3.1細胞膜的結構和功能 課件高一上學期生物人教版必修1

第三章細胞的基本結構第一節(jié)細胞膜的結構和功能學習重難點一、細胞膜的功能二、細胞膜結構的探索過程的分析三、流動鑲嵌模型的內(nèi)容情境導入沒有什么歲月靜好，不過是有人替我們負重前行;奉獻、使命、責任，在我們的邊防戰(zhàn)士身上體現(xiàn)的淋漓盡致。邊防線作為一個國家的邊界，對于國家安全十分重要。系統(tǒng)的邊界對系統(tǒng)的穩(wěn)定至關重要。作為最基本生命系統(tǒng)的細胞。它的邊界是什么呢?結合教材問題探討，思考一下植物細胞的邊界為什么不是細胞壁呢？是細胞膜，也叫質(zhì)膜。動植物細胞的界限一樣嗎？討論：

鑒別動物細胞是否死亡常用臺盼藍染液。用它染色時，死細胞會被染成藍色，而活細胞不會著色。1.為什么活細胞不能被染色，而死細胞能被染色？2.據(jù)此推測，細胞膜作為細胞的邊界，應該具有什么功能？臺盼藍不是細胞需要的物質(zhì)，活細胞的細胞膜具有選擇透過性，死細胞的細胞膜失去控制物質(zhì)進出細胞的功能，臺盼藍能通過細胞膜進入細胞，死細胞能被染成藍色。具有控制物質(zhì)進出的功能。問題探討如何確定細胞膜的存在呢？

科學家用顯微注射器將一種叫做伊紅的物質(zhì)注入變形蟲體內(nèi),伊紅很快擴散到整個細胞,卻不能逸出細胞。

伊紅為什么不會逸出細胞？此實驗說明了什么？細胞作為一個完整的系統(tǒng)，它具有邊界。細胞膜---系統(tǒng)的邊界細胞膜作為系統(tǒng)的邊界，它在細胞的生命活動中起什么作用呢?細胞膜的功能閱讀教材P40-41的內(nèi)容小組合作討論出細胞膜的功能。一、細胞膜的功能1、將細胞與外界環(huán)境隔開使細胞成為相對獨立的系統(tǒng)，保障細胞內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定。原始地球環(huán)境在生命起源過程中，原始海洋中的有機物逐漸聚集并且相互作用，進化出原始的生命。在原始海洋這盆“熱湯”中，膜的出現(xiàn)是生命起源過程中至關重要的階段，它將生命物質(zhì)與外界環(huán)境分隔開，產(chǎn)生了原始的細胞，并成為相對獨立的系統(tǒng)。有利于細胞的物質(zhì)和能量代謝和細胞的生長發(fā)育2.控制物質(zhì)進出細胞細胞需要的營養(yǎng)物質(zhì)可以從外界進入細胞（水、無機鹽、氨基酸、葡萄糖）細胞不需要的物質(zhì)細胞膜的控制細胞產(chǎn)生的代謝廢物（CO2、尿素、多余的無機鹽）容易進入不容易進入可排出細胞內(nèi)有用的成分卻不會輕易流失到細胞外不易排出細胞合成的抗體、激素等分泌物分泌到細胞外可排出細胞膜像海關或邊防檢查站，對進出細胞的物質(zhì)進行嚴格的”檢查“一、細胞膜的功能細胞膜的功能特性：選擇透過性流感病毒不是細胞生活所需要的，為什么能進入細胞？細胞膜的控制作用是相對的，環(huán)境中一些對細胞有害的物質(zhì)也有可能進入細胞,如某些病毒、病菌侵入細胞,使生物體患病。一、細胞膜的功能3、進行細胞間的信息交流在多細胞生物體內(nèi)，各個細胞不是孤立存在的，它們之間必需保持功能的協(xié)調(diào)。這種協(xié)調(diào)性的出現(xiàn)不僅依賴于物質(zhì)和能量的交換，也依賴于______的傳遞。信息趣味活動：“及時送信”思考：你今天中午想約自己的朋友一起去打羽毛球，你會如何傳遞這個消息呢？內(nèi)分泌細胞分泌的信號分子（如激素），隨體液到達全身各處，與靶細胞的（細胞膜表面或細胞內(nèi)）受體結合，將信息傳遞給靶細胞。受體血管（1）化學物質(zhì)傳遞信息拓展受體：化學本質(zhì)：糖蛋白(蛋白質(zhì))作用：接受激素等化學物質(zhì)的信號特點：專一性（一種受體只能識別一種或者一類物質(zhì)）一、細胞膜的功能3、進行細胞間的信息交流（2）細胞膜直接接觸傳遞信息相鄰兩個細胞的細胞膜接觸，信息從一個細胞傳遞給另一個細胞。例如，精子和卵細胞的識別。細胞發(fā)出的信號分子與靶細胞細胞膜外表面的受體結合。一、細胞膜的功能3、進行細胞間的信息交流（3）通過細胞通道傳遞信息相鄰兩個細胞之間形成通道，攜帶信息的物質(zhì)通過通道進入另一個細胞。例如，高等植物之間通過胞間連絲相互連接，進行信息交流。一、細胞膜的功能3、進行細胞間的信息交流細胞膜的功能1.將細胞與外界環(huán)境分隔開2.控制物質(zhì)進出細胞3.進行細胞間的信息交流間接交流直接交流通道交流小結多細胞生物是一個繁忙而有序的細胞“社會”。如果沒有信息交流，生物體不可能作為一個整體完成生命活動。細胞間的信息交流，大多與細胞膜的結構有關。細胞膜的功能是由它的成分和結構決定的。但細胞膜非常薄，即使在顯微鏡下依然難以看清它的真面目，人們對細胞膜化學成分與結構的認識經(jīng)歷了很長的過程。請自主學習課本P42頁的內(nèi)容，小組合作完成在對細胞膜成分的探索歷程中有哪些科學家的參與，他們作出了哪些貢獻。二、對細胞膜成分的探索歷程:1、1895年,歐文頓用500多種化學物質(zhì)對植物細胞的通透性進行了上萬次實驗，做細胞膜通透性實驗，發(fā)現(xiàn)細胞膜對不同物質(zhì)的通透性不一樣：推論1：細胞膜由脂質(zhì)組成不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)溶于脂質(zhì)的物質(zhì)細胞膜二、對細胞膜成分的探索歷程:哪種脂質(zhì)？利用哺乳動物成熟紅細胞可制備純凈細胞膜，得知結論2、細胞膜中的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇，其中磷脂含量最多。

