細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能 高一上生物人教版必修一

思考討論1.組成細胞的分子有蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂質(zhì)、水和無機鹽等。如果將細胞內(nèi)含有的各種物質(zhì)配齊，并按照他們在細胞中的比例放在一個試管中，能構(gòu)成一個生命系統(tǒng)嗎？為什么？2.我國科學(xué)家耗時6年多才完成人類歷史上第一次人工合成胰島素的創(chuàng)舉，而我們身體中的胰島細胞每時每刻都在不停的幫我們生產(chǎn)胰島素。為什么靠人力很難完成的工作，對細胞來說卻輕而易舉呢？細胞中是不是有一條條“生產(chǎn)線”呢？

正如一堆建筑材料不可能讓人居住一樣，將細胞中的所有物質(zhì)放在一起，它們并不能進行任何生命活動。組成細胞的分子必須有序地組織成細胞的結(jié)構(gòu)，才能成為一個基本的生命系統(tǒng)。

我確信哪怕一個最簡單的細胞，也比迄今為止設(shè)計出的任何智能電腦更精巧?！缘灾泻驮菏俊都毎飳W(xué)》細胞膜細胞質(zhì)①細胞膜的功能②對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索③流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能①細胞器之間的分工②細胞器之間的協(xié)調(diào)配合③細胞的生物膜系統(tǒng)細胞器之間的分工合作①細胞核的功能②細胞核的結(jié)構(gòu)細胞核的結(jié)構(gòu)與功能系統(tǒng)的邊界系統(tǒng)的分工與合作單元綜述系統(tǒng)的控制中心細胞核重要的生命觀念：生命的物質(zhì)觀結(jié)構(gòu)與功能觀生命的系統(tǒng)觀第三章

細胞的基本結(jié)構(gòu)第一節(jié)

細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能1.從系統(tǒng)與環(huán)境關(guān)系的角度，闡釋細胞膜作為系統(tǒng)的邊界所具有的功能。2.分析細胞膜組成成分與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，說明細胞膜結(jié)構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ)，概述流動鑲嵌模型的主要內(nèi)容。3.分析對細胞膜成分與結(jié)構(gòu)的探索歷程， 認同科學(xué)理論的形成是一個科學(xué)精神、科學(xué)思維和技術(shù)手段結(jié)合下不斷修正與完善的過程。第三章細胞的基本結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)目標1.將細胞與外界環(huán)境分隔開第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能一細胞膜的功能膜的出現(xiàn)是生命起源過程中至關(guān)重要的階段，使細胞成為一個相對獨立的系統(tǒng)。保障了細胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定。大多數(shù)科學(xué)家認為生命起源于原始海洋，你認為原始生命類似于病毒還是原核生物？膜的出現(xiàn)起到了怎樣的作用？細胞作為一個基本的生命系統(tǒng)，它是有邊界的。2.控制物質(zhì)進出細胞第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能一細胞膜的功能控制作用的相對性環(huán)境中的有害物質(zhì)可能進入；病毒、病菌的侵入，使生物體患病。細胞需要的營養(yǎng)物質(zhì)（如水、葡萄糖等）可以從外界進入細胞細胞不需要的物質(zhì)（如臺盼藍等）不容易進入細胞細胞分泌物（如抗體、激素等）分泌到細胞外、代謝廢物（如尿素、CO2等）排到細胞外細胞內(nèi)有用成分（如K+、核苷酸等）不會輕易流失到細胞外3.進行細胞間的信息交流第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能一細胞膜的功能在多細胞生物體內(nèi)，各個細胞都不是孤立存在的，它們之間必須保持功能的協(xié)調(diào)，這種協(xié)調(diào)性的實現(xiàn)不僅依賴于物質(zhì)和能量的交換，也依賴于信息的交流。3.進行細胞間的信息交流第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能一細胞膜的功能間接交流內(nèi)分泌細胞分泌的激素，隨血液到達全身各處，與靶細胞膜表面的受體結(jié)合，將信息傳遞給靶細胞。含義胰島細胞分泌的胰島素，與靶細胞表面的胰島素受體結(jié)合后，能加速組織細胞攝取、利用、儲存葡萄糖，從而使血糖降低。舉例3.進行細胞間的信息交流第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能一細胞膜的功能直接交流相鄰兩個細胞的細胞膜膜接觸，信息從一個細胞傳遞給另一個細胞。含義精子與卵細胞間的識別和結(jié)合。舉例3.進行細胞間的信息交流第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能一細胞膜的功能通道交流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。含義高等植物細胞間的胞間連絲。舉例第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能學(xué)以致用為什么活細胞不能被染色，而死細胞能被染色？據(jù)此推測，細胞膜作為細胞的邊界，應(yīng)該具備什么功能？活細胞細胞膜具有選擇透過性，臺盼藍是細胞不需要的物質(zhì)，不易通過細胞膜，因此活細胞不被染色。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。討論具有控制物質(zhì)進出細胞的功能。特別說明：第一項功能是基礎(chǔ)，體現(xiàn)了細胞這個系統(tǒng)的獨立性；第二、三項功能是細胞得以生存的必要條件，體現(xiàn)了細胞這個系統(tǒng)的開放性。復(fù)述細胞膜的三大功能？說明三大功能對細胞這個系統(tǒng)的意義所在？再次強調(diào)幾個重要的生命觀念：生命的物質(zhì)觀結(jié)構(gòu)與功能觀生命的系統(tǒng)觀細胞壁為什么不是細胞這個系統(tǒng)的邊界？細胞壁是全透性的，不能控制物質(zhì)的進出。1.最初對細胞膜成分的認識，是通過對現(xiàn)象的推理分析，還是通過對膜成分的提取與檢測？第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能閱讀P43,思考.討論5分鐘：

