生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型

1、第第2 2節(jié)節(jié) 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型 是誰是誰, ,隔開了原始海洋的動(dòng)蕩隔開了原始海洋的動(dòng)蕩, , 是誰是誰, ,為我日夜守邊防為我日夜守邊防, , 是誰是誰, ,為我傳信報(bào)安康。為我傳信報(bào)安康。 沒有你沒有你, ,我我一個(gè)小小的細(xì)胞一個(gè)小小的細(xì)胞 會(huì)是何等模樣會(huì)是何等模樣? ? 丁衛(wèi)萍丁衛(wèi)萍 細(xì)胞膜的功能有哪些？ 問題探討 塑料袋 普通布 彈力布 其他 用用結(jié)構(gòu)跟功能相適結(jié)構(gòu)跟功能相適 應(yīng)的應(yīng)的觀點(diǎn)分析，用哪觀點(diǎn)分析，用哪 種材料做細(xì)胞膜更適于種材料做細(xì)胞膜更適于 體現(xiàn)細(xì)胞膜的功能？體現(xiàn)細(xì)胞膜的功能？ 細(xì)胞膜具有：細(xì)胞膜具有： 1.分隔分隔 2.控制物質(zhì)的進(jìn)出控制物質(zhì)的進(jìn)

2、出 3.信息交流信息交流 彈力布能完全表現(xiàn)彈力布能完全表現(xiàn) 細(xì)胞膜的功能嗎？細(xì)胞膜的功能嗎？ 開篇：開篇： 從生理功能入手的科學(xué)研究從生理功能入手的科學(xué)研究 從生理功能入手的科學(xué)研究從生理功能入手的科學(xué)研究 19世紀(jì)末，歐文頓（世紀(jì)末，歐文頓（E.Overton）在研究各種未受精卵細(xì)）在研究各種未受精卵細(xì) 胞的透性實(shí)驗(yàn)胞的透性實(shí)驗(yàn) 不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)不溶于脂質(zhì)的物質(zhì) 溶于脂質(zhì)的物質(zhì)溶于脂質(zhì)的物質(zhì) 細(xì)胞膜 從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能推測(cè)出什么結(jié)論呢？從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能推測(cè)出什么結(jié)論呢？ 思考與討論思考與討論: : 最初認(rèn)識(shí)到生物膜 是由脂質(zhì)組成的， 是通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 的推理分析還是通 過膜成分的提取和 鑒定？ 在推理

3、分析得出結(jié) 論后，還有必要對(duì) 膜的成分進(jìn)行提取、 分離和鑒定嗎？ 膜是由脂質(zhì)組成膜是由脂質(zhì)組成 最初最初依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 和有關(guān)知識(shí)，經(jīng)過和有關(guān)知識(shí)，經(jīng)過 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膰?yán)謹(jǐn)?shù)耐评硗评砗痛竽懞痛竽?的想像，提出設(shè)想，的想像，提出設(shè)想， 是一種常見的科學(xué)是一種常見的科學(xué) 方法。假說方法。假說還需要還需要 通過實(shí)驗(yàn)觀察通過實(shí)驗(yàn)觀察來證來證 實(shí)。實(shí)。 提出假說 2020世紀(jì)初，科學(xué)家將細(xì)胞膜從哺乳動(dòng)物的成熟世紀(jì)初，科學(xué)家將細(xì)胞膜從哺乳動(dòng)物的成熟 的紅細(xì)胞中分離出來，化學(xué)分析膜表明：的紅細(xì)胞中分離出來，化學(xué)分析膜表明： 實(shí)驗(yàn)證據(jù)實(shí)驗(yàn)證據(jù) 從生理功能入手的科學(xué)探究從生理功能入手的科學(xué)探究 膜的主要成分是

4、膜的主要成分是脂質(zhì)脂質(zhì)和蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 脂質(zhì)和蛋白質(zhì)是怎樣組合形成膜的呢？脂質(zhì)和蛋白質(zhì)是怎樣組合形成膜的呢？ 問題：?jiǎn)栴}： 繼承篇：繼承篇： 單位膜模型的提出單位膜模型的提出 單位膜模型的提出單位膜模型的提出 小資料 磷脂是組成細(xì)胞磷脂是組成細(xì)胞 的主要脂質(zhì)，是的主要脂質(zhì)，是 一種由甘油、脂一種由甘油、脂 肪酸、和磷酸等肪酸、和磷酸等 所組成的分子。所組成的分子。 它有一個(gè)它有一個(gè)親水親水磷磷 酸酸“頭頭”部，和部，和 一個(gè)一個(gè)疏水疏水的脂肪的脂肪 酸的酸的“尾尾”部。部。 想一想：想一想： 磷脂分子在空氣磷脂分子在空氣- -水界面水界面 上會(huì)怎么樣鋪展？上會(huì)怎么樣鋪展？ 親水親水 “頭部頭部”

