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3章 细胞的基本结构 第1节 细胞膜的结构和功能 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的分析， 你对科学的过程和方法有哪些领悟？ 1 资料：卵黄膜可看作是卵细胞膜，只有卵黄膜完好时，才能维持卵细胞的正常形态。戳破卵黄膜，蛋黄就流出来了。 【联系生活】生活中你见过细胞膜吗？ 鸡蛋的蛋黄是一个卵细胞。 Q：将鸡蛋打在盘子里，鸡蛋里的卵黄和卵清是如何分布的？为什么会如此分布？（细胞膜的功能1：将细胞和外界环境分隔开） 戳破细胞膜，蛋黄就流出来了，说明细胞膜具有什么功能？ 2 一、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被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和试验结果相吻合。 已有的知识和信息 提出假说 进一步观察与实验 修正和补充 推测：细胞膜是由脂质组成的 二、对细胞膜成分的探索 【资料1】1895年欧文顿做多种物质对膜的通透性实验时发现，溶于脂质的物质容易通过细胞膜，不溶于脂质的物质不容易通过细胞膜。 相似相溶原理 已有的知识和信息 提出假说 进一步观察与实验 修正和补充 【资料2】化学分析实验：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，并对细胞膜的成分进行分析。 【思考】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。 组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂最多。 二、对细胞膜成分的探索 已有的知识和信息 提出假说 进一步观察与实验 修正和补充 【资料3】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；当时人们已经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。 细胞膜除含有脂质分子外，可能还附有蛋白质。 【资料4】 20世纪初，科学家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。从而证明细胞膜中存在蛋白质。 科学家已经确定细胞膜中存在蛋白质。 二、对细胞膜成分的探索 小结细胞膜的成分组成 细胞膜的组成成分 脂质 （约50%） 糖类 （2%-10%） 蛋白质 （约40%） 磷脂（主要） 胆固醇（动物少量） 注意：细胞膜的组分并不是不可变的，如细胞癌变过程中，细胞膜组分发生变化，糖蛋白含量下降，产生甲胎蛋白(AFP)、癌胚抗原(CEA)等物质。 进一步探索：这些化学成分是如何组装成细胞膜的？ 【小资料】神经髓鞘的蛋白质含量不仅少且种类只有3种，其作用也简单，主要起绝缘作用。肝细胞、大肠杆菌的细胞膜都承担着非常复杂繁多的生理功能，它们的细胞膜中蛋白质的种类和数量均较多。 细胞膜的功能主要由蛋白质承担； 功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。 由上述材料可知，蛋白质在细胞膜中的地位？ 【磷脂】是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子。磷酸基团的“头部”是极性、亲水的，脂肪酸“尾部”是非极性、疏水的。 三、对细胞膜结构的探索 头部亲水 尾部疏水 磷脂分子示意图 磷脂分子结构式 已有的知识和信息 提出假说 进一步观察与实验 修正和补充 【磷脂】是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子。磷酸基团的“头部”是极性、亲水的，脂肪酸“尾部”是非极性、疏水的。 三、对细胞膜结构的探索 已有的知识和信息 提出假说 进一步观察与实验 修正和补充 模型建构1：根据磷脂分子的特点，推测磷脂分子在空气-水界面上会怎么样排布？ 空气 水 模型建构2：细胞内外都是水环境，预测细胞膜中磷脂的排布方式？ 水溶液 (内) 水溶液 (外) 【磷脂】是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子。磷酸基团的“头部”是极性、亲水的，脂肪酸“尾部”是非极性、疏水的。 