細胞膜的結構和功能 高一上學期生物人教版必修一

第3章

細胞的基本結構3.1細胞膜的結構和功能問題探討1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。討論：1.為什么活細胞不能被染色，而死細胞能被染色？

活細胞的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。2.據(jù)此推測，細胞膜作為細胞的邊界，應該具有什么功能？

細胞膜作為細胞的邊界，具有控制物質(zhì)進出細胞的功能注意：植物細胞的邊界是也細胞膜，不是細胞壁，因為細胞壁是全透性的細胞膜的功能一、1.將細胞與外界環(huán)境分隔開(最重要的功能)

使細胞成為相對獨立的系統(tǒng)，保障細胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定。推測的原始海洋景觀圖

膜的出現(xiàn)是生命起源過程中至關重要的階段。細胞膜保障了細胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定。細胞作為一個基本的生命系統(tǒng)，它的邊界就是細胞膜，也叫質(zhì)膜。細胞膜的功能一、2.控制物質(zhì)進出細胞營養(yǎng)物質(zhì)廢物CO2、尿素、多余的無機鹽等。分泌物抗體、激素等物質(zhì)不需要有害物質(zhì)病毒病菌細胞①②③④細胞代謝產(chǎn)生的細胞合成并分泌普遍性①②③相對性④不易

進入細胞膜的功能一、3.進行細胞間的信息交流激素內(nèi)分泌細胞的激素（如胰島素），隨血液到達全身各處，與靶細胞的細胞膜表面的受體結合，將信息傳遞給靶細胞。3.1.物質(zhì)傳遞（間接交流）發(fā)出信號的細胞靶細胞與膜結合的信號分子受體3.2.直接傳遞

，（直接交流）信息從一個細胞傳遞給另一個細胞（例如精子和卵細胞之間的識別和結合）細胞識別得以實現(xiàn)的基礎是細胞膜表面某些生物大分子（如糖蛋白、糖脂）提供的識別信息，使細胞可以識別同種與異種、同源與異源細胞3.3通道傳遞（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。例如：高等植物細胞之間通過胞間連絲相互連接，也有信息交流的作用1.通道交流不需要信息分子受體2.通道還有運輸物質(zhì)的功能細胞膜的功能：（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。除了以上的三種功能外，細胞膜還有細胞識別、保護細胞、參與細胞的運動、分泌等功能。易錯提醒

1.細胞膜是細胞的一道屏障，只有細胞需要的物質(zhì)才能進入細胞,而對細胞有害的物質(zhì)則不能進入（

）

2.植物細胞之間的胞間連絲具有物質(zhì)運輸?shù)淖饔?/p>

(

)

3.細胞膜上的受體是細胞間信息交流所必需的結構（

）×√×（探索一）時間：19世紀末1895年

人物：歐文頓（E.Overton）

實驗：用500多種物質(zhì)對植物細胞進行上萬次的通透性實驗.●●細胞膜●●●●●●溶于脂質(zhì)的物質(zhì)●●不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)更容易通過細胞膜，不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)不容易穿過細胞膜。提出假說：細胞膜是由脂質(zhì)組成的三、對生物膜成分的探索最初對細胞膜成分的認識，是通過對現(xiàn)象的推理分析,還是通過膜成分的提取和檢測？從生理功能上入手，通過對現(xiàn)象的推理分析的。（探索二）實驗：科學家將膜從哺乳動物的紅細胞中分離然后進行化學分析?；瘜W分析表明：組成細胞膜的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇，其中磷脂含量最多。親水頭部疏水尾部磷脂的一端為親水的頭，兩個脂肪酸一端為疏水的尾，多個磷脂分子在水中總是自發(fā)地形成雙分子層。磷脂分子結構式磷脂分子模型磷脂分子示意圖

（探索三）

時間：1925年

人物：荷蘭科學家Gorter和Grendel

實驗：從細胞膜中提取脂質(zhì)，鋪成單層分子，發(fā)現(xiàn)面積是細胞膜的2倍細胞膜中的磷脂是雙層的水空氣提出假說：根據(jù)磷脂分子的特點解釋，為什么磷脂在空氣一水界面上鋪展成單分子層?科學家是如何推導出“脂質(zhì)在細胞膜中必然排列為連續(xù)的兩層”這一結論的?磷脂分子的“頭部”親水,尾部疏水,所以在水一空氣的界面上磷脂分子是“頭部”向下與水面接觸,“尾部”則朝向空氣的一面?？茖W家因測得從紅細胞中提取的脂質(zhì),鋪成單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍,才得出膜中的脂質(zhì)必然排列為連續(xù)的兩層這一結論。細胞膜的兩側都有水環(huán)境存在，同學們嘗試著大膽的推測和想象一下在這樣的環(huán)境中，磷脂分子在細胞膜中可能是怎樣排布的呢？水水A水水B水水C親水的“頭部”與水接觸，疏水的“尾巴”遠離水如果將磷脂分子置于水一苯的混合溶劑中，磷脂分子將會如何分布?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成的原因作出分析?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)外兩側均是水環(huán)境時,磷脂分子的尾部相對排列在內(nèi)側,頭部則分別朝向兩側水的環(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)外兩側而尾部相對排在內(nèi)側,形成磷脂雙分子層。如果將磷脂分子置于水一苯的混合溶劑中,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。討論在水中形成的磷脂分子層（探索四）1935年，英國學者丹尼利(.fDanielli)和戴維森(H.Davson)研究了細胞膜的張力。他們發(fā)現(xiàn)細胞的表面張力明顯低于油一水界面的表面張力。細胞需要的一些極性分子和離子可以快速通過細胞膜（脂質(zhì)不允許極性分子和離子快速通過）。由于人們已發(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。因此丹尼利和戴維森推測細胞膜除含脂質(zhì)分子外，可能還附有蛋白質(zhì)。到了20世紀30年代，科學家已經(jīng)確定細胞膜中存在蛋白質(zhì)對細胞膜的探索二、(1)1895年，歐文頓對植物細胞的通透性進行實驗①現(xiàn)象:溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，容易穿過細胞膜。②結論:細胞膜是由脂質(zhì)組成的。(2)科學家制備哺乳動物紅細胞的細胞膜，對其進行化學分析，得知組成細胞膜的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇，其中磷脂含量最多。(3)1925年，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)

將其在空氣-水界面上鋪展成單分子層。①現(xiàn)象:其面積是紅細胞表面積的兩倍。②結論:細胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層。(4)1935年，英國學者丹尼利和戴維森研究了細胞膜的張力①現(xiàn)象:發(fā)現(xiàn)細胞的表面張力明顯小于油-水界面的表面張力②結論:細胞膜除含脂質(zhì)分子外，可能還附有蛋白質(zhì)。一、細胞膜的化學成分成分

所占比例在細胞膜構成中的作用脂質(zhì)約50%脂質(zhì)中的磷脂是構成細胞膜的重要成分，此外還有少量的膽固醇蛋白質(zhì)約40%蛋白質(zhì)在細胞膜行使功能時起重要作用，因此功能越復雜的細胞膜，蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多糖類2~10%糖類與蛋白質(zhì)或脂質(zhì)分子結合形成糖蛋白或糖脂，分布在細胞膜的外表面，糖蛋白具有保護、潤滑和細胞識別的作用(2)細胞膜成分與功能的關系:功能越復雜的細胞膜，蛋白質(zhì)的種類與數(shù)量就越多。時間：1959年人物：羅伯特森發(fā)現(xiàn)：在電鏡下看到了細胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結構。提出假說：所有的細胞膜都由蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結構構成，電鏡下看到的中間的亮層是脂質(zhì)分子，兩邊的暗層是蛋白質(zhì)分子。他把細胞膜描述為靜態(tài)的統(tǒng)一結構。細胞膜結構的電鏡照片二、對細胞膜結構的探索時間：20世紀60年代以后質(zhì)疑：科學家對細胞膜是靜態(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)，就連細胞的生長、變形蟲的運動這樣的現(xiàn)象都難以解釋。變形蟲的運動模擬細胞的生長時間：1970年實驗：人——鼠細胞熒光標記融合實驗證據(jù)表明：細胞膜具有流動性融合細胞細胞融合37℃40min正在融合的細胞紅色熒光染料標記膜蛋白綠色熒光染料標記膜蛋白人細胞小鼠細胞熒光標記法是利用熒光蛋白或熒光蛋白基因作為標志物對研究對象進行分析的方法，常用的銀光蛋白有綠色和紅色兩種顏色時間：1972年人物：辛格和尼科爾森提出：流動鑲嵌模型科學方法——提出假說細胞膜結構模型的探索過程，反映了提出假說這一科學方法的作用?？茖W家首先根據(jù)已有的知識和信息提出解釋某一生物學問題的一種假說，再用進一步的觀察與實驗對已建立的假說進行修正和補充。一種假說最終被接受被否定，取決于它是否能與以后不斷得到的觀察和試驗結果相吻合三、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容細胞膜-------流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容①膜主要是由磷脂分子和蛋白質(zhì)分子②磷脂雙分子層是膜的基本支架，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。③蛋白質(zhì)分子以不同方式鑲嵌在磷脂雙分子層中：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（圖3-5）。這些蛋白質(zhì)分子在物質(zhì)運輸?shù)确矫婢哂兄匾饔?。④細胞膜不是靜止不動的，而是具有流動性，主要表現(xiàn)為構成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。細胞膜的流動性對于細胞完成物質(zhì)運輸、生長、分裂、運動等功能都是非常重要的。二、拓展應用膜蛋白的種類和作用1.糖類+蛋白質(zhì)→糖蛋白

識別、保護、潤滑、細胞間的信息傳遞以及提高黏著性作用2.轉運蛋白

：參與物質(zhì)的運輸3.酶：催化

1.結構特點：具有一定的流動性2.功能特點：具有選擇透過性判斷細胞內(nèi)外側外側：看“糖蛋白”分布在細胞膜的外表面

細胞膜的外表面還有糖類分子和蛋白質(zhì)分子結合形成的糖蛋白，或與脂質(zhì)結合形成的糖脂，這些糖類分子叫作糖被（glycocalyx）。糖被在細胞生命活動中具有重要的功能。例如，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既然膜內(nèi)部分是疏水的，水分子為什么能跨膜運輸呢？對細胞膜的深入研究發(fā)現(xiàn)【答案】一是因為水分子極小，可以通過由于磷脂分子運動而產(chǎn)生的間隙；二是因為膜上存在水通道蛋白，水分子可以通過通道蛋白通過膜。旁欄思考二、拓展應用1.在解釋不容易理解的陌生事物時，人們常用類比的方法，將陌生的事物與熟悉的事物作比較。有人在解釋細胞膜時，把它與窗紗進行類比：窗紗能把昆蟲擋在外面，同時窗紗的小洞又能讓空氣進岀。你認為這種類比有什么合理之處，有沒有不妥當?shù)牡胤?？【提示】把細胞膜與窗紗進行類比,合理之處是說明細胞膜與窗紗一樣可以允許一些物質(zhì)出入，阻擋其他物質(zhì)出入。這樣的類比也有不妥之處。例如，窗紗是一種簡單的剛性的結構，功能較單純，細胞膜的結構和功能要復雜得多；細胞膜是活細胞的重要組成部分，活細胞的生命活動是一個主動的過程，而窗紗是沒有生命的，它只能是被動地在起作用。2.下圖是由磷脂分子構成的脂質(zhì)體，它可以作為藥物的運載體，將其運送到特定的細胞發(fā)揮作用。在脂質(zhì)體中，能在水中結晶的藥物被包在雙分子層中，脂溶性的藥物被包在兩層磷脂分子之間。（1）為什么兩類藥物的包裹位置各不相同？【答案】由雙層磷脂分子構成的脂質(zhì)體，兩層磷脂分子之間的部分是疏水的，脂溶性藥物能被穩(wěn)定地包裹在其中；脂質(zhì)體的內(nèi)部是水溶液的環(huán)境，能在水中結晶的藥物可穩(wěn)定地包裹其中。【答案】由于脂質(zhì)體是磷脂雙分子層構成的，到達細胞后可能會與細胞的細胞膜發(fā)生融合，也可能會被細胞以胞吞的方式進入細胞，從而使藥物在細胞內(nèi)發(fā)揮作用。（2）請推測：脂質(zhì)體到達細胞后，藥物將如何進入細胞內(nèi)發(fā)揮作用？本節(jié)小結細胞細胞膜最基本的生命系統(tǒng)流動性流動鑲嵌模型系統(tǒng)的邊界結構成分脂質(zhì)（磷