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对生物膜结构的探索历程问题1、生物膜的组成成分是什么？Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望将细胞与外界环境分隔开将细胞与外界环境分隔开 控制物质进出细胞控制物质进出细胞 进行细胞间的信息交流进行细胞间的信息交流 地球上最基本的地球上最基本的生命系统生命系统-细胞，细胞的边细胞，细胞的边界是细胞膜，它有哪些功能？界是细胞膜，它有哪些功能？问题：问题：为什么生物膜能够控制物质的进出？这与为什么生物膜能够控制物质的进出？这与生物膜的结构有什么关系？生物膜的结构有什么关系？知识回顾知识回顾一、对生物膜结构的探索历程一、对生物膜结构的探索历程问题问题1 1、生物膜的组成成分是什么？、生物膜的组成成分是什么？时间时间：1919世纪末世纪末人物人物：欧文顿（：欧文顿（E.OvertonE.Overton）实验实验：用：用500500多种化学物质对植物细胞的通透性进行多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次实验，发现细胞膜对不同物质的通透性是不一上万次实验，发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的：凡是可以样的：凡是可以溶于脂质溶于脂质的物质，比的物质，比不能溶于脂质不能溶于脂质的的物质物质更容易通过更容易通过细胞膜进入细胞。细胞膜进入细胞。欧文顿欧文顿提出假说：提出假说：膜是由膜是由 组成的组成的脂质脂质资料资料1 12.2.在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？提取、分离和鉴定吗？1.1.最初认识到生物膜是由脂质组成的，是通过对最初认识到生物膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？思考与讨论思考与讨论:有必要。仅靠推理得出的结论不一定准确，还有必要。仅靠推理得出的结论不一定准确，还应通过科学实验进行检验和修正。应通过科学实验进行检验和修正。是通过对现象的推理分析得出的。是通过对现象的推理分析得出的。时间：时间：时间：时间：2020世纪初世纪初实验实验实验实验:科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，在实验中发现：离出来，在实验中发现：细胞膜会细胞膜会被溶解脂质的溶被溶解脂质的溶剂溶解剂溶解，也会，也会被蛋白酶分解被蛋白酶分解。分析表明：分析表明：膜的成分主要是膜的成分主要是 和和 。脂质脂质蛋白质蛋白质资料资料2 2问题：问题：细胞膜中除含有脂质外，还有没有其他成分呢？细胞膜中除含有脂质外，还有没有其他成分呢？提出假说提出假说膜的成分的初步阐明，最初是先根据实验膜的成分的初步阐明，最初是先根据实验现象提出假说，而不是通过实验现象直接现象提出假说，而不是通过实验现象直接证实的。证实的。假说的提出要有实验和观察的依据，同时假说的提出要有实验和观察的依据，同时还需要严谨的推理和大胆的想像。还需要严谨的推理和大胆的想像。假说需要通过观察和实验进一步验证和完假说需要通过观察和实验进一步验证和完善。善。实验和观察、实验和观察、推理和想像推理和想像 提出假说提出假说 观察和实验观察和实验（验证和完善假说）（验证和完善假说）科学方法科学方法问题问题2 2、脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？（1）脂质在生物膜中是怎样排列的呢？脂质在生物膜中是怎样排列的呢？一、对生物膜结构的探索历程一、对生物膜结构的探索历程问题问题1 1、生物膜的组成成分是什么？、生物膜的组成成分是什么？膜的主要成分是膜的主要成分是脂质和蛋白质脂质和蛋白质实验：实验：实验：实验：朗姆瓦（朗姆瓦（LangmuirLangmuir）将磷脂溶于苯和水中，当）将磷脂溶于苯和水中，当苯挥发完以后，苯挥发完以后，磷脂分子在空气与水的界面上磷脂分子在空气与水的界面上分布散分布散乱，经过推挤乱，经过推挤排列成了单层排列成了单层，而且每个磷脂分子的，而且每个磷脂分子的头头部浸入水中，尾部浮于水面部浸入水中，尾部浮于水面。时间：时间：时间：时间：19171917年年资料资料3 3亲水头部亲水头部疏水尾部疏水尾部磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子，子，磷酸磷酸“头头”部部是是亲水亲水的，脂肪酸的，脂肪酸“尾尾”部部是是疏水疏水的。的。易与水结合在一起易与水结合在一起2 2条长脂肪酸链组成，性条长脂肪酸链组成，性质象油，不能与水结合质象油，不能与水结合请根据朗姆瓦的实验和请根据朗姆瓦的实验和磷脂分子的结构磷脂分子的结构特点，展开你的想像力，尝试构建磷脂特点，展开你的想像力，尝试构建磷脂分子在分子在水水空气界面上空气界面上的的模型模型 课堂活动课堂活动 实验：实验：实验：实验：朗姆瓦（朗姆瓦（LangmuirLangmuir）将磷脂溶于苯和水中，）将磷脂溶于苯和水中，当苯挥发完以后，磷脂分子当苯挥发完以后，磷脂分子在空气与水的界面上在空气与水的界面上分布分布散乱，经过推挤散乱，经过推挤排列成了单层排列成了单层，而且每个磷脂分子的，而且每个磷脂分子的头部浸入水中，尾部浮于水面头部浸入水中，尾部浮于水面。时间：时间：时间：时间：19171917年年资料资料3 3水水磷脂分子在空气磷脂分子在空气水界面上铺展成单分子层水界面上铺展成单分子层空气空气组织细胞生活的环境组织细胞生活的环境细胞膜中的磷脂分子是怎样排列的细胞膜中的磷脂分子是怎样排列的?膜外（水）膜外（水）膜内膜内(水）水）根据磷脂分子的根据磷脂分子的特点结合人体组织特点结合人体组织细胞内、外环境细胞内、外环境,大胆猜想并大胆猜想并构建构建细胞细胞膜中膜中磷脂分子的排列磷脂分子的排列模型。模型。课堂活动课堂活动 水水水水猜想的模型是：猜想的模型是：设计实验以证实假说设计实验以证实假说提出假说：磷脂分子排列为双分子层提出假说：磷脂分子排列为双分子层 时间时间：19251925年年 人物人物：两位荷兰科学家：两位荷兰科学家 实验实验：把人的红细胞放在蒸馏水中使其吸水涨把人的红细胞放在蒸馏水中使其吸水涨破，反复冲洗后只留细胞膜，把这些破，反复冲洗后只留细胞膜，把这些破碎的膜破碎的膜展展开铺在水面上，测定出红细胞的表面积。开铺在水面上，测定出红细胞的表面积。用丙酮用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气从人的红细胞中提取脂质，在空气水界面上铺成单层分子。测得水界面上铺成单层分子。测得单分子层的面积恰单分子层的面积恰为红细胞表面积的为红细胞表面积的2 2倍倍。细胞膜中的脂质分子必然排列为细胞膜中的脂质分子必然排列为 。资料资料4 4 连续的两层连续的两层结论结论:（2 2）蛋白质）蛋白质在膜中又是位于什么位置的呢？在膜中又是位于什么位置的呢？一、对生物膜结构的探索历程一、对生物膜结构的探索历程 问题问题1 1、生物膜的组分一定有、生物膜的组分一定有脂质脂质吗？吗？膜的主要成分是膜的主要成分是脂质和蛋白质脂质和蛋白质脂质在生物膜中排列为脂质在生物膜中排列为连续的两层连续的两层问题问题2 2、脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？（1）脂质在生物膜中是怎样排列的呢？脂质在生物膜中是怎样排列的呢？2020世纪世纪4040年代，曾经有学者年代，曾经有学者推测推测脂质两脂质两边各覆盖着蛋白质。边各覆盖着蛋白质。时间时间时间时间：1959195919591959年年年年 人物人物人物人物：罗伯特森（：罗伯特森（：罗伯特森（：罗伯特森（J.D.RobertsenJ.D.RobertsenJ.D.RobertsenJ.D.Robertsen）实验实验实验实验：小资料小资料电子显微镜工作原理：电子显微镜工作原理：电子显微镜是用电子束电子显微镜是用电子束来照射被检验样品。由来照射被检验样品。由于样品对电子有不同散于样品对电子有不同散射度，射度，电子束照射电子束照射大分大分子物质子物质散射度高，散射度高，黑暗黑暗；照射照射小分子物质小分子物质，散射，散射度低，度低，光亮光亮。资料资料5 5利用超薄切片技术利用超薄切片技术在电镜下在电镜下获得了清晰的细胞膜获得了清晰的细胞膜照片，显示暗照片，显示暗亮亮暗三层结构。暗三层结构。提出：提出：提出：提出：生物膜为生物膜为生物膜为生物膜为“”三层结构三层结构生物膜是静态的统一结构生物膜是静态的统一结构蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质 首先用液氮将细胞首先用液氮将细胞冰冻冰冻成坚硬的固体。后用冷刀成坚硬的固体。后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。再用重金属对剥开的表面断开，升温后暴露断裂面。再用重金属对剥开的表面染色和用扫描电子显微镜观察。染色和用扫描电子显微镜观察。蛋白质蛋白质镶在、嵌入、横跨镶在、嵌入、横跨在磷脂双分子层中。在磷脂双分子层中。蛋白质在膜中的分布是蛋白质在膜中的分布是不对称不对称的的冰冻蚀刻电镜技术观察的蛋白质分布模型冰冻蚀刻电镜技术观察的蛋白质分布模型扫描电镜下看到的细胞膜断裂面扫描电镜下看到的细胞膜断裂面蛋白质蛋白质镶在、嵌入、横跨镶在、嵌入、横跨在磷脂双分子层中。在磷脂双分子层中。一、对生物膜结构的探索历程一、对生物膜结构的探索历程 问题问题1 1、生物膜的组分成分是什么？、生物膜的组分成分是什么？膜的主要成分是膜的主要成分是脂质和蛋白质脂质和蛋白质脂质在生物膜中排列为脂质在生物膜中排列为连续的两层连续的两层问题问题2 2、脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？（1）脂质在生物膜中是怎样排列的呢？脂质在生物膜中是怎样排列的呢？（2 2）蛋白质）蛋白质在膜中又是位于什么位置的呢？在膜中又是位于什么位置的呢？蛋白质蛋白质 请根据蛋白质的三种存在形式构建蛋白请根据蛋白质的三种存在形式构建蛋白质分子在磷脂双分子层中的排列模型质分子在磷脂双分子层中的排列模型 课堂活动课堂活动 问题问题3 3、构成生物膜的成分是静止不动的吗、构成生物膜的成分是静止不动的吗？一、对生物膜结构的探索历程一、对生物膜结构的探索历程 问题问题1 1、生物膜的组分成分是什么？、生物膜的组分成分是什么？膜的主要成分是膜的主要成分是脂质和蛋白质脂质和蛋白质脂质在生物膜中排列为脂质在生物膜中排列为连续的两层连续的两层蛋白质蛋白质镶在、嵌入、横跨镶在、嵌入、横跨在磷脂双分子层中。在磷脂双分子层中。问题问题2 2、脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？（1）脂质在生物膜中是怎样排列的呢？脂质在生物膜中是怎样排列的呢？（2 2）蛋白质）蛋白质在膜中又是位于什么位置的呢？在膜中又是位于什么位置的呢？