---對細胞膜成分的探索2.如果將磷脂分子置于水-苯的混合溶劑中，磷脂分子將會如何分布？3.磷脂分子在水中能自發(fā)地形成雙分子層，你如何解釋這一現(xiàn)象？由此，你能否就細胞膜是由磷脂雙分子層構(gòu)成的原因作出分析？1.最初對細胞膜成分的認識，是通過對現(xiàn)象的推理分析，還是通過對膜成分的提取與檢測？【答案】最初對細胞膜成分的認識，是通過對現(xiàn)象的推理分析得出的。第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能思考.討論

---對細胞膜成分的探索【答案】如果將磷脂分子置于水-苯的混合溶劑中，磷脂的“頭部”將與水接觸，“尾部”與苯接觸，磷脂分子分布成單層。2.如果將磷脂分子置于水-苯的混合溶劑中，磷脂分子將會如何分布？3.磷脂分子在水中能自發(fā)地形成雙分子層，你如何解釋這一現(xiàn)象？由此，你能否就細胞膜是由磷脂雙分子層構(gòu)成的原因作出分析？【答案】由于磷脂分子有親水的“頭部”和疏水的“尾部”，在水溶液中，朝向水的是“頭部”，“尾部”受水的排斥。當磷脂分子的內(nèi)外兩側(cè)均是水環(huán)境時，磷脂分子的“尾部”相對排列在內(nèi)側(cè)，“頭部”則分別朝向兩側(cè)水的環(huán)境，形成磷脂雙分子層。細胞的內(nèi)外環(huán)境都是水溶液，所以細胞膜磷脂分子的“頭部”向著膜的內(nèi)外兩側(cè)而“尾部”相對排在內(nèi)側(cè)，形成磷脂雙分子層。第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能思考.討論

---對細胞膜成分的探索思考.討論

---對細胞膜成分的探索第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能思考結(jié)論現(xiàn)象方法1895年，歐文頓用500多種化學(xué)物質(zhì)對植物細胞的通透性進行了上萬次的實驗。溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，容易穿過細胞膜；不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，不容易穿過細胞膜。脂質(zhì)的推測科學(xué)家是如何證明脂質(zhì)存在的呢？推測細胞膜是由脂質(zhì)組成的。非脂溶性物質(zhì)脂溶性

物質(zhì)思考.討論

---對細胞膜成分的探索第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能思考結(jié)論結(jié)果方法科學(xué)家利用哺乳動物的紅細胞，通過一定的方法制備出純凈的細胞膜，進行化學(xué)分析。組成細胞膜的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇，其中磷脂含量最多。脂質(zhì)類型的確定脂質(zhì)分子在細胞膜中是如何排布的呢？不僅證明了脂質(zhì)的存在，而且還得出細胞膜中含有的脂質(zhì)類型。化學(xué)分析：排除甘油三酯化學(xué)常識：堿性條件下甘油三酯易分解，而細胞膜則相對穩(wěn)定第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能思考.討論

---對細胞膜成分的探索思考結(jié)論結(jié)果方法1925年，兩位荷蘭科學(xué)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。測得單層分子的面積為紅細胞表面積的2倍。磷脂雙分子層的推斷兩層磷脂分子又是如何排布的呢？推斷細胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層。S1S2第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能思考.討論

---對細胞膜成分的探索磷脂分子結(jié)構(gòu)式磷脂分子模型磷脂分子示意圖頭部(親水性)尾部(疏水性)磷脂分子組成脂質(zhì)的化學(xué)元素？第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能思考.討論

---對細胞膜成分的探索兩層磷脂分子的排布細胞外——水細胞內(nèi)——水細胞內(nèi)-水細胞外—水第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能思考.討論

---對細胞膜成分的探索思考結(jié)論結(jié)果方法1935年，英國學(xué)者丹尼利和戴維森研究了細胞膜的張力。發(fā)現(xiàn)細胞的表面張力明顯低于油—水界面的表面張力。蛋白質(zhì)的推測蛋白質(zhì)分子又是如何排布的呢？推測細胞膜可能還附有蛋白質(zhì)。前提：人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了油脂滴表面如果吸附有蛋白質(zhì)成分則表面張力會降低。二細胞膜的成分P43

1.細胞膜的成分是什么？脂

質(zhì)：

50%蛋白質(zhì)：40%糖類：2%～10%主要成分

2.蛋白質(zhì)在行使功能時起重要作用，細胞膜的功能越復(fù)雜，

蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量是越多。為什么？第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能脂質(zhì)蛋白質(zhì)糖類50%40%2~10%磷脂最豐富蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者結(jié)構(gòu)與功能觀過渡：脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等成分是如何組成細胞膜的呢？膜蛋白？膜脂？第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能三對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索思考方法20世紀40年代，曾經(jīng)有學(xué)者推測脂質(zhì)兩邊各覆蓋著蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)分布方式的推測科學(xué)家是如何證明該推測是否正確的呢？蛋白質(zhì)磷脂蛋白質(zhì)第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能三對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索結(jié)論現(xiàn)象方法1959年，羅伯特森電鏡觀察。看到了細胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)分布方式的證明細胞膜由蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，中間亮層是脂質(zhì)分子，兩邊暗層是蛋白質(zhì)分子。研究發(fā)現(xiàn)：

1.暗帶是因為電子穿透的較少，明帶是因為電子穿透的較多。2.蛋白質(zhì)由于對電子的阻擋作用很大，透過樣品的電子較少；而脂雙層由于對電子阻擋作用很小，透過樣品的電子較多。第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能三對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索假說：蛋白質(zhì)和脂雙層以靜電作用吸附在一起現(xiàn)象：電鏡“暗-明-暗”三層磷脂雙分子層夾在兩層蛋白質(zhì)之間，故為靜態(tài)模型假說：脂雙層兩側(cè)吸附（覆蓋）著蛋白質(zhì)問題：脂雙層和蛋白質(zhì)是怎樣結(jié)合（吸附）的模型（假說）：膜都由“蛋白質(zhì)-磷脂-蛋白質(zhì)”三層構(gòu)成（蛋白質(zhì)和磷脂依靠靜電作用結(jié)合在一起）科學(xué)方法：提出假說P44第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能三對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索質(zhì)疑

20世紀60年代以后，不少科學(xué)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(fù)雜功能將難以實現(xiàn)，就連細胞的生長、變形蟲的變形運動這樣的現(xiàn)象都難以解釋。根的生長變形蟲的運動第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能三對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索結(jié)論現(xiàn)象兩種顏色的熒光均勻分布細胞膜流動性的發(fā)現(xiàn)小鼠細胞人細胞正在融合的細胞融合細胞剛?cè)诤系募毎话氚l(fā)綠色熒光，另一半發(fā)紅色熒光融合細胞方法37℃40min細胞融合細胞融合綠色熒光染料標記的膜蛋白紅色熒光染料標記的膜蛋白這一實驗以及相關(guān)的其他實驗證據(jù)表明：細胞膜具有流動性1970年熒光染料標記同位素標記法P51=？≠第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能三對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索蛋白質(zhì)鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中的發(fā)現(xiàn)隨著新的技術(shù)手段不斷運用于細胞膜的研究，如冰凍蝕刻掃描電鏡技術(shù)的應(yīng)用，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)膜蛋白有的_____在脂質(zhì)雙分子層中的。鑲嵌第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能三對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索模型的提出1972年，辛格和尼科爾森提出了細胞膜的流動鑲嵌模型想象空間：想象一個近似球形的細胞，其細胞膜的磷脂雙分子層的三維立體結(jié)構(gòu)。（閉眼想象2秒）細胞膜中含有脂質(zhì)和蛋白質(zhì)成分分析磷脂雙分子層，且可能含有蛋白質(zhì)靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型流動鑲嵌模型結(jié)構(gòu)推測模型建構(gòu)模型修正模型完善第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能三對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索科學(xué)理論的形成是一個科學(xué)精神、科學(xué)思維和技術(shù)手段結(jié)合下不斷修正與完善的過程。沃利奇于1975年提出晶格鑲嵌模型，他們認為：在流動的脂雙層中存在許多大小不同的剛度較大的彼此獨立運動的脂質(zhì)“板塊”（有序結(jié)構(gòu)區(qū)）?！闾岢龅哪Ｐ?？四流動鑲嵌模型的具體內(nèi)容第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能鑲在表面部分或全部嵌入貫穿糖被排布：細胞膜外表面特點：和蛋白質(zhì)結(jié)合形成糖蛋白，或與脂質(zhì)結(jié)合形成糖脂作用：與細胞表面識別、細胞間

信息傳遞等有密切關(guān)系磷脂雙分子層蛋白質(zhì)排布