5、 水水 空氣空氣 親水的親水的“頭部頭部”與水接觸，與水接觸， 疏水的疏水的“尾巴尾巴”遠(yuǎn)離水，遠(yuǎn)離水， 朝向空氣的一面，在水空朝向空氣的一面，在水空 氣界面上鋪展成單分子層。氣界面上鋪展成單分子層。疏水疏水 “尾部尾部” 單位膜模型的提出單位膜模型的提出 細(xì)胞膜的兩側(cè)都有水環(huán)境存在，細(xì)胞膜的兩側(cè)都有水環(huán)境存在，同學(xué)們嘗試同學(xué)們嘗試 著大膽的推測(cè)和想象一下在這樣的環(huán)境中，著大膽的推測(cè)和想象一下在這樣的環(huán)境中， 磷脂分子在細(xì)胞膜中可能是怎樣排布的呢？磷脂分子在細(xì)胞膜中可能是怎樣排布的呢？ 推 測(cè) 單位膜模型的提出單位膜模型的提出 實(shí)驗(yàn)證據(jù) 1925年年 兩位荷蘭科學(xué)家用兩位荷蘭科學(xué)家用丙酮丙酮

6、（一種有機(jī)溶劑）從一定數(shù)量的紅細(xì)胞（一種有機(jī)溶劑）從一定數(shù)量的紅細(xì)胞 中抽提脂類，在空氣中抽提脂類，在空氣-水界面上鋪展成水界面上鋪展成 單分子層，測(cè)得單分子層的面積恰為紅單分子層，測(cè)得單分子層的面積恰為紅 細(xì)胞表面積的細(xì)胞表面積的2倍倍 脂質(zhì)分子必然排列為連續(xù)脂質(zhì)分子必然排列為連續(xù) 的的兩層兩層 GORTER 脂質(zhì)單分子層脂質(zhì)單分子層=2=2細(xì)胞膜細(xì)胞膜 單位膜模型的提出單位膜模型的提出 蛋白質(zhì)位于細(xì)胞膜的什么位置呢？ 推測(cè)？推測(cè)？ 40年代，曾經(jīng)有學(xué)者推測(cè)蛋白質(zhì)覆蓋年代，曾經(jīng)有學(xué)者推測(cè)蛋白質(zhì)覆蓋 在脂質(zhì)的兩邊。在脂質(zhì)的兩邊。 假假 說說 問題：?jiǎn)栴}： 單位膜模型的提出單位膜模型的提出 19

7、59年，羅伯特森（年，羅伯特森（J. D. Robertson ）用超薄切片技術(shù)獲得了）用超薄切片技術(shù)獲得了 清晰的細(xì)胞膜電鏡下的照片，顯示暗清晰的細(xì)胞膜電鏡下的照片，顯示暗- 明明-暗三層結(jié)構(gòu)暗三層結(jié)構(gòu)。 實(shí)驗(yàn)證據(jù) 蛋白質(zhì)的電子密度高，在電蛋白質(zhì)的電子密度高，在電 鏡下顯暗色；磷脂分子的電鏡下顯暗色；磷脂分子的電 子密度低，顯亮色。子密度低，顯亮色。 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 脂質(zhì)脂質(zhì) 單位膜模型單位膜模型 單位膜模型無法解釋的現(xiàn)象單位膜模型無法解釋的現(xiàn)象 植物細(xì)胞質(zhì)壁分離現(xiàn)象植物細(xì)胞質(zhì)壁分離現(xiàn)象 開拓篇：開拓篇： 新技術(shù)帶來新模型新技術(shù)帶來新模型 膜能運(yùn)動(dòng)嗎？如果運(yùn)動(dòng)，膜上的蛋白質(zhì)又該位

8、于膜能運(yùn)動(dòng)嗎？如果運(yùn)動(dòng)，膜上的蛋白質(zhì)又該位于 什么位置？什么位置？ 跨膜蛋白外周蛋白 嵌入蛋白 新技術(shù)帶來新模型新技術(shù)帶來新模型 蛋白質(zhì)在膜中的分布是蛋白質(zhì)在膜中的分布是不對(duì)稱不對(duì)稱的的 科學(xué)家關(guān)于蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜上存在的 三種方式的概括： l鑲在膜表面 l嵌在膜中 l貫穿膜 標(biāo)本用干冰等冰凍。后用冷刀斷開，升溫后暴露斷裂面標(biāo)本用干冰等冰凍。后用冷刀斷開，升溫后暴露斷裂面。 新技術(shù)帶來新模型新技術(shù)帶來新模型 用熒光染料標(biāo)記 某種物質(zhì)，利用其 熒光特性，來反應(yīng) 研究對(duì)象的相關(guān)信 息。 熒光標(biāo)記熒光標(biāo)記技術(shù) 膜上的蛋白質(zhì)可 以運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng) 新技術(shù)帶來新模型新技術(shù)帶來新模型 小資料 磷脂分子的運(yùn)動(dòng) 細(xì)胞膜

