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

我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为 止设计出的任何智能电脑更精巧 引自翟中和院士等主编的《细胞生物学》 细胞核 细胞壁 细胞膜 细 植物细胞亚显微结构模式图 第3节 细胞核的结构和功能 第1节 细胞膜的结构和功能 细胞质基质 胞质 细胞器 第2节 细胞器之间的分工作 第3 衲节 章细胞的 细胞膜的 基本结 结构和功能 系统的边界 选自纪录片《我爱你中国》 乃堆拉山口 系统的边界 地球 国家 人体 细胞 大气层 边防线 皮肤和黏膜 细胞膜（质膜) 一个国家有陆地、海域、领空的边 金 使人体内部与外界分 隔的皮肤和黏膜，是人体的边界。系统的边界对系统的稳定至关重要。 细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜，也叫质膜。 系统的边界 细胞膜是一层很薄的结构，厚度只有7.10m,光学 显微镜下很难辨识它的真面目，如果我们将1万层 细胞膜堆叠起来，才只有教材一页纸那么厚，正是 这样的细胞膜，帮助细胞成为一个相对独立的系统， 维持细胞内部环境的相对稳定。 细胞 细胞膜（质膜） 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？它又是由什么物质组成的？ 01 细胞膜的功能 知识目录 02 对细胞膜结构的探索 03 细胞膜的流动镶嵌摸型 一、细胞膜的功能 11.将细胞与外界环境分隔开 原始海洋中有机物聚集 进化出原始生命 【资料】 科学家用显微注射器将一种 膜的出现是生命起源过程中 重关重要的阶段，它将生命 细胞膜出现 叫作伊红的物质注入变形虫 物质与外界环烧分隔开 体内，伊红很快扩散到整个 细胞，却不能逸出细胞。 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 意义 细胞膜保障了细胞内部环境 的相对稳定 一、 细胞膜的功能 鸡至 【资料1】鸡的卵细胞是自然界中较大 完好时，才能维持卵细胞的正常形态。 蓝墨水染色后清洗，刺破卵黄膜，发到 胚盘 卵壳膜 卵黄膜 卵壳 卵黄 卵黄系带 气室 卵白 卵白 里面的“卵黄膜” 的细胞，卵黄膜可看作是卵细胞膜，只有卵黄膜 打破鸡蛋外壳，将蛋清和蛋黄倒入培养皿中，用 蛋黄没有被染色 | 一、细胞膜的功能 【资料2】用凉水洗苋菜， 【资料3】生长在污泥中的 水不变色，而炒或者煮汤氵 莲能“出淤泥而不染”。 都会变红。 I 灌汤途命不厌 若欲泥而不樂 一 细胞膜的功能 【资料5】活玉米和死玉米胚是否变 【资料4】科研上鉴别动物细胞是否死亡 红 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。 000 死细胞 活细胞 不是细胞所需要的物质，活细胞膜能阻止其 进入细胞，死细胞膜不能阻止其进入细胞。 细胞膜作为细胞的边界有什么功能？有什么意义？ 一、细胞膜的功能 72.控制物质进出细 胞 意义： 通过对进出细胞的物质进行严格的筛查， 既能富集营养物质，阻止营养成分流失，满足细胞基本需求， 又能减少有害物质对细胞伤害，为细胞生命活动提供有力的保障。 一、细胞膜的功能 72.控制物质进出细 胞 ● ● 8 一、细胞膜的功能 72.控制物质进出细 细胞核的核酸等重要成分 胞 不可 细胞需要的 出 营养物质 可“进” 可能侵入 有些病毒、病菌 不需要的营 不易 养或对细胞 “出” 细胞内合成的抗体、 有害的物质 激素等物质； 细胞代谢废物等 以上说明细胞膜有选择透过 性，控制作用是相对 的。 细胞膜的功能特性 一 细胞膜的功能 72.控制物质进出细 胞 物细胞最外层是细胞壁。为什么植物 植物细胞壁的作用： 是维持细胞形状，具有全透性 并不能控制物质进出细胞，所以不 课本P63 页 细胞壁不能作为植物细胞这个系统的边界？ 细胞 拟核 核糖体 细胞质 鞭毛 纤毛 细胞膜 细胞壁 任何细胞的边界都是细胞膜 能作为细胞真正的边界。 细胞膜的功能 73.进行细胞间的信息交流 【资料1】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，又对与其他细胞共同组成的 整体生命起作用”。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。 【资料2】我们可以通过打疫苗预防一些病毒引起的 疾病。打疫苗时，虽然打的胳膊，但是你却在大脑皮 层产生痛觉，为什么？ 在多细胞生物体内，各个细胞都不是孤立存 在的，它们之间必须保持功能的协调，才能使 生物体健康地生存。这种协调性的实现不仅依 赖于物质和能量的交换，也依赖于信息的交流。 一、细胞膜的功能 73.进行细胞间的信息交流 信号分子 ①化学物质传递：细胞分泌物（如激素、神经递质等）与靶细胞膜表面的 受体结合，将信息传递给靶细胞。 实例： 内分泌细胞分泌的激素随血液到达 内分泌细胞 全身各处与靶细胞表面的受体结合： 突触前神经元释放的神经递质与突 触后神经元细胞表面受体结合。 一、 细胞膜的功能 13.进行细胞间的信息交流 ②接触传递：相邻两个细胞膜 发出信号的细胞 靶细胞 形成受精卵过程中，细胞膜表 种生物的精子和卵细胞能识别 所有细胞间的信息交流都需要膜上的受体吗？ 的接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。 实例： 精子与卵细胞间的识别和结合。效应T细 胞与靶细胞密切接触，使靶细胞裂解死亡。 面某些生物大分子提供的识别信息会使同 和结合。 一 细胞膜的功能 73.进行细胞间的信息交流 ③通道传递：相邻两个细胞之间 另一个细胞。 实例： 高等植物细胞间的胞间连丝。 形成通道，携带信息的物质通过通道进入 通道 A B 一、细胞膜的功能 细胞壁 内质网 品 知识拓展 细胞膜 细胞膜 放大 细胞壁 胞间连丝 两个相邻细 胞的细胞壁 胞间连丝是贯穿细胞壁、沟通相邻细胞的细胞质连线，由相互 胞间连丝 连接的相邻细胞的细胞膜共同组成的直径为20~40nm的管状 结构构成，中央是由内质网延伸形成的连丝微管。 初生细胞壁 次生细胞壁 胞间连丝形成了物质从一个细胞进入另一个细胞的通道，在植 细胞质 物细胞的信息交流中起非常重要的作用。例如，在分泌旺盛的 细胞膜 细胞中，胞间连丝的数目达15个/m2,而一般细胞中约为1个 、细胞膜的功能 品 知识拓展 识别信号分子的受体 内分泌细胞 化学本质：糖蛋白 受体 作用：积判或接受微素等化学物质的信号 特点：特异性、专一性 (一种受休只能积别一种或者一美物质) 发出信号的细胞 靶细胞 三种交流方式均发生于细胞间，不是细胞内部 接受信号的细胞 目随堂检测 1.如图表示细胞膜的功能模式图。据图分析，下列说法不正确的是 ①边界与通 ②运输作用 ③信号检测④细胞间 知识点N ⊙⊙ 透性障碍 通讯 A.功能①在生命起源过程中具有重要作用 功能②表示进入细胞的物质对细胞都有利 ②表示细胞膜控制物质进出细胞，一般 C.胰岛素调控生命活动可用图中③表示 是吸收有利物质 D.相邻的高等植物细胞可通过功能④进行信息交流 目随堂检测 2.如图是细胞间的3种信息交流方式，下列叙述错误的是 内分泌细胞 甲 丙 A·图1内分泌细胞产生的化学物质，随血液运输到全身各处，作用于靶细胞 B.图2可表示精子与卵细胞之间的识别 图中a表示受体，细胞膜上的受体是所有细胞间信息交流必的结构 D.图中b表示胞间连丝，是植物细胞间传递信息的通道 有些细胞间信息交流可不经过细胞膜上受体，如图3 (胞间连 丝) 细胞膜的成 分和结构 细胞膜需依靠哪些 细胞膜的 决定 功能 化学成分和怎样的结构去行使相应功能呢？ 人类对细胞膜结构的探究，要追 溯到100多年前.… 缓缓地回忆起过去 我就想搞清楚 细胞膜的成分是啥子！ 01 细胞膜的功能 知识目录 02 对细胞膜结构的探索 03 细胞膜的流动镶嵌摸型 二、·对细胞膜结构的探索 11.细胞膜成分的探 【资料1】1895年欧文顿（E.Overton)用5 细胞进行上万次的通透性实验。发现溶于脂质 膜；不溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜。 。不溶于脂质的物质 溶于脂质的物质 根据相以相溶原理，对细胞膜的成分进行猜测？ 可能是由脂质组成的 00多种化学物质对植物 的物质，容易穿过细胞 欧文顿 E.Overton 二、对细胞膜结构的探索 71.细胞膜成分的探 资料2】为了进一步确定 物的卵细胞、红细胞、神经 红细胞，通过一定的方法制 表明：组成细胞膜的脂质有 吸水 涨破 哺乳动物成熟的红细胞 细胞膜中脂质成分的类型，科学家利用动 细胞等作为研究材料，并利用哺乳动物的 备出纯净的细胞膜，进行化学分析。