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 1 细胞壁 细胞器 线粒体、叶绿体、 内质网、高尔基体、 溶酶体、液泡 核糖体、中心体、 细胞结构 细胞质基质 细胞膜 细胞质 细胞核 细胞质内许多具有一定的形态、结构和功能的小“部门”，它们统称为细胞器。 显微结构 亚显微结构 国家的边界： 人体的边界： 一个系统总有它的边界 细胞的边界？ 边防线等 皮肤和黏膜 植物细胞 动物细胞 1.存在部位: 细胞的最外层。 2.主要成分： 纤维素和果胶 3.功能： 对细胞起支持、保护作用。 植物细胞壁的结构与功能 细胞壁是全透性 4.特点: 第1节 细胞膜的结构和功能 资料1：鸟类的卵细胞是自然界中较大的细胞，未受精的鸡蛋 中， 鸡蛋黄可以看作是一个卵细胞。 1. 将细胞与外界环境分隔开 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。 一、 细胞膜的功能 【思考】为什么用凉水洗苋菜水不变色，而炒或者煮汤汁都会变红？ 可能原因是什么，这一现象与细胞膜的功能有什么关系？ 资料2：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。 【思考】为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？ 资料3： 死 细 胞 活 细 胞 2. 控制物质进出细胞 细胞膜的功能特性： 选择透过性 死 细 胞 活 细 胞 营养物质（氨基酸、无机盐、葡萄糖等） 不需要、有害的物质（如细菌、病毒等） 抗体、激素等 细胞合成并分泌 废物 （CO2、尿素等） 细胞代谢产生 细胞膜的控制作用是相对的 核酸 资料4：2021年诺贝尔生理学或医学奖揭晓，美国科学家大卫·朱利叶 斯(David Julius)和阿登·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian)因 在感受温度和触觉方面的发现获奖。舌头接触辣椒素，大脑皮层 却能产生“辣”的感觉，鼻子接触香水时，大脑皮层能产生“香” 的感觉。 资料5：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。 【思考】细胞之间是如何实现协调配合的？ 3. 进行细胞间的信息交流 受体 血管 （1）间接的信息交流：通过细胞 ，通过体液运输。 激素 化学本质： 作用： 特点： 糖蛋白等 接受激素等化学物质的信号 专一性（一种受体只能识别 一种或者一类物质） 分泌化学物质 （2）直接的信息交流：通过相邻细胞膜的 传递信息。 直接接触 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。细胞发出的信号分子与靶细胞细胞膜外表面的受体结合。例如，精子和卵细胞的识别。 胞间连丝 （3）植物细胞通过 传递信息。 通道（胞间连丝） 注意：通道交流不需要细胞膜上的受体 细胞膜的功能 1.将细胞与外界环境分隔开 2.控制物质进出细胞 3.进行细胞间的信息交流 间接交流 直接交流 通道交流 细胞膜的功能小结： 细胞膜的功能特性: 选择透过性 水分子、被选择的离子可以通过， 大分子、不被选择的离子和小分子不能通过 相对性 二、细胞膜成分的探索 资料一 1895年欧文顿的实验 ● ● 细胞膜 ● ● ● ● ● ● 不溶于脂质的物质 溶于脂质的物质 ● ● 膜是由 组成的。 相似相溶原理： “相似”是指溶质与溶剂在结 构上相似， “相溶”是指溶质与溶剂彼此 互溶。 根据实验，推测 脂质 容易通过细胞膜 不容易通过细胞膜 资料二： 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化学分析 选择哺乳动物成熟红细胞的原因： ①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 和 ，其中 含量最多。 得出结论： 磷脂 胆固醇 磷脂 ②无细胞壁，细胞容易吸水涨破； 磷脂是一种由甘油、脂肪酸和 磷酸等所组成的分子。 磷酸“头部”是亲水的， 脂肪酸“尾部”是疏水的。 亲水的头 疏水的尾 磷脂分子的结构（P42） 水 空气 【思考】磷脂分子在空气——水界面上会怎样排布？ 资料三 1925年戈特和格伦德尔实验 用丙酮（一种有机溶剂，可以溶解脂质）从人的红细胞膜中提取脂质，在空气－水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积约为红细胞表面积的2倍 S1 S2 细胞膜中磷脂排列成 。 推论： 连续的两层 假说：磷脂分子形成两层，亲水头分别在两侧朝向水溶液，疏水尾相对排列在内。 假说需要实验证据的支持！ 如果搅动水槽中的水，迫使磷脂分子进入水溶液中，它又将如何分布？ 1935年，丹尼利和戴维森研究细胞膜张力，发现细胞的表面张 力明显低于油-水界面的表面张力。由于人们已经发现了油脂表 面如果附有蛋白质成分，则表面张力会降低。 资料四 细胞膜除含脂质分子外，可能还附有 。 推测： 蛋白质 细胞膜 _____（约50% ） _______（约40% ）： 糖类（2%～10%） _____（主要 ） (动物细胞膜具有) 与细胞膜功能密切相关 脂质 磷脂 蛋白质 C、H、O +N （+P、N） 细胞膜的成分 总结： 细胞膜的功能主要由 决定，功能越复杂的细胞膜， 的 和 越多。 蛋白质 蛋白质 种类 数量 胆固醇 三、细胞膜结构的探索 提出假说： 1959年，罗伯特森 用电镜了观察到了清晰的细胞膜照片，看到了暗－亮－暗的三层结构。 细胞膜由蛋白质－脂质－蛋白质三层结构构成，中间亮层是脂质分子；是静态统一的结构。 资料五 1959年，罗伯特森利用电子显微镜拍摄到了细胞膜的图像为暗—亮—暗的三层结构，测定细胞膜的厚度为7—8nm，恰好是单层磷脂膜厚度的两倍，若“三明治”模型成立，两层磷脂加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20nm。 思考：根据以上资料，尝试对细胞膜结构中磷脂和蛋白质的分布情况 提出你的推测。 答：该实验结果否定了“三明治”模型中的三层结构，支持细胞膜是由两层磷脂构成的。推测蛋白质分子不是位于磷脂双分子层两侧。 补充资料： 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，发现蛋白质镶嵌、贯穿于磷脂双分子层中。 资料六： 受精卵分裂 如果“细胞膜是静态的”，细胞膜的复杂功能将难以实现。 细胞膜是静止还是流动的呢？ 变形虫摄食纤毛虫 资料七 1970年，荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验 结论： 细胞膜具有一定的流动性 磷脂分子可以侧向自由移动，蛋白质大多也能运动。 四、流动镶嵌模型 1972年辛格（S. J. Singer）和尼科尔森（G. Nicolson）总结提出了新的生物膜模型——— ，为多数人所接受。 流动镶嵌模型 糖蛋白 蛋白质分子 磷脂双分子层 外侧（有糖蛋白） 内侧（无糖蛋白） 2. ____________以不同的方式镶嵌在磷脂双分子层中： 有的___在表面，有的部分或全部______，有的______磷脂双分子层； 1. _____________构成膜的基本支架； 4. 糖类和蛋白质结合形成 ，与脂质结合成 ，这些糖 类叫作_______，和细胞表面的 、细胞间的 等功能有关。 磷脂双分子层 蛋白质分子 镶 嵌入 贯穿 3. 细胞膜具有______性：磷脂分子侧向自由移动，大多数蛋白质可以运动 流动 糖蛋白 糖脂 糖被 流动镶嵌模型的主要内容 体现了膜结构内外的不对称性 识别 信息传递 磷脂分子 + 蛋白质分子 + 糖类 磷脂双分子层 组 成 镶、嵌入 贯 穿 组成 结构 决定 功能 与外界环境分隔开 信息交流 控制物质运输 可运动 导致 流动性 保证 跨膜运输正常进行 体现 选择透过性 结构特性 功能特性 流动镶嵌模型 总结： 1. 细胞膜的结构和功能之间的关系 序号 实验过程与结果 推测或实验结论 1 1895年欧文顿多种物质对膜的通透性实验，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。 2 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。 3 1925年，科学家将红细胞中脂质在空气-水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积为红细胞的表面积的2倍。 4 1935年，发现细胞表面张力明显低于油水界面的表面张力，如果在油水界面中加入一定量的蛋白质，其表面张力降低，并接近细胞表面张力。 2. 科学发现史 细胞膜由脂质组成 组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇。其中磷脂含量最多。 细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。 细胞膜除含脂质分子外，可能还有附有蛋白质。 序号 实验过程与结果 推测或实验结论 5 1959年罗伯特森在电镜看到细胞膜 暗-亮-暗三层结构。 6 1970年，用不同颜色荧光染料标记分别标记人的细胞和鼠的细胞，然后将人-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。 