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结构与功能，以人工合成胰岛素与细胞合成的对比导入，通过“系统边界”类比过渡到细胞膜功能，再按成分探索、结构历程到流动镶嵌模型的逻辑，构建完整学习支架。 其亮点在于以科学史（欧文顿实验等）培养科学思维，通过模型构建（流动镶嵌模型）体现结构与功能观，结合脂质体药物运输落实社会责任。学生能形成生命观念，教师可借助清晰探究历程提升教学效率。

我国科学家完成人类历史上第一次人工合成胰岛素的创举，用了6年多的时间。但其实对于我们体内的胰岛细胞来说，合成和分泌胰岛素是非常平常且容易的事。为什么靠人力很难完成的工作，对于细胞来说却轻而易举呢？ 胰岛素 我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧。 ——引自翟中和院士等主编的《细胞生物学》 翟中和院士 第三章 细胞的基本结构 学习目标 通过对细胞膜的功能、组成和结构的学习，形成结构与功能相适应的生命观念。 生命观念 通过对细胞膜流动镶嵌模型的学习，培养模型与建模的科学思维方式。 科学思维 通过细胞膜成分和结构的探索历程，培养科学探究能力。 科学探究 将细胞膜的基本支架——磷脂双分子层联系到医学上，了解其药物运输中的作用。 社会责任 一个系统总有它的边界 国家边界：边防线等 细胞的边界：细胞膜（质膜） 人体边界：皮肤和黏膜 ？ 植物细胞最外面是细胞壁，那么植物细胞的边界为什么不是细胞壁而是细胞膜呢？ 植物的细胞壁起支持和保护的作用，具有全透性，并不能控制物质进出细胞，所以不是真正的边界。 植物细胞的立体结构 细胞壁 细胞膜 细胞质 细胞壁 液泡 细胞核 原生 质体 【成分】纤维素和果胶 【功能】支持和保护 【特性】具有全透性 细胞膜作为系统的边界，在细胞的生命活动中起什么作用呢？ 重点突破一 细胞膜的功能 【重点突破一】细胞膜的功能 推测的原始海洋景观想象图 使细胞成为相对独立的系统 保障了细胞内部环境的相对稳定 将细胞与外界环境分开 01 1 2 在原始海洋这盆“热汤”中，有机物逐渐聚集并相互作用，进化出原始的生命。而膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段。 【重点突破一】细胞膜的功能 控制物质进出细胞 02 营养物质 代谢废物 不需要或有害物质 抗体、激素等分泌物 病毒、病菌 重要成分 细胞膜的控制作用是相对的 细胞膜的功能特性：选择透过性 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 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，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，死细胞的细胞膜不能控制物质进出细胞，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。 死细胞 活细胞 【重点突破一】细胞膜的功能 进行细胞间的信息交流 03 在多细胞生物体内，各个细胞必须保持功能的协调，而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。而细胞间的信息交流，大多与细胞膜的结构有关。 【重点突破一】细胞膜的功能 进行细胞间的信息交流 03 （1）通过血液运输进行间接交流 过程：细胞分泌的信号分子，随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。 举例：胰岛B细胞分泌胰岛素作用于靶细胞。 内分泌细胞 靶细胞 激素 血管 受体：糖蛋白/蛋白质 细胞间信息交流的方式（一） 靶细胞 【重点突破一】细胞膜的功能 进行细胞间的信息交流 03 （2）通过细胞膜接触进行直接交流 发出信号的细胞 过程：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。 举例：精子和卵细胞之间的识别和结合。 与膜结合的信号分子 靶细胞 膜上接受信号分子的受体 细胞间信息交流的方式（二） 【重点突破一】细胞膜的功能 进行细胞间的信息交流 03 （2）通过细胞膜接触进行（直接）交流 过程：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。 举例：精子和卵细胞之间的识别和结合。 注意! 只有同种生物的精子和卵细胞能够识别和结合。 【重点突破一】细胞膜的功能 进行细胞间的信息交流 03 （3）通过细胞间的通道进行交流 细胞间信息交流的方式（三） 胞间连丝 胞间连丝 液泡 初生细胞壁 次生细胞壁 细胞质 细胞膜 两个相邻细胞的细胞壁 过程：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。 举例：高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，具有信息交流的作用。 注意！ 1 通道交流不需要受体 2 通道还具有物质运输的功能 【重点突破一】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 通过体液运输进行间接交流 通过细胞膜接触进行直接交流 通过细胞间的通道进行交流 ？ 结构决定功能，那么细胞膜的结构是怎么样的呢？ 总结 重点突破二 对细胞膜成分的探索 【重点突破二】对细胞膜成分的探索 1895年 欧文顿用500多种物质对细胞膜的通透性进行了上万次实验。 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 欧文顿据此推测：细胞膜的主要组成成分中含有脂质。 我就想搞清楚，细胞膜的成分是啥子？！ 发现：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？ 对现象的推理分析。 【重点突破二】对细胞膜成分的探索 20世纪 科学家利用哺乳动物成熟红细胞作为实验材料，制备出纯净的细胞膜。 【思考2】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 【重点突破二】对细胞膜成分的探索 20世纪 科学家利用哺乳动物成熟红细胞作为实验材料，制备出纯净的细胞膜。并对其进行化学分析，得知组成细膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。 头部 尾部 (亲水) (疏水) 【重点突破二】对细胞膜成分的探索 水 空气 在水—空气界面上，磷脂会形成单分子层，亲水头部向下与水面接触，疏水尾部朝向空气的一侧。 【思考3】如果把磷脂分子铺在水面上，磷脂分子将如何在水—空气界面上排布？ 那如果放在水里呢？ 【重点突破二】对细胞膜成分的探索 1925年 荷兰科学家戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺成单分子层，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成连续的两层。 【思考4】如果用其他细胞膜，如鸡的红细胞做实验，数量关系还是2倍吗？ 若用鸡的红细胞中的脂质在空气—水界面上铺成单分子层，测得的单层分子的面积会大于红细胞表面积的2倍。 【重点突破二】对细胞膜成分的探索 【思考5】细胞膜的两侧都是以水为基础的液体环境。请大胆的推测和想象一下，在这样的环境中，细胞膜中的磷脂分子应该如何排布？ 水环境 水环境 【重点突破二】对细胞膜成分的探索 【思考6】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？ 由于磷脂分子有亲水的“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环境时，磷脂的“尾部”相对排列在内侧，“头部”则分别朝向两侧水环境，形成磷脂双分子层。细胞的内外环境都是水溶液，所以细胞膜磷脂分子的“头部”向着膜的内外两侧，而“尾部”相对排在内侧，形成磷脂双分子层。 【重点突破二】对细胞膜成分的探索 苯 水 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。 【思考7】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？ 【重点突破二】对细胞膜成分的探索 1935年 英国学者丹尼利和戴维森发现细胞表面张力明显低于油水界面的表面张力。 既然细胞膜是由脂质构成的，那它放进水中应该性质和油—水界面类似，但表面张力为什么明显不同呢？ （当时已知，油滴表面如果吸附有蛋白质，表面张力就会降低。） 他们由此推测：细胞膜除含有脂质分子外，可能还附有蛋白质。 【重点突破二】对细胞膜成分的探索 人物 时间 实验过程及发现 推论及结果 欧文顿 1895年 通过上万次细胞膜通透性实验发现，脂溶性物质更易通过细胞膜 推测细胞膜由脂质组成 利用哺乳动物的红细胞制备细胞膜，进行化学成分分析 组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多 戈特 格伦德尔 1925年 从哺乳动物的红细胞中提取脂质，在空气-水界面中铺展成单分子层，其面积是红细胞表面的2倍 细胞膜中的磷脂必然排列为连续的两层 丹尼利 戴维森 1935年 发现细胞表面张力明显低于油水界面的表面张力。 