第一节细胞膜的结构与功能 (2).ppt

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1、人教版高中生物必修人教版高中生物必修1 1第第4 4章第章第2 2节节生物膜的流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型庞亚君（张家口市正博高级中学）庞亚君（张家口市正博高级中学）事事例例1 1：得得了了糖糖尿尿病病怎么办？怎么办？问问题题：与与胰胰岛岛素素（分分泌泌蛋蛋白白）合合成成有有关关的的细细胞胞器器及及细细胞胞结结构构主主要要有有哪哪些些？与胰岛素（分泌蛋白）与胰岛素（分泌蛋白）合成有关的细胞器及细胞结合成有关的细胞器及细胞结构有哪些？构有哪些？高尔基体高尔基体（精加工）（精加工）核糖体核糖体（合成）（合成）内质网内质网（粗加工）（粗加工）线粒体线粒体（提供能量）（提供能量）细胞膜细胞膜 在细

2、胞中，内质网、高尔基体、在细胞中，内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等细胞器，线粒体、叶绿体、溶酶体等细胞器，以及细胞膜、核膜等结构都具有膜结以及细胞膜、核膜等结构都具有膜结构，是细胞的构，是细胞的生物膜系统生物膜系统。生物膜是一种选择透过性膜生物膜是一种选择透过性膜事事例例2 2：得得了了大大脖脖子子病病（地地方方性性甲甲状状腺腺肿肿）怎么办？怎么办？问问题题：从从海海带带细细胞胞中中的的碘碘离离子子比比海海水水中中高高出出许许多多倍倍的的事事实实，可可以以知知道道生生物物膜膜的的功功能能特点是什么？特点是什么？生物膜的结构组成是什么？生物膜的结构组成是什么？细细胞胞膜膜为为什什么么具

3、具有有选选择择透透过过性性的的功功能能，生生物物膜膜的的选选择择透透过过性性是是否否与与其其特特定定的结构有关？的结构有关？第二节生物膜的流动镶嵌模型第二节生物膜的流动镶嵌模型 探探究究1.1.1919世世纪纪末末，欧欧文文顿顿（E.OvertonE.Overton）在在用用500500多多种种化化学学物物质质对对植植物物细细胞胞的的通通透透性性进进行行实实验验后后发发现现：凡凡是是可可以以溶溶于于脂脂质质的的物物质质，比比不不能能溶于脂质的物质更容易透过细胞膜进入细胞。溶于脂质的物质更容易透过细胞膜进入细胞。生物膜是由生物膜是由_组成的。组成的。脂质脂质 欧欧文文顿顿（E.OvertonE.

4、Overton）提提出出了了一一个个关关于于生物膜结构的假说。生物膜结构的假说。请你想一想它是什么呢？请你想一想它是什么呢？欧欧文文顿顿的的推推论论是是否否正正确确呢呢？生生物物膜膜中中除除了了含含有有脂脂质外，还有没有其他成分呢？质外，还有没有其他成分呢？探探究究2 2：2020世世纪纪初初，科科学学家家们们第第一一次次将将生生物物膜膜从从哺哺乳乳动动物物的的红红细细胞胞中中分分离离出出来来。经经化化学分析揭示了生物膜的主要成分。学分析揭示了生物膜的主要成分。将将人人（或或哺哺乳乳动动物物）的的成成熟熟的的红红细细胞胞放放入入清清水水中中，造造成成溶溶血血现现象象，使使血血红红蛋蛋白白和和无