三、对细胞膜结构的探索 已有的知识和信息 提出假说 进一步观察与实验 修正和补充 推断：细胞膜中的磷脂分子排列为双层 【资料1】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。 细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层 进一步思考：人的肝细胞，脂单分子层的面积与细胞表面积的关系？ 大于2倍。 因为肝细胞内还有核膜和细胞器膜。 三、对细胞膜结构的探索 【资料2】1959年，罗伯特森在电子显微镜下观察细胞膜。发现细胞膜呈现清晰的暗—亮—暗的三层结构。关于电镜成像：电子束照射大分子物质，散射度高，呈暗带；照射小分子物质，散射度低，呈亮带。 所有的 细胞膜都是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构。 已有的知识和信息 提出假说 进一步观察与实验 修正和补充 科学家们对“三明治模型”的静态结构模型提出质疑，请你猜一猜出他们为什么质疑？ 不能解释细胞的生长和分裂、白细胞吞噬细菌、变形虫的运动等。 三、对细胞膜结构的探索 变形虫捕获两个草履虫 细胞分裂 白细胞吞噬细菌 关于电镜成像：电子束照射大分子物质，散射度高，呈暗带；照射小分子物质，散射度低，呈亮带。 请根据资料1，分析罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构中蛋白质的分布方式。 三、对细胞膜结构的探索 罗伯特森——电镜——细胞膜呈现的暗—亮—暗的三层静态结构 已有的知识和信息 提出假说 进一步观察与实验 修正和补充 所有的 细胞膜都是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层构成的静态统一结构 【资料3】物理科学家在低温下将细胞膜切开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面（冰冻蚀刻法），发现蛋白质镶嵌、贯穿于磷脂双分子层中 。 蛋白质在脂双层上的分布：还有镶嵌和贯穿。 三、对细胞膜结构的探索 罗伯特森——电镜——细胞膜呈现的暗—亮—暗的三层静态结构 已有的知识和信息 提出假说 进一步观察与实验 修正和补充 所有的 细胞膜都是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层构成的静态统一结构 人鼠细胞融合实验： （荧光标记技术） 质膜荧光漂白恢复实验 融合细胞 细胞 融合 37℃ 40min 正在融合的细胞 红色荧光染料标记膜蛋白 绿色荧光染料标记膜蛋白 人细胞 小鼠细胞 这一实验以及相关的其他实验证据表明，细胞膜具有流动性。 实验结论： 细胞膜上的蛋白质是可以运动的。 磷脂分子的运动 侧向扩散 旋转运动 摆动运动 伸缩震荡 翻转运动 旋转异构 三、对细胞膜结构的探索 14 磷脂分子也能运动。 三、对细胞膜结构的探索 罗伯特森——电镜——细胞膜呈现的暗—亮—暗的三层静态结构 已有的知识和信息 提出假说 进一步观察与实验 修正和补充 所有的 细胞膜都是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层构成的静态统一结构 【资料6】1972年辛格和尼克尔森总结前人的研究成果，并且在新的观察和实验证据的基础上，提出了新的生物膜模型：流动镶嵌模型，为多数人所接受。 细胞膜结构模型——流动镶嵌模型 脂双层为基本骨架 磷脂 蛋白质 结合、嵌入、贯穿 细胞膜 糖类 组分 内部疏水，屏障 物质运输等 细胞膜外表面 信息传递等 结构 磷脂分子 磷脂双分子层 糖蛋白 糖脂 糖被 三、对细胞膜结构的探索 细胞膜具有一定的流动性 构成膜的 可以侧向自由移动， 大多数 也是可以运动的。 磷脂分子 蛋白质分子 温度：一定范围内，温度升高，膜流动性 。 加快 结构特点 内容 原因 影响因素 蛋白质分子 课堂练习 1、如图是细胞膜的亚显微结构模式图，①～③表示构成细胞膜的物质，下列有关说法错误的是(　　) A．细胞之间的相互识别与①有关 B．②表示蛋白质分子 C．②③分子大都是可以运动的 D．细胞膜的功能特性与③分子无关 2、据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素D等物质较容易优先通过细胞膜，这是因为(　　) A．细胞膜具有一定的流动性 B．细胞膜是选择透过性膜 C．细胞膜的结构以磷脂双分子层为基本支架 D．