道交流不需要受体。 √ 判断： 动物细胞的边界是细胞膜，植物细胞的边界是细胞壁。 （ ） 细胞膜可以控制需要的物质进出，杜绝环境中的有害物质进入。 （ ） × × 细胞膜的功能 拓展：膜上受体与膜内受体 肾上腺素和蛋白质类激素（胰岛素，多种促激素释放激素，抗利尿激素，促激素，生长激素等）不容易穿过细胞膜，其受体在靶细胞的细胞膜上，受体负责把细胞外信号转化为细胞内信号，从而改变细胞的代谢情况 甲状腺激素和固醇类激素（性激素）很容易穿过细胞膜，其信号受体在细胞质或细胞核中。激素和受体结合后，连接到DNA上，调控基因的转录，控制相关蛋白质的合成（例如某些酶） 11 细胞膜的功能 归纳：教材中生命系统信息传递的三类主体（常考点） 生态 系统 胞内 胞间 信号分子 激素、神经递质等 直接接触 精、卵细胞识别等 胞间连丝 存在于植物细胞间 遗传信息 第二信使 第三信使 DNA、RNA cAMP、cGMP 核内外信号转导的物质 化学信息 物理信息 行为信息 有机酸、生物碱、性外激素等 动物特定的行为动作 光、声、电、磁、温度、湿度等 12 相似相溶原理 二、细胞膜成分的探索 提出问题 细胞膜应该具有什么样的成分呢？ 作出假设 资料1：欧文顿选用 500 多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行了上万次的研究，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；反之，不溶于脂质的物质，不容易穿过膜。 资料1：细胞膜的主要成分中含有脂质。 实验验证 资料2：20世纪初，科学家第一次利用哺乳动物成熟红细胞制备出纯净的细胞膜，并进行化学分析，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。 得出结论 组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。 科学探究的一般方法 哺乳动物成熟的红细胞 问题: 科学家为什么用哺乳动物成熟红细胞分离提纯细胞膜？ 答案： 点击查看答案 哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和众多细胞器，易得到较纯净的细胞膜； 提出问题 磷脂在细胞膜如何排列呢？ 资料3：磷脂是组成细胞的主要脂质，是一种由甘油、脂肪酸、和磷酸等所组成的分子。它有一个亲水磷酸“头”部和一个疏水的脂肪酸的“尾”部。 胆 碱 磷 酸 甘 油 脂肪酸 磷脂分子结构式 磷脂分子模型 示意图 极性 头部 非极性 尾部 二、细胞膜成分的探索 2. 磷脂分子在细胞膜的排列情况。 水 水 二、细胞膜成分的探索 【活动】逐步构建磷脂分子在细胞膜的排列模型。 作出假设 细胞膜的磷脂分子排列为连续的两层。 实验验证 二、细胞膜成分的探索 提出问题 磷脂在细胞膜中如何排列呢？ 水 水 【思考】通过什么样的实验可以证明你的假设？ 【实验材料】 哺乳动物成熟红细胞 空气 水中 水-空气界面 作出假设 细胞膜的磷脂分子排列为连续的两层。 实验验证 资料4：1925 年，戈特和格伦德从红细胞中提取的脂质在空气与水界面上铺成单层，其面积约是红细胞膜表面积的2倍（哺乳动物成熟红细胞无核膜和众多细胞器膜）。 得出结论 二、细胞膜成分的探索 提出问题 磷脂在细胞膜中如何排列呢？ 水 水 细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层。 表面积S 二、细胞膜成分的探索 提出问题 作出假设 实验验证 得出结论 细胞膜的组成成分中只含有脂质吗？ 资料5：1935年，英国学者丹尼利（J.F.Danieli）和戴维森（H.Davson）研究了细胞膜的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。此时，人们已发现了油脂滴表面如果附着蛋白质成分则表面张力会降低。 细胞膜除脂质外可能还附有蛋白质。 膜的成分中含有蛋白质 质膜种类 组成成分 人体 红细胞 猪 红细胞 猪 肌细胞 猪小肠上皮 小鼠 肝细胞 变形虫 蛋白质 49 42 36 50 44 54 脂质 磷脂 43 43 60 44 52 42 胆固醇 少量 10 少量 少量 少量 少量 糖类 8 5 4 6 4 4 细胞膜的组成成分主要为脂质和蛋白质，还有少量糖类。 