5、无机机盐盐等等溶溶出出细细胞胞外外，剩剩下的下的“空壳空壳”就是红细胞的细胞膜，我们称之为就是红细胞的细胞膜，我们称之为血影。血影。细胞膜分离出来后，通过细胞膜分离出来后，通过酶解法（酶具有酶解法（酶具有专一性）专一性），发现细胞膜不但会被水解，发现细胞膜不但会被水解蛋白质蛋白质的的酶水解，也会被水解酶水解，也会被水解脂质脂质的酶水解。的酶水解。生物膜的主要成分是生物膜的主要成分是_。蛋白质和脂质蛋白质和脂质红细胞的细胞膜红细胞的细胞膜 通通过过对对血血影影的的分分析析研研究究以以及及其其他他方方法法，测测得得3 3种种生生物物膜膜的化学成分如下表：的化学成分如下表：蛋白质蛋白质()脂质脂质(

6、主要是磷脂主要是磷脂)()()糖类糖类()人的红细胞膜人的红细胞膜 494943438 8小鼠肝细胞膜小鼠肝细胞膜 444452524 4变形虫细胞膜变形虫细胞膜 545442424 4(1)(1)“血影血影”为纯为纯 材料，可用于研究。材料，可用于研究。(2)(2)为何选用人（或哺乳动物）的成熟的红细胞？为何选用人（或哺乳动物）的成熟的红细胞？(3)(3)从以上数据显示，构成生物膜的化学成分主要是从以上数据显示，构成生物膜的化学成分主要是 。生物膜生物膜蛋白质和磷脂蛋白质和磷脂认认 识识 磷磷 脂脂 磷磷脂脂是是一一种种由由甘甘油油、脂脂肪肪酸酸和和磷磷酸酸所所组组成成的的分分子子，磷磷酸酸

7、“头头”部部是是亲亲水水的的，脂脂肪肪酸酸“尾尾”部是疏水的。部是疏水的。胆胆 碱碱磷磷 酸酸甘甘 油油脂肪酸脂肪酸磷磷脂脂蛋蛋白白质质1 1、生物膜的化学成分、生物膜的化学成分 探探究究3.3.19171917年年朗朗姆姆瓦瓦（LangmuirLangmuir）将将磷磷脂脂溶溶于于苯苯(非非极极性性溶溶剂剂)和和水水(极极性性溶溶剂剂)中中，磷磷脂脂分分子子分分布布散散乱乱。当当苯苯挥挥发发完完以以后后，经经过过推推挤挤，磷磷脂脂分分子子排排列列成成单单层层，保保持持着着一一种种薄薄膜膜状状态态。请请问问其其磷磷酸酸基基团团的的极极性性头头部部和和水平面之间位置如何？水平面之间位置如何？亲水

8、端亲水端疏水端疏水端ABCD平铺于水面上平铺于水面上磷脂分子置于水中磷脂分子置于水中两个水槽两个水槽“隔板隔板”的孔隙的孔隙 探探究究4.4.用用磷磷脂脂分分子子的的结结构构特特点点和和所所处处环环境境画出磷脂分子在下列两种情况中的排列方式画出磷脂分子在下列两种情况中的排列方式亲水端亲水端疏水端疏水端 探探究究5.5.19251925年年，荷荷兰兰科科学学家家Gorter Gorter 和和GrendelGrendel对血影的研究。对血影的研究。用丙酮提取细胞膜中的磷脂，在空气用丙酮提取细胞膜中的磷脂，在空气-水界面铺成单分子层，聚拢后测出水界面铺成单分子层，聚拢后测出磷磷脂脂的表面积为的表面

9、积为b b。把把红红细细胞胞放放在在蒸蒸馏馏水水中中使使其其吸吸水水胀胀破破，反反复复冲冲洗洗后后只只留留细细胞胞膜膜(血血影影)，把把这这些些破破碎碎的的细细胞胞膜膜铺铺在在水水面面上上，测测出出其其细胞膜细胞膜的表面积为的表面积为a a。测定结果：测定结果：细胞膜是由细胞膜是由_磷脂分子组成的。磷脂分子组成的。连续的两层连续的两层b=2ab=2a 总总结结：通通过过探探究究4 4、探探究究5 5请请你你想想象象一一下下磷磷脂脂双双分分子层在实际的动植物细胞中的排列方式是怎样的？子层在实际的动植物细胞中的排列方式是怎样的？水水水水2 2、生物膜的分子结构、生物膜的分子结构 探探究究6.6.1

