人教人教必修一分子與細胞細胞基本結(jié)構(gòu)生物膜流動鑲嵌模型

人教人教必修一分子與細胞細胞基本結(jié)構(gòu)生物膜流動鑲嵌模型第1頁/共79頁●●不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)溶于脂質(zhì)的物質(zhì)細胞膜資料1.歐文頓的實驗●●●●●●●●外內(nèi)水乙酸乙酯花生油花生油膜是由脂質(zhì)構(gòu)成的。第2頁/共79頁紅細胞的細胞膜資料2細胞膜提取分離和成分分析你需要什么物質(zhì)來鑒定膜中的成分？酶第3頁/共79頁時間：20世紀初實驗：科學家發(fā)現(xiàn)，細胞膜不但會被溶解脂質(zhì)的溶劑溶解，還會被蛋白酶分解。紅細胞的細胞膜資料2細胞膜提取分離和成分分析膜的主要成分是：脂質(zhì)（磷脂）和蛋白質(zhì)第4頁/共79頁磷脂的化學結(jié)構(gòu)磷酸親水頭部脂肪酸鏈疏水尾部第5頁/共79頁資料3.朗姆瓦的實驗時間：1917年實驗：朗姆瓦發(fā)現(xiàn)磷脂分子在空氣與水的界面上排列為單層，而且每個磷脂分子的頭部浸入水中，尾部浮于水面。磷脂分子頭尾第6頁/共79頁請構(gòu)建磷脂分子在水—空氣界面中分布的模型磷脂分子排列為單分子層磷脂分子在細胞膜上的排列是不是也是單層的呢？？第7頁/共79頁時間：1925年實驗：荷蘭科學家從人的紅細胞膜中提取脂質(zhì)，在空氣－水界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積約為紅細胞表面積的2倍結(jié)論：

資料4.荷蘭科學家的實驗細胞膜中的脂質(zhì)（磷脂）分子排列為連續(xù)的兩層請構(gòu)建細胞膜中磷脂分子的排布模型第8頁/共79頁時間：1959年實驗：

羅伯特森用電鏡了觀察到了清晰的細胞膜照片，看到了暗－亮－暗的三層結(jié)構(gòu)。資料5.羅伯特森的實驗

生物膜為蛋白質(zhì)－脂質(zhì)－蛋白質(zhì)三層統(tǒng)一的靜態(tài)結(jié)構(gòu)第9頁/共79頁1.膜由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)構(gòu)成2.呈蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)3.靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)羅伯特森的“三明治”結(jié)構(gòu)模型第10頁/共79頁特別提示：“單位膜”模型內(nèi)容：膜主要是由脂質(zhì)(磷脂為主)和蛋白質(zhì)組成。磷脂是一種兼性分子，一端是由磷酸構(gòu)成的極性“頭部”，具有親水性；另一端是由兩條脂肪酸長鏈構(gòu)成的非極性“尾部”，具有疏水性。磷脂分子呈雙層排列，疏水性的尾部向內(nèi)，親水性的頭部向外，與蛋白質(zhì)分子結(jié)合，呈蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)，又稱“三明治”結(jié)構(gòu)模型。如下圖所示：第11頁/共79頁膜中的蛋白質(zhì)全部覆蓋在磷脂分子表面嗎？？羅伯特森的“三明治”結(jié)構(gòu)模型第12頁/共79頁資料6：冰凍蝕刻電子顯微法蛋白質(zhì)

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在磷脂雙分子層中鑲貫穿嵌蛋白質(zhì)第13頁/共79頁蛋白質(zhì)細胞膜的模型第14頁/共79頁根據(jù)已有的生物知識或生活經(jīng)驗，你能列舉哪些證明細胞膜具有流動性的證據(jù)。①白細胞吞噬細菌的過程；②變形蟲的偽足運動現(xiàn)象；③受精時細胞的融合過程；④動物細胞分裂時細胞膜的縊裂過程；第15頁/共79頁單位膜模型無法解釋的現(xiàn)象第16頁/共79頁紅色熒光染料標記人細胞表面蛋白質(zhì)細胞融合綠色熒光染料標記鼠細胞表面蛋白質(zhì)37℃40min時間：1970年得出結(jié)論：細胞膜上的蛋白質(zhì)具有流動性實驗：資料7.人鼠細胞融合實驗（熒光標記實驗）第17頁/共79頁

時間：1970年實驗：弗雷和埃迪登(Frye和Edidin)將人和鼠的細胞膜蛋白分別用紅、綠熒光標記后，讓兩種細胞融合，雜交細胞的一半發(fā)紅色熒光、另一半發(fā)綠色熒光，放置一段時間后發(fā)現(xiàn)兩種顏色的熒光均勻分布。資料7.人鼠細胞融合實驗（熒光標記實驗）結(jié)論：細胞膜具有流動性第18頁/共79頁資料8.流動鑲嵌模型時間：1972年桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)提出了新的生物膜模型——流動鑲嵌模型，為多數(shù)人所接受。第19頁/共79頁資料8.流動鑲嵌模型時間：1972年桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)提出了新的生物膜模型——流動鑲嵌模型，為多數(shù)人所接受。第20頁/共79頁第21頁/共79頁流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容:1、生物膜的組成：2、生物膜的基本支架：3、蛋白質(zhì)分子存在形態(tài)：4、生物膜的結(jié)構(gòu)特點：主要由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成磷脂雙分子層（親水性頭部朝向兩側(cè)，疏水性尾部朝向內(nèi)側(cè)）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。體現(xiàn)了生物膜的不對稱性。流動性（磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子都是運動的）第22頁/共79頁存在部位:作用:糖蛋白第23頁/共79頁膜的組分課堂小結(jié)各組分如何排列各組分運動特點流動鑲嵌模型第24頁/共79頁討論：生物膜的流動鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？第25頁/共79頁討論：1.生物膜的流動鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？2.縱觀整個人們建立生物膜模型的探索過程，實驗技術(shù)的進步所起到怎樣的作用?3.分析生物膜模型的建立過程中，結(jié)構(gòu)和功能相適應是如何體現(xiàn)的？

流動鑲嵌模型是目前人們普遍認同的，但它無法完美地回答生物膜的所有功能。所以后來不斷提出一些新的模型，如Wallach于1975年提出晶格鑲嵌模型；Jain和White于1977年提出板塊鑲嵌模型等。迄今為止，已提出的生物膜結(jié)構(gòu)模型達幾十種之多。生物膜的結(jié)構(gòu)模型雖然有很多種，但被廣泛接受的結(jié)構(gòu)模型基本內(nèi)容是趨向一致的，其要點和特點基本相同，主要包括膜的分子組成和結(jié)構(gòu)特征。第26頁/共79頁2003年度諾貝爾化學獎授予兩名研究膜蛋白的美國科學家，這是自1991年來諾貝爾獎第三次頒發(fā)給與細胞膜蛋白質(zhì)有關(guān)的研究成果

。

科學無止境皮特·阿格雷羅德里克·麥金農(nóng)第27頁/共79頁1、細胞膜的流動鑲嵌模型與蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)模型的最大的不同是A、流動鑲嵌模型認為細胞膜具有一定的流動性課堂反饋D、蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)模型認為細胞膜具有透過性C、流動鑲嵌模型認為細胞膜具有選擇性B、蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)模型認為細胞膜具有一定的流動性第28頁/共79頁2、變形蟲的任何部位都能伸出偽足，這一生理過程的完成依賴于細胞膜的A、保護作用B、一定的流動性C、全透性D、信息交流3、下列物質(zhì)中最容易通過細胞膜進入細胞的是A、葡萄糖B、蛋白質(zhì)C、甘油D、無機鹽離子第29頁/共79頁謝謝大家！第30頁/共79頁Thanks！第31頁/共79頁謝謝第32頁/共79頁第33頁/共79頁1．知識與技能(1)簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容。(2)舉例說明生物膜具有流動性特點。(3)嘗試利用廢舊物制作生物膜模型。(4)通過分析科學家建立生物膜模型的過程，闡述科學發(fā)現(xiàn)的一般規(guī)律。學習目標第34頁/共79頁2．過程與方法(1)通過分析科學家建立生物膜模型的過程，嘗試提出問題，作出假設。(2)發(fā)揮空間想象力，通過制作模型，構(gòu)建細胞膜的空間立體結(jié)構(gòu)。3．情感態(tài)度與價值觀(1)生物膜結(jié)構(gòu)的研究是立足于生物膜所具有的功能特點上開展的，樹立生物結(jié)構(gòu)與功能相適應的生物學辯證觀點。(2)正確認識科學價值觀，理解假說的提出要有實驗和觀察的依據(jù)，需要有嚴謹?shù)耐评砗痛竽懙南胂螅⑼ㄟ^實驗進一步驗證。(3)正確認識技術(shù)在科學研究中所起的作用。第35頁/共79頁一、科學家對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程時間人物實驗依據(jù)結(jié)論或假說19世紀末歐文頓對植物細胞進行通透性實驗，發(fā)現(xiàn)①__________更容易通過細胞膜膜是由②__________組成的20世紀初對哺乳動物紅細胞的膜進行化學分析膜的主要成分是③________和④__________1925年荷蘭科學家從人的紅細胞中提取的脂質(zhì)鋪成單分子層，其面積是紅細胞表面積的⑤__________倍細胞膜中的脂質(zhì)分子必然排列為⑥__________知識清單第36頁/共79頁時間人物實驗依據(jù)結(jié)論或假說1959年羅伯特森電子顯微鏡下看到細胞膜清晰的⑦__________三層結(jié)構(gòu)所有的生物膜都由⑧__________—⑨________—⑩________三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，是?__________的結(jié)構(gòu)1970年?__________標記的小鼠細胞和人細胞融合實驗細胞膜具有?__________1972年桑格和尼克森新的觀察和實驗證據(jù)提出為大多數(shù)人所接受的?__________模型第37頁/共79頁二、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容1．基本構(gòu)成(1)基本支架：?__________，具有?__________性。(2)蛋白質(zhì)分子①分布：有的鑲在磷脂雙分子層的?__________，有的部分或全部?__________磷脂雙分子層中，有的?__________整個磷脂雙分子層。②特點：大多數(shù)蛋白質(zhì)分子可以運動。第38頁/共79頁第39頁/共79頁第40頁/共79頁難點1

生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程難點互動第41頁/共79頁第42頁/共79頁第43頁/共79頁特別提示：“單位膜”模型內(nèi)容：膜主要是由脂質(zhì)(磷脂為主)和蛋白質(zhì)組成。磷脂是一種兼性分子，一端是由磷酸構(gòu)成的極性“頭部”，具有親水性；另一端是由兩條脂肪酸長鏈構(gòu)成的非極性“尾部”，具有疏水性。磷脂分子呈雙層排列，疏水性的尾部向內(nèi)，親水性的頭部向外，與蛋白質(zhì)分子結(jié)合，呈蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)，又稱“三明治”結(jié)構(gòu)模型。如下圖所示：第44頁/共79頁例1

19世紀末，歐文頓發(fā)現(xiàn)：凡是可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，比不能溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細胞膜進入細胞。這種現(xiàn)象是因為(

)A．細胞膜以磷脂分子層為基本支架B．細胞膜上有搬運脂質(zhì)的載體蛋白C．細胞膜表面有一層糖蛋白D．磷脂分子和蛋白質(zhì)分子大都可以運動答案：A解析：細胞膜的主要成分之一是磷脂，根據(jù)相似相溶原理，可知脂質(zhì)物質(zhì)易通過膜。點撥：此題是生物知識和化學相關(guān)知識的綜合。第45頁/共79頁變式訓練1以下是組成細胞膜的磷脂分子和蛋白質(zhì)分子的排列特點，其中描述細胞膜基本支架特征的一項是(

)A．磷脂分子排布成雙分子層B．膜兩側(cè)的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不盡相同C．蛋白質(zhì)分子附著和鑲嵌于磷脂分子層中D．蛋白質(zhì)分子和磷脂分子具有一定的流動性答案：A第46頁/共79頁解析：細胞膜的組成成分主要是磷脂和蛋白質(zhì)。磷脂雙分子層構(gòu)成了細胞的基本支架，由它支持著許多蛋白質(zhì)分子。這些蛋白質(zhì)分子可以分為兩類：一類蛋白質(zhì)分子排布在磷脂雙分子層的外側(cè)，即鑲在膜的表層；另一類蛋白質(zhì)分子，有的部分嵌入磷脂雙分子層中，有的貫穿整個磷脂雙分子層。第47頁/共79頁難點2

生物膜的流動鑲嵌模型1．生物膜的結(jié)構(gòu)(1)基本內(nèi)容①磷脂雙分子層構(gòu)成了膜的基本支架，這個支架不是靜止的，是輕油般的流體。②蛋白質(zhì)分子有的鑲在磷脂雙分子層的表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個磷脂雙分子層，大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是可以運動的。第48頁/共79頁(2)模型①模型含義：構(gòu)成細胞膜的磷脂分子和蛋白質(zhì)分子大都不是靜止的，而是運動的。第49頁/共79頁②模型闡釋第50頁/共79頁③細胞膜的不對稱性：磷脂雙分子層內(nèi)外兩側(cè)蛋白質(zhì)種類和數(shù)量不同；糖類分布在膜的外表面，因此根據(jù)糖蛋白的位置可判斷細胞膜的內(nèi)外側(cè)。第51頁/共79頁2．生物膜的結(jié)構(gòu)特點——具有一定的流動性(1)探索過程：用紅色和綠色熒光染料分別標記人細胞和小鼠細胞表面的蛋白質(zhì)分子，將小鼠細胞和人細胞融合，在37℃下保溫40min后，融合細胞上兩種熒光點呈均勻分布(如圖所示)。第52頁/共79頁(2)實驗結(jié)論這一實驗表明細胞膜的蛋白質(zhì)分子具有運動性，決定了生物膜具有一定的流動性。(3)生物膜具有流動性特點的生理意義保證了細胞的物質(zhì)運輸、信息交流、運動、變形、分裂、融合等正常生命活動的進行。第53頁/共79頁例2

(2009·哈爾濱)下圖表示細胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖，請據(jù)圖回答：(1)圖中[B]__________的性質(zhì)是由__________決定的。構(gòu)成細胞膜基本支架的結(jié)構(gòu)是[

]__________。(2)與細胞膜的識別功能有關(guān)的結(jié)構(gòu)是[

]__________。第54頁/共79頁(3)吞噬細胞吞噬細菌的過程體現(xiàn)了細胞膜具有__________的特性。(4)不同細胞的細胞膜的生理功能不同，主要取決于細胞膜上的哪些結(jié)構(gòu)的不同？__________(填寫標號)。(5)當血漿中的葡萄糖分子通過細胞膜時，圖中B的作用是__________。答案：(1)蛋白質(zhì)遺傳物質(zhì)D磷脂雙分子層(2)E糖蛋白(3)流動性(4)B、E

(5)載體解析：A代表的是多糖，E代表的是具有識別能力的糖蛋白，C和D分別是指磷脂分子和磷脂雙分子層。第55頁/共79頁變式訓練2如下圖是桑格和尼克森在1972年提出的關(guān)于生物膜分子結(jié)構(gòu)的流動鑲嵌模型，下列相關(guān)敘述錯誤的是(

)A．圖中a與細胞識別有關(guān)，細胞的識別是信息傳遞的過程B．圖中c分子具有親水的磷酸頭部和疏水的脂肪酸尾部C．圖中d的分布狀態(tài)有兩種：鑲在表面或貫穿于整個磷脂雙分子層D．b構(gòu)成膜的基本支架，具有對稱性第56頁/共79頁答案：C解析：圖中a為糖蛋白，與細胞的識別有關(guān)，b為磷脂雙分子層，構(gòu)成膜的基本支架，c是磷脂分子，有親水的頭部和疏水的尾部，d為蛋白質(zhì)，在膜上呈不對稱分布，有的鑲在膜表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的貫穿于整個磷脂雙分子層。第57頁/共79頁證明細胞膜具有流動性的實例有哪些(1)草履蟲取食過程中食物泡的形成以及胞肛廢渣的排除；(2)變形蟲捕食和運動時偽足的形成；(3)白細胞吞噬細菌；(4)胞飲與分泌；(5)受精時細胞的融合過程；(6)動物細胞分裂時細胞膜的縊裂過程；(7)細胞雜交時的細胞融合；(8)紅細胞通過狹窄毛細血管的變形；知識拓展第58頁/共79頁(9)精子細胞形成精子的變形；(10)酵母菌的出芽生殖中長出芽體；(11)人—鼠細胞的雜交實驗；(12)變形蟲的切割實驗；(13)質(zhì)壁分離和復原實驗。細胞膜的流動性為細胞吸收、分泌、修復、融合、運動、捕食、變形、分裂等提供了物質(zhì)基礎。第59頁/共79頁例(2009·長沙市)實驗結(jié)果表明，細胞開始融合時，人、鼠細胞的表面抗原“涇渭分明”，各自只分布于各自的細胞表面；但在融合之后，兩種抗原就平均地分布在融合細胞的表面了(如下圖)。請分析問答以下問題：第60頁/共79頁(1)細胞融合的實驗表明了組成細胞膜的__________分子是可以運動的，由此也證明了細胞膜具有__________的特點。(2)在細胞融合實驗中，一種抗體只能與相應的抗原結(jié)合，說明了這類物質(zhì)在分子結(jié)構(gòu)上具有__________性。(3)細胞融合實驗若在20℃條件下進行，則兩種表面抗原平均分布的時間大大延長，這說明__________。答案：(1)蛋白質(zhì)流動性(2)特異(3)溫度較高時，蛋白質(zhì)分子的運動速度較快解析：解答本題要結(jié)合文字說明，借助圖解，根據(jù)問題進行分析作答。第61頁/共79頁變式訓練(2009·成都)物質(zhì)通過細胞膜與膜的流動性有密切關(guān)系，為了探究溫度對膜的流動性的影響，做了下述實驗：分別用紅色和綠色熒光劑標記人和鼠細胞膜上的蛋白質(zhì)，然后讓兩個細胞在37℃下融合，發(fā)現(xiàn)40min后，融合細胞膜上的紅色和綠色均勻相間分布。有人認為該實驗沒有完成，請你繼續(xù)完成探究實驗：__________________；請你指出可以從哪兩個方面觀察實驗結(jié)果：(1)____________；(2)____________。請預測該實驗最可能得出的結(jié)論______________。第62頁/共79頁答案：分別在溫度低于37℃(如0℃)、高于37℃(如60℃)的條件下重復上述實驗(1)相同時間之后，觀察紅色和綠色熒光物質(zhì)在細胞膜上分布的情況(2)比較紅色和綠色熒光物質(zhì)在細胞膜上均勻分布時所需時間的長短在一定溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，細胞膜的流動會加快加強第63頁/共79頁1．如圖所示為細胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖，下列有關(guān)敘述錯誤的是(