静态的蛋白质静态的蛋白质脂质脂质蛋白质三层结构蛋白质三层结构受到质疑受到质疑推论：细胞膜应该是推论：细胞膜应该是流动的流动的有什么证据证明细胞膜中的物质有什么证据证明细胞膜中的物质是不断运动的呢？是不断运动的呢？诱导诱导细胞融合细胞融合 人细胞人细胞小鼠细胞小鼠细胞荧光标记荧光标记 膜蛋白膜蛋白4040分钟后分钟后370C 时间时间：19701970年年 人物人物：弗雷和埃迪登弗雷和埃迪登(Frye(Frye 和和 Edidin)Edidin)实验实验：资料资料6 6实验证明实验证明：分子可以流动。分子可以流动。表明：表明：细胞膜具有细胞膜具有 。蛋白质蛋白质流动性流动性杂交细胞杂交细胞问题问题3 3、构成生物膜的成分是静止不动的吗、构成生物膜的成分是静止不动的吗？一、对生物膜结构的探索历程一、对生物膜结构的探索历程 问题问题1 1、生物膜的组分成分是什么？、生物膜的组分成分是什么？膜的主要成分是膜的主要成分是脂质和蛋白质脂质和蛋白质脂质在生物膜中排列为脂质在生物膜中排列为连续的两层连续的两层蛋白质蛋白质镶在、嵌入、横跨镶在、嵌入、横跨磷脂双分子层中。磷脂双分子层中。生物膜具有生物膜具有流动性流动性问题问题2 2、脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？（1）脂质在生物膜中是怎样排列的呢？脂质在生物膜中是怎样排列的呢？（2 2）蛋白质）蛋白质在膜中又是位于什么位置的呢？在膜中又是位于什么位置的呢？时间时间时间时间：19721972年年人物人物人物人物：桑格桑格(S.J.Singer)(S.J.Singer)和尼克森和尼克森(G.Nicolson)(G.Nicolson)在新的观察和实验证据的基础上，在新的观察和实验证据的基础上，提出提出提出提出：流动镶嵌模型流动镶嵌模型 资料资料7 7 阅读课本阅读课本P68“生物膜的结构模型示意图生物膜的结构模型示意图”，以及相关描述，归纳出生物膜的流动镶嵌模，以及相关描述，归纳出生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。型的基本内容。课堂活动课堂活动 生物膜结构模型示意图生物膜结构模型示意图1 1、构成膜的基本支架构成膜的基本支架。2 2、蛋白质分子有的、蛋白质分子有的 磷脂双分子层表面，磷脂双分子层表面，有的部分或全部有的部分或全部 磷脂双分子层中，有的磷脂双分子层中，有的 整个磷脂双分子层。整个磷脂双分子层。二、流动镶嵌模型的基本内容二、流动镶嵌模型的基本内容磷脂双分子层磷脂双分子层镶在镶在嵌入嵌入横跨横跨磷脂分子是可以运动的，具有磷脂分子是可以运动的，具有 性性。流动流动（其分子的运动有多种形式）（其分子的运动有多种形式）大多数的蛋白质分子也是可以运动的。大多数的蛋白质分子也是可以运动的。（也体现了（也体现了膜的流动性膜的流动性）3 3、细胞膜、细胞膜外表外表，有一层由细胞膜上的蛋白，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的质与糖类结合形成的 ，叫做糖被，叫做糖被。糖蛋白糖蛋白（糖被与（糖被与细胞识别细胞识别、细胞间信息交流细胞间信息交流等有等有密切联系，密切联系，在消化道和呼吸道上皮细胞表在消化道和呼吸道上皮细胞表面的糖蛋白还有面的糖蛋白还有保护和润滑保护和润滑作用。）作用。）资料：取两种海绵动物，使其细胞分散资料：取两种海绵动物，使其细胞分散成单个的，然后将这些细胞掺在一起混成单个的，然后将这些细胞掺在一起混合培养发现只有合培养发现只有同种的细胞才能结合同种的细胞才能结合。后来对细胞表面的糖蛋白进行分析，结后来对细胞表面的糖蛋白进行分析，结果表明，这两种海绵细胞表面糖蛋白的果表明，这两种海绵细胞表面糖蛋白的氨基酸成分相同，而氨基酸成分相同，而糖类的成分不同糖类的成分不同。