3.1细胞膜的结构与功能课件-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学课件聚焦“细胞膜的结构和功能”，系统阐述细胞膜的三大功能、成分探索及流动镶嵌模型。导入通过国家边界、人体边界类比，结合细胞壁全透性辨析，建立“系统边界”认知支架，衔接功能探究、成分分析到结构模型的逻辑脉络。 其亮点在于以科学史为线索，设计观察鸡蛋卵黄膜实验、物质进出归类、信息交流形式总结等活动，融合探究实践。通过欧文顿实验、磷脂双分子层测定等科学案例及细胞膜成分表格分析，培养科学思维与结构功能观（生命观念）。助力学生提升探究能力，教师可依托丰富活动与资料高效开展概念教学。

细胞的基本结构 第3章 第1节　细胞膜的结构和功能 人体的边界？ 国家的边界？ 边防线 皮肤和黏膜 细胞的边界？ 导入 洋葱鳞片外表皮细胞 首先有两个问题，你认为国家的边界是什么？ （学生：边防线） 提问：那人体的的边界是什么？ 我看到大家都在摸自己的脸，听到很多人说是皮肤，其实还有黏膜，比如我们的呼吸道和消化道上面的一些黏膜其实也是和外界直接相通的，所以人体的边界是皮肤和黏膜 大到国家，小到人体，一个系统想要稳定，都是有边界的。 那细胞有边界吗？ 大家看这是显微镜下观察到的洋葱鳞片外表皮的细胞，你们看到一个细胞与另一个细胞之间有边界吗 那细胞的边界是什么？ （有，细胞膜、细胞壁等杂七杂八的回答） 那细胞的边界到底是什么呢？你认为怎样的物质才能把它叫做边界？ 导入 植物细胞 动物细胞 植物的细胞壁是边界吗？ 成分：纤维素和果胶 功能：支持和保护，具有全透性 细胞作为基本的生命系统，其边界是细胞膜，也叫质膜 首先对于动物细胞而言，细胞膜是在最外面，刚刚也有很多人提到细胞膜是边界 提问：对于植物而言，它的最外面是什么？ （细胞壁） 那植物细胞的细胞壁是边界吗？ 在这里我们要强调一下一个物质能否作为边界不是看他是否是在最外面，而是要看他是否能够控制物质的进出，就像我们的边防线它是在国家沿线，最重要的是边防线上有士兵站岗，控制人员的进出，这才是确定是否能够作为边界的关键 细胞壁能不能控制物质进出呢？ 提问：大家还记得它是由什么构成的吗？ （可能能够回答出） 细胞壁是由纤维素和果胶组成， 所以它的功能是保护和支持，具有全透性 它的全透性体现在纤维素的孔径是很大的， 并且细胞是生活在水环境中，所以一些可溶性物质，如果它们的孔径比纤维素小，它就可以透过细胞壁， 那这些可溶性物质基本上都是比纤维素孔径小的，所以细胞壁还能不能作为边界？ 而细胞膜是相对封闭的结构，它形成的空隙很小很小，不是所有的可溶性物质都能通过，并且它上面还有一些蛋白，就像站岗的士兵，能够选择性的控制物质的进出 所以细胞的边界应该是？ （细胞膜） 对的，细胞膜作为基本的生命系统，它的边界就是细胞膜，也叫质膜，大家要知道这两个词都是对的 既然细胞膜作为细胞的边界，那它也行驶着很多功能，接下来我们通过几则资料分析一下细胞膜到底有哪些功能 【活动1】观察鸡蛋卵黄膜实验 同学们今天吃鸡蛋了吗？鸡蛋营养价值很高，建议每天吃一个。未受精的鸡蛋蛋黄可以看做是一个卵细胞。有一种染液叫台盼蓝，常用来检测细胞膜的完整性。我们先看一个台盼蓝蛋黄染色的小实验。 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。 1. 将细胞与外界环境分隔开 细胞膜：系统的边界 一.细胞膜的功能 细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定，使细胞成为相对独立的系统。细胞膜就是细胞这个系统的边界。膜的出现在生命起源过程中起了至关重要的作用，在地球38亿年前原始海洋中，一些有机物聚集相互作用，偶然膜的包裹将生命物质与外界环境分隔开，产生了原始的细胞，这就是生命的起源，随后有机体越来越复杂精细庞大，这些有机体的故事就是我们的课程名字生物学。 细胞膜与外界环境完全分隔开了吗？物质还能不能进出细胞？小鸡破壳而出的时候，蛋清没有了，已经作为营养物质被细胞吸收了。 6 资料1 鉴别死细胞和活细胞，常用“染色排除法”。例如，用台盼蓝染色，死细胞 ，而活细胞不着色，从而判断细胞是否死亡。 死 细 胞 活 细 胞 思考：为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？ 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。 死细胞的细胞膜受到损害，失去功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。 被染成蓝色 一.细胞膜的功能 细胞膜还有什么功能？ 首先给大家介绍一种染色排除法，通常用来鉴定死细胞和活细胞， 比如用台盼蓝染色法，大家观察死细胞和活细胞的状态怎么样？ （死细胞被染成蓝色，活细胞没染色） 提问：思考一下，为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？ （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。） 同学回答的很棒，抓住的关键就是细胞膜是否被破坏，是否失去了一定的功能 基于这个现象，你推测细胞膜具有怎样的功能？ 它能够控制物质的进入 为什么热水煮苋菜会出现红色的水？ 体现细胞膜的什么功能？ 加热使得细胞膜结构被破坏，细胞膜失去功能，使得色素流出 2. 控制物质进出细胞 一.细胞膜的功能 那细胞膜能不能控制物质的出去呢？ 而这个生活现象看看又能说明什么？ 不知道大家有没有观察过煮苋菜的现象，冷水洗菜的时候水没有变色，而用热水煮的时候为什么出现了红色？ 这一则资料又体现了细胞膜怎样的功能 总结这两则资料，就是细胞膜的第二个功能，控制物质进出 细胞 可进 可能进入 可出 不轻易出 营养物质 如 ①葡萄糖 等 细胞膜的控制作用是相对的，细胞膜的功能特点：选择透过性 2. 控制物质进出细胞 【活动2】请阅读教材P40最后一段，结合资料1和生活经验，从细胞需求的角度对进出细胞的物质进行归类，物质进出细胞的模式图。 ①葡萄糖 ②激素 ③病毒 ④病菌 ⑤抗体 ⑥代谢废物 ⑦核酸 ⑧苏丹红 ②激素⑤抗体⑥代谢废物 细胞内合成产生的 如 ③病毒 ④病菌 ⑧苏丹红 对细胞有害的 如 细胞内的重要成分 如 ⑦核酸 等 结合教材40页最后一段和自己的生活经验，从细胞需求的角度对进出细胞的物质进行归类，完成学案上物质进出细胞的模式图。所以你猜测细胞膜应该具备什么功能？注意细胞膜的控制作用是相对的。并不是所有物质都可以自由进出细胞，细胞膜让一些物质通过，不让一些物质通过的性质，称为选择透过性。 假说需要实验证据的支持。台盼蓝是细胞不需要的物质，请同学们滴加台盼蓝染液到卵黄膜上，观察卵黄内部是否被染色。蛋白质具有参与组成细胞结构的功能，细胞膜结构有没有蛋白质呢，同学们滴加蛋白酶到3号卵黄膜上看后续变化。蛋白酶可以分解蛋白质，同学们知道哈，我们消化道里的蛋白酶可以将蛋白质水解为氨基酸供人体吸收。 台盼蓝有没有染进去？牙签挑破卵黄膜，看流出来的卵黄什么颜色，细胞膜确实不让台盼蓝进入。