3.1 细胞膜的结构和功能课件-2026-2027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功能、流动镶嵌模型及科学探索历程，通过台盼蓝染色问题探讨导入，引导学生推测细胞膜功能，再经资料分析探索成分与结构，最终总结结构与功能关系，构建完整学习支架。 其亮点是以科学史为主线，结合欧文顿实验、人鼠细胞融合实验等，培养结构与功能观（生命观念）和科学思维（模型建构）。采用问题驱动和探究实践，助学生理解科学理论形成过程，提升探究能力，教师可借清晰逻辑和丰富素材优化教学。

第1节 细胞膜的结构和功能 第3章 细胞的基本结构 本节聚焦: 细胞膜有哪些主要功能？ 流动镶嵌模型的基本内容是什么？ 通过对细胞膜结构的探索过程分析，你对科学的过程和方法有哪些领悟？ 教学目标 1.从系统与环境关系的角度，阐明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。 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 1、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，不易通过活的细胞膜；死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，因此能被染色。 2、据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？ 细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能。 问题探讨 用台盼蓝染液染色后的死细胞和活细胞（放大200倍） 细胞膜作为系统的边界，也叫质膜。 同学们阅读P40—41的内容，探讨细胞膜的功能。 原始地球环境 一、细胞膜的功能 1、将细胞与外界环境分隔开 ⑴对细胞本身的意义： 保障细胞内部环境的相对稳定，并成为相对独立的系统。 ⑵在进化方面的意义： 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。 细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定 不需要、有害的物质（如细菌、病毒等）不容易进入 细胞 营养物质（氨基酸、无机盐、葡萄糖等） 细胞合成并分泌 细胞代谢产生 （DNA等） × 抗体、 激素等 细胞膜的控制作用是相对的 废物 （CO2、尿素等） 一、细胞膜的功能 2、控制物质进出细胞 流感病毒入侵细胞 × 台盼蓝染色排除法 活细胞 活细胞 活细胞 活细胞 分别用清水和沸水浸泡苋菜，观察水色变化 活细胞膜不让染料进 活细胞膜不让色素出 一、细胞膜的功能 2、控制物质进出细胞 ⑴通过分泌化学物质(如激素)传递信息 靶细胞：接受信号分子的细胞 受体：靶细胞膜上与信号分子特异性结合的位点，一般为糖蛋白。 内分泌细胞 分泌的激素 靶细胞 靶细胞 体液的传送 一、细胞膜的功能 3、进行细胞间的信息交流 海洋中同时存在着不同物种的精子和卵细胞，只有同一物种的精子与卵细胞才能发生结合。 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：精子和卵细胞的识别和结合。 发出信号的细胞 靶细胞 膜上接受信号分子的受体 与膜结合的信号分子 ⑵通过细胞膜直接接触传递信息 一、细胞膜的功能 3、进行细胞间的信息交流 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。 高等植物细胞间的胞间连丝 胞间连丝 ⑶通过形成通道传递信息（如高等植物之间的胞间连丝） 一、细胞膜的功能 3、进行细胞间的信息交流 一、细胞膜的功能 细胞膜的功能 将细胞与外界环境分隔开 保障了细胞内部环境的相对稳定 控制物质进出细胞 细胞膜的控制作用是相对的 进行细胞间的信息交流 化学物质传递 接触传递 通道传递 细胞膜还与细胞的能量转换、细胞识别、分泌、排泄、免疫等都有密切关系。 [思考]细胞膜的功能是由什么决定的呢？ 成分、结构→功能 对细胞膜成分的探索 材料： ①1895年，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。发现凡是易溶于脂质的物质，容易穿过膜，反之，不容易溶于脂质的物质，不容易穿过膜。 一、细胞膜的功能 思考·讨论 不溶于脂质的物质 溶于脂质的物质 细胞膜 细胞内 ● ● [思考]你从以上实验能得出什么结论？ 细胞膜的组成成分中含有脂质。（50%） 材料： ②20世纪初，科学家从哺乳动物成熟的红细胞分离出细胞膜，离心过滤并进行化学分析。 一、细胞膜的功能 思考·讨论 [思考]为什么选择哺乳动物成熟的红细胞来制备细胞膜？ 实验方法： 化学分析 实验结果： 组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。 无核膜和众多的细胞器； 无细胞壁，细胞易发生吸水涨破。 对细胞膜成分的探索 材料： 磷脂分子的结构特点: 【化学知识】磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸等所组成的小分子。磷脂的一端为亲水的头，两个脂肪酸一端为疏水的尾，是两性分子。 一、细胞膜的功能 思考·讨论 结构图 模型 磷酸 甘油 脂肪酸 头部 (亲水) 尾部 (疏水) 示意图 对细胞膜成分的探索 一、细胞膜的功能 思考·讨论 [思考]根据磷脂分子的特点，推测磷脂在水-空气界面上的排布为哪种方式？ 水 空气 D 水 空气 A 水 空气 B 水 空气 C √ 对细胞膜成分的探索 一、细胞膜的功能 思考·讨论 [思考]若细胞内外均为水环境，推测细胞膜中的磷脂分子应如何分布？ 水 水 水 水 对细胞膜成分的探索 材料： ③1925年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔，用丙酮从人的红细胞膜中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。 一、细胞膜的功能 思考·讨论 推论：细胞膜中的磷脂分子是连续的两层 表面积=S 单分子层表面积=2S 对细胞膜成分的探索 材料： ④1935年，英国学者丹尼利和戴维森，研究细胞膜的张力发现，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。 推测：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。 