3.1 细胞膜的结构和功能（精品课件）

该高中生物学课件聚焦细胞膜的功能、成分及流动镶嵌模型，通过伊红扩散、台盼蓝染色等问题探讨导入，引导学生从现象推测细胞膜边界与控制物质进出功能，衔接成分探索、结构模型构建，形成从功能到结构的学习支架。 其亮点是以科学史为主线，通过欧文顿实验、人鼠细胞融合等探究历程渗透科学思维，结合问题驱动培养探究实践，以结构与功能观深化生命观念。采用对比表格小结流动性与选择透过性，教师可借高考真题提升教学针对性，助力学生核心素养发展。

必修一 分子与细胞 Cell is the basic unit of biological activity, including Cell Membrane, Cytoplasm, nucleus and other basic structures. 第3章 细胞的基本结构 第1节 细胞膜的结构和功能 学习目标： 概述细胞膜的主要功能。 分析细胞膜结构的探索过程，领悟科学探究的过程和方法。 概述流动镶嵌模型的基本内容。 说明：地球上最基本的生命系统——细胞，是有边界的； 它的边界就是 。 问题探讨： 【思考】 1.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？此实验 说明了什么？ 细胞膜（也叫质膜） 变形虫 问题探讨： 讨论： 1.为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？ 2.据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？ 【思考】 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。 活细胞具有选择透过性，台盼蓝不是细胞所需要的物质，不易通过细胞膜，所以活细胞不被染色，死细胞的细胞膜失去控制物质进出的功能，台盼蓝进入细胞，而被染色。 控制物质进出的功能。 草履虫 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图 膜的出现在进化方面的意义： 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。 一、细胞膜的功能： 抗体、激素等分泌物和废物 控制作用是相对的 水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等营养物质 对细胞有害的物质、病毒病菌 可进 可出 不可出 细胞内有用的成分 不易进 2.控制物质进出细胞 一、细胞膜的功能： 3.进行细胞间的信息交流 【思考】 1.细胞间信息交流的方式有几种？都是直接交流的吗？ 2.完成信息交流这一功能与细胞的结构有关系吗？ 一、细胞膜的功能： a.通过化学物质传递信息。 3.进行细胞间的信息交流 内分泌细胞 靶细胞 激素 血管 受体 内分泌细胞分泌的激素（如胰岛素），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。 一、细胞膜的功能： a.通过化学物质传递信息。 3.进行细胞间的信息交流 b.通过细胞膜直接接触传递信息。 发出信号的细胞 靶细胞 与膜结合的信号分子 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，精子和卵细胞之间的识别和结合。 一、细胞膜的功能： a.通过化学物质传递信息。 3.进行细胞间的信息交流 b.通过细胞膜直接接触传递信息。 c.细胞通道传递信息。 胞间连丝 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。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。 一、细胞膜的功能： 【课堂小结】 细胞膜的功能 将细胞与外界环境分隔开 控制物质进出细胞 细胞间的信息交流 通过化学物质进行交流 例如：胰岛素等激素 通过细胞间直接接触交流 精卵细胞识别与结合 通过通道交流 胞间连丝 【思考】 1.为什么？ 2.分析该结果，你有什么想法？ 3.初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析,还是通过膜成分的提取和检测？ 二、对细胞膜成分的探索： 资料1：欧文顿（E.Overton）实验 Year 1895年 探究历程 ● ● 细胞膜 ● 不溶于脂质的物质 ● 溶于脂质的物质 科学家欧文顿用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，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，不溶于穿过细胞膜。 相似相溶 通过对现象的推理分析的。 E.Overton提出假说：膜是由脂质组成的。 二、对细胞膜成分的探索： Year 探究历程 1897年 科学家对哺乳动物红细胞的细胞膜进行化学分析，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。 