3.1 细胞由质膜包裹（教学课件）生物沪科版必修1

细胞由质膜包裹 沪科版高中生物必修1《分子与细胞》第3章第1节 授课人：XXX 【学习目标】核心素养导向 生命观念 科学思维 科学探究 社会责任 建立“质膜的组成、 结构决定其功能”的 结构与功能观，理 解质膜作为细胞边界 的核心意义，认同生 命的有序性。 通过分析人鼠细胞 融合实验、红细胞溶 血现象，锻炼演绎推 理、归纳概括的逻辑 思维能力，能辨析质 膜相关易错概念。 能基于人鼠细胞融 合实验的变量分析， 设计简单的验证质膜 流动性的探究方案， 掌握科学实验的变量 控制思路。 能运用质膜功能的 相关知识，解释临床 输液、科学饮水、病 毒侵等生活/社会现 象向身边人科普健康 常识，拒绝伪科学。 【情境目录】探索生命边界的奥秘 主线问题：细胞膜的结构是怎样的？为什么能作为 细胞的边界，承担控制物质进出、信息传递的功能? 分情境一：人鼠细胞融合 实验--探究质膜的组成 与结构特点 分情境二：临床等渗输液 规范--探究质膜的功能 与特性 迁移应用：生活与健康中 的质膜科学 【主情境导入】生命边界的直观感知 1970年 人鼠细胞 鼠米细胞 核心思考： 低血微物环境 红细胞在低渗溶液 现象一：1970年人鼠细胞融合实验 (荧光标记的膜蛋白在融合后均匀分布) 细胞膜的结构究竟是竟是怎样的? 它为什么能作为细胞的边界，承担控制 物质进出、信息传递的复杂功能? 现象二：临床红细胞溶血现象 （红细胞在低渗溶液中吸水涨破） 第一部分 分情境一：人鼠细胞融合实验 探究质膜的组成与结构特点 【情境导入】1970年人鼠细胞融合经典实验 实验背景：1970年，科学家Frye和Edidin利用荧光标记法进行了人鼠细胞融合实验。 实验变量与过程： 红色荧光标记：人细胞膜蛋白 实验结果：两种颜色的荧光在融合细胞表面均匀分布。 绿色荧光标记：小鼠细胞膜膜蛋白 荧光标记 均匀分布 红色荧光标记 绿色荧光标记 人细胞膜蛋白 小鼠细胞膜蛋白 诱导融合 37℃培养 40分钟 （在37℃下） 均匀分布 荧光交替 均匀分布 小鼠细胞 人细胞 刚融合时的细胞 融合细胞结果 EILLIQUESI- 【驱动问题】膜蛋白是静止的还是运动的? 科学推论： 膜蛋白具有运动性，暗示细 胞膜并非刚性的静态结构， 而是具有某种“流体”性质。 深度思考： 1. 两种荧光最终均匀分布，说明细胞膜上的蛋白质是 静止的还是可运动的? 细胞膜的结构要满足什么条件，才能支持膜蛋白的这种运动? 【深度探究】质膜的组成成分 糖类：约占2%-10% 通常与蛋白质或脂质结合 糖类：约占2%-10% 通常与蛋白质或脂质结合 脂质：约占50% 主要是磷脂，含有胆固醇 蛋白质：约占40% 功能的主要承担者 不同功能细胞质膜蛋白种类与数量对比 细胞类型 功能复 杂程度 膜蛋白种类 数（估算） 膜蛋白所占 面积比例 红细胞 (RBC) 较低 约数十种 约30% 肝细胞 中等 数百种 约45% 肝细胞 (Neurion) 极高 数百种 约30% 神经细胞 (Neuron) 极高 上千种 约60%-70% 规律：功能越复杂的细胞，其质膜上 蛋白质的种类和数量就越多。 【深度探究】磷脂分子的“两亲性”结构 磷脂分子是构成质膜 的基本骨架成分。 亲水头部：含磷酸基团， 极性，喜欢与水分子结合 这种既亲水又疏水的特 性，决定了它在水环境 中的特殊排布方式。 疏水尾部：由两条脂肪 酸链组成，非极性，排 斥水分子 P.9 【深度探究】磷脂双分子层的排布逻辑 思考：细胞内外都是水环境，磷脂分子 会如何排布? 排布规律：磷脂分子自发形成双分子层。 亲水头部：朝向细胞外液和细胞内液。 疏水尾部：相对排列在内侧，避开水 环境。 意义：磷脂双分子层构成了质膜的基本 骨架，为 细胞提供了一个稳定的屏障。 细胞外液 细胞外液 (水环境) (水环境) 细胞内液 (水坏墒) 水环境 自发形成单层 (水面) 【深度探究】膜蛋白的存在形式与功能 膜蛋白在磷脂双分子层中的存在形式是不对称的: 覆盖 (Covering), 2. 镶嵌 (Embedded), 3. 贯穿 (Traversing)。 功能决定结构：膜蛋白承担了物质运输、信息传递、催化等多种 核心功能，因此其种类和数量直接决定了质膜功能的复杂程度。 