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

第三章 细胞的基本结构 第1节 细胞膜的结构和功能 1 1. 细胞膜的功能 2. 对细胞膜成分的探索 3. 对细胞膜结构的探索 4. 流动镶嵌模型的基本内容 目 录 知识点1 细胞膜的功能 1.细胞膜的功能 （1）将细胞与外界环境分隔开 细胞膜将生命物质与外界环境分隔开，使细胞成为一个相对独立的系统，细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。 推测的原始海洋景观想象图 科学家用显微镜注射器将一种叫作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。为什么伊红不能逸出细胞？ 细胞的边界是细胞膜(质膜) 注入伊红 4 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？ 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。 死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能。 2.据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？ 具有控制物质 进出细胞的功能。 课本 P 40 思考：用凉水洗新鲜的苋菜，水一般不会变红，但高温炒熟的苋菜中却有红红的汤汁，这可能是因为什么？ 【联系生活】 高温炒熟的苋菜细胞失去了活性，使细胞膜失去控制色素进出细胞的功能而让汤水变红。 5 1.细胞膜的功能 不需要、有害的物质(如细菌、病毒等) 细胞 营养物质（氨基酸、无机盐、葡萄糖等） 废物 (CO2、尿素等) 不容易进入细胞 抗体、激素等 细胞内合成 并分泌到细胞外 排到细胞外 (DNA等有用成分) 细胞膜的功能特点：选择透过性。 （2）控制物质进出细胞 (细胞膜的控制作用是相对的) 进入细胞 不会轻易流失到细胞外 6 1.细胞膜的功能 ①通过细胞分泌化学物质(如激素)间接传递信息。 激素 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。 受体 化学本质：一般为糖蛋白。 作用：接受激素等化学物质的信号。 特点：特异性(一种受体只能识别一种或一类物质)。 （3）进行细胞间的信息交流 受体 信号分子 7 1.细胞膜的功能 发出信号的细胞 靶细胞 与膜结合的信号分子 精子和卵细胞之间的识别和结合 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。 ② 通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息。 （3）进行细胞间的信息交流 受体 8 1.细胞膜的功能 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：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。 思考：这种方式也需要信号分子与细胞膜上的受体进行识别与结合吗？ ③ 相邻两个细胞之间形成通道传递信息。 （3）进行细胞间的信息交流 不需要。 9 1.细胞膜的功能——小结 （1）将细胞与外界环境分隔开 细胞膜的功能特点：选择透过性。 （2）控制物质进出细胞 (细胞膜的控制作用是相对的) （3）进行细胞间的信息交流 ② 通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息。 ③ 相邻两个细胞之间形成通道传递信息。 细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。 ①通过细胞分泌化学物质(如激素)间接传递信息。 10 (1)图中物质或结构的名称：①与膜结合的 ；② ；③ 。 (2)植物细胞间的胞间连丝、人体内胰岛素的作用过程、精子和卵细胞之间 的识别和结合分别属于上面的哪种方式？ 例题：如图是细胞间的三种信息交流方式，据图分析： 信号分子 受体 胞间连丝 分别属于图C、图A、图B。 (3)图中受体的化学本质是什么？受体和信号分子的结合有没有特异性？ (4)细胞间信息交流过程中，识别信号分子的受体是否一定在细胞膜上？ 受体的化学本质：一般为糖蛋白，受体和信号分子的结合具有特异性。 识别信号分子的受体不一定在细胞膜上。(例：性激素的受体在细胞内部) 11 知识点2 对细胞膜成分的探索 12 2.对细胞膜成分的探索 阅读课本 P 42 对细胞膜成分的探索，并思考： 1 1895年，欧文顿做了什么实验？实验现象和推测分别是什么？ 2 20世纪初，科学家通过对哺乳动物红细胞膜进行化学分析，得出什么结论？ 3 1925年，荷兰科学家戈特和格伦德尔做了什么实验？由此推断出什么？ 4 1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了什么？作出了什么推测？ 13 2.对细胞膜成分的探索 实验现象： 据此推测： 细胞膜是由脂质组成的 相似相溶原理：通俗的讲，即分子结构越相似的物质，越容易相互溶解。 不溶于脂质的物质 溶于脂质的物质 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容易穿过细胞膜。 1895年，欧文顿根据对植物细胞的通透性的研究推测细胞膜由脂质组成的。 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？ （1） 1895年，欧文顿，细胞膜通透性实验 通过对现象的推理分析得出的 14 2.对细胞膜成分的探索 科学家用动物的卵细胞、红细胞、神经细胞等为研究材料，并利用哺乳动物的红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜，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。 亲水的头 疏水的尾 为什么选用哺乳动物成熟的红细胞制备纯净细胞膜？ 哺乳动物成熟的红细胞：①无细胞壁，更易吸水胀破；②没有核膜和细胞器膜，只有细胞膜一种膜结构，可避免其它膜的干扰, 易制备出纯净的细胞膜。 磷脂分子结构式 磷脂分子模型 磷脂分子示意图 （2） 20世纪初，科学家对哺乳动物红细胞膜进行化学分析 多个磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层 15 2.对细胞膜成分的探索 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。 细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。 由此推断： 磷脂的“头部”亲水，“尾部”疏水，所以在空气-水界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，“尾部”则朝向空气的一面。 空气-水界面上 讨论2：为什么磷脂在空气—水界面上铺展成单分子层? （3） 1925年，荷兰科学家戈特和格伦德尔 16 2.对细胞膜成分的探索 由于磷脂有亲水“头部”和疏水“尾部”，当磷脂的内外侧均是水环境时，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。 讨论3：磷脂在水中能自发地形成双分子层，如何解释这一现象？ 分析细胞膜由磷脂双分子层构成的原因。 细胞内外侧都是水环境。 讨论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。 细胞内 细胞外 水环境 水环境 17 2.对细胞膜成分的探索 细胞膜成分 丹尼利和戴维森推测： 思考：能否用已学知识证明细胞膜上有蛋白质呢？ 细胞的表面张力< 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。 双缩脲试剂 （4） 1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。 人们已发现油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低。 发现： 脂质:(约占50%) 蛋白质:(约占40%) 糖类:(约占2%-10%) 磷脂最丰富，动物细胞膜含有少量胆固醇。 一般细胞膜功能越复杂，蛋白质种类和数量越多。 判断：1.构成膜的脂质主要是磷脂、脂肪和胆固醇。(　　) 2.细胞膜的组成成分是固定不变的。(　　) 3.欧文顿通过对膜成分的提取和鉴定，推测细胞膜是由磷脂组成的。(　) 4.细胞膜上的蛋白质种类和数量决定了细胞膜功能的复杂程度。(　) × × × √ 糖类可与蛋白质或脂质结合形成糖蛋白或糖脂。 18 知识点3 对细胞膜结构的探索 19 3.对细胞膜结构的探索 脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？ 阅读课本 P 43~44 对细胞膜结构的探索，并思考： 1 1959年，罗伯特森有什么发现？提出什么假说？ 2 1970年，科学家做了什么实验？得出什么结论？ 3 1972年，辛格和尼科尔森提出了关于细胞膜的什么模型？ 3.对细胞膜结构的探索 提出假说： 蛋白质 蛋白质 脂质 所有的细胞膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，中间亮层是脂质，两边暗层是蛋白质。 他把细胞膜描述为静态的统一结构。 如果细胞膜是静态的,变形虫的变形运动,细胞分裂生长等生命活动能否完成? 提出质疑 ！ 胞吞 细胞膜结构的电镜照片（放大400000倍） 变形虫捕获两个草履虫 细胞分裂 白细胞吞噬细菌 （1） 1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜 清晰的暗—亮—暗的三层结构。 思考： 不能！ 21 3.对细胞膜结构的探索 结果： 这一实验及其他实验证据表明: 科学家用不同颜色的荧光染料分别标记小鼠和人的细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞融合。在37℃下经过40min，两种颜色的荧光均匀分布。从以上实验得出了什么结论？ 红绿色荧光均匀分布 膜蛋白可以运动 细胞膜具有一定的流动性 红色荧光染料标记的膜蛋白 绿色荧光染料标记的膜蛋白 （2） 1970年，荧光标记法，人鼠细胞融合实验 22 3.对细胞膜结构的探索 1) 成分：磷脂、蛋白质（主要）、糖类 2) 结构模型： 磷脂分子 磷脂双分子层 蛋白质分子 糖蛋白 糖脂 糖被 科学方法——提出假说：首先根据已有知识和信息提出解释某一生物学问题的一种假说，再用进一步的观察和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。 实验,推理,想象 提出假说 实验验证 提出假说 实验验证 建构模型 修正模型 （3） 1972年，辛格和尼科尔森提出细胞膜的流动镶嵌模型 23 知识点4 流动镶嵌模型的基本内容 24 4.