滴加蛋白酶后细胞膜破损了，卵黄就流出来了。细胞膜完整性丧失，即可认为细胞已死亡。所以活细胞的细胞膜才具有控制物质进出细胞的功能，死细胞没有。 青蛙和鱼都是体外受精，池塘中有蛙的卵细胞和精子，也有鱼的卵细胞和精子，从细胞层面思考，为什么蛙的卵细胞没有和鱼的精子结合？ 同一种生物的卵细胞和精子可以进行特异性识别和结合。 功能：进行细胞间的信息交流 一、细胞膜的功能 资料3 从细胞层面考虑精卵结合的特带你，也不是同一物种随便的细胞就能结合，也要有特异性识别 【活动3】阅读教材图3-2，总结归纳细胞间信息交流的三种形式。 发出信号的细胞 信息 靶细胞 内分泌细胞 激素 靶细胞 血液 细胞 通道 细胞 携带信息的物质 是 是 否 精子和卵细胞之间的识别和结合 激素分泌后由血液运输至靶细胞发挥作用 高等植物胞间连丝 3. 进行细胞间的信息交流 胞间连丝 细胞膜的第三个功能：进行细胞间的信息交流。受体化学本质是糖蛋白，即糖类和蛋白质分子结合形成，它就像虎符，具有特异性，不同的受体能接收识别不同的信息，所以细胞间可以进行各种信息交流。 12 一、细胞膜的功能 ——进行细胞间的信息交流 思考：所有细胞间的信息交流的受体都在细胞膜上吗？ 胞间连丝 胞间连丝是植物特有的信息交流方式，存在于所有高等植物和某些低等植物，如藻类。 胞间连丝信号物质、性激素受体在细胞内 还有一种快捷方式 大家看细胞与细胞之间有什么特别之处？ （有很多丝线连接） 我们把这样的结构叫做胞间连丝，大家仔细看这样的胞间连丝它使得相邻细胞间形成了什么？ （通道，桥） 胞间连丝相当于是在一个细胞变为两个细胞时，内质网没有完全分隔开，细胞膜之间形成了丝状物质，作为了一个桥梁和通道 那么相邻的细胞就可以直接通过这个通道进行信息交流了，他呢就是绿色通道，快速交流，细胞中一些特殊的物质不用出细胞膜就可以互相运输 大家看在信息交流的过程中，其实是一个物质带着信息一起过来了，所以胞间连丝形成的桥梁能够实现物质的运输和信息的交流 这种通道交流是植物特有的，动物的通道呢可以形成连接子 受体都在 虽然我们的通道交流不需要膜上的受体，但是它也是需要相邻细胞进行融合才能形成胞间连丝，所以这三种方式共同体现了细胞膜的什么功能？ 信息交流 对于植物细胞而言，他没有血液流动，为了加强信息传递，还可以走绿色通道，我可以不出细胞膜就直接来传递一些特殊的物质携带着信息，所以信息交流的同时，也是物质交换的过程 那么问题来了，以上这三种信息交流的方式都需要受体对吧，但是他们的分布有没有区别呢？ 一、细胞膜的功能 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 直接交流 间接交流 通道交流 选择透过性 （如精卵细胞的识别） （如激素等化学物质） （如高等植物的胞间连丝） 以上就是我们学习的细胞膜的三大功能，我们一起来回忆一下 带着学生回顾 细胞膜的功能这么多，与它的成分是密不可分的，那细胞膜具体有哪些成分呢 二、细胞膜成分的探索 阅读教材42页 1.关注科学家们所做的探究内容、现象、结论 2.体会科学家们探究真理的科学精神 3.归纳细胞膜的成分到底有哪些 为了研究细胞膜的成分，各位科学家们做了很多的探究，接下来我们循着科学家的脚步，一起来看看他们做了哪些探索，得出了什么结论， 请大家先阅读教材的科学史，注意每个科学家做的实验内容，看到的现象，得出的结论，归纳总结细胞膜到底有哪些成分。 15 二、细胞膜成分的探索 内容：用500多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行实验 1895年 欧文顿（E·Overton） 细胞膜 非脂溶性物质 脂溶性物质 相似相溶原理 结论：推测膜是由脂质组成的 资料1 结果： 提取与检测？ 