【生物】细胞膜的结构和功能教学课件 2023-2024学年高一上学期生物人教版2019必修1.pptx

第3章 组成细胞的分子 第1节 细胞膜的结构和功能本节聚焦细胞膜有哪些主要功能？细胞膜有哪些主要功能？流动镶嵌模型的基本内容是什么？流动镶嵌模型的基本内容是什么？通过对细胞膜结构的探索过程的分析，你对科学的过程和方法有哪些领悟？通过对细胞膜结构的探索过程的分析，你对科学的过程和方法有哪些领悟？【联系生活】生活中你见过细胞膜吗？资料：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。卵黄膜可看作是卵细胞膜，只有卵黄膜完好时，才能维持卵细胞的正常形态。戳破细胞膜，蛋黄就流出来了，说明细胞膜具有什么功能？将细胞与外界环境分隔开1膜的出现是生命起源过程中至关重要阶段。一、细胞膜的功能原始海洋中有机物聚集进化出原始生命产生了原始的细胞，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。细胞膜出现意义-系统的边界1.为什么活细胞不能被染色而死细胞能被染色？2.据此推断细胞膜作为系统的边界应该具有什么样的功能？细胞膜具有选择透过性，台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜，因此，活细胞不易被染色，死细胞的细胞膜失去选择透过性，因此，被台盼蓝染上颜色。控制物质进出细胞的功能。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。死 细 胞活 细 胞核核CO2细胞细胞产物产物代谢代谢废物废物O2 营营 养养 物物 质质细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜 不需的，不需的，有害的有害的物质物质有些病有些病有些病有些病毒病菌毒病菌毒病菌毒病菌控制物质进出细胞2 2细胞膜的功能特性：选择透过性细胞膜的控制作用是细胞膜的控制作用是相对相对的的一、细胞膜的功能 资料3：新鲜的苋菜叶泡进水中，水一般不会变红，但高温炒熟的苋菜中却有红红的汤汁，这可能是因为什么？【思考】细胞之间是如何实现协调配合的？【思考】细胞之间信息交流的方式有哪些？资料4：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。进行细胞间的信息交流3 3一、细胞膜的功能受体血管（1）间接交流：细胞分泌化学物质（如激素），通过膜表面的受体传递信息。1、化学本质：糖蛋白2、作用：接受激素等化学物质的信号3、特点：专一性（一种受体只能识别一种或者一类物质）受体简介接受信号的细胞靶细胞:进行细胞间的信息交流3 3一、细胞膜的功能靶细胞发出信号的细胞与膜结合的信号分子膜上接受信号分子的受体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。例如，精子和卵细胞之间的识别和结合。演示（2）直接交流：细胞膜的接触只有同种生物的精子和卵细胞能够识别和结合。进行细胞间的信息交流3 3一、细胞膜的功能胞间连丝胞间连丝（3）植物细胞通过 传递信息。通道（胞间连丝）通道交流不需要细胞膜上的受体通道交流不需要细胞膜上的受体进行细胞间的信息交流3 3一、细胞膜的功能细胞膜的功能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【思考】细胞膜的功能是由什么决定的？结构功能间接交流直接交流通道交流细胞膜功能小结不溶于脂质的物质不溶于脂质的物质溶于脂质的物质溶于脂质的物质细胞膜细胞膜1.欧文顿实验推测（提出假说）：细胞膜是由脂质组成的。细胞膜是由脂质组成的。二、对细胞膜成分的探索【资资料料1】1895年年欧欧文文顿顿：多多种种物物质质对对膜膜的的通通透透性性实实验验，溶溶于于脂脂质质的的物物质质容容易易通通过过细细胞膜，胞膜，不溶于不溶于脂质的脂质的物质，物质，不不容易容易通过细胞膜。通过细胞膜。相似相溶原理。【资料资料2 2】科学家利用哺乳动物成熟红细胞作为实验】科学家利用哺乳动物成熟红细胞作为实验材料，制备材料，制备出纯净的出纯净的细胞膜，并细胞膜，并对细胞膜的成分进行对细胞膜的成分进行分析，得出分析，得出组成细胞膜的脂质有组成细胞膜的脂质有磷脂和磷脂和胆固醇胆固醇，其中，其中磷脂磷脂含量最含量最多多。【思考】为什么选择哺乳动物成熟红细胞来制备细胞膜？无细胞壁，细胞容易吸水涨破；无细胞核和众多的细胞器，易制得纯净的细胞膜。2.化学分析实验【磷脂】是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子。