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

3.1 细胞膜的结构与功能 为什么死细胞被染色，活细胞不被染色？ 死细胞的细胞膜不能控制物质进出细胞，活细胞的细胞膜具有选择透过性。 细胞膜具有控制物质进出的功能 科学家常用台盼蓝染液鉴别动物细胞是否死亡，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。 问题探讨 2 一个国家有陆地、海域、领空的边界，皮肤和黏膜是人体的边界。边界的存在对于维持国家及机体的稳定至关重要！ 细胞的边界是细胞膜(质膜)。细胞膜在细胞的生命活动中起什么作用呢？ 一、细胞膜的功能 3 推测的原始海洋景观想象图 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。 1.将细胞与外界环境分隔开 一、细胞膜的功能 2.控制物质进出细胞 需要的营养物质 不需要的物质 抗体、激素等物质 代谢废物 可以进入 不容易进入 排出 分泌出去 有用的成分不会轻易流失到细胞外 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 病菌、病毒等 可能侵入 一、细胞膜的功能 3.进行细胞间的信息交流 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 血 液 的 传 送 内分泌细胞 分泌的激素 靶细胞 靶细胞 （1）通过化学物质传递信息 与靶细胞膜上的受体结合，将信息传递给靶细胞 靶细胞：接受信号的细胞 受体：靶细胞膜上与信号分子特异性结合的结构，一般为糖蛋白 一、细胞膜的功能 与膜结合的信号分子 膜上接受信号分子的受体 发出信号的细胞 靶细胞 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）通过细胞膜直接接触传递信息 精子和卵细胞之间的识别和结合 精子只能与同种生物的卵细胞结合，为什么？ 3.进行细胞间的信息交流 一、细胞膜的功能 3.进行细胞间的信息交流 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。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。 （3）通过细胞间通道传递信息 胞间连丝 1、新鲜的苋菜叶泡进凉水中，水一般不会变红，但高温炒熟的苋菜中却有红红的汤汁，这与细胞膜的功能有何关系？ 细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。 2.莲“出淤泥而不染” 细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。 学以致用 3、没有受精的鸡蛋中，鸡蛋黄可看作一个卵细胞。蛋清是供受精卵发育的营养物质。鸡蛋打碎后，蛋清会迅速平摊在桌面，朝各个方向流去，蛋黄为什么不会？ 细胞膜具有将细胞与外界环境分隔开的功能 4、鼻子接触香水分子，为什么大脑皮层能产生“香”的感觉?手碰到火，为什么手臂的肌肉会收缩？ 进行细胞间的信息交流 学以致用 1895 欧文顿（E.Overton）实验： 细胞膜 推测： 膜是由脂质组成的。 非脂溶性物质 脂溶性物质 相似相溶原理 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？ 最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析而推测出来的。 二、对细胞膜成分的探索 红细胞的细胞膜 20世纪初 科学家利用哺乳动物的红细胞，制备出纯净的细胞膜，进行化学分析。 组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。 结论： 实验： 为什么要用哺乳动物的红细胞来制备出纯净细胞膜呢？ 细胞膜具体是由哪些脂质组成呢？ ①动物细胞无细胞壁，更易吸水胀破。 ②哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和众多的细胞器。 二、对细胞膜成分的探索 1917 指出磷脂分子的头部是亲水的，尾部是疏水的。 结构图 模型 示意图 亲水端 （磷酸） 疏水端 （脂肪酸） 朗姆瓦 二、对细胞膜成分的探索 思考：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。 水 空气 1917 二、对细胞膜成分的探索 实验：用丙酮从红细胞中提取脂质，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。 E.Gorter 1925 推断：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层！ 二、对细胞膜成分的探索 讨论 ：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。 水环境 1935 实验：丹尼利（J.F.Dznielli）和戴维森（H.Davson）研究细胞膜张力，发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。 推测：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。 