高中生物 第三章 細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu) 第一節(jié) 細(xì)胞膜——系統(tǒng)的邊界素材 新人教版必修1

1、第1節(jié) 細(xì)胞膜教學(xué)參考資料 甘肅省寧縣第三中學(xué) 王建華一、 教學(xué)目標(biāo) 1.簡述細(xì)胞膜的成分和功能2.進(jìn)行用哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞制備細(xì)胞膜的實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)制備細(xì)胞膜的方法。3.認(rèn)同細(xì)胞膜作為系統(tǒng)的邊界，對(duì)于細(xì)胞這個(gè)生命系統(tǒng)的重要意義。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)（1）細(xì)胞膜的成分和功能。（2）細(xì)胞膜對(duì)于細(xì)胞這個(gè)生命系統(tǒng)的重要意義。2.教學(xué)難點(diǎn)（1）用哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞制備細(xì)胞膜的方法。（2）細(xì)胞膜對(duì)于細(xì)胞這個(gè)生命系統(tǒng)的重要意義。三、教學(xué)策略1.以“問題探討”中的動(dòng)物細(xì)胞的顯微鏡物像和第1章實(shí)驗(yàn)“使用高倍鏡觀察幾種細(xì)胞”為基礎(chǔ)，完成“體驗(yàn)制備細(xì)胞膜的方法”的實(shí)驗(yàn)，感知細(xì)胞膜的存在。學(xué)生在“使用高倍鏡觀察幾種細(xì)

2、胞”時(shí)，已經(jīng)觀察到細(xì)胞與細(xì)胞之間是有“界限”的?；诔踔杏嘘P(guān)細(xì)胞內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生知道細(xì)胞是由細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核組成的。因此本節(jié)要利用學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行“問題探討”，之后安排實(shí)驗(yàn)“體驗(yàn)制備細(xì)胞膜的方法”。使學(xué)生在觀察的基礎(chǔ)上，練習(xí)制備細(xì)胞膜的技能和方法，尤其要重視實(shí)驗(yàn)材料的選擇。通過上述活動(dòng)進(jìn)一步提高學(xué)生動(dòng)手操作和使用顯微鏡的技能。2.利用已知，獲取新知，提高學(xué)習(xí)能力。在第2章組成細(xì)胞的分子中，學(xué)生知道了蛋白質(zhì)、糖類和脂質(zhì)是重要的化合物，但是對(duì)于這些物質(zhì)的存在位置還不清楚，因此在本章的教學(xué)中，應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生將細(xì)胞的物質(zhì)組成與細(xì)胞的結(jié)構(gòu)有機(jī)地聯(lián)系起來，對(duì)細(xì)胞形成系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。如引導(dǎo)學(xué)生從生命系統(tǒng)的結(jié)

3、構(gòu)基礎(chǔ)角度，認(rèn)識(shí)“蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者”，原因之一是它承擔(dān)了組成細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)的功能，它是細(xì)胞膜的主要成分之一，約占細(xì)胞膜總量的40%。再如，引導(dǎo)學(xué)生回憶“細(xì)胞中的脂質(zhì)”提出的“磷脂是構(gòu)成細(xì)胞膜的重要成分”，再提出細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)中脂質(zhì)約占總量的50%，使學(xué)生將前后知識(shí)建立起有機(jī)的聯(lián)系，同時(shí)，為“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。3.利用視頻圖像，幫助學(xué)生展開想像的翅膀，拓展思維的空間，認(rèn)同細(xì)胞膜對(duì)于細(xì)胞這個(gè)生命系統(tǒng)的重要意義。生命起源是生物科學(xué)的重要研究領(lǐng)域，在初中生物課程標(biāo)準(zhǔn)和教材中介紹了生命起源的主要觀點(diǎn)。在介紹細(xì)胞膜的功能時(shí)，涉及了原始細(xì)胞的產(chǎn)生。對(duì)這個(gè)問題的認(rèn)識(shí)會(huì)讓學(xué)生感到思維的

4、跨度太大，因此利用視頻圖像不受時(shí)空限制的優(yōu)勢(shì)，幫助學(xué)生構(gòu)建起生命起源與細(xì)胞膜形成之間的聯(lián)系，認(rèn)識(shí)細(xì)胞膜對(duì)于生命系統(tǒng)的重要意義。教師還可以利用視頻圖像將“控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞”、“進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流”等細(xì)胞膜的功能形象直觀地介紹給學(xué)生。如果沒有現(xiàn)代信息技術(shù)的支持，也可以利用板圖、幻燈片，目的是使學(xué)生能夠?qū)⒊橄蟮恼Z言與圖解結(jié)合起來，加深對(duì)細(xì)胞膜功能的理解，為第4章學(xué)習(xí)細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出做好鋪墊。四、答案和提示（一）問題探討1.提示：氣泡是光亮的，里面只有空氣。細(xì)胞是一個(gè)具有細(xì)胞膜、細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，而且是一個(gè)立體的結(jié)構(gòu)，在顯微鏡下，通過調(diào)節(jié)焦距可以觀察到細(xì)胞的不同層面。光學(xué)顯微鏡下不能看見