资料2：膜成分提取与鉴定实验 磷脂分子结构式 磷脂分子模型 磷脂分子示意图 亲水头部 疏水尾部 【思考】 1.为什么选用该材料？ 2.请根据磷脂分子的特点，建构磷脂分子在空气—水界面的分布模型。 a.无细胞壁 b.无核膜、细胞器膜等膜结构 水 3：细胞膜的两侧都有水环境存在，同学们想象一下在这样的环境中，磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢？ 水环境 水环境 4.如果将磷脂分子置于水—苯混合溶剂中，磷脂分子会如何分布呢？尝试画出磷脂分子的分布图。 水 苯 二、对细胞膜成分的探索： Year 探究历程 资料3：膜成分提取与鉴定实验 1925年，两位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。 水 推断： 细胞中的脂质分子必然 排列为连续的两层 1925年 二、对细胞膜成分的探索： Year 探究历程 资料4：细胞膜张力的研究 英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。他们发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。 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：细胞膜除了含有脂质分子外， 可能还有蛋白质。 脂质 （约50%） 糖类 （2%-10%） 蛋白质 （约40%） 磷脂 胆固醇 （少量） 细胞膜功能越复杂 蛋白质种类和数量越多 脂质和蛋白质等成分如何组成细胞膜的呢？ 1935年 细胞膜的组成成分 二、对细胞膜成分的探索： 2.根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气一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”向下与水面接触，“尾部”则朝向空气的一面。科学家因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，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。 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？ 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，磷脂分子的“尾部”相对排列在内侧，“头部”则分别朝向两侧水的环境，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。 【思考与讨论】 三、对细胞膜结构的探索： Year 探究历程 1959年，罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。 罗伯特森对细胞膜模型提出怎样的假说？ 蛋白质 蛋白质 脂质 所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。 他把细胞膜描述为静态的统一结构。 1959年 资料1: “三明治”结构模型 细胞的生长 变形虫的变形运动 白细胞吞噬细菌 受精时细胞融合 植物细胞质壁分离和复原 二、对细胞膜结构的探索： 膜静态模型不能解释下列现象： 三、对细胞膜结构的探索： Year 探究历程 将标本用干冰（或液氮）冰冻后断开，升温后暴露断裂面,在电镜下观察到的蛋白质分布模型如下： 蛋白质在磷脂双分子层中呈不对称分布。 资料2、冰冻蚀刻电子显微法 20世纪60年代 三、对细胞膜结构的探索： Year 探究历程 1970年，科学家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，将两个细胞融合。 细胞融合 小鼠细胞 人细胞 正在融合的细胞 37℃ 40min 融合细胞 人鼠细胞融合实验，得出的结论是什么？ 细胞膜上的大多数蛋白质是可以运动的，即细胞膜具有流动性 1970 资料3：人鼠细胞融合实验 三、对细胞膜结构的探索： Year 探究历程 1972年，桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)提出了新的生物膜模型——流动镶嵌模型 资料4：流动镶嵌模型 1972 科学方法： 提出假说 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。 四、流动镶嵌模型的基本内容： ②_______________是膜的基本支架。 磷脂双分子层 其内部是疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。 既然膜内部分是疏水的，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，水分子可以由此通过 基本内容： ①细胞膜主要由脂质和蛋白质组成 【思考】 四、流动镶嵌模型的基本内容： ③_________________以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中。 