)A．①表示細胞膜外表面有些糖分子與膜蛋白結(jié)合為糖蛋白B．②和③大都是運動的C．③構(gòu)成細胞膜的基本支架，與物質(zhì)進出無關(guān)D．細胞膜為細胞的生命活動提供相對穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境隨堂練習第64頁/共79頁答案：C解析：此題主要考查構(gòu)成細胞膜的結(jié)構(gòu)成分及其相應功能。圖中①為多糖與蛋白質(zhì)結(jié)合而成的糖蛋白，與細胞識別有關(guān)，參與細胞間的信息傳遞。②代表細胞膜中的蛋白質(zhì)分子，它們可鑲嵌在膜的表層或嵌插、貫穿于磷脂雙分子層中，大多是運動的。③是磷脂雙分子層，是構(gòu)成細胞膜的基本支架，脂溶性物質(zhì)容易進入細胞與細胞膜的脂質(zhì)成分——磷脂分子密切相關(guān)。細胞膜使每個細胞與周圍環(huán)境隔離開，維持著相對穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境，保證了細胞內(nèi)各項生命活動的順利進行。第65頁/共79頁2．下列有關(guān)細胞膜的流動鑲嵌模型正確的是(

)A．蛋白質(zhì)覆蓋在磷脂分子表面B．細胞膜中磷脂和大多數(shù)蛋白質(zhì)都具有流動性C．細胞膜兩側(cè)的分子性質(zhì)和結(jié)構(gòu)相同D．磷脂分子的疏水端朝向兩側(cè)，親水端朝向內(nèi)側(cè)答案：B第66頁/共79頁解析：在細胞膜的流動鑲嵌模型中，磷脂分子和蛋白質(zhì)是構(gòu)成膜結(jié)構(gòu)的主要成分，磷脂雙分子層構(gòu)成膜的基本支架，其中磷脂分子的親水性頭部朝向兩側(cè)，疏水性尾部朝向內(nèi)側(cè)。蛋白質(zhì)或分布在膜表面，或部分或全部鑲嵌在磷脂雙分子層中，其中外側(cè)的蛋白質(zhì)與糖類結(jié)合形成的糖蛋白與細胞識別、細胞間信息交流等有密切聯(lián)系，因此細胞膜兩側(cè)的分子性質(zhì)和結(jié)構(gòu)并不相同。構(gòu)成膜結(jié)構(gòu)的磷脂分子和蛋白質(zhì)并不是靜止的，而是在膜中可做多種形式的移動。第67頁/共79頁3．生物膜上的蛋白質(zhì)通常與多糖結(jié)合成糖蛋白。在細胞的生命活動中，糖蛋白在細胞的識別以及細胞內(nèi)外的信息傳導中有重要的功能。下列生物結(jié)構(gòu)中，糖蛋白含量可能最多的是(

)A．類囊體的膜 B．線粒體的膜C．細胞膜 D．內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜答案：C解析：細胞之間的識別是依靠細胞膜表面的糖蛋白來實現(xiàn)的。

第68頁/共79頁4．關(guān)于細胞膜的組成、結(jié)構(gòu)、功能之間的關(guān)系，邏輯順序正確的是(

)①膜主要由磷脂和蛋白質(zhì)分子組成②膜具有流動性③膜具有選擇透過性④膜內(nèi)蛋白質(zhì)和磷脂分子大都是運動的⑤主動運輸?shù)靡哉＿M行A．①④②⑤③ B．①②④③⑤C．①④②③⑤ D．①②④⑤③答案：C解析：細胞膜主要由蛋白質(zhì)和磷脂組成；細胞