4 4、细胞膜表面还有糖类和脂质分子结合成、细胞膜表面还有糖类和脂质分子结合成的的 。糖脂糖脂从科学家的身上，你学到了什么？从科学家的身上，你学到了什么？1 1、科学家探索生物膜结构模型的过程中，强调、科学家探索生物膜结构模型的过程中，强调的科学方法是什么？的科学方法是什么？思考与讨论：思考与讨论：实验和观察、实验和观察、推理和想像推理和想像 提出假说提出假说 观察和实验观察和实验（进一步修正假说）（进一步修正假说）不断发展、不断发展、完善完善3 3、在建立生物膜模型的过程中，结构与功能、在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点是如何得到体现的？相适应的观点是如何得到体现的？2 2、在建立生物膜模型的探索过程中，实验、在建立生物膜模型的探索过程中，实验技术的进步起到怎样的作用技术的进步起到怎样的作用?实验技术的进步起到了关键性的推动作用实验技术的进步起到了关键性的推动作用 结构与功能相适应的观点结构与功能相适应的观点始终引导人们不断始终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识；使人类一步实践、认识，再实践、再认识；使人类一步步接近生物膜结构的真相。步接近生物膜结构的真相。生生物物膜膜结构结构主要成分主要成分结构模型：结构模型：磷脂、蛋白质（还有糖蛋磷脂、蛋白质（还有糖蛋白、糖脂）白、糖脂）流动流动镶嵌镶嵌模型模型 镶在镶在 嵌入嵌入 横跨横跨结构特性：结构特性：具有一定的流动性具有一定的流动性基本骨架：磷脂双基本骨架：磷脂双 分子层分子层蛋白质蛋白质 生物膜生物膜“流动镶嵌模型流动镶嵌模型”的基本内容的基本内容课堂小结课堂小结 流动镶嵌模型是目前人们普遍认同的，流动镶嵌模型是目前人们普遍认同的，但它无法完美地回答生物膜的所有功能。但它无法完美地回答生物膜的所有功能。20032003年度诺贝尔化学奖授予两名研究膜蛋白的美国年度诺贝尔化学奖授予两名研究膜蛋白的美国科学家，这是自科学家，这是自19911991年来诺贝尔奖第三次颁发给与年来诺贝尔奖第三次颁发给与细胞膜蛋白质有关的研究成果细胞膜蛋白质有关的研究成果 。皮特皮特阿格雷阿格雷罗德里克罗德里克麦金农麦金农D D课堂练习课堂练习:1 1如图所示为细胞膜的亚显微结构模式图，下列有如图所示为细胞膜的亚显微结构模式图，下列有关叙述错误的是关叙述错误的是()A A与细胞识别有关与细胞识别有关B B和和大都是运动的大都是运动的C C在膜上呈不对称分布在膜上呈不对称分布D D构成细胞膜的基本支架，构成细胞膜的基本支架，与物质进出无关与物质进出无关2.2.生物膜的结构特点是（生物膜的结构特点是（）A A构成生物膜的磷脂分子可以运动构成生物膜的磷脂分子可以运动B B构成生物膜的蛋白质分子可以运动构成生物膜的蛋白质分子可以运动C C构成生物膜的磷脂分子和蛋白质分子是静止的构成生物膜的磷脂分子和蛋白质分子是静止的D D构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动 D D3.3.以下图解是科学家对生物膜结构的探索历程，请将图中以下图解是科学家对生物膜结构的探索历程，请将图中A A、B B、C C、D D的内容填在相应的横线上：的内容填在相应的横线上：A A：_ B_ B：_ _ _ _ C C：_ D_ D：_模型模型膜是由脂质组成的膜是由脂质组成的 细胞膜中脂质分子排列为连续的两层细胞膜中脂质分子排列为连续的两层 细胞膜具有流动性细胞膜具有流动性 流动镶嵌流动镶嵌 利用生活中的废旧物品，尝试利用生活中的废旧物品，尝试制作立体的生物膜结构模型。制作立体的生物膜结构模型。磷脂分子的运动磷脂分子的运动