2、為進一步明確脂質(zhì)成分的類型，科學家利用動物的卵細胞、紅細胞、神經(jīng)細胞等作為研究材料，并利用哺乳動物紅細胞，通過一定的方法可以制備出純凈的細胞膜，通過化學分析最終得知脂質(zhì)有哪些種類？二、對細胞膜成分的探索歷程:思考：實驗材料為什么選擇哺乳動物成熟紅細胞？①動物細胞沒有細胞壁，②哺乳動物成熟的紅細胞中沒有細胞核和眾多的細胞器，可獲得較為純凈的細胞膜。【認識磷脂結構】組成：甘油、脂肪酸和磷酸三部分親水“頭部”（磷酸）疏水“尾部”（脂肪酸）思考：多個磷脂分子在水中應該是怎樣排布的？

想一想：

1、細胞生活在液體環(huán)境中，細胞膜中磷脂分子該如何排布呢？在水中：空氣-水界面上：2、在空氣---水界面上，磷脂分子該如何排布?多個磷脂分子在水中總是自發(fā)地形成雙分子層1925年,兩位荷蘭科學家戈特和格倫德爾用丙酮從人的紅細胞中提取脂質(zhì),在空氣---水界面上鋪展成單分子層,測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍。結論3：細胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層。S11935年英國學者丹尼利和戴維森研究了細胞膜的張力，發(fā)現(xiàn)細胞膜表現(xiàn)張力明顯低于油—水界面的表面張力。由于人們發(fā)現(xiàn)了油脂滴表面如果吸附有蛋白質(zhì)分子則表面張力會降低。結論4：細胞膜除含脂質(zhì)分子外，可能還附有蛋白質(zhì)。實驗證據(jù)【細胞膜的成分的總結】細胞膜的成分脂質(zhì)（約占50%）蛋白質(zhì)（約占40%）糖類（2%-10%）磷脂是構成細胞膜的主要成分，此外動物細胞還有少量的膽固醇在細胞膜行使功能時起重要作用，功能越復雜的細胞膜，蛋白質(zhì)的數(shù)量和種類就越多與膜上蛋白質(zhì)或膜上脂質(zhì)結合成糖蛋白或糖脂分布在細胞膜的外表面脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等成分是如何組成細胞膜的？1959年，羅伯特森在電鏡看到了細胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結構。大膽地提出了細胞膜模型的假說：所有細胞膜的結構：蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三明治模型資料一：結構特點：靜止的統(tǒng)一結構三、對細胞膜結構的探索蛋白質(zhì)磷脂蛋白質(zhì)細胞膜結構的電鏡照片20世紀60年代以后，人們對這一模型的異議增加了。不少科學家對于細胞膜是靜態(tài)的觀點提出質(zhì)疑：

如果是這樣，細胞膜的復雜功能將難以實現(xiàn)，連胞吞、胞吐、細胞分裂、細胞生長、變形蟲的變形運動這樣的現(xiàn)象都難以接受。細胞的生長變形蟲的變形運動白細胞吞噬細菌受精時細胞融合植物細胞質(zhì)壁分離和復原變形蟲質(zhì)壁分離三、對細胞膜結構的探索

細胞膜具有流動性人-鼠細胞融合實驗(熒光標記法)

1970年，科學家將人和鼠細胞表面的蛋白質(zhì)分子分別用紅、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。

結論：人細胞小鼠細胞細胞融合雜交細胞37℃40min紅色熒光染料標記的膜蛋白綠色熒光染料標記的膜蛋白新技術帶來新模型資料二：三、對細胞膜結構的探索

人-鼠細胞融合實驗(熒光標記法)

1970年，科學家將人和鼠細胞表面的蛋白質(zhì)分子分別用紅、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。

人細胞小鼠細胞細胞融合雜交細胞37℃40min紅色熒光染料標記的膜蛋白綠色熒光染料標記的膜蛋白新技術帶來新模型資料二：三、對細胞膜結構的探索①該實驗直接證明蛋白質(zhì)分子可以運動；蛋白質(zhì)分子的運動間接說明磷脂分子也可以運動；因此該實驗說明了細胞膜具有一定的流動性②細胞膜的流動性與溫度有關。一定范圍內(nèi)，隨外界溫度升高，膜的流動性增強。細胞膜具有流動性結論：

人細胞小鼠細胞細胞融合雜交細胞37℃40min紅色熒光染料標記的膜蛋白綠色熒光染料標記的膜蛋白三、對細胞膜結構的探索在新的觀察和實驗證據(jù)的基礎上，1972年，辛格和尼科爾森提出了新的生物膜模型——流動鑲嵌模型，為多數(shù)人所接受。四、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容磷脂雙分子層磷脂分子蛋白質(zhì)分子糖蛋白1、細胞膜主要由磷脂雙分子層和蛋白質(zhì)組成。細胞膜還有少量的多糖。四、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容2、磷脂雙分子層構成了生物膜的基本支架，其內(nèi)部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或離子不能自由通過，因此具有屏障作用。一層膜=一層磷脂雙分子層=2層磷脂分子層四、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容3、蛋白質(zhì)分子有的鑲在磷脂雙分子層表面，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，表現(xiàn)出分布的不對稱性。這些蛋白質(zhì)分子在物質(zhì)運輸?shù)确矫婢哂兄匾饔?。四、流動鑲嵌模型的基本?nèi)容4、在細胞膜的外表面還有糖類分子，它和蛋白質(zhì)結合形成糖蛋白，或與脂質(zhì)結合形成糖脂，這些糖類分子叫做糖被。糖被與細胞表面的識別、細胞間的信息傳遞等功能有密切關系糖蛋白所在的一側是細胞膜外側四、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容5.細胞膜的特點(1)不對稱性:膜兩側的分子性質(zhì)和結構不相同,如糖蛋白只分布在細胞膜外側。(2)結構特點——流動性:組成細胞膜的磷脂分子可以側向自由移動,膜中的蛋白質(zhì)大多也能運動。6.細胞膜流動性的意義？

細胞膜的流動性對于細胞完成物質(zhì)運輸、生長、分裂、運動等功能是非常重要的。四、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容成分細胞膜功能課堂小結：進行細胞間的信息交流控制物質(zhì)進出細胞將細胞與外界環(huán)境分隔開結構決定基本支架--磷脂雙分子層蛋白質(zhì)分子--鑲、嵌、貫穿(流動鑲嵌模型)脂質(zhì)糖類蛋白質(zhì)約50%約2%-10%約40%1.在哺乳動物受精的過程中,精子能夠與卵細胞相互識別。精子的頭部進入卵細胞中,與卵細胞發(fā)生結合,當一個精子進入后,卵細胞發(fā)生變化,不再讓其他精子進入。這一現(xiàn)象體現(xiàn)出細胞膜能夠(

)A.保障細胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定B.控制物質(zhì)進出細胞C.使卵細胞攝入所需要的精子D.進行細胞間的信息交流D2.下列能正確表示細胞膜結構的是(

)B3.下列關于細胞膜結構探索歷程的說法,不正確的是(

)A.最初通過對現(xiàn)象的推理分析得出細胞膜是由脂質(zhì)組成的B.蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)結構模型認為細胞膜為靜態(tài)的結構C.流動鑲嵌模型認為構成細胞膜的磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子可以運動D.蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)結構模型和流動鑲嵌模型都認為蛋白質(zhì)分子在膜中的分布是不均勻的D4.目前,細胞膜的流動鑲嵌模型已被大多數(shù)人所接受,