研究 磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。 为何选用哺乳动物的红细胞作为实验材料？ 无细胞壁，更易吸水张破： 无细胞核及多余细胞器，易制得纯净细胞 膜。 二、对细胞膜结构的探索 11.细胞膜成分的探 (其他泰生 物)胆 碱 多个磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层 磷脂分子 酸 甘 -0 是一种由甘油、脂 肪酸和磷酸及其衍生 物所组成的分子。磷 脂肪酸 酸和碱基“头”是亲 水的，脂肪酸“尾” 是疏水的。 」尾部 为何多个磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层？ 要想弄清这个问题，首先我们要知道磷脂分子的结构。 磷月 二、对细胞膜结构的探索 11.细胞膜成分的探 (1)将磷脂放入盛有水的容器中，下列能正确反映其分布特点的是A 帝®贴剑 TRR 0= B D (2)若细胞内 磷脂分子应如何分布？ 磷脂分子在空 气/水界®弹分子排布 若搅动溶液脂分子如何分布？ 。 b 形成球状的微团 在水中形成的磷脂双分子层模式图 的 球形脂贞体 二、对细胞膜结构的探索 11.细胞膜成分的探 【豪料3】1925年，荷兰科学家戈特（E.Gorter)和格伦德尔 (F.Grendel)用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气一水界面上铺 成单层分子，发现单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。 推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列成连续的两层。 科学家是如何得出这一结论的？ 哺乳动物成熟红细胞没其他细 胞器膜，只有细胞膜。 在水中形成的磷脂双分子层模式图 所以假设成立。磷脂分子在细胞膜上呈现双分子层 ILILILILILILILILILILIL 二、对细胞膜结构的探索 11.细胞膜成分的探 【资料4】1935年，英国学者丹尼利(J.F.Danielli)和戴维森(H.Davson)研 究了细胞膜的张力。发现细胞的表面张力明显低于油一水界面的表面张力。 由于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隆低， 因此丹尼利和戴维森推测：细胞膜除含脂质分子外，还附有蛋白质。 根据已学知识，如何设计实验验证这个拍 实验思路：制备细胞膜样液，用双缩脲证 结果及结论：若出现紫色反应，则证明细心x口月虫口项。 20世纪初，科学家发现细胞膜不但会被浴面张力：皤液体表面的收缩力，通常表现为 溶剂溶解，也会被蛋白酶分解。从而证明感季基嘤兽贷”一样。 二、·对细胞膜结构的探索 71.细胞膜成分的探 索 脂质 (约50% 细胞膜的 +N 蛋白质 成分 (约40% (C、H、I 糖类（2%~ o) 10%) 磷脂 (主要)(+P、 N 胆固醇 (动物细胞膜具有) 功能主要由蛋白质来承担。 功能越复杂，蛋白质种类和数量越多。 我们已经知道磷脂分子在细胞膜上的排 列方式，那么蛋白质和糖类是如何组成 细胞膜的呢？ 它们对细胞膜行使功能又发挥何种作用？ 二、对细胞膜结构的探索 12.细胞膜结构的探 【资弃1】20世纪40年代，曾经有科学家推测：雀白质覆盖在脂质的两边。 1959年，罗伯特森(J.D.Robertson)用超薄切片技术在电镜下看到了细胞膜清晰 的暗-亮-暗三层结构。提出假说：细胞膜都由蛋白质脂质-蛋白质三层结构构成，电 镜下看到的中间亮层是脂质分子，两边暗层是蛋白质分子。将细胞膜描述为静态的统一 结构。认为蛋白质在磷脂内外是均匀对称分布的，具构成细胞膜的蛋自质、脂质分子是 静止的、不运动的。 蛋白质 磷脂 “三明治模型”可解释细胞哪些功能？ 不能解释哪些现象？ 蛋白质 蛋白质在膜两侧可帮助细胞进行物质运输等 二、对细胞膜结构的探索 7 2.细胞膜结构的探 索 按照“蛋白质一脂质一蛋白质”模型，细胞膜厚度应是单层磷脂厚 度的两倍，加上两侧蛋白质，膜的总厚度应当超过20m。但罗伯特 森电镜下细胞膜厚度约为78nm。 对细胞膜的结构进行合理推测：蛋白质不会只覆盖在磷脂双分子层两侧，可能会 有蛋白质嵌入磷脂双分子层 细胞外 蛋白质 脂双层 蛋白质 细胞内 二、对细胞膜结构的探索 72.细胞膜结构的探 豪料2】20世纪60年代，冰冻蚀刻技术得到了应用。