蛋白质分子 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 基本内容： 作用：识别、细胞间的信息传递、保护、润滑等。 分布：有的镶在磷脂分子层表面，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表面。 四、流动镶嵌模型的基本内容： 细胞膜的结构特性： 具有一定的流动性⭐ 补充：细胞膜的功能特性：选择透过性⭐ 基本内容： 原因：构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的 意义：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。 四、流动镶嵌模型的基本内容： 项目 流动性 选择透过性 主要表现 生物膜中的蛋白质和脂质分子在膜中可做多种形式的移动，膜整体也可以流动 细胞膜选择的小分子、离子可以通过，其它小分子、离子、大分子物质则不能通过。 结构基础 磷脂分子具有流动性，大多数蛋白质分子也可以运动 膜上蛋白质的种类和数量不同 区别 流动性是膜的结构特点 选择透过性是膜的功能特性 实例 变形虫的变形运动、细胞融合、胞吞、胞吐 植物对离子的选择性吸收、肾小管的重吸收 联系 流动性是选择透过性的基础，只有膜具有流动性，才能表现出选择透过性，凡是影响磷脂分子和蛋白质分子活性的因素（温度、pH、蛋白酶、脂溶剂等），均能够影响的流动性，影响膜的选择透过性 比较流动性与选择透过性： 五、课堂小结 巩固提高： 与生活的联系 用凉水洗红苋菜，水不变红；煮苋菜汤，汤却是红色的，可以用今天所学的知识解释一下吗？ 细胞壁 1 ．分布：植物、真菌及大多数 原核细胞 2．成分： 3．功能：支持、保护作用 4．特性：全透性 植物：纤维素和果胶 细菌：肽聚糖 一、概念检测 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。（ ） × × × 巩固提高： 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 巩固提高： 3.下列与细胞膜相关的叙述，正确的是（ 　） A.组成不同细胞膜的化学成分种类基本相同，但每种成分的含量不同 B.白细胞能吞噬某些细菌，说明细胞膜具有一定的选择透过性 C.在细胞膜的内表面还有糖类和蛋白质分子结合形成的糖被 D.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 A 巩固提高： D 5.新型冠状病毒（2019-nCoV）外有包膜结构，主要来源于宿主细胞膜，包膜上含有病毒自身的糖蛋白S，该糖蛋白S可以与人体某些细胞表面的蛋白ACE2结合，使病毒的包膜与宿主细胞膜融合，进而侵入宿主细胞。下列相关说法不正确的是（ ） A．新型冠状病毒外包膜的基本支架为磷脂双分子层 B．新型冠状病毒进入细胞的过程依赖于生物膜的选择透过性 C．新型冠状病毒的糖蛋白S能够与双缩脲试剂发生紫色反应 D.新型冠状病毒的核酸彻底水解可得到6种水解产物 B 巩固提高： 巩固提高： 6.荧光漂白恢复技术在细胞生物学中具有重要的应用价值,其包括三个步骤:绿色荧光染料与膜上的蛋白质结合,使细胞膜上呈现一定强度的绿色→激光照射膜上某绿色荧光区,使该区域内标记的荧光分子不可逆的淬灭(漂白)→检测淬灭部位荧光再现速率。实验过程如图甲所示,结果如图乙所示。下列说法错误的是（ ） A.淬灭部位荧光再现速率会受温度的影响 B.若不用激光照射淬灭,而是细胞膜的两部分分别被绿色和红色荧光材料标记,则一段时间后两种颜色的荧光会均匀分布 C.被激光照射淬灭部位的细胞膜失去了流动性 D.F2后若再进行一次激光照射淬灭,一段时间后检测的淬灭部位的荧光强度会更低 C （2025·广东·高考真题）罗伯特森（J．D．Robertson）提出了“蛋白质—脂质—蛋白质”的细胞膜结构模型。下列不属于该模型提出的基础的是（     ） A．化学分析表明细胞膜中含有磷脂和胆固醇 B．据表面张力研究推测细胞膜中含有蛋白质 C．电镜下观察到细胞膜暗—亮—暗三层结构 D．细胞融合实验结果表明细胞膜具有流动性 D 链接高考： （2022·河北·高考真题）关于细胞膜的叙述，错误的是（　　） A．细胞膜与某些细胞器膜之间存在脂质、蛋白质的交流 B．细胞膜上多种载体蛋白协助离子跨膜运输 C．细胞膜的流动性使膜蛋白均匀分散在脂质中 D．细胞膜上多种蛋白质参与细胞间信息交流 C 链接高考： （2024·湖南·高考真题）细胞膜上的脂类具有重要的生物学功能。下列叙述错误的是（　　） A．耐极端低温细菌的膜脂富含饱和脂肪酸 B．胆固醇可以影响动物细胞膜的流动性 C．糖脂可以参与细胞表面识别 D．磷脂是构成细胞膜的重要成分 A 链接高考： Lavf58.51.100 Lavf58.51.100 A．具有①的一侧是细胞膜的外侧 B．①与细胞识别有关 C．②构成细胞膜的基本支架 D．细胞膜的选择透过性与①的种类和数量有关 4．下图为细胞膜的流动镶嵌模型，有关叙述不正确的是(　　) $