3.1细胞膜的结构和功能第二课时课件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 5 同学们好 今天我们来学习第三章细胞的基本结构 第一节细胞膜的结构与功能 1 脂质体是由磷脂双分子层构成的微小囊泡。它的表面可以修饰抗体或靶向分子实现精准识别癌细胞，内部可以包裹药物分子，对癌细胞起到杀伤作用。 癌症的治疗面临一个核心难题——如何把药物精准地送到癌细胞内部，而不伤害正常细胞？ 脂质体之所以能作为药物载体，正是因为它模拟了细胞膜的基本结构。 5 最近数据统计显示全球新发癌症约2060万例，我国每5个人中约有1人会患癌。癌症目前仍是全球第二大死因。 细胞膜到底长什么样子呢？科学家是怎么一步步探索出细胞膜的结构的呢？让我们带着这些问题步入今天的学习。 2 学习目标 素养目标 1、理解细胞膜作为细胞边界的功能，认同结构与功能相适应的生命观念。 （生命观念） 2、在模型建构过程中，学会提出假说，运用“结构与功能相适应”的观点，评价、修正模型，形成科学的思维习惯。 （科学思维） 3、以科学史为依托，通过对细胞膜成分和结构的学习，激发探究、创新、合作的意识。 （科学探究） 4、分析脂质体的应用，实现学科知识向实践应用能力的转化，认识细胞膜研究在医学（药物递送）中的应用价值，形成科学服务社会的意识。 （社会责任） 重点 难点 5 其中重点是细胞膜的成分与结构，难点是理解细胞膜的结构与其功能相适应 知识目录 02 对细胞膜结构的探索 03 细胞膜的流动镶嵌模型 01 对细胞膜成分的探索 5 本节课主要分为三个部分 分别为对细胞膜成分的探索、对细胞膜结构的探索以及流动镶嵌模型 4 资料1：欧文顿（E.Overton）实验 Year 1895年 探究历程 科学家欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次的实验，发现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，不溶于穿过细胞膜。 一、对细胞膜成分的探索 ● ● 细胞膜 ● 不溶于脂质的物质 ● 溶于脂质的物质 资料2：膜成分提取与鉴定实验 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，得出组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。 【活动一】 阅读资料1-2，思考以下问题： 1.根据资料一的实验现象，你能大胆对细胞膜的成分进行猜测吗？ 2.科学家为何选用哺乳动物的红细胞作为实验材料？ 膜是由脂质组成的。 ①无细胞壁，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。 1897年 5 强调纯净细胞膜 Year 探究历程 1917年 科学家朗缪尔通过将实验发现磷脂分子是一个两性分子，具有亲水的头部和疏水的尾部。 资料3：磷脂结构分析实验 【活动二】 阅读资料3-4，思考以下问题： 磷脂分子结构式 磷脂分子模型 磷脂分子示意图 亲水头部 疏水尾部 1.请依据磷脂分子的化学性质，画出磷脂分子在空气--水界面的分布。 水 5 Year 探究历程 资料4：膜成分提取与鉴定实验 1925年，科学家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。 1925年 【活动二】 阅读资料3-4，思考以下问题： 2.根据磷脂单层分子的面积为红细胞表面积的2倍，我们能得出什么推论呢？ 推测：细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层 5 Year 探究历程 资料4：膜成分提取与鉴定实验 1925年，科学家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。 1925年 【模型构建一】 结合资料3-4，构建模型显示磷脂在细胞膜中的分布状态。 水环境 水环境 结论：细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层 5 我们前面学习到细胞生活在以水为基础的液体环境中，结合资料3-4，构建模型显示磷脂在细胞膜中的分布状态 Year 探究历程 资料5：细胞膜张力的研究 英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。