物理学家采用冰冻蚀刻法在 低温下将细胞膜断开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面发现： 蛋白质分子镶嵌、部分或全部嵌入、贯穿于磷脂双分子层。 外层磷脂 蛋白质 冷刀 细胞膜 内层磷脂 修正罗伯特森“三明治模型” 二、对细胞膜结构的探索 72.细胞膜结构的探 细胞膜可以流动 嘉细胞膜是静态的观点，难以解释的现象 4GIFS.com 细胞生长 细胞分裂 变形虫摄食 Red Blood Cell GPlus:Malachi Jones 二、对细胞膜结构的探索 72.细胞膜结构的探 细胞膜具有流动性 【资料3】1970年，用不同颜色荧光染料分别标记人和鼠细胞的膜蛋白，然后将人一鼠 细胞融合，一段时间后，不同颜色的荧光染料均匀分布在融合细胞膜表面。 小鼠细胞 000 0000 0o0 细胞融合 37C 40min 0 00 0 0000 00 00 00 人细胞 正在融合的细胞 融合细胞 细胞膜上的蛋白质分子是可以运动的 二、对细胞膜结构的探索 72.细胞膜结构的探 天 【资斜4】1972年辛格(S.J.Singer)和尼科尔森(G.Nicolson)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。 胆固醇 磷脂双 蛋白质 磷脂分子 分子层 二、对细胞膜结构的探索 7 2.细胞膜结构的探 索 1895年，欧文顿：膜是由脂质组成的。 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 假说进行修正和补充。 种假说最终被接受或 假说这一科学方法的作用。科学家首先根据已 被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观 有的知识和信息提出解释某一生物学 题的 察和实验结果相吻合。 种 说， 再用进一步的观 察与实验对 已建立的 1972年，辛格和尼科尔森提出流动攘嵌模型。 知识目录 01 细胞膜的功能 02 对细胞膜结构的探索 03 细胞膜的流动攘嵌模型 三、·细胞膜的流动镶嵌模型 71.基本内容： 细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的。 P 磷脂双分子层 内部为疏水端，水溶性分子或离 基本支架 子不能自由通过，具有屏障作用。 三、细胞膜的流动镶嵌模型 体现了膜结构内外的不对称性 71.基本内容： 细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的。 2 嵌入 镶在脂双层表面 蛋白质排布方式： 贯穿 作用：物质运输、细胞识别等 三、细胞膜的流动镶嵌模型 体现了膜结构内外的不对称性 71.基本内容： 细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的。 多糖 细胞 糖脂 外侧 糖蛋白 糖被 糖类分子 判断细胞膜内 外侧的方法： 与细胞表面的识别、细 外侧：糖蛋白的一侧 胞间信息传递、保护、 内侧：没糖蛋白的一侧 润滑等功能密切相关。 三、细胞膜的流动镶嵌模型 结构特点：具有一定的流动性 12.结构特点： 功能特点：选择透过性 细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性，主要表现为构成膜的磷脂分子可以侧 向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动。细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、 年●●●年●●●●●●● 生长、分裂、运动等功能都是非常重要的。 ●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●● ☑膜的流动性主要受温度影响，一定温度范围内，温度越高，流动性越强。 但超过一定范围，膜结构会被破坏。 三、细胞膜的流动镶嵌模型 知识拓展 细胞膜的流动性的选择透过性 比较 流动性 选择透过性 主要 水分子可自由通过，细胞要选择吸收的 膜脂和大多数膜蛋白可以运动， 表现 膜整体也可以流动 小分子和离子也可以通过，其他的离子、 小分子和大分子则不能通过 结构 磷脂分子具有流动性，大多数蛋 基础 白质分子也可以运动 膜上蛋白质的种类和数量不同 区别 结构特点 功能特点 实例 变形虫的变形运动、细胞融合、 植物对离子的选择性吸收、肾小管的重 胞吞、胞吐 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。 