10、9321932年年DavsonDavson和和DanielliDanielli的的提提出出了了一一种种将将磷脂双分子层夹在两层球蛋白间的磷脂双分子层夹在两层球蛋白间的“三明治模型三明治模型”。19591959年年罗罗伯伯特特森森（J.D.RoberstonJ.D.Roberston）利利用用超超薄薄切切片片技技术术在在电电镜镜下下观观察察了了细细胞胞膜膜的的结结构构后后，也也提提出出了了静静态态的的“单单位位膜膜模模型型”：“暗暗亮亮暗暗”(蛋蛋白白质质磷磷脂脂蛋蛋白白质质)。蛋蛋白白质质电电子子密密度度高高显显黑黑色色发发暗暗，磷磷脂脂分分子子的的电电子子密密度度低发亮低发亮。2020世纪三

11、四十年代世纪三四十年代人们发明了电子显微镜人们发明了电子显微镜“单位膜模型单位膜模型”三明治模型三明治模型 质质疑疑：2020世世纪纪6060年年代代以以后后，科科学学家家对对生生物物膜膜是是静静态的观点提出了质疑。态的观点提出了质疑。变形虫在吞噬草履虫变形虫在吞噬草履虫 蛋白质在生物膜中的蛋白质在生物膜中的分布是不对称的分布是不对称的 探探究究7.7.细细胞胞冰冰冻冻蚀蚀刻刻实实验验：首首先先将将细细胞胞用用液液氮氮等等冷冷冻冻，然然后后用用冷冷冻冻的的玻玻璃璃刀刀将将其其剥剥开开，再再升温暴露其断裂面，最后染色并用扫描电镜观察。升温暴露其断裂面，最后染色并用扫描电镜观察。人细胞人细胞诱导诱

12、导融合融合荧光标记荧光标记 蛋白质蛋白质鼠细胞鼠细胞 探探究究8.8.19701970年年，费费雷雷（FryeFrye）和和埃埃迪迪登登（EdidinEdidin）利利用用荧荧光光标标记记法法，进进行行了了人人-鼠鼠细胞的融合实验。细胞的融合实验。4040minmin37 进一步实验表明：构成细胞膜的进一步实验表明：构成细胞膜的 分子和分子和 分子大都是可以分子大都是可以 的，而不是静止的。的，而不是静止的。磷脂磷脂蛋白质蛋白质流动流动（1 1）两种颜色均匀分布是由于）两种颜色均匀分布是由于_的结果。的结果。（2 2）实验结果证明细胞膜具有）实验结果证明细胞膜具有_性。性。蛋白质分子运动蛋白质

13、分子运动流动流动杂交细胞杂交细胞时间和人物时间和人物历史事件历史事件历史结论历史结论 多种物质对膜通透性实验多种物质对膜通透性实验对红细胞膜化学分析对红细胞膜化学分析红细胞膜的脂质铺展成单红细胞膜的脂质铺展成单层分子的面积是原膜表面层分子的面积是原膜表面积的两倍积的两倍电镜下膜呈电镜下膜呈“暗暗亮亮暗暗”三层结构三层结构蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质人、鼠细胞融合实验人、鼠细胞融合实验新的观察和实验证据的基础新的观察和实验证据的基础上，提出分子结构模型上，提出分子结构模型膜是由脂质组成的膜是由脂质组成的膜中含脂质和蛋白质膜中含脂质和蛋白质脂质双层结构脂质双层结构膜具有流动性膜具有流动性流动镶