一、细胞膜的功能 思考·讨论 科学家将细胞膜从哺乳动物成熟的红细胞中分离出来，发现细胞膜不但会被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解。 （注：蛋白酶能专一性的催化蛋白质的分解） 对细胞膜成分的探索 一、细胞膜的功能 思考·讨论 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？ 最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析得出的。 2、根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气—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，“尾部”疏水，所以在水——空气的界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，“尾部”则朝向空气的一面。 科学家测得从哺乳动物成熟的红细胞中提取的脂质，铺成单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。 一、细胞膜的功能 思考·讨论 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？　　 磷脂分子有亲水的“头部”和疏水的“尾部”，在水溶液中，朝向水的是“头部”，“尾部”受水的排斥。当磷脂分子的内外两侧均是水时，磷脂分子的“尾部”相对排列在内部，“头部”则朝向两侧的水环境，形成磷脂双分子层。 　　细胞的内外都是水溶液，所以细胞磷脂分子的“头部”向着膜的内外两侧，而“尾部”相对排在内部，形成磷脂双分子层。 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？ 　　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。 细胞膜的主要成分 脂质（磷脂最丰富，另动物细胞膜有少量的胆固醇） 蛋白质 糖类 作用：磷脂是构成细胞膜的重要成分，决定细胞膜的形态。 作用：细胞膜功能的主要承担者，决定细胞膜的功能。 作用：与膜上蛋白质或脂质结合成糖蛋白或糖脂。 细胞膜主要是由脂质和蛋白质组成 大约占50% 大约占40% 大约占2%—10% 二、对细胞膜结构的探索 [思考]脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜呢？ 时间：1959年 人物：罗伯特森（J.D.Robertsen） 实验：在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构，即由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成。 提出假说：生物膜都是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构。 资料1 二、对细胞膜结构的探索 三明治模型 1、蛋白质在膜中的分布是对称的； 2、静态结构。 要点： 资料1 二、对细胞膜结构的探索 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 “三明治”结构模型有什么不足？ 把生物膜描述为静态的刚性结构，这显然与膜功能的多样性相矛盾； 电子显微镜是用电子束照射被检样品，由于电子与不同物质发生碰撞而产生不同散射度。因蛋白质电子密度高，故显暗带，磷脂分子电子密度低则呈亮带。 资料1 二、对细胞膜结构的探索 能解释蛋白质可以帮助物质运输，不能解释细胞的生长、膜的变形能力等。 蛋白质—脂质—蛋白质模型不能解释的现象 变形虫在吞噬草履虫 资料1 二、对细胞膜结构的探索 标本用干冰等冰冻。后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。 蛋白质在膜中的分布是不对称的； 冰冻蚀刻电子显微法 蛋白质在磷脂双分子层上的分布：镶、嵌、贯穿。 资料2 二、对细胞膜结构的探索 26 时间：1970年 人物：费雷和埃迪登等 实验：将人和鼠的细胞膜蛋白质用不同荧光染料标记后融合 结论：细胞膜具有流动性 人细胞 小鼠细胞 荧光标记 膜蛋白 诱导 融合 40分钟后 370C 人—鼠细胞融合实验 资料3 二、对细胞膜结构的探索 时间：1972年 人物：辛格和尼科尔森 假说：流动镶嵌模型 资料4 二、对细胞膜结构的探索 在新的观察和实验证据的基础上，1972年辛格和尼科尔森提出了新的细胞膜模型——流动镶嵌模型，为多数人所接受。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 实验、推理和想象 提出假说 实验验证 建构模型 修正模型 最初依据实验现象和已有的知识和信息，提出解释某一生物学问题的一种假说，再用进一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充。一种假说最终被接收或被否定，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。 提出假说 科学方法 二、对细胞膜结构的探索 29 1、膜的组成成分 主要是磷脂和蛋白质，还有少量的糖类。 2、膜的基本支架 磷脂双分子层（其内部是磷脂分子的疏水性的尾部，水溶性分子或离子不能自由通过，具有屏障作用。） [思考]既然膜内部是疏水的，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。 3、蛋白质分子的位置 ①镶在磷脂双分子层表面；②部分或全部嵌入磷脂双分子层中 ；③贯穿整个磷脂双分子层。 三、流动镶嵌模型的基本内容 （体现了膜结构内外的不对称性） 4、生物膜的结构特点 具有流动性(原因：磷脂分子可以侧向自由运动；大多数的蛋白质分子也是可以运动的)。 细胞膜的流动性意义：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。 功能特点：选择透过性 5、细胞膜外表面，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，或脂质与糖类结合形成的糖脂，这些糖类分子叫作糖被。（与细胞的保护、润滑、细胞识别、胞间信息交流等有密切联系）。 三、流动镶嵌模型的基本内容 思维导图 总结 细胞膜的功能 细胞膜的结构 决定 细胞膜的成分 将细胞与外界环境分隔开 控制物质进出细胞（选择透过性） 进行细胞间的信息交流 流动镶嵌模型 脂质：磷脂、胆固醇 蛋白质 糖类 磷脂双分子层是基本支架 蛋白质镶嵌在磷脂双分子层中 细胞膜具有流动性 32 再见 $