他们发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。 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降低。 1935年 资料6：细胞膜成分分析--糖类的发现 十九世纪 70年代 在细胞膜研究的深入过程中，科学家发现细胞膜外表面存在糖类成分。这些糖类成分与蛋白质结合，形成糖蛋白；与脂质结合，则形成糖脂。 【活动三】 阅读资料5-6，总结细胞膜的组成成分 脂质 糖类 蛋白质 磷脂 胆固醇 （少量） 细胞膜的组成成分 （约50%） （约40%） （2%-10%） 生物膜 蛋白质/% 脂类/% 糖类 人的CNS髓鞘 20 79 少 人的红细胞膜 49 43 8 大鼠的肝细胞核膜 59 35 2.9 内质网膜 67 33 少 脂质和蛋白质如何组成细胞膜的呢？与磷脂双分子层有什么样的位置关系呢？ 细胞膜功能越复杂 蛋白质种类和数量越多 5 二、对细胞膜结构的探索 Year 探究历程 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，提出了“三明治”模型假说，即所有细胞膜都是由蛋白质--脂质--蛋白质三层结构组成。 1959年 资料7: “三明治”结构模型 三明治模型 补充资料： 蛋白质由于对电子的阻挡作用很大，透过样品的电子较少，所以是暗带;而脂双层由于对电子阻挡作用很小，透过样品的电子较多，所以是明带。 5 Year 探究历程 按照“蛋白质—脂质—蛋白质”模型，细胞膜的厚度应该是单层磷脂厚度的两倍，加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20 nm。但是电镜下测得实际细胞膜的厚度约为7～8 nm。 资料8：细胞膜厚度的检测 1959年 蛋白质 蛋白质 脂质 7~8nm 科学家通过特殊技术切开细胞膜，在电子显微镜下观察到，细胞膜的外层磷脂和内层磷脂表面都有凸起的蛋白质颗粒，还有蛋白质随着另一层磷脂离开之后留下的窟窿。 资料9:冰冻蚀刻电子显微法 20世纪60年代 【模型构建二】 结合资料7-9，构建模型显示蛋白质与磷脂双分子层的位置关系。 5 蛋白质以镶嵌在表面、部分或全部嵌入和贯穿等三种状态存在在磷脂双分子层中 Year 探究历程 20世纪中叶，随着对细胞膜的深入研究发现，糖类分子覆盖在细胞膜外表面形成糖被，其在细胞识别、细胞间信息交流和免疫应答等过程中起关键作用。 20世纪 中叶 资料10: 糖类的分布 【模型构建三】 结合资料10，构建模型显示糖类分子在细胞膜中的位置。 5 Year 探究历程 科学家用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子，将两个细胞融合。 资料12：人鼠细胞融合实验 1970年 辛格和尼克尔森提出了被大多数所接受的细胞膜模型——流动镶嵌模型。 资料13：流动镶嵌模型 1972年 罗伯特森将认为蛋白质在磷脂内外是均匀对称分布的，并且构成细胞膜的蛋白质、脂质分子是静止的、不运动的。 资料11：罗伯特森的假说 1959年 13 三、流动镶嵌模型 【活动四】 （1）阅读课本44-45页，填写流动镶嵌模型的主要内容。 ①细胞膜主要是由_______________和_______________构成的。 ②_______________是膜的基本支架。 ③蛋白质以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中，有的____________磷脂分子层表面，有的部分或全部____________磷脂双分子层中，有的____________于整个磷脂双分子层表面。 磷脂双分子层 磷脂分子 蛋白质分子 镶在 嵌入 贯穿 5 活动四 （2）请根据细胞膜的结构，结合其功能，找出其结构与功能对应关系,完成连线 脂双层为基本骨架 磷脂 蛋白质 镶嵌、嵌入、贯穿 细胞膜 糖类(少量) 组成成分 内部疏水，屏障 物质运输等 细胞膜的外表面 识别、信息传递等 运动 结构 ①将细胞与外界环境分隔开 功能 ②控制物质进出细胞 ③进行细胞间的信息交流 决定膜的功能 运动 5 我们已经掌握了流动镶嵌模型的主要内容，请结合细胞膜的结构，思考欧文顿实验中为什么脂质的物质很容易能透过细胞膜？