14、嵌模型流动镶嵌模型19721972，桑格，桑格和尼克森和尼克森19701970年年19591959年，年，罗伯特森罗伯特森19251925年，年，两位荷兰两位荷兰科学家科学家2020世纪初世纪初1919世纪末世纪末欧文顿欧文顿生物膜结构的探究历程生物膜结构的探究历程 继承和创新：继承和创新：19721972年，桑格（年，桑格（S.J.SingerS.J.Singer）和尼克森（和尼克森（G.NicolsonG.Nicolson）提出的生物膜的流动镶）提出的生物膜的流动镶嵌模型被大多数人所接受。嵌模型被大多数人所接受。3 3、生物膜流动镶嵌模型及其主要内容、生物膜流动镶嵌模型及其主要内容（1 1

15、）组组成成成成分分：生生物物膜膜主主要要由由流流动动的的_双双分分子子层层和和嵌嵌在在其其中中的的_组组成成，还还有有少少量量的的_。蛋白质蛋白质糖类糖类磷脂磷脂（2 2）基基本本支支架架：磷磷脂脂双双分分子子层层以以疏疏水水性性尾尾部部朝朝向向膜膜的的_侧侧，亲亲水水性性头头部部朝朝向向膜膜的的_侧，组成生物膜的基本支架。侧，组成生物膜的基本支架。水水水水内内外外（3 3）蛋蛋白白质质的的存存在在形形式式：蛋蛋白白质质或或_在在磷磷脂脂双双分分子子层层的的表表面面，或或_其其中中，或或_于于整整个个磷磷脂脂双双分分子子层层，表表现现出出蛋蛋白白质质分分子分布的不对称性。子分布的不对称性。镶镶

16、嵌入嵌入贯穿贯穿 蛋白质蛋白质（4 4）糖糖类类的的存存在在形形式式：在在细细胞胞膜膜的的外外表表，有有一一层层由由细细胞胞膜膜上上的的蛋蛋白白质质与与糖糖类类结结合合形形成成的的_，叫叫做做_。有有些些糖糖类类与与脂脂质质分分子子结合形成结合形成_。糖蛋白糖蛋白糖被糖被糖脂糖脂 探探究究9.9.19251925年年，GaltsoffGaltsoff用用两两种种不不同同属属的的海海绵绵做做了了一一个个经经典典细细胞胞融融合合实实验验。他他将将一一种种含含红红色色素素的的红红海海绵绵，另另一一种种含含黄黄色色素素的的黄黄海海绵绵预预先先分分离离成成悬悬液液。在在将将这这两两种种海海绵绵细细胞胞悬

17、悬液液混混合合在在一一起起的的时时候候，在在没没有有诱诱导导剂剂的的情情况况下下，起起初初两两种种细细胞胞随随机机聚聚合合，但但很很快快两两种种细细胞胞按按种种彼彼此此分分开开，分分别别形形成成红红色色细细胞胞群群及及黄黄色色细细胞胞群群，最最后后两两种种不不同同的的细细胞胞群群各各自自分分化化，形形成成独独立立的的红红海海绵绵和和黄黄海海绵绵。以以后后发发现现许许多多其其他他种种的的海海绵绵也也有有此此能能力力。这这是是为为什什么么呢呢？细胞识别细胞识别 保护和润滑作用保护和润滑作用糖被的功能：糖被的功能：海海绵绵细细胞胞表表面面的的糖糖蛋蛋白白所所构构成成的的糖糖被被具具有有细细胞胞识识别别能能力力，它它具具有有种种的的特特异异性性。同同种种的的海海绵绵细细胞胞能能聚聚合合，不同种的海绵细胞相分离，不能聚合。不同种的海绵细胞相分离，不能聚合。4 4、结结构构特特点点：磷磷脂脂分分子子和和蛋蛋白白质质分分子子都都是是可以可以_的，体现了膜的的，体现了膜的_。运动运动流动性流动性填写概念图填写概念图生物膜生物膜结构特点结构特点功能特点功能特点结构组成结构组成结构探究历程结构探究历程决定决定 流动性流动性选择透过性选择透过性磷脂磷脂蛋白质蛋白质