细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质 20世纪 科学家 【重点突破二】对细胞膜成分的探索 细胞膜的成分 脂质（约占50%） 磷脂是构成细胞膜的主要成分，此外还有少量的胆固醇。 蛋白质（约占40%） 在细胞膜行使功能时起重要作用，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的数量和种类就越多。 糖类（2%-10%） 多与蛋白质、脂质结合形成糖蛋白、糖脂。 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。 不同细胞膜中，各种成分含量会有差异。 重点突破三 对细胞膜结构的探索 【重点突破三】对细胞膜结构的探索 1959年 罗伯特森在电镜下观察到了细胞膜的清晰的暗—亮—暗的三层结构，他提出：所有细胞膜都由蛋白质-脂质-蛋白质三层结构构成，是一种静态的统一结构。 细胞膜结构的电镜照片 “三明治模型” 蛋白质-脂质-蛋白质 细胞外 细胞内 蛋白质 蛋白质 脂双层 【重点突破三】对细胞膜结构的探索 【思考1】如果细胞膜是静态的，如何解释细胞的分裂、变形虫的运动呢？ 【重点突破三】对细胞膜结构的探索 1970年 科学家用荧光分别标记了小鼠和人细胞表面的蛋白质分子，并进行了人-鼠细胞融合实验。 小鼠细胞 人细胞 绿色荧光染料标记的膜蛋白 红色荧光染料标记的膜蛋白 诱导 融合 370C 40min 结果：两种颜色的荧光均匀分布。 该实验证明：细胞膜中的蛋白质是可以运动的。 【重点突破三】对细胞膜结构的探索 【思考2】细胞膜中的磷脂可以运动吗？哪些现象可以证明细胞膜的流动性呢？ 细胞分裂 变形虫的运动 单细胞动物的摄食 精卵结合 白细胞吞噬病菌 细胞膜中磷脂也可以运动，因此细胞膜并不是静态的，而是具有流动性。 【重点突破三】对细胞膜结构的探索 【思考3】根据以下资料思考，罗伯特森提出的“三明治”模型是否准确？ 资料1 1959年，罗伯特森利用电子显微镜拍摄到了细胞膜的图像为暗—亮—暗的三层结构的同时，测定出细胞膜的厚度为7—8nm，恰好是单层磷脂膜厚度的两倍。后来有人分析发现，若“三明治”模型成立，两层磷脂加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20nm。 资料2 物理学家采用冰冻蚀刻法在低温下将细胞膜断开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面，发现蛋白质镶嵌、贯穿于磷脂双分子层中。 【重点突破三】对细胞膜结构的探索 1972年 辛格（S. J. Singer）和尼科尔森（G. Nicolson）总结提出了新的生物膜模型—流动镶嵌模型，为大多数人所接受。 【重点突破三】对细胞膜结构的探索 细胞膜的探索历程总结 1895年 欧文顿提出细胞膜是由脂质组成的。 1925年 戈特和格伦德尔推测细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。 1935年 丹尼利和戴维森推测细胞膜除了含有脂质分子外，可能还附有蛋白质。 20世纪40年代 科学家推测脂质两边各覆盖着蛋白质 1959年 罗伯特森提出暗-亮-暗的三层结构模型 1972年 辛格和尼科尔森提出流动镶嵌模型 1970年 通过人鼠细胞融合实验表明细胞膜具有流动性 【重点突破三】对细胞膜结构的探索 科学方法—提出假说 一种假说最终被接受或被否定，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。 根据已有知识 提出假说 观察实验 修正补充 重点突破四 流动镶嵌模型的基本内容 【重点突破四】流动镶嵌模型的基本内容 1 1 1 1 蛋白质 2 2 3 4 5 糖蛋白 3 糖类 4 胆固醇 磷脂双分子层 5 细胞膜的结构 01 【重点突破四】流动镶嵌模型的基本内容 流动镶嵌模型的基本内容 02 生物膜的基本支架： 磷脂双分子层 (功能：具有屏障作用） 既然膜内部是疏水的，水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膜上存在水分子可以通过的水通道蛋白。 【重点突破四】流动镶嵌模型的基本内容 流动镶嵌模型的基本内容 02 蛋白质的分布情况 有的镶在表面 有的部分或全部嵌入 有的贯穿整个磷脂双分子层 磷脂双分子层 镶在表面 部分嵌入 贯穿整个 全部嵌入 (在物质运输等方面具有重要作用） 【重点突破四】流动镶嵌模型的基本内容 流动镶嵌模型的基本内容 02 糖蛋白 糖脂 糖类的分布： 只分布于细胞膜外表面， 这些糖类被称为糖被。 (功能：与细胞表面识别、细胞间信息传递等功能有密切关系） 糖类+蛋白质→糖蛋白 糖类+脂质→糖脂 细胞膜两侧具有不对称性 【重点突破四】流动镶嵌模型的基本内容 流动镶嵌模型的基本内容 02 细胞膜的结构特点： 具有一定的流动性 (①原因：构成膜的磷脂分子和大多数蛋白质是可以运动的。 ②作用：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。） 尝试制作细胞膜的流动镶嵌模型 细胞膜的结构 与社会的联系 右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)紫杉醇是脂溶性抗癌药物，人参皂苷g35是水溶性抗癌药物， 应分别包裹在脂质体的什么位置? (2)携带抗癌药物的脂质体如何将药物 送入病变细胞中? 水溶性药物被包在双分子层中（A），脂溶性药物被包在两层磷脂分子之间（B）。 通过膜的融合。 细胞外 细胞内 A B 本节课堂小结 本节课堂小结 结构 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 细 胞 膜 组分 保障了细胞内部环境的相对稳定 功能特点：选择透过性 磷脂 蛋白质 磷脂双分子层为基本骨架 镶、嵌入、贯穿 细胞膜外表面 内部疏水，屏障 决定膜的功能 细胞表面的识别、细胞间的信息传递等 细胞的物质运输、生长、分裂、运动等生命活动 糖类 结构特点：具有一定的流动性 a.通过体液运输进行间接交流 b.通过细胞膜接触进行直接交流 c.通过细胞间的通道进行交流 练习与应用 概念检测 判断题 【题1】基于对细胞膜结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。 （1）构成细胞膜的磷脂分子具有流动性，而蛋白质是固定不动的。 ( ) （2）细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能进入，而对细胞有害的物质则不能进入。( ) （3）向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下一个空洞。( ) × × × 概念检测 选择题 【题2】细胞膜的特性和功能是由其结构决定的。下列相关叙述错误的是（ ） A. 细胞膜的脂质结构使溶于脂质的物质，容易通过细胞膜 B. 由于磷脂双分子层内部是疏水的，因此水分子不能通过细胞膜 C. 细胞膜的蛋白质分子有物质运输功能 D. 细胞的生长现象不支持细胞膜的静态结构模型 B 拓展应用 【题1】在解释不容易理解的陌生事物时，人们常用类比的方法，将陌生的事物与熟悉的事物作比较。有人在解释细胞膜时，把它与窗纱进行类比：窗纱能把昆虫挡在外面，同时窗纱的小洞又能让空气进出。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方？ 把细胞膜与窗纱进行类比，合理之处是说明细胞膜也可以允许一些物质出入，阻挡其他物质出入。这样的类比也有不妥之处。例如，①窗纱是一种简单的刚性的结构，功能较单纯，细胞膜的结构和功能要复杂得多；②细胞膜是活细胞的重要组成部分，它主动地控制物质进出；而窗纱是没有生命的，它只是被动地允许体积小的物质通过。 拓展应用 【题2】下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。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。 （1）为什么两类药物的包裹位置各不相同？ 两层磷脂分子之间的部分是疏水的，脂溶性药物能被稳定地包裹在其中；脂质体的内部是水溶液，能在水中结晶的药物可稳定地包裹其中。 脂溶性药物 能在水中结晶的药物 拓展应用 【题2】下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。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。 （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？ 由于脂质体是磷脂双分子层构成的，到达细胞后可能会与细胞膜发生融合，也可能会被细胞以胞吞的方式进入细胞，从而使药物在细胞内发挥作用。 脂溶性药物 能在水中结晶的药物 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.45 $