细胞膜的成分 ______（约50% ） _______（约40% ） 糖类（2%～10%） _____（主要 ） 胆固醇 (动物细胞膜具有) 脂质 磷脂 蛋白质 功能越复杂，蛋白质的种类和数量越多。 （少量，主要在细胞膜外侧） 二、细胞膜成分的探索 细胞膜的成分不是一成不变； 不同种类的细胞膜成分和含量不完全相同。 【思考】 （1）家兔红细胞、大肠杆菌细胞、酵母菌细胞的细胞膜面积与磷脂分子的面积有何关系？ （2）磷脂的排布 ①空气-水界面；②水环境中；③水-苯混合溶剂（讨论4）； ④磷脂分子置于脂肪油中搅拌； ⑤将一滴油滴在水面上，高速振荡，油水乳液中磷脂小滴的结构？ 哺成红、原核细胞：S磷脂单分子层=2S细胞膜； 其他细胞： S磷脂单分子层=2S所有膜（细胞膜+核膜+细胞器膜） 脂质体 微团 脂质单分子层 空气—水界面 水中油滴 水中 【思考】 （3）脂质体作为药物载体（P46） ①在水中结晶药物、脂溶性药物分别位于_____、_______. ②“隐形脂质体”在运送药物的过程中，能避免被白细胞识别和清除，原因可能是:_______________________________.脂质体膜上镶嵌的抗体能够 ____________________________ 从而将药物定向运送到癌细胞，从而杀死癌细胞。 ③推测药物进入细胞的方式___，体现了细胞膜______ _结构特点 其表面不具备供白细胞识别的糖蛋白。 特异性识别癌细胞(表面的抗原) 脂质体内部 两层磷脂分子之间 胞吞 具有一定流动性 【拓展】 验证细胞膜成分的实验方法 细胞膜成分 脂质 蛋白质 糖类 检测试剂(方法) 脂溶剂处理 磷脂酶处理 脂溶性物质透过实验 双缩脲试剂 蛋白酶处理 斐林试剂，水浴加热 结果 细胞膜被溶解 细胞膜被破坏 脂溶性物质优先通过 发生紫色反应 细胞膜被破坏 出现砖红色沉淀 结论 细胞膜中含有脂质 细胞膜中含有蛋白质 细胞膜中含有还原糖 24 三、细胞膜的结构探索 罗伯特森 ①1959年，罗伯特森通过电镜观察到暗-亮-暗，即蛋白质—脂质—蛋白质的三明治结构。 提出：静态模型的观点 无法解释细胞生长、变形虫的变形运动等 “蛋白质—脂质—蛋白质”的静态结构模型不能解释哪些功能？ 25 细胞膜具有流动性（结构特点） 证明： 1970年，弗雷（Larry Frye）和埃迪登（H.Edidin）等科学家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（免疫荧光染色技术），将小鼠细胞和人的细胞融合。 罗伯特森 费雷和埃迪登 荧光标记的膜蛋白a 荧光标记的膜蛋白b 鼠细胞 诱导融合 40分钟后 人鼠融合细胞 两种荧光蛋 白均匀分布 人细胞 分析：在小鼠细胞和人细胞融合实验中,采用技术___________.若降低温度,则细胞完全融合所需时间延长,原因是什么？ 温度会影响分子的运动，进而影响细胞膜的流动性 聚乙二醇、电融合法和灭活的病毒诱导法等 26 拓展：相关其他实验——荧光漂白恢复 27 1972年，辛格和尼科尔森根据新的观察和证据提出流动镶嵌模型 罗伯特森 费雷和埃迪登 辛格和尼科尔森 28 科学方法 细胞膜结构模型的探索过程，反映了提出假说这一科学方法的作用。科学家首先根据已有的知识和信息提出______________ 的一种假说，再用进一步的 对已建立的假说进行 。 解释某一生物学问题 观察与实验 修正和补充 提出假说 P44 【思考】对细胞膜成分和结构的探索中，哪些环节体现了这一科学方法？ 30 2.细胞膜的流动镶嵌模型 （1）组成 磷脂双分子层： 基本支架；___作用（原因）；能否运动；层数与膜的数量关系； 蛋白质：___在表面\________嵌入\____;能否运动；是否均匀； 糖被：糖被、糖蛋白、糖脂的关系；功能；分布； （2）结构特点/功能特点及原因 2.