细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子 D C 17 将细胞与外界环境分隔开 1 四、细胞膜的功能 原始海洋中有机物聚集进化出原始生命 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。 细胞膜出现 意义 系统的边界 是你，隔开了了原始海洋的动荡； 是你，奏鸣了生命的交响； 是你，为我日夜守边防； 是你，为我传信报安康。 啊，伟大的细胞膜呀！ 没有你，我会是何等模样！ 【思考】细胞膜作为系统的边界，它在细胞的生命活动中起什么作用？ 正是因为细胞膜的出现，能够将细胞与外界环境分隔开来，使细胞能够成为一个相对独立的系统，在生命起源过程中有着至关重要的作用。 原始生命起源于哪里？（海洋） 原始大气中没有氧气，温度很高，海洋中有机物很多，所以最开始的时候生命起源于海洋，当有机物分子有机的组合构成细胞膜后，产生原始细胞使得细胞能够作为一个相对独立的系统。 最早的生命由甲烷被电击(自然中的闪电)后合成的,一开始是在海洋中,后来才扩展到陆地上. 18 生活场景：新鲜的苋菜叶泡进水中，水一般不会变红，但高温炒熟的苋菜中却有红红的汤汁，据此推断，细胞膜作为系统的边界应该具有什么样的功能？ 四、细胞膜的功能 控制物质进出细胞 2 抗体、激素等分泌物和废物 水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等。 控制作用是相对的 不需要的、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 营养物质 DNA、RNA等。 思考：为什么活细胞不能被染色而死细胞能被染色？ 细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。 活细胞不易被染色，死细胞的细胞膜失去选择透过性，因此，被台盼蓝染上颜色。 小资料：科研上鉴别死细胞和活细胞，常用“染色排除法”。例如，用台盼蓝染色，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色，从而判断细胞是否死亡。 四、细胞膜的功能 细胞膜的功能特点：选择透过性 资料：施莱登和施旺在细胞学说中强调“细胞既是一个相对独立的单位，又和其他细胞构成的整体起作用”。由此说明多细胞生物体的生命活动必须依赖于细胞之间的协调配合才能完成。 进行细胞间的信息交流 3 四、细胞膜的功能 （1）间接交流：细胞分泌化学物质（如激素），通过膜表面的受体传递信息。 （2）直接交流：细胞膜的接触 受体 血管 发出信号的细胞 靶细胞 与膜结合的信号分子 例如，精子和卵细胞之间的识别和结合。 1、化学本质：糖蛋白 2、特点：专一性 接受信号的细胞 如：高等植物细胞间的胞间连丝 （3）通道交流：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。 进行细胞间的信息交流 3 四、细胞膜的功能 注意：通过胞间连丝传递信息，不需要细胞膜上的受体。 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。 课堂练习 [正误辨析] (1)动植物细胞中，系统的边界都是细胞膜。(　　) (2)膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段。(　　) (3)细胞之间的信息交流必须依赖于细胞膜表面的受体。(　　) (4)没有信息交流，多细胞生物体也能完成生命活动。(　　) √ √ × × 1．细胞之间通过信息交流，保证细胞间功能的协调。下列说法错误的是（ ） A．B细胞与乙细胞上的受体化学本质都是蛋白质 B．图2可以表示精子与卵细胞的识别 C．细胞间信息交流的方式多种多样，可以是细胞接触传递信息，也可以通过化学物质传递 D．细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构 D 1.分布： 2.成分： 3.功能： 4.性质： 无生物活性，是全透性的 植物、真菌及大多数原核细胞都有细胞壁 植物---纤维素和果胶 细菌---肽聚糖 支持和保护 思考：为什么细胞壁不是植物细胞的边界？ 细胞壁对要进出细胞的物质没有选择性（即全透性），它不能保证细胞内部的稳定。 五、细胞壁 真菌---几丁质 总结细胞膜 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。 （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？ 拓展训练 Lavf58.28.100 $