磷酸“头部”是亲水的，脂肪酸“尾部”是疏水的。模型建构1：根据磷脂分子的特点，推测磷脂分子在空气-水界面上会怎么样排布？空气水模型建构2：将磷脂滴置于水中，磷脂分子在水中可能怎样排布？模型建构3：细胞内外都是水环境，预测细胞膜中磷脂的排布方式。水水【资资料料3】1925年年，两两位位荷荷兰兰科科学学家家戈戈特特和和格格伦伦德德尔尔用用丙丙酮酮从从人人的的红红细细胞胞中中提提取取脂脂质质，在在空气空气水界面上铺成水界面上铺成单分子层，测单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。倍。【问题】该实验能得出怎样的推论？推论：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。水溶液环境水溶液环境 (内内)水溶液环境水溶液环境(外外)连连续续两两层层排排列列【资资料料4】细细胞胞膜膜张张力力实实验验：1935年年，英英国国学学者者丹丹尼尼利利和和戴戴维维森森发发现现细细胞胞表表面面张张力力明明显显低低于于油油水水界界面面的的表表面面张张力力；当当时时人人们们已已经经知知道道了了，如如果果在在油油水水界界面面中中加加入入一一定定量量的的蛋蛋白白质质，其其表表面面张力降低。张力降低。【思考】从以上资料可以推测细胞膜中还可能含有什么物质？推测（提出假说）：细胞膜除含有脂质分子外，可能还附有蛋白质。到了20世纪30年代，科学家已经确定细胞膜中存在蛋白质。细胞膜的成分总结细胞膜细胞膜_（约（约50%）_（约（约40%）：）：糖类（糖类（2%10%）_（主要（主要）胆固醇胆固醇 (动物细胞膜具有动物细胞膜具有)脂质磷脂蛋白质【资资料料5】神神经经髓髓鞘鞘的的蛋蛋白白质质含含量量不不仅仅少少，而而且且蛋蛋白白质质种种类类只只有有3种种。神神经经髓髓鞘鞘也也比比较较简简单单，主主要要起起绝绝缘缘作作用用。红红细细胞胞、肝肝细细胞胞、大大肠肠杆杆菌菌的的细细胞胞膜膜都都承承担担着着非非常常复杂繁多的生理功能，它们的细胞膜中蛋白质的种类和数量均较多复杂繁多的生理功能，它们的细胞膜中蛋白质的种类和数量均较多。细胞膜的功能主要由蛋白质决定。功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。【思考】由上述材料可知，细胞膜的功能主要由哪一类物质决定？资料6：1959年，罗伯特森在电子显微镜下观察细胞膜。发现细胞膜呈现清晰的暗亮暗的三层结构。关于电镜成像：电子束照射大分子物质，散射度高，呈暗带；照射小分子物质，散射度低，呈亮带。所有的 细胞膜都是由“蛋白质脂质蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构。提出假说：思考：“三明治模型”的静态结构模型不能解释哪些功能？不能解释细胞的生长和分裂、白细胞吞噬细菌、变形虫的运动等。融合细胞细胞融合3740min正在融合的细胞红色荧光染料标记膜蛋白绿色荧光染料标记膜蛋白人细胞小鼠细胞这一实验以及相关的其他实验证据表明，细胞膜具有流动性。实验结论：细胞膜上的蛋白质分子是可以运动的。【资料7】人鼠细胞融合实验：（荧光标记技术）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。磷脂分子的运动侧向扩散 旋转运动 摆动运动 伸缩震荡 翻转运动 旋转异构【资料【资料8 8】物理科学家在低温下将细胞膜切开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面】物理科学家在低温下将细胞膜切开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面（冰冻蚀刻法），发现蛋白质镶嵌、贯穿于磷脂双分子层中（冰冻蚀刻法），发现蛋白质镶嵌、贯穿于磷脂双分子层中 。蛋白质分子在脂双层上的分布磷脂双分子层蛋白质糖蛋白整个 1972年辛格和尼克尔森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。磷脂分子磷脂双分子层蛋白质分子1.1.磷脂双分子层磷脂双分子层构成膜的构成膜的基本支架基本支架。其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子。其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能通过，因此具有屏障作用。或离子不能通过，因此具有屏障作用。2.2.蛋白质分子蛋白质分子有的有的镶镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌嵌入磷脂双分子层入磷脂双分子层中，有的中，有的贯穿贯穿整个磷脂双分子层。