截取质膜结构的一部分 贯穿 (Traversing): 跨膜蛋白 (e.g., channel or carrier protein) 镶嵌 (Embedded): 嵌合蛋白 (e.g., surface receptor) 部分嵌入 附着在表面 覆盖 (Covering): 跨膜蛋白 (e.g., channel or carrier protein) 整个横跨 【深度探究】糖被：细胞的“身份标签” 【文字内容】 组成：质膜外侧的糖类分子与蛋白质结合形成糖蛋白，与脂质结合形成糖脂。 分布：仅分布在质膜的外侧（可用于判断细胞膜的内外侧）。 核心功能： 细胞识别：如免疫细胞识别外来病原体、精卵结合。 保护与润滑：如消化道上皮细胞表面的糖被。 模式图 【画面描述】 模式图：质膜外侧的糖类分 子与蛋白质结合形成糖糖蛋 白，与脂质结合形成糖脂的 模式图。如图层、在质膜细 膜为较大分子，其外优遣质 膜的糖被。 《分子与细胞》- 细胞膜结构深度探究 糖被 (细胞外侧) 糖链 磷脂双分子层 (基本骨架) 胆固醇 外周蛋白 跨膜蛋白 探究活动：模型构建 第 13 页：【模型建构】质膜的流动镶嵌模型 探究活动：利用磷脂分子、膜蛋白、糖链卡片，构建质膜的结构模型。 模型要点总结（流动镶嵌模型）： 基本骨架：磷脂双分子层。 蛋白质分布：覆盖、镶嵌、贯穿，分布不对称。 磷脂分子卡片 膜蛋白卡片 糖链卡片 糖被位置：仅在细胞膜外侧。 【深度探究】质膜的结构特点--一定的流动性 结构特点：质膜具有一定的流动性。 微观原因： 构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动。 膜中的大多数蛋白质也是可以运动的。 影响因素：温度。 思考：若把人鼠融合细胞放在10℃下培养，荧光均匀 分布的时间延长到200分钟，说明了什么? 结论：温度降低，分子运动减慢，质膜流动性减弱。 荧光 荧光 荧光 磷脂分子和蛋白质分子在膜上移动的轨迹示意图 【易错辨析】植物细胞的边界是细胞壁还是质膜? 事实澄清 细胞壁：全通透性，水和溶质 分子可以自由通过，主要起支 持和保护作用。 质膜：具有控制物质进出的 功能，能维持内部环境的 相对稳定。 误区：植物细胞 最外层是细胞壁， 所以细胞壁是植 物细胞的边界。 结论：无论动 植物细胞，系 统的边界都是 质膜! （网状）细胞壁 第二部分 分情境二：临床等渗输液规范 -探究质膜的功能与特性 【情境导入】临床等渗输液规范 医疗规范：临床输液必须将药物 溶解在0.9%氯化钠（生理盐水） 或5%葡萄糖等与血浆渗透压相 等的等渗溶液中。 正常红细胞：呈双面凹的 圆饼状。 低渗溶液中的红细胞：吸水 膨胀，甚至涨破（溶血）。 严禁操作：绝对禁止使用纯水配 置输液药物直接输入静脉。 正常红细胞：呈双面凹的圆 饼状。 低渗溶液中的红细胞：吸水 膨胀，甚至涨破（溶血）。 【驱动问题】低渗溶液为何导致红细胞涨破? 深度思考： 为什么输低渗溶液（如纯水）会导致水分子大量进入红细胞使其涨破? 这一现象体现了质膜作为细胞边界的什么功能? 0 质膜 血红蛋白 Plasma Membrane 质膜 低渗溶液 核心启示： 质膜将细胞与外界环境分隔开，但这种分隔不是绝对 封闭的，质膜在控制物质进出方面发挥着关键作用。 第18页：[驱动问题] Stallenessy 0 【深度探究】质膜的功能一：分隔细胞与外界环境 功能一：将细胞与外界环境分隔开。 意义： 膜的出现是生命起源过程中至关 重要的阶段。 为细胞的生命活动提供了一个相 对稳定的内部环境。 保障了细胞内部各种生化反应的 有序进行。 形象比喻：质膜就像是细胞的“城 墙”，划分了生命的领地。 Krebs 【深度探究】质膜的功能二：控制物质进出细胞 blocked blocked 功能二：控制物质进出细胞。 表现：细胞需要的营养物质进入； 细胞产生的抗体、激素及废物排出; 细胞不需要的或有害的物质不容易进入。 【深度探究】质膜的功能特性--选择透过性 概念解析：水分子可以自由通过,细 胞要选择吸收的离子和小分子也可 以通过，而其他的离子、小分子和 Glucose 葡萄糖 大分子则不能通过。 