9、具有 流動(dòng)性 新技術(shù)帶來新模型新技術(shù)帶來新模型 在新的觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上，在新的觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上，1972年桑格年桑格(S.J.Singer)和尼克森和尼克森 (G.Nicolson)提出了新的生物膜模型提出了新的生物膜模型流動(dòng)鑲嵌模型流動(dòng)鑲嵌模型，為多數(shù)，為多數(shù) 人所接受。人所接受。 流動(dòng)鑲嵌模型流動(dòng)鑲嵌模型 流動(dòng)鑲嵌模型基本內(nèi)容的總結(jié)流動(dòng)鑲嵌模型基本內(nèi)容的總結(jié): 3 3、蛋白質(zhì)分子存在形態(tài)：、蛋白質(zhì)分子存在形態(tài)： 有鑲在表面、嵌入、貫穿三種，外側(cè)的蛋白質(zhì)分子有鑲在表面、嵌入、貫穿三種，外側(cè)的蛋白質(zhì)分子 與糖類結(jié)合形成糖被。與糖類結(jié)合形成糖被。體現(xiàn)了生物膜的體現(xiàn)了生物膜的不對(duì)稱性不

10、對(duì)稱性。 （糖被與細(xì)胞識(shí)別、胞間信息交流等有密切聯(lián)系）（糖被與細(xì)胞識(shí)別、胞間信息交流等有密切聯(lián)系） 注注 意意 .23 細(xì)胞膜的流動(dòng)性與細(xì)胞功能的關(guān)系細(xì)胞膜的流動(dòng)性與細(xì)胞功能的關(guān)系 吞噬作用吞噬作用 思考： 單位膜模型與流動(dòng)鑲嵌模型有何異同？ 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型是否已完 美無缺呢？ ？ ？ ？ 20032003年度諾貝年度諾貝 爾化學(xué)獎(jiǎng)授予兩名研爾化學(xué)獎(jiǎng)授予兩名研 究細(xì)胞膜的美國(guó)科學(xué)究細(xì)胞膜的美國(guó)科學(xué) 家家阿格雷阿格雷和和麥金農(nóng)麥金農(nóng)。 以表彰他們?cè)诩?xì)胞膜以表彰他們?cè)诩?xì)胞膜 物質(zhì)運(yùn)輸?shù)耐ǖ婪矫嫖镔|(zhì)運(yùn)輸?shù)耐ǖ婪矫?所做的貢獻(xiàn)。所做的貢獻(xiàn)。 不斷完善和發(fā)展的流動(dòng)鑲嵌模型不斷完善和發(fā)展的流動(dòng)鑲嵌模

11、型 ：19世紀(jì)末，歐文頓發(fā)現(xiàn)世紀(jì)末，歐文頓發(fā)現(xiàn) 物質(zhì)更容易透過細(xì)胞膜。物質(zhì)更容易透過細(xì)胞膜。 。 20世紀(jì)初，對(duì)膜的化學(xué)分析結(jié)果指出膜主要由世紀(jì)初，對(duì)膜的化學(xué)分析結(jié)果指出膜主要由 和和 組組 成。成。 脂質(zhì)和蛋白質(zhì)是怎樣形成膜的呢？脂質(zhì)和蛋白質(zhì)是怎樣形成膜的呢？ 1925年年 荷蘭科學(xué)家測(cè)得膜單分子層恰為紅細(xì)胞表面積的荷蘭科學(xué)家測(cè)得膜單分子層恰為紅細(xì)胞表面積的2倍，提出倍，提出 . 1959年羅伯特森提出的單位膜模型：所有生物膜都由年羅伯特森提出的單位膜模型：所有生物膜都由 三層結(jié)構(gòu)。三層結(jié)構(gòu)。 如果膜是靜態(tài)的，細(xì)胞的一些復(fù)雜功能又怎樣解釋呢？如果膜是靜態(tài)的，細(xì)胞的一些復(fù)雜功能又怎樣解釋呢？