二、对细胞膜成分的探索 细胞膜的成分 脂质（约 50％ ） 蛋白质（ 约40％ ） 糖类（约 2％~10％ ） 磷脂最为丰富，此外还有少量胆固醇 研究发现： 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。 蛋白质在细胞膜行使功能方面起着重要作用， 功能越复杂的细胞膜，蛋白质种类和数量越多。 二、对细胞膜成分的探索 罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。 1959 两层暗 一层亮 提出假说：生物膜为“蛋白质—脂质—蛋白质”三层静态统一结构模型 “蛋白质-脂质-蛋白质”结构模式图 三、对细胞膜结构的探索 不合理①：细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的变形运动这样的现象都难以解释。 变形虫摄取 酵母菌出芽生殖 不合理②：测定细胞膜的厚度为7—8 nm，恰好是单层磷脂膜厚度的两倍，而按照“三明治”模型，加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20nm。 三、对细胞膜结构的探索 20世纪 60年代 冰冻蚀刻电子显微法： 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： 结论：蛋白质镶嵌、贯穿、嵌入在磷脂双分子层中 三、对细胞膜结构的探索 诱导融合 40分钟后 370C 荧光标记膜蛋白 鼠细胞 人细胞 结论：细胞膜上的蛋白质是可以运动的。细胞膜具有一定的流动性。 1970 弗雷和埃迪登( Frye 和 Edidin ):人鼠细胞融合实验 三、对细胞膜结构的探索 S. J. Singer 1972 辛格(S.J.Singer)和尼克尔森(G.Nicolson)提出了新的生物膜模型——流动镶嵌模型 三、对细胞膜结构的探索 1972年 辛格(S.J.Singer) 、尼科尔森(G.Nicolson)提出的流动镶嵌模型为多数人所接受。 ① ① ② ③ ④ ⑤ 糖脂 四、流动镶嵌模型 1. 磷脂双分子层是细胞膜的基本支架，其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。 1972年 辛格、尼科尔森提出了细胞膜的流动镶嵌模型 旁栏思考：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； ②是因为膜上存在水通道蛋白，水分子可以由此通过。 细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的 四、流动镶嵌模型 2.蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层：表面；部分或全部嵌入，贯穿。这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。 1972年 辛格、尼科尔森提出了细胞膜的流动镶嵌模型 细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的 体现了膜结构的不对称性 四、流动镶嵌模型 3.细胞膜的外表面还有糖类分子，它和蛋白质分子结合形成的糖蛋白或与脂质结合形成的糖脂，这些糖类分子叫做糖被，糖被在细胞生命活动中有重要的功能，例如糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系。 1972年 辛格、尼科尔森提出了细胞膜的流动镶嵌模型 细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的 如何判断细胞膜的内外侧？ 四、流动镶嵌模型 思考：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？ 【答案】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。 【答案】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？ 思考：学了本节知识，你对科学的过程和方法有哪些领悟？ 科学探索永无止境：是科学家在继承与不断修正过程中建立并完善，主要有科研探索的精神、科学思维方法（归纳法、提出假说法）以及技术手段支持。 人类对自然界的认识永无止境，随着技术的不断创新和改进，人们对膜的研究必将更加细致入微……。 新的征程 课堂小结 双分子层为基本骨架 细胞的物质运输、生长、分裂、运动等生命活动 磷脂 蛋白质 镶嵌、嵌入、贯穿 细胞膜 糖类（少） 组分 内部疏水，屏障 物质运输等 细胞表面 信息传递等 运动 运动 结构特点：流动性 1.将细胞与外界环境分隔开 结构 功能 2.控制物质进出细胞 3.进行细胞间的信息交流 1.苋菜无论用清水怎么洗，都不见红色物质，但如果放在开水中烫，水立刻变成红色，这是因为(   ) A.在清水中没有物质出入 B.沸水使细胞膜失去控制物质进出的功能 C.在清水中细胞膜没有控制物质进出的功能 D.沸水中色素会进行分解 B 课堂检测 31 2.细胞膜上的受体主要是指( ) A.糖类 B.脂质 C.蛋白质 D.胆固醇 3.科学家在制备纯净的细胞膜时，选用的是哺乳动物成熟的红细胞，其原因是( ) A.是动物细胞 B.有各种细胞器 C.选材方便 D.没有细胞核及众多细胞器 C D 课堂检测 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $