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1、第第2 2節(jié)生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型節(jié)生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型 丁衛(wèi)萍 第四章 物質(zhì)的輸入和輸出 細(xì)胞膜的成分 50% 40% 2-10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 脂質(zhì)蛋白質(zhì)糖類 磷脂最豐富 想一想: 磷脂分子在空氣-水 界面上會(huì)怎么樣鋪展? 空氣 水 小資料 磷脂是組成細(xì)胞 膜的主要脂質(zhì), 是一種由甘油、 脂肪酸、和磷酸 等所組成的分子。 它有一個(gè)親水磷 酸“頭”部,和 一個(gè)疏水的脂肪 酸的“尾”部。 親水 “頭部” 疏水“尾部 “ 親水的“頭部”與 水接觸,疏水的 “尾巴”遠(yuǎn)離水, 朝向空氣的一面, 在水空氣界面上鋪 展成單分子層。 細(xì)胞膜的兩側(cè)都有水環(huán)境存在, 同學(xué)們嘗試著
2、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? 推 測(cè) 水 水 水 水 水 水 水 水 水 水 A B C DE 實(shí)驗(yàn)證據(jù) 1925年兩位荷蘭的科學(xué)家 用丙酮(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-水界面上鋪展成單分子 層,測(cè)得單分子層的面積恰為 紅細(xì)胞表面積的2倍 GORTER 脂質(zhì)分子必然排列為連續(xù)的兩 層 蛋白質(zhì)位于細(xì)胞膜的什么位置呢? 推測(cè)? 20世紀(jì)40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 假 說 問題: 1959年,羅伯特森(J. D. Robertson )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-亮-暗
3、 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 鏡下顯暗色;磷脂分子的電 子密度低,顯亮色。 暗 - 亮 - 暗 蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì) 脂質(zhì) 單位膜模型 靜態(tài)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu) 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 冰凍蝕刻電鏡技術(shù)觀 察蛋白質(zhì)分布模型 標(biāo)本用干冰(液氮)冰凍后 用冷刀斷開,升溫后暴露斷 裂面,制出膜斷裂面模型 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 跨膜蛋 白 外周 蛋白 嵌入 蛋白 貫穿整個(gè)膜 嵌入在膜中 鑲在膜表面 冰凍蝕刻(冰凍斷裂)。標(biāo)本用干冰等冰凍。后用冷刀斷開, 真空中升溫后暴露斷裂面。 資料6 蛋白質(zhì)鑲在、嵌入、橫跨在磷脂雙分子層中。 蛋白質(zhì)在
4、膜中的分布是不對(duì)稱的 7/3/202111 誘導(dǎo) 融合 40分鐘后 .人細(xì)胞 鼠細(xì)胞 熒光標(biāo) 記的蛋 白質(zhì) 37 用熒光染料標(biāo)記細(xì)胞 表面的蛋白質(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)技術(shù) 結(jié)論:膜上的蛋白具有流動(dòng) 性 時(shí)間:1972年 人物:桑格和尼克森(S. J. Singer & G. Nicolson ) 假說: 流動(dòng)鑲嵌模型 資料8 生物膜結(jié)構(gòu)模型示意圖 1、基本支架磷脂雙分子層 2、蛋白質(zhì)分子鑲、嵌入、貫穿(橫跨) (體現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外的不對(duì)稱性和流動(dòng)性) 二、流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容 3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn):流動(dòng)性 功能特點(diǎn):選擇透過性 (磷脂與蛋白質(zhì)都有流動(dòng)性)
5、 1、基本支架磷脂雙分子層 二、流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容 葡萄糖不能通過無蛋白質(zhì)的葡萄糖不能通過無蛋白質(zhì)的 脂雙層膜,但是,小腸上皮脂雙層膜,但是,小腸上皮 細(xì)胞能大量吸收葡萄糖,細(xì)胞能大量吸收葡萄糖, 對(duì)對(duì) 此該如何解釋?此該如何解釋? 氧氣,二氧化碳氧氣,二氧化碳 氮?dú)猓降獨(dú)?,?水,甘油,乙醇水,甘油,乙醇 氨基酸,葡萄糖氨基酸,葡萄糖 核苷酸核苷酸 氫離子,鈉離子氫離子,鈉離子 鉀離子,鈣離子鉀離子,鈣離子 氯離子,鎂離子氯離子,鎂離子 碳酸氫根碳酸氫根 人工合成的脂雙層人工合成的脂雙層 推測(cè):推測(cè):小腸上皮細(xì)胞上有能小腸上皮細(xì)胞上有能 轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)。 比較自由
6、擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散的異同點(diǎn)比較自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散的異同點(diǎn) 相同點(diǎn):相同點(diǎn): 不同點(diǎn):不同點(diǎn): 物質(zhì)運(yùn)輸方向:物質(zhì)運(yùn)輸方向: 自由擴(kuò)散:自由擴(kuò)散:不需要不需要載體蛋白質(zhì)協(xié)助載體蛋白質(zhì)協(xié)助 協(xié)助擴(kuò)散:協(xié)助擴(kuò)散:需要需要載體蛋白質(zhì)協(xié)助載體蛋白質(zhì)協(xié)助 物質(zhì)運(yùn)輸?shù)膭?dòng)力都是物質(zhì)運(yùn)輸?shù)膭?dòng)力都是濃度差濃度差 高濃度高濃度 低濃度低濃度 不需要能量不需要能量 一:被動(dòng)運(yùn)輸一:被動(dòng)運(yùn)輸 物質(zhì)物質(zhì)順濃度梯度順濃度梯度進(jìn)出細(xì)胞的擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞的擴(kuò)散 麗藻細(xì)胞液麗藻細(xì)胞液 所含的離子濃度所含的離子濃度 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于麗藻所遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于麗藻所 生長(zhǎng)的池水,為生長(zhǎng)的池水,為 什么麗藻還能從什么麗藻還能從 周圍環(huán)境吸收離周圍環(huán)境吸收離 子呢
7、?子呢? 二:主動(dòng)運(yùn)輸二:主動(dòng)運(yùn)輸 如:如:Na+ 、K+、Ca2+、Mg2+ 等離子通過細(xì)胞膜;葡萄糖、等離子通過細(xì)胞膜;葡萄糖、 氨基酸進(jìn)入氨基酸進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞小腸上皮細(xì)胞。 物質(zhì)物質(zhì)逆濃度梯度逆濃度梯度進(jìn)出細(xì)胞的進(jìn)出細(xì)胞的 運(yùn)輸運(yùn)輸 從低濃度到高濃度從低濃度到高濃度 需要載體蛋白的協(xié)助需要載體蛋白的協(xié)助 需要能量(需要能量(ATP) 特點(diǎn)特點(diǎn) 意義意義:保證了保證了活細(xì)胞活細(xì)胞能夠按照生命能夠按照生命 活動(dòng)的需要,活動(dòng)的需要,主動(dòng)選擇吸收主動(dòng)選擇吸收所需要所需要 的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),排出代謝廢物和對(duì)細(xì)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),排出代謝廢物和對(duì)細(xì) 胞有害的物質(zhì)胞有害的物質(zhì)。 影響物質(zhì)運(yùn)輸速度的因素影響物質(zhì)運(yùn)輸
8、速度的因素 1.影響自由擴(kuò)散速率的因素影響自由擴(kuò)散速率的因素: 濃度差濃度差 2.影響協(xié)助擴(kuò)散速率的因素影響協(xié)助擴(kuò)散速率的因素 濃度差濃度差和和載體數(shù)量載體數(shù)量 3.影響主動(dòng)運(yùn)輸速率的因素影響主動(dòng)運(yùn)輸速率的因素: 能量能量和和載體數(shù)量載體數(shù)量 0 0 0 運(yùn)輸速率 氧量 0 時(shí)間 細(xì)胞外液 濃度 細(xì)胞內(nèi)液 0 對(duì)比對(duì)比 比較三種物質(zhì)運(yùn)輸方式的異同:比較三種物質(zhì)運(yùn)輸方式的異同: 項(xiàng)項(xiàng) 目目自由擴(kuò)散自由擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸 運(yùn)輸方向運(yùn)輸方向 是否需要是否需要 載體蛋白載體蛋白 是否消耗是否消耗 細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)的 能量能量 代表例子代表例子 順順濃度梯濃度梯 度度 順順濃度梯度濃度梯
9、度 逆逆濃度梯度濃度梯度 不需要不需要需要需要 需要需要 不消耗不消耗 不消耗不消耗需要需要 O2、水、水、 CO2、乙醇、乙醇、 甘油等通過甘油等通過 細(xì)胞膜細(xì)胞膜 葡萄糖通葡萄糖通 過紅細(xì)胞過紅細(xì)胞 葡萄糖、氨基葡萄糖、氨基 酸通過小腸上酸通過小腸上 皮細(xì)胞膜皮細(xì)胞膜;離;離 子通過細(xì)胞膜子通過細(xì)胞膜 *細(xì)胞需要的小分子、離子可以通過。細(xì)胞需要的小分子、離子可以通過。 細(xì)胞不需要的小分子、離子不能通過;細(xì)胞不需要的小分子、離子不能通過; 大分子和顆粒性物質(zhì)不能通過大分子和顆粒性物質(zhì)不能通過 細(xì)胞膜是選擇透過性膜細(xì)胞膜是選擇透過性膜 (功能特點(diǎn))(功能特點(diǎn)) 大分子和顆粒性物質(zhì)不大分子和顆粒
10、性物質(zhì)不 能通過自由擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸能通過自由擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸 進(jìn)入細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞, ,那么變形蟲細(xì)胞是那么變形蟲細(xì)胞是 如何獲取食物中的大分子和如何獲取食物中的大分子和 顆粒性物質(zhì)的呢?顆粒性物質(zhì)的呢? 想一想? 接觸接觸凹陷凹陷包圍包圍分離分離包圍包圍移動(dòng)移動(dòng)融合融合排出排出 胞吞和胞吐反映了生物膜具有流動(dòng)性,是大分 子和顆粒進(jìn)出細(xì)胞的方式,要耗能。 胞吞:胞吞:物質(zhì)以囊泡包裹的形式通過細(xì)胞物質(zhì)以囊泡包裹的形式通過細(xì)胞 膜,從細(xì)胞外進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的過程。(如膜,從細(xì)胞外進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的過程。(如 果進(jìn)入的是固態(tài)物質(zhì),稱為吞噬;如果果進(jìn)入的是固態(tài)物質(zhì),稱為吞噬;如果 進(jìn)入的是液態(tài)物質(zhì),稱為胞飲。)進(jìn)入的是
11、液態(tài)物質(zhì),稱為胞飲。) 胞吐:胞吐:物質(zhì)以囊泡的形式通物質(zhì)以囊泡的形式通 過細(xì)胞膜,從細(xì)胞內(nèi)排到細(xì)過細(xì)胞膜,從細(xì)胞內(nèi)排到細(xì) 胞外的過程。胞外的過程。 協(xié)助擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散 自由擴(kuò)散自由擴(kuò)散 消消 耗耗 能能 量量 順濃度梯度順濃度梯度 載體蛋白載體蛋白 課堂小結(jié)課堂小結(jié) 主動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸 被動(dòng)運(yùn)輸被動(dòng)運(yùn)輸 胞吞胞吞 胞吐胞吐 小分子小分子 和離子和離子 大分子物質(zhì)大分子物質(zhì) 物物 質(zhì)質(zhì) 跨跨 膜膜 運(yùn)運(yùn) 輸輸 的的 方方 式式 細(xì) 胞 膜 成分:磷脂、蛋白質(zhì)、糖類 結(jié)構(gòu) 基本骨架:磷脂雙分子層 蛋白質(zhì)(載體)、 多糖(識(shí)別) 結(jié)構(gòu)特性:一定的流動(dòng)性 功能 控制物質(zhì)進(jìn)出 自由擴(kuò)散 協(xié)助擴(kuò)散 主動(dòng)運(yùn)輸