溶于脂质的物质容易通过细胞膜， 不溶于脂质的物质，不易通过细胞膜。 相信大家已经有了一个初步了解，接下来我们一起来看看科学家们的探究历程 首先是欧文顿，他用很多物质做了很多实验，最后总结出这样一个现象，观察动画，你看到了什么结果。 （脂溶性物质容易通过细胞膜） 那为什么会出现这样的情况呢，这与相似相溶原理有关系，相似就是结构和性质差不多的物质，相溶就是能够溶解在一起，也就可以穿过 那这个现象，我们可以大胆的猜想细胞膜可能有什么？ （这是我们通过欧文顿所做的实验得出的推论：膜是由脂质组成的） 当时欧文顿提出的这个结论是对现象的推理分析还是提取与检测？ 由于当时技术限制，欧文顿没有办法对细胞膜的成分进行鉴定，仅仅停留在了推理水平 16 实验材料：动物的卵细胞、神经细胞、哺乳动物成熟红细胞等 【思考】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。 吸水 涨破 资料2 二、细胞膜成分的探索 结果：组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。 实验内容：制备出纯净的细胞膜，并对细胞膜的成分进行分析 “细胞膜是由脂质组成的” 现象的推理分析和提取与鉴定共同作用的结果。 随着技术的发展，有科学家研究出了细胞膜是否具有脂质 有人想得到细胞膜来测一测到底有哪种脂质，所以一开始它选了很多材料进行实验，最终决定用哺乳动物成熟红细胞作为实验材料，经过化学测定，发现确实有脂质，且是磷脂和胆固醇，其中磷脂是最多的，胆固醇在这里只是少量嵌在磷脂中间，调节膜的流动性，维持膜的稳定性 （磷脂，胆固醇） 实验测出细胞膜有磷脂和胆固醇，并且磷脂是最多的，这里需要了解一下胆固醇是嵌在磷脂上面，调节膜的流动性，维持膜的稳定性 这个实验是不是就可以证实欧文顿的猜测了 我有一个问题，为什么选择哺乳动物成熟红细胞？ 细胞膜是很薄很小的，并不容易轻易得到，所以在选材上面有特殊要求， （大家可以讨论一下，或者你觉得怎样的细胞适合用制作细胞膜？） 我听到了很多答案，首先得到细胞膜是要通过吸水胀破，所以如果没有细胞壁就很容易得到细胞膜，所以要选择动物细胞， 其次红细胞的功能大家知道吗？ （运输氧气） 对，它小时候是有细胞核和细胞器的，但是长大之后它的结构发生了变化，以适应它运输氧的功能，把细胞核和细胞器吐出去了，专门就是给血红蛋白腾位置来运输氧气 那细胞核和细胞器是有膜的，所以我们要排除他们对细胞膜的干扰，因此哺乳动物成熟红细胞的所以这个特性也使得容易得到纯净的细胞膜 大家想想可以用鸡或者青蛙作为实验材料吗？为什么？ （不可以） 对了鸡是鸟类，青蛙是两栖类，在这里我们要注意一定是哺乳动物的成熟红细胞 亲水“头部” 疏水“尾部” 磷脂分子的结构 组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富。 二、细胞膜成分的探索 细胞间信息交流有时候要用到细胞膜表面的受体，受体的化学本质是糖蛋白，所以细胞膜的成分中还有少量的糖类。对细胞膜成分的研究发现，脂质约占50%，蛋白质约占40%，糖类占2-10%。细胞膜上的蛋白质和糖类使细胞间可以进行信息交流，蛋白质的种类和数量越多，细胞膜的功能越复杂。 在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富。