12、1970年，熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，指出細(xì)胞膜具年，熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，指出細(xì)胞膜具 有有 。 1972年，桑格和尼克森提出了年，桑格和尼克森提出了 。 回顧：對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程回顧：對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程 溶于脂質(zhì)的溶于脂質(zhì)的 膜是由脂質(zhì)組成膜是由脂質(zhì)組成 脂質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 脂質(zhì)分子排列為連續(xù)的兩層脂質(zhì)分子排列為連續(xù)的兩層 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-脂質(zhì)脂質(zhì)-蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 流動(dòng)性流動(dòng)性 流動(dòng)鑲嵌模型流動(dòng)鑲嵌模型 小結(jié)：概念圖小結(jié)：概念圖 基本支架基本支架 具有流動(dòng)性具有流動(dòng)性 有的橫跨整個(gè)磷有的橫跨整個(gè)磷 脂雙分子層脂雙分子層 生物膜生物膜 大多數(shù)可以運(yùn)動(dòng)大多數(shù)可以運(yùn)動(dòng)

13、生物膜具有結(jié)構(gòu)特性生物膜具有結(jié)構(gòu)特性: 磷脂雙分子層磷脂雙分子層蛋白質(zhì)分子蛋白質(zhì)分子 部分鑲在磷脂部分鑲在磷脂 雙分子層表面雙分子層表面 部分或全部嵌入部分或全部嵌入 磷脂雙分子層中磷脂雙分子層中 流動(dòng)性流動(dòng)性 成分成分 不要灰心，不要灰心， 再來一次！再來一次！ 不要灰心，不要灰心， 再來一次！再來一次！ 不要灰心，不要灰心， 再來一次！再來一次！ 恭喜你，答恭喜你，答 對(duì)了！再接對(duì)了！再接 再厲！再厲！ 知識(shí)闖關(guān)：第一關(guān)知識(shí)闖關(guān)：第一關(guān) 人體內(nèi)的白細(xì)胞能進(jìn)行變形運(yùn)動(dòng)，穿出毛細(xì)人體內(nèi)的白細(xì)胞能進(jìn)行變形運(yùn)動(dòng)，穿出毛細(xì) 血管壁，吞噬侵入人體內(nèi)的病菌，這個(gè)過程血管壁，吞噬侵入人體內(nèi)的病菌，這個(gè)過程

14、 的完成依靠細(xì)胞膜的的完成依靠細(xì)胞膜的 （ ） 選擇透過性選擇透過性 保護(hù)作用保護(hù)作用 流動(dòng)性流動(dòng)性 擴(kuò)散擴(kuò)散 不要灰心，不要灰心， 再來一次！再來一次！ 不要灰心，不要灰心， 再來一次！再來一次！ 不要灰心，不要灰心， 再來一次！再來一次！ 恭喜你，答恭喜你，答 對(duì)了！再接對(duì)了！再接 再厲！再厲！ 知識(shí)闖關(guān)：第二關(guān)知識(shí)闖關(guān)：第二關(guān) 使磷脂特別適于形成細(xì)胞膜的原因是（使磷脂特別適于形成細(xì)胞膜的原因是（ ） 磷脂是疏水性磷脂是疏水性 磷脂是親水性的磷脂是親水性的 磷脂能迅速吸水磷脂能迅速吸水 磷脂既是疏水性的又是親水性的磷脂既是疏水性的又是親水性的 不要灰心，不要灰心， 再來一次！再來一次！ 不

15、要灰心，不要灰心， 再來一次！再來一次！ 不要灰心，不要灰心， 再來一次！再來一次！ 恭喜你，答恭喜你，答 對(duì)了！再接對(duì)了！再接 再厲！再厲！ 知識(shí)闖關(guān)：第三關(guān)知識(shí)闖關(guān)：第三關(guān) 細(xì)胞膜具有選擇透過性，與這一特性密切相細(xì)胞膜具有選擇透過性，與這一特性密切相 關(guān)的成分是（關(guān)的成分是（ ） 磷脂磷脂 糖蛋白糖蛋白 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 磷脂、蛋白質(zhì)磷脂、蛋白質(zhì) 據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，膽固醇、小分子脂肪酸、維生素?fù)?jù)研究發(fā)現(xiàn)，膽固醇、小分子脂肪酸、維生素D D 等物質(zhì)較容易優(yōu)先通過細(xì)胞膜，這是因?yàn)榈任镔|(zhì)較容易優(yōu)先通過細(xì)胞膜，這是因?yàn)?（ ） A A 細(xì)胞膜具有一定流動(dòng)性細(xì)胞膜具有一定流動(dòng)性 B B 細(xì)胞膜是選擇透過性細(xì)胞膜是選擇透過性 C C 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)是以磷脂分子層為基本骨架細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)是以磷脂分子