7 1972年，辛格和尼科尔森总结前 人的研究成果 所有的细胞膜都是由蛋白质-脂质-蛋白质三层构成。认为细胞膜是静态的统一结构 细胞膜具有流动性 流动镶嵌模型 3. 科学方法 （1）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 （2）通过进一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充 （3）一种假说最终被接受或否定，取决于它能否与以后不断得到的 观察和实验结果相吻合 提出假说 4. 与生活的联系 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。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 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？ 由于脂质体是由磷脂双分子层构成的，到达细胞后可能与细胞的细胞膜发生融合，也可能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 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。 癌症——21世纪的“第一杀手” 霉变食物 1.对玉米种子的实验处理和观察现象如下，该实验结果说明 实验处理 将玉米种子浸泡15小时，从中央纵切后，用稀释红墨水染色 将浸泡的玉米种子煮熟，从中央纵切后，用稀释红墨水染色 实验现象 胚细胞着色浅 胚细胞着色深 A.细胞膜具有流动性 B.红墨水能自由进出玉米细胞 C.细胞膜具有全透性 D.活的细胞膜具有控制物质进出的作用 √ 练习： 2. 下列不属于细胞间信息交流方式的有 A.精子和卵细胞相互接触完成受精作用 B.内分泌细胞分泌的激素经血液运输并作用于组织细胞 C.细胞膜将细胞与外界环境分隔开 D.植物细胞间有胞间连丝，是植物细胞进行信息交流的方式 √ 3. 对细胞膜成分和结构的探索经历了漫长的过程，下列结论或假说对应 错误的是 A.根据脂溶性物质更易通过细胞膜推测细胞膜是由脂质组成的 B.根据提取哺乳动物成熟红细胞的脂质铺展成的单分子层的面积是该红 细胞表面积的2倍，推测细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层 C.根据电镜下细胞膜呈清晰的暗—亮—暗三层结构，罗伯特森认为所 有的细胞膜都由脂质—蛋白质—脂质三层结构构成 D.小鼠细胞—人细胞融合实验可证明细胞膜具有流动性 √ 4.（2025·广东）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 A.磷脂分子有亲水的头部 B.磷脂分子有疏水的尾部 C.细胞膜内外环境都是水环境 D.使细胞膜结构更加坚固 √ 5. 如图为细胞膜的流动镶嵌模型。下列各项中，不是细胞膜中磷脂分子 形成双层结构原因的是 6. 科学家在用电子显微镜清晰地观察到细胞膜之前，已经能够确定细胞 膜的存在了。下列实验现象中，不能证明细胞膜存在的是 A. 显微镜下观察到动物细胞具有明确的边界 B. 将红细胞置于清水中，一段时间后发生溶血现象 C. 向某细胞中注入伊红(一种大分子红色染料)后观察发现细胞外始终 不呈红色 D. 植物细胞有明显的固定的形态 √ A．④表示糖蛋白，位于细胞膜外表面，与细胞识别有关 B．图中②和⑥组成磷脂分子，其中⑥表示疏水端，具有屏障作用 C．图中③表示蛋白质，其含量和种类越多，膜的功能越复杂 D．图中③均匀分布在细胞膜中，大多数不能运动 √ 7. 如图为某细胞膜的结构模型示意图，下列相关叙述不正确的是(　　) 8. 科学家通过实验发现：将分散的小鼠组织细胞和人组织细胞进行混合 培养，同种细胞之间会出现“识别”现象，最终导致小鼠组织细胞黏 连在一起，人组织细胞黏连在一起，对此现象合理的解释是 A. 两种细胞膜所含的主要成分不一样 B. 两种细胞膜的结构不一样 C.两种细胞膜上糖蛋白的种类不一样 D.两种细胞所需要的营养物质不一样 √ 9．采用透析型人工肾替代病变的肾透析掉代谢废物功能，这一过程体 现了细胞膜的功能特点是___________________，该过程体现细胞膜 的功能：_________________________。 细胞膜控制物质进出细胞 具有选择透过性 10．从生物膜的组成成分分析，不同生物膜的功能不同，原因是 __________________________________________________________。 生物膜上的蛋白质种类和数量不同 $