磷脂的一端为亲水的头部，两个脂肪酸一端为疏水的尾部。请同学们根据磷脂分子的特点，小组讨论，利用手边的道具，构建磷脂分子在空气与水界面上分布的模型，将结果画在学案上。 空气 水 水中 基于磷脂头部亲水，尾部疏水的特性，画出其在不同情况下的排布 二、细胞膜成分的探索 空气和水的界面 全是水环境 细胞内 水环境 细胞外 提出假说： 细胞膜中的磷脂排列成两层 二、细胞膜成分的探索 如何证明？ （双层数量关系） 资料3 二、细胞膜成分的探索 磷脂双分子层模式图 结论：细胞膜中的磷脂分子必然排列成连续的两层。 内容：测出人的成熟红细胞的表面积为S，再用丙酮提取出脂质，将其排列在空气—水界面上测其面积为2S 1925年 戈特和格伦德尔 结果：测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。 细胞膜基本支架 戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞中提取出了脂质，先测了它的表面积，然后再将其磷脂全部提出来将他扑到空气与水的界面上层，这个时候磷脂是不是应该像刚刚那样排列成单层， 这个时候我们发现所有的磷脂加在一起的细胞是红细胞表面积的2倍 （两倍） 这个数量关系说明了磷脂在细胞膜上应该是几层？ 相当于把单层分子折叠了一下刚好就是红细胞的表面积了，这时候的磷脂分子应该是排列成两层， 得出什么结论？ （排列成连续的两层） 这个结论和我们推测出的细胞膜的排列方式是一致的 这就是在水中形成的磷脂双分子层模式图，它是有两层的 大家想想用真核细胞的细胞膜做实验，数量关系还会是2倍吗？为什么？ 对，因为细胞器和细胞膜也是有膜的，也是有磷脂的 那用细菌呢？ （细菌是原核生物，没有有膜的细胞器，所以数量关系是两倍） 但是一般不用，因为它也是有细胞器的，制备起来很麻烦 资料4 二、细胞膜成分的探索 已知如果在油水界面中加入一定量的蛋白质，其表面张力降低。 内容：已知如果在油水界面中加入一定量的蛋白质，其表面张力降低。 科学家们对细胞膜的表面张力进行研究，发现细胞膜表面张力明显低于油水界面的表面张力； 20世纪初，科学家发现提取出的细胞膜会被蛋白酶分解，确定细胞膜中存在蛋白质 【思考】说明细胞膜中还可能含有什么物质？ 结论：推测细胞膜除含有脂质分子外，可能还附有蛋白质。 1935年 丹尼利和戴维森 细胞膜的表面张力 油—水界面的表面张力 < 细胞膜除了脂质，还有没有别的东西呢? 丹尼利和戴维森对细胞膜的张力进行了研究，有了新的发现 发现细胞膜表面张力明显低于油水界面的表面张力，且已知如果在油水界面加入一定的蛋白质，表面张力才会降低， 什么是张力呢？如果一个物质只在水中，它的受力是均匀的，如果在油水界面呢，油在上，水在下，互不相容，相互排斥，在分界线上的一些物质受力就不均匀，张力就很大，那如果在油里面加一点喜欢水的，减少一点他们之间的排斥力，是不是就可以降低油水界面的表面张力了？ 细胞膜表面的张力好像要第一点，说明细胞膜上必然存在一些不排斥水的物质，经过当时的研究呢，可知蛋白质可以降低表面张力 思考你认为细胞膜中还可能有什么物质？ （蛋白质） 走到这一步也仅仅是推测，后面随着技术的发展，科学家们确实通过化学分析确定了细胞膜中存在蛋白质 细胞膜有脂质，而细胞内外的环境都是水，所以细胞膜可以相当于一层油水界面 表面张力 促使液体表面收缩的力叫做表面张力。 水中水分子间相互作用力较强，因此表面张力较大，形成一个有支撑力的“膜”。 水黾 露珠 资料5 二、细胞膜成分的探索 科学家陆续测定了不同细胞的细胞膜的化学组分 你认为细胞膜还有什么物质组成？ 