这些蛋白质在物质运输方面由重要作用。整个磷脂双分子层。这些蛋白质在物质运输方面由重要作用。（体现了膜结构内外的不对称性）（体现了膜结构内外的不对称性）（体现了膜结构内外的不对称性）（体现了膜结构内外的不对称性）流动镶嵌模型的主要内容3.3.细胞膜具有流动性细胞膜具有流动性。构成膜的。构成膜的磷脂分子磷脂分子可以侧向自由可以侧向自由移动移动，膜中的，膜中的蛋白质蛋白质大多也能大多也能运动运动，因此细胞膜具有流动性。，因此细胞膜具有流动性。细胞膜的流动性对于细胞完成物细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能都是非常重要的。质运输、生长、分裂、运动等功能都是非常重要的。磷脂分子磷脂双分子层蛋白质分子糖蛋白糖脂糖被糖被4.4.细细胞胞膜膜外外表表面面，有有糖糖类类分分子子与与蛋蛋白白质质分分子子结结合合形形成成的的糖糖蛋蛋白白，或或与与脂脂质质结结合合形形成成的的糖糖脂脂，这这些些糖糖类类分分子子叫叫作作糖糖被被。（糖糖被被与与细细胞胞表表面面的的识识别别、细细胞胞间间的信息传递的信息传递等功能有密切关系。）等功能有密切关系。）脂双层为基本骨架脂双层为基本骨架细胞的物质运输、生长、分裂、运动等生命活动细胞的物质运输、生长、分裂、运动等生命活动磷脂磷脂蛋白质蛋白质镶嵌、嵌入、贯穿镶嵌、嵌入、贯穿细细胞胞膜膜 糖类（少）糖类（少）组分组分内部疏水，屏障内部疏水，屏障物质运输等物质运输等细胞表面细胞表面信息传递等信息传递等运动运动运动运动结构特点：流动性结构特点：流动性1.1.将细胞与外将细胞与外界环境分隔开界环境分隔开结构结构功能功能2.2.控制物质进控制物质进出细胞出细胞 3.3.进行细胞间进行细胞间的信息交流的信息交流 桑格和尼克森提出桑格和尼克森提出流动镶嵌模型流动镶嵌模型科学方法 提出假说提出假说 细胞膜结构模型的探索过程，反映了提出假说这一科学方法的作用。科学家首先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，再用进一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充。一种假说最终被接受被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和试验结果相吻合。1.分布：2.成分：3.功能：4.性质：无生物活性，是全透性的植物、真菌及大多数原核细胞都有细胞壁植物-纤维素和果胶细菌-肽聚糖支持和保护为什么细胞壁不是植物细胞的边界？细胞壁对要进出细胞的物质没有选择性（即全透性），它不能保证细胞内部的稳定。四、细胞壁真菌-几丁质细 胞 膜成分与结 构功 能2.控制物质相对进出3.信息交流1.将细胞与外界分隔脂 质蛋白质糖 类磷脂双分子层-基本基本支架支架镶、嵌、贯穿糖蛋白功能特点结构特点（选择透过性）（流动性）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。（1）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。()（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。()（3）向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下一个空洞。()练习与应用 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（）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 B 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岀。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方？把细胞膜与窗纱进行类比，合理之处是说明细胞膜与窗纱一样可以允许一些物质出入，阻挡其他物质出入。这样的类比也有不妥之处。例如，窗纱是一种简单的刚性的结构，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，它只能是被动地在起作用。2.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。（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。