为什么一些非脂溶性物质也可以通过细胞膜？ 水 离子等非脂溶性分子可以通过蛋白质进入细胞，蛋白质在物质运输中也发挥着重要作用。第二个问题，请根据细胞膜的结构，结合细胞膜的功能，找出其结构与功能的对应关系。磷脂双分子层是细胞膜的基本支架，将细胞与外界环境分隔开，蛋白质在物质运输中起着重要作用，糖类与蛋白质和脂质结合形成的糖蛋白和糖脂则参与信息交流。 探究历程 胆固醇有一个很小的亲水基团，与磷脂头部相连 。胆固醇被称为动物细胞膜流动性的缓冲剂。在温度较高时,细胞膜的流动性较强,胆固醇与磷脂结合,从而抑制细胞膜的流动性,使细胞在高温条件下保持稳定。反之,在低温条件下,胆固醇的特殊环结构则能增加膜的流动性,因为它能防止磷脂头部紧密堆积以使细胞膜变得过于僵硬。 资料14：胆固醇在细胞膜 【模型构建四】 请根据材料14，小组合作探究，在流动镶嵌模型中嵌入胆固醇分子。 蛋白质 胆固醇 磷脂分子 磷脂双分子层 5 这里补充一个知识点，动物细胞膜里面含有胆固醇。胆固醇被称作膜流动性的缓冲剂。温度高的时候，胆固醇会限制磷脂的运动，避免膜流动性太强；温度低的时候，防止磷脂分子挤得太紧密，避免细胞膜僵硬，以此维持细胞膜流动性的稳定。胆固醇分子的亲水端连接磷脂头部，镶嵌在磷脂双分子层当中。那请同学分依据胆固醇的化学性质，把胆固醇也加入在我们构建的流动镶嵌模型中 乳腺癌是女性第一高发恶性肿瘤，每年约有240万新发病例，死亡人数高达69.4万，是女性癌症死亡首要原因。仿生纳米载体PGFP的研发，为治疗乳腺癌带来了新的希望。 水溶性药物➡包裹在磷脂双分子层内部 (疏水) 脂溶性药物➡包裹在两层磷脂分子之间 (亲水) 原理 治疗乳腺癌的药物有脂溶性的紫杉醇和水溶性的环磷酰胺， 那请你思考一下这两种药物应该分别位于脂质体的哪个部位呢？ 【思考】 A 水 B 脂 四、应用实践——脂质体 5 仿生纳米载体PGFP外面裹着的血小板膜能够精准找到肿瘤细胞，里面分布的PD-L1抑制剂和光敏剂，则能在远红光条件下，升温释放药物的同时，进行温和光热疗，实现双重治疗，为治疗乳腺癌带来了新的希望。其中治疗乳腺癌的药物有脂溶性的紫杉醇和水溶性的环磷酰胺，那请你思考一下这两种药物应该分别位于脂质体的哪个部位呢？同学们，掌握细胞膜的结构和功能，能够帮助我们理解药物递送的底层逻辑，为肿瘤靶向治疗的研究筑牢理论根基。现如今，许许多多的科学家不断探索，为靶向药物治疗做出了巨大贡献。时代的接力棒已经交到我们新时代青年手上，我们要接好这一棒，认真学好生物学知识，将来投身医药研发，为肿瘤治疗贡献我们自己的一份力量。 1.（2025·广东·高考真题）罗伯特森（J．D．Robertson）提出了“蛋白质—脂质—蛋白质”的细胞膜结构模型。下列不属于该模型提出的基础的是（     ） A．化学分析表明细胞膜中含有磷脂和胆固醇 B．据表面张力研究推测细胞膜中含有蛋白质 C．电镜下观察到细胞膜暗—亮—暗三层结构 D．细胞融合实验结果表明细胞膜具有流动性 D 随堂检测 5 接下来我们通过几道习题检测一下大家的学习效果。 随堂检测 2.（2022·河北·高考真题）关于细胞膜的叙述，错误的是（　　） A．细胞膜与某些细胞器膜之间存在脂质、蛋白质的交流 B．细胞膜上多种载体蛋白协助离子跨膜运输 C．细胞膜的流动性使膜蛋白均匀分散在脂质中 D．细胞膜上多种蛋白质参与细胞间信息交流 C 5 随堂检测 3.（2024·湖南·高考真题）细胞膜上的脂类具有重要的生物学功能。下列叙述错误的是（　　） A．耐极端低温细菌的膜脂富含饱和脂肪酸 B．胆固醇可以影响动物细胞膜的流动性 C．糖脂可以参与细胞表面识别 D．磷脂是构成细胞膜的重要成分 A 5 随堂检测 4.脂质体是类似生物膜结构的双层分子小囊,可作为药物载体。脂质体阿霉素既能加强药物的抗癌作用,又能减少其毒副作用,是治疗卵巢癌的药物之一。下列分析错误的是(　　) [A] 脂质体“膜”成分与细胞膜的主要成分相同 [B] 药物甲为脂溶性药物,药物乙为水溶性药物 [C] 药物能定向运输到癌细胞,与脂质体上的蛋白质可与癌细胞上的受体特异性结合有关 [D] 使用脂质体阿霉素能减少毒副作用的原因可能是脂质体可直接将药物送入癌细胞内 B 5 课堂小结 5 课堂小结 5 谢谢观看 第1节 细胞膜的结构和功能 5 23 $