流动镶嵌模型的基本内容 ① 细胞膜主要由磷脂和蛋白质构成。磷脂双分子层是膜的基本支架，内部是磷脂的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。 ② 蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中，有的镶在表面，有的部分或全部嵌入其中，有的贯穿于整个磷脂双分子层，与物质运输有关。 ③细胞膜不是静止不动的,而是具有一定的流动性，主要表现为磷脂可以侧向自由移动，蛋白质大多也能运动。(细胞膜的流动性与细胞完成物质运输,生长,分裂,运动等有关) ④ 细胞膜外表面的糖类分子叫作糖被。糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有关。 判断细胞膜外侧: 有糖蛋白或糖脂的一侧 细胞膜内侧:无糖蛋白或糖脂的一侧 1972年，辛格和尼科尔森 (糖蛋白:糖类与蛋白质结合；糖脂:糖类与脂质结合) 25 4.流动镶嵌模型的基本内容 1层细胞膜相当于1层磷脂双分子层相当于2层磷脂分子! 细胞膜的结构特点： 具有一定的流动性 细胞膜的功能特点： 具有选择透过性 影响细胞膜流动性的因素： 细胞膜的流动性主要受温度影响，在适宜的温度范围内，随外界温度升高，细胞膜的流动性增强，但温度超出一定范围，会导致膜被破坏。 26 4.流动镶嵌模型的基本内容 项目 细胞膜结构特点：一定的流动性 细胞膜功能特点：选择透过性 原因 实例 联系 项目 三层结构模型 流动镶嵌模型 不同点 相同点 课本 P 45 思考：既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？ ① 水分子极小，可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，水分子可通过通道蛋白通过膜。 事实上，只有活细胞才具有膜的流动性和选择透过性。 磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动 细胞选择性吸收所需物质 膜上蛋白质的种类和数量 变形虫的变形运动,细胞融合,胞吞胞吐 细胞膜的流动性是其表现选择透过性的结构基础 认为蛋白质均匀分布在脂质两侧 组成细胞膜的分子可以运动 认为蛋白质在细胞膜中不均匀分布 细胞膜是静态的统一结构 都认为细胞膜主要由蛋白质和脂质组成 27 4.流动镶嵌模型的基本内容 利用废旧物品制作生物膜模型 对细胞膜成分和结构的探索 1970年人鼠细胞融合(荧光标记法)及其他实验表明___________________ 。 1895年欧文顿推测__________________ 。 20世纪初化学分析得知细胞膜成分有_____________________________________。 1925年戈特和格伦德尔推测_______________________________________ 。 1959年罗伯特森电镜观察推测_______________________________________ 。 探索膜成分 探索膜结构 1972年，辛格和尼科尔森提出__________________________ 。 1935年丹尼利和戴维森推测_______________________________________ 。 细胞膜由脂质组成 细胞膜为暗-亮-暗(蛋白质-脂质-蛋白质)三层静态统一结构 细胞膜除含有脂质，可能还附有蛋白质 磷脂和胆固醇，且磷脂含量最多 细胞膜的流动镶嵌模型 膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层 细胞膜具有流动性 脂质:(约占50%) 蛋白质:(约占40%) 糖类:(约占2%-10%) 29 例题：一系列实验证明细胞膜具有流动性，荧光抗体免疫标记实验就是其中的一个典型例子，右图表示了人、鼠细胞融合的过程，分别将带有绿色荧光、能与人体细胞膜上HLA抗原特异性结合的抗体和带有红色荧光、能与小鼠细胞膜上H-2抗原特异性结合的抗体放入细胞培养液中，对人、鼠细胞进行标记。下列有关该实验的叙述不正确的是(　　) A.要使实验现象明显，可以适当提高细胞培养液的温度 B.选取不同生物细胞进行融合是因为不同生物细胞表面抗原差异较大 C.实验表明不同种细胞可以融合，而同种生物细胞不能进行融合 D.实验结果可以直接证明细胞膜上的蛋白质分子可以运动 C 课本 P 46 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。( ) 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 × × × 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？ 由双层磷脂分子构成的脂质体，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的环境，能在水中结晶的药物可稳定地包裹其中。 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的细胞膜发生融合，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。 二、拓展应用 （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？ 课本 P 46 32 33 THANK YOU ~ Lavf54.6.100 Lavf58.12.100 $