品 与生活中的联系 癌症一21世纪的“第一杀手” 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。 细胞膜的功能 细胞膜 系统的边界 细胞膜的成分 细胞膜的结构 控制物质进出细胞 功能特点：选择透过性 将细胞与外界环境分隔开 ①直接接触 进行细胞间的信息交流 ②化学物质（间接交流） ③形成通道 脂质 磷脂双分子层一基本支架 蛋白质 镶、嵌、贯穿 结构特点：具有流动性 糖类 糖蛋白 流动镶嵌模型的基本内容 冒随堂检测 1.研究人员发现，某种微生物在不同的盐度环境下，细胞的形态和功能能 够保持相对稳定。下列关于细胞膜的叙述正确的是(C A·该细胞在不同盐度环境下能维持稳定，主要体现了细胞膜进行信息交 流的功能 B.科学家通过对细胞膜成分的分析，提出细胞膜只由蛋白质和脂质组成 C.功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量就越多 D.细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子是对称分布的 冒随堂检测 2.据最新研究发现，内皮素在皮肤中分布不均，是造成色斑的主要原因。内 皮素拮抗剂进入皮肤，可以和黑色素细胞膜的受体结合，使内皮素失去作用， 这为美容研究机构带来了福音。上述材料体现了细胞膜哪项功能(D) A·细胞膜中磷脂含量越高，功能越复杂 B.细胞膜作为系统的边界，严格控制物质进出细胞 C.细胞膜的组成成分主要为脂和蛋白质 D.细胞膜具有信息交流的功能 练习与应用 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。 ()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 (X) (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。 (X) (③)向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下一个空洞。 (X) 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(B) 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 练习与应用 二、拓展应用 1.在解释不容易理解的陌生事物时，人们常用类比的方法，将陌生的事物与熟悉的事物 作比较。有人在解释细胞膜时，把它与窗纱进行类比：窗纱能把昆虫挡在外面，同时窗 纱的小洞又能让空气进出。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方？ 合理之处是说明细胞膜与窗纱一样可允许一些物质出入， 阻挡其他物质出入。 也有不妥之处。 例如，窗纱是一种简单的刚性结构，功能较单纯细胞膜的 结构和功能要复杂得多； 细胞膜是活细胞的重要组成部分，活细胞的生命活动是一 个主动的过程，而窗纱是没有生命的，它只能被动地起作用。 练习与应用 二、拓展应用 2.右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。其中胆固醇有比磷脂更长的尾部，可使膜通透性降低，对维持脂质体 结构稳定性有重要作用。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？（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？ 两层磷脂分子间的部分是疏水的，脂溶性药物能 稳定地包裹在其中；脂质体内部是水溶液的环境， 磷酸盐头 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 水溶液 能会与细胞的细胞膜发生融合，也可能会以胞吞的方 式进入细胞，从而使药物在细胞内发挥作用。 疏水脂肪酸尾 wwwwwwww 人人人人 V-SNAREs 高中生物《细胞膜的结构和功能》之歌 膜法城堡 翻自TFBoys《魔法城堡》 改编/制作傅小铄