Proteins 大分子蛋白质 功能特性： 选择透过性 8★·结构基础： 磷脂双分子层的疏水核心(箭头指 向疏水核心)限制了水溶性分子的 自由通过。 K+ ions 膜上特定转运蛋白的种类和数量 Water 离子 molecules (指向不同的通道蛋白)决定了哪些 水分子 物质可以进出。 总结：结构特性 （流动性）是功能特性（选择透过性）的基础。 【深度探究】选择透过性的相对性（新冠病毒入侵） 思考：既然质膜能控制物质进出，为 什么新冠病毒仍然可以入侵人体细胞? 机制解析：新冠病毒表面的S蛋白， 能够特异性识别并结合人体呼吸道上 皮细胞膜表面的ACE2受体（糖 蛋白），从而“骗”过质膜的防线进 入细胞。 ACE2受体 （糖蛋白） “解锁”过程： S蛋白与ACE2受体 特异性结合 ① ② ③ 结论：质膜的控制作用是相对的。环 境中有一些对细胞有害的物质（如某 些平病毒、病菌、毒素）在特定条件 下也能进入细胞。 【深度探究】质膜的功能三：进行细胞间的信息交流 功能三：进行细胞间的信息交流。 意义：多细胞生物体内的各个细胞不是孤立存在的，它们必须保持功能的协调，这依赖于物质 和能量的交换，以及信息的交流。 核心问题：细胞间的信息交流有哪几种主要方式？是不是所有信息交流都赖细胞膜表面的受体？ 【信息交流方式一】信号分子与膜表面受体结合 方式一：通过体液运输的间接交流。 过程：内分泌细胞分泌信号分子（如激素）→随血液 循环运输→与靶细胞膜表面的受体结合→传递信息。 实例：胰岛素调节血糖、神经递质传递神经冲动。 关键点：依赖质膜外侧的糖蛋白（受体）。 内分泌细胞 信号分子 (如激素) 血液管 血液循环运输 目靶细胞膜 信号分子器 4 目标细胞膜 信号分子与受体结合机制 【信息交流方式二】脂溶性信号分子与胞内受体结合 脂溶性信号分子 方式二：脂溶性信号分子直接穿膜 (性激素) 脂溶性信号分子一 (性激素) 细胞膜 胞内受体蛋白 易错辨析：是不是所有信息交流都依赖细胞膜表面的受体？ 结论：信息交流不一定需要膜表面受体，受体也可能存在于细胞内部。 胞内核受体 Page 26 【信息交流方式三】通道交流（植物胞间连丝） 方式三：相邻细胞间形成通道进行直接交流。 过程：相邻细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。 实例：高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，进行细胞间的信息交流和物质运输。 关键点：这种方式无需受体参与。 质膜 质膜 连丝微管 携带信息的物质 细胞质套筒 细胞壁 通过胞间连丝运输 水滴 药物 第三部分 迁移应用与课堂总结 生活与健康中的质膜科学 沪科版高中生物必修1《分子与细胞》第3章第1节 【迁移应用】生活现象解释：“水中毒” 18岁男生为解暑1小时内喝6升纯净水， 出现抽搐、昏迷的“水中毒”症状被 送医。 Normal Hyperosmotic Hypoosmotic Environment 正常状态 （低渗环境） 状态 Water Red Blood Cell 科学解释：短时间内大量饮用纯水，导致细胞 外液渗透压急剧下降（形成低渗环境），水分 子大量涌入细胞，导致细胞（特别是脑细胞） 吸水膨胀，引发功能障碍。 健康建议： 适量、分次饮水，避免暴饮。 脑细胞吸水膨胀， 引发功能障碍 大量出汗后应补充淡盐水或运动饮料，维持渗透压平衡。 【迁移应用】社会责任：防范新冠病毒突变株 科学前沿：新冠病毒突变株（如奥密克戎）通过突变S蛋白，增强了与人体细胞膜上ACE2糖蛋白 的结合能力，从而大幅提升了传播力。 原始株 突变株 Normal S-Protein Mutated S-Protein (e.g., Omicron) ACE2 ACE2 Receptor 较低亲和力 增强亲和力 Receptor 深度思考：为什么突变株传播性更强？我们可以通过什么方式减少病毒入侵？ 防护启示 物理阻断：戴口罩、勤洗手， 减少病毒接触黏膜细胞的 机会。 免疫防线：接种疫苗，产生抗 体提前中和病毒，阻止其与细 胞膜受体结合。 【课堂总结】质膜核心知识网络 $