12、 功能特性:選擇透過性 大分子和顆粒性物質(zhì)不能通過 1. 根據(jù)下圖所示曲線回答下列問題根據(jù)下圖所示曲線回答下列問題 運(yùn)輸速率 濃度差 協(xié)助擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散 (1)從圖中可知該種物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式)從圖中可知該種物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式 是什么是什么? (3)上述運(yùn)輸方式中,加入蛋白酶后曲線是否會(huì)發(fā)生變化?)上述運(yùn)輸方式中,加入蛋白酶后曲線是否會(huì)發(fā)生變化? 為什么?為什么? 在一范圍內(nèi)在一范圍內(nèi),物質(zhì)的運(yùn)輸速率與外界濃度成正比物質(zhì)的運(yùn)輸速率與外界濃度成正比 會(huì)會(huì),載體受到破壞載體受到破壞 (2)從圖中可以看出物質(zhì)通過細(xì)胞膜的運(yùn))從圖中可以看出物質(zhì)通過細(xì)胞膜的運(yùn) 輸速度與細(xì)胞外濃度的關(guān)系是什么輸速度與細(xì)胞外
13、濃度的關(guān)系是什么? 2.下圖是胡蘿卜在不同的含氧情況下從硝酸鉀溶液中吸 收的曲線。影響A、B兩點(diǎn)和B、C兩點(diǎn)吸收量不同的因素 分別是( ) A.載體數(shù)量、能量 B.能量、載體數(shù)量 C.載體數(shù)量、離子濃度 D.能量、離子濃度 B B 3、下列說法中錯(cuò)誤的是:( ) A黃瓜在腌制中慢慢變甜,是細(xì)胞主動(dòng)吸收糖分的結(jié)果 B水分子進(jìn)出細(xì)胞是自由擴(kuò)散 C葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞需要載體蛋白的協(xié)助,但不消耗能 量,屬于協(xié)助擴(kuò)散 D大腸桿菌吸收K+屬于主動(dòng)運(yùn)輸,既消耗能量,又需要 膜上的載體蛋白 A 4透析型人工腎起關(guān)鍵作用的是人工合成的血液透析 膜,其作用是能把病人血液中的代謝廢物透析掉,這是 模擬了生物膜的( )
14、 A流動(dòng)性特點(diǎn) B選擇功能 C選擇透過功能 D主動(dòng)運(yùn)輸 C 5. 下圖為物質(zhì)出入細(xì)胞膜的示意圖,請(qǐng)據(jù)圖回答: (1)A代表_分子;B代表_; D代表_。 (3)動(dòng)物細(xì)胞吸水膨脹時(shí)B的厚度變小,這說明B具有 _。 (4)在ae的五種過程中,代表被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的是_。 (5)可能代表氧氣轉(zhuǎn)運(yùn)過程的是圖中編號(hào)_;葡萄糖 從腸腔進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞的過程是圖中編號(hào) _。 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)磷脂分子磷脂分子糖蛋白糖蛋白 流動(dòng)性流動(dòng)性 b、c、d b a 6農(nóng)民種莊稼過程中經(jīng)常要中耕松土,在根對(duì)土壤 溶液中無機(jī)鹽離子的吸收方面有什么關(guān)系? 主動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸 消耗能量消耗能量 7、生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型認(rèn)為生物膜是以磷脂雙 分子層為基本骨架 蛋白質(zhì)一脂質(zhì)一蛋白質(zhì)的三 層結(jié)構(gòu) 靜止的 流動(dòng)的 ( ) A、B、 D、 C、 8、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)過程的完成依靠 細(xì)胞膜的 ( ) A、選擇透過性 C、保護(hù)作用 B、流動(dòng)性 D、擴(kuò)散 9、某研究性學(xué)習(xí)小組欲研究細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和成分,如果你是課題 組成員,請(qǐng)你回答下
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