还有少量的糖类 细胞膜成分有什么异同？ 细胞膜由蛋白质、脂质和少量糖类组成 不同细胞膜中，各种物质的含量和成分是不同的 功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量就越多。 还有没有别的物质呢？ 后来又有科学家陆续测定了不同细胞的生物膜的化学组成，根据不完全统计法制作了这样一个表格， 你认为细胞膜除了我们刚刚探究出来的含有磷脂和蛋白质，还有什么物质？ （糖类），到此我们科学家们已经明确了细胞膜的成分，我们一起来总结一下 细胞膜的成分会因细胞的类型或者功能不同而具有一定的差异 脂质（约50%） 蛋白质（约40%） 糖类（约2%~10%） 主要 脂质和蛋白质等成分如何组成细胞膜？ 三、细胞膜结构的探索 资料1 1959年，罗伯特森(J.D.Robertsen)根据电镜下细胞膜的暗--亮--暗的三层结构。 提出假说： 1.细胞膜由“蛋白质一脂质-蛋白质”三层结构构成。 2.细胞膜为静态的统一结构。 可以通过各种方法去检测是否有脂质，那么最重要的提前一步应该是把脂质给提取出来 资料2：冰冻蚀刻实验研究细胞膜结构 阅读以下资料，说出你是否支持三明治模型主张 三、细胞膜结构的探索 变形虫摄食纤毛虫 受精卵卵裂 资料3：变形虫摄食和受精卵细胞分裂 三、细胞膜结构的探索 三、细胞膜结构的探索 蛋白质在磷脂双分子层中的分布 1970年，科学家利用细胞融合技术观察蛋白质运动 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、细胞膜结构的探索 1972年，辛格(S.J.Singer)和尼克尔森(G.Nicolson)总结前人的研究成果，并且在新的观察和实验证据的基础上 提出了新的生物膜模型——流动镶嵌模型，为大多数人所接受。 三、细胞膜结构的探索 1、细胞膜的主要成分？ 2、细胞膜的基本支架？ 3、蛋白质在脂质上的分布方式有哪些？ 4、糖被的功能？ 5、细胞膜的结构特点？ 6、细胞膜的功能特点？ 四、细胞膜的流动镶嵌模型 ①_______________是膜的基本支架。 磷脂双分子层 ②_______________以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中。 蛋白质分子 a.有的镶在磷脂分子层表面； b.有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中； c.有的贯穿于整个磷脂双分子层表面； ③细胞膜上_______ 和_____________________ 可以流动，因而细胞膜不是静止不动的，而是具有 。 流动性 磷脂 大多数蛋白质 流动镶嵌模型的基本内容 蛋白质 胆固醇 磷脂分子 磷脂双分子层 糖蛋白 糖脂 ④在细胞膜外表面，糖类分子与蛋白质结合形成___________，或与脂质结合形成_________，这些糖类分子叫做_______。 糖蛋白 糖脂 糖被 糖被功能：识别、保护、润滑、 细胞间信息传递。 判断细胞膜内外侧的方法： 外侧：糖蛋白的一侧 内侧：没有糖蛋白的一侧 流动镶嵌模型的基本内容 细胞膜的结构特性： 细胞膜的功能特性： 具有一定的流动性 选择透过性 细胞膜的结构： 细胞膜的功能： 总结： 流动镶嵌模型 3点 旁栏思考： 既然膜内部分是疏水的，谁分子为什么能跨膜运输呢？ ①水分子极小，可以通过由于磷脂分子运动而产生的间隙。 ②膜上存在水通道蛋白，水分子可以通过通道蛋白通过膜。 练习与应用：P46-2题 Lavf58.28.100 $