细胞膜的流动镶嵌模型 （2）结构特点/功能特点及原因 结构特点： 功能特点： 具有一定的流动性 选择透过性 原因：组成膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动 原因：①细胞膜上转运蛋白的种类和数量或转运蛋白空间结构的变化；②磷脂双分子层的疏水性 2.细胞膜的流动镶嵌模型 【思考】 ①既然膜内部是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？(P45旁栏) ②脂肪在脂肪细胞中以脂滴存在，脂滴膜由磷脂双分子层构成( ) ③植物传粉后，雌蕊柱头上的花粉，同种花粉能萌发，异种不能萌发，这体现了细胞膜_______________功能。 × 进行细胞间的信息交流 (2)图中b是 ，其疏水性“ ”相对，亲水性“ ”向外，构成膜的基本支架。 (3)图中c是 ，以 、 、 形式镶嵌在膜的基本支架上。 (4)不同细胞膜中的蛋白质 不同，功能越 的细胞中，其细胞膜上蛋白质的种类和数量 。 (1)图中a是 ，具有 等作用。根据a可以判断细胞膜的内外侧，糖蛋白只分布于细胞膜的 。 线粒体内膜蛋白质的种类和数量 （多/少）于外膜。 多 糖脂（识别，信息传递） 【识图】 与细胞表面的识别、细胞间的信息传递 蛋白质 蛋白质 糖被 鞘磷脂 磷脂酰肌醇 蛋白质 胆固醇 脑磷脂 (磷脂酰乙醇胺) 卵磷脂 (磷脂酰胆碱) ①受体蛋白 与激素、淋巴因子、神经递质等信号分子特异性结合，进行特异性识别。 ④通道蛋白 协助扩散 水通道蛋白、离子通道蛋白等 ③载体蛋白 物质跨膜运输方式中: 协助扩散和主动运输 ②酶蛋白 催化作用：呼吸酶、ATP水解酶等 【深化拓展】膜蛋白功能总结 36 细胞膜的结构探究 1997年德国生物学家西蒙斯等研究发现，细胞膜的磷脂双分子层并不是完全均匀的结构，内部存在富含胆固醇、鞘磷脂和特定种类膜蛋白的微小区域。由于鞘磷脂具有较长的饱和脂肪酸链，分子间的作用力较强，所以这些区域结构致密，如同漂浮在磷脂双分子层上的“筏” ，称为脂筏。 拓展：脂筏模型 脂筏载着具有生物功能的膜蛋白，就像一个蛋白质停泊平台，与膜的信号传递、物质的跨膜运输及病原体侵染细胞和蛋白质分选等均有密切的关系。脂筏最初可能在内质网上形成，转运到细胞膜上后，有些脂筏可在不同程度上与膜下细胞骨架蛋自交联。 37 细胞膜的组成成分探究 拓展：治疗艾滋病新思路——改造细胞膜 引发艾滋病的HIV主要侵染人体辅助性T淋巴细胞。病毒的大量增殖会导致患者免疫功能丧失，使人最终死于各种病原体的感染或恶性肿溜。 38 细胞膜的组成成分探究 拓展：治疗艾滋病新思路——改造细胞膜 HIV表而有一种名为gp41-gp120的蛋白质复合体，它能与T淋巴细胞表面的CD4蛋白发生特异性结合，再在T淋巴细胞细胞膜中的CCR5蛋白辅助下，使病毒包膜与细胞膜融合，遗传物质最终进入T淋巴细胞。 39 细胞膜的组成成分探究 拓展：治疗艾滋病新思路——改造细胞膜 人群中有些“幸运儿”天生就具有对 HIV 的抵抗力，因为他们带有突变型的CCR5基因，其CCR5蛋白不会辅助 HIV 的侵染。布朗是一名艾滋病患者，后来又不幸患上了白血病。 40 细胞膜的组成成分探究 拓展：治疗艾滋病新思路——改造细胞膜 为了治疗白血病，布朗接受了造血干细胞移植。幸运的是，干细胞捐献者正是一位CCR5基因突变者，布朗的白血病和艾滋病都被治愈了。 这一病例启发了研究人员：如果破坏掉艾滋病患者 T 淋巴细胞的CCR5基因，对细胞膜进行改造，就有望治愈艾滋病。 41 细胞膜的组成成分探究 拓展：治疗艾滋病新思路——改造细胞膜 例题：HIV的包膜蛋白gp120能与T淋巴细胞表面的CD4蛋白发生特异性结合，在病毒包膜蛋白gp41和T淋巴细胞的细胞膜中的CCR5蛋白辅助下，使病毒包膜与细胞膜融合，遗传物质RNA最终进入T淋巴细胞。下列叙述正确的是（ ） A. 包膜蛋白gp41在HIV的核糖体上合成，相关基因在HIV的RNA上。 B. HIV的包膜蛋白gp120与T淋巴细胞表面的CD4蛋白结合体现了细胞间的信息交流。 C.病毒包膜能与T淋巴细胞的细胞膜融合说明它们的成分没有差异。 D.将艾滋病患者的CCR5基因破坏，有可能成为治疗艾滋病的方法之一、 D 42 Lavf58.29.100 磷脂双分子层 尾部 外表面 头部 蛋白质 镶在表面 嵌入 贯穿 种类和数量 复杂 越多 糖蛋白 $