5、細(xì)胞膜，但是能夠觀察到細(xì)胞與外界環(huán)境之間是有界限的。2.提示：在電子顯微鏡誕生之前，科學(xué)家已經(jīng)能夠確定細(xì)胞膜的存在了。依據(jù)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)主要有：進(jìn)入活細(xì)胞的物質(zhì)要通過一道選擇性的屏障，并不是所有的物質(zhì)都能進(jìn)入細(xì)胞；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(kuò)散到整個(gè)細(xì)胞，卻不能很快逸出細(xì)胞；在光學(xué)顯微鏡下看到，用微針觸碰細(xì)胞表面時(shí)，細(xì)胞表面有彈性，可以伸展；用微針插入細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞表面有一層結(jié)構(gòu)被刺破；如果細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)受損面過大，細(xì)胞會(huì)死亡。（二）實(shí)驗(yàn)提示：細(xì)胞破裂后細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)流出，細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)中的其他結(jié)構(gòu)質(zhì)量不一樣，可以采用不同轉(zhuǎn)速離心的方法將細(xì)胞膜與其他物質(zhì)分開，得到較純的細(xì)胞膜

6、。（三）練習(xí)基礎(chǔ)題1.C。 2.A。 3.C。拓展題1.提示：把細(xì)胞膜與窗紗進(jìn)行類比，合理之處是說明細(xì)胞膜與窗紗一樣具有容許一些物質(zhì)出入，阻擋其他物質(zhì)出入的作用。這樣類比也有不妥當(dāng)?shù)牡胤?。例如，窗紗是一種簡單的剛性的結(jié)構(gòu)，功能較單純；細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能要復(fù)雜得多。細(xì)胞膜是活細(xì)胞的重要組成部分，活細(xì)胞的生命活動(dòng)是一個(gè)主動(dòng)的過程；而窗紗是沒有生命的，它只是被動(dòng)地在起作用。2.提示：“染色排除法”利用了活細(xì)胞的細(xì)胞膜能夠控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的原理。臺(tái)盼藍(lán)染色劑是細(xì)胞不需要的物質(zhì)，不能通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，所以活細(xì)胞不被染色。而死的動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞膜不具有控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能，所以臺(tái)盼藍(lán)染色劑能夠進(jìn)入死細(xì)胞

7、內(nèi)，使其被染色。五、參考資料1.細(xì)胞膜和細(xì)胞器的分離提純方法細(xì)胞中的膜結(jié)構(gòu)是整個(gè)細(xì)胞及多種細(xì)胞器的界膜，對(duì)于保持細(xì)胞和細(xì)胞器的獨(dú)立性是必不可少的，同時(shí)很多重要的功能是在膜結(jié)構(gòu)上完成的。為了研究細(xì)胞膜和細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)與功能，首先要分離出形態(tài)與結(jié)構(gòu)完整的、具有生物活性的、純度高的樣品。在研究工作中，分離細(xì)胞膜和細(xì)胞器可以用以下方法。首先是制備一定量的細(xì)胞，細(xì)胞的來源可以是培養(yǎng)細(xì)胞，也可以是某種組織。培養(yǎng)細(xì)胞的收集相對(duì)簡單一些，直接用胰酶將細(xì)胞從培養(yǎng)瓶上消化下來，制成細(xì)胞懸浮液。比較易碎的組織細(xì)胞的收集如肝、脾等，可采用勻漿的方法，稍加研磨就可制成細(xì)胞懸液。有些結(jié)締組織，直接研磨不易分離出細(xì)胞，可先用

8、適量的膠原酶處理。細(xì)胞制備出來后，進(jìn)行勻漿處理。勻漿的方法有多種，如用高速打碎機(jī)破碎，低滲，玻璃珠與細(xì)胞共振蕩，凍融法，超聲波打碎等?？筛鶕?jù)實(shí)驗(yàn)需要和實(shí)驗(yàn)室條件來選擇。無論選擇哪種方法，都要盡可能保持膜的完整性。整個(gè)操作過程要避免過于激烈，pH、離子強(qiáng)度和滲透壓等條件要適中，一般常用中性和等滲溶液。勻漿產(chǎn)生的細(xì)胞裂解物，可通過一系列差速離心再加上一個(gè)梯度離心來分離細(xì)胞膜與細(xì)胞器，梯度是根據(jù)細(xì)胞器的大小、密度和沉降特性來設(shè)計(jì)的。勻漿分步分離的第一步是差速離心，在一系列的離心過程中離心力逐漸加大，并且將細(xì)胞器加入到具有密度梯度的介質(zhì)中離心，常用的分離介質(zhì)有蔗糖、甘油、葡聚糖等。由于每種細(xì)胞器的大小

9、和沉降特性不同，因此可被分離出來。如果只是分離細(xì)胞中的某種細(xì)胞器，可直接根據(jù)那種細(xì)胞器所對(duì)應(yīng)的相對(duì)離心力，在細(xì)胞勻漿后進(jìn)行離心分離。哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞的結(jié)構(gòu)比較簡單，其細(xì)胞膜可用低滲離心的方法分離出來。如果是獨(dú)特的細(xì)胞膜，可根據(jù)表面電荷的密度采用電泳的方法分離，也可根據(jù)大小采用凝膠過濾的方法分離。2.細(xì)胞膜成分與分析方法組成細(xì)胞膜的成分可分為三大類，即膜脂、膜蛋白和糖類。幾種成分所占的比例，依據(jù)膜類型的不同，細(xì)胞類型的不同，生物類型的不同以及細(xì)胞不同的發(fā)育時(shí)期而發(fā)生變化，如肝細(xì)胞膜中蛋白質(zhì)與脂質(zhì)的比例明顯高于紅細(xì)胞。膜脂是細(xì)胞膜的基本成分，約占膜成分的50%，它又包括三大類脂質(zhì)分子，即磷脂、糖脂和

10、膽固醇。磷脂含有極性的磷酸基團(tuán)，以及非極性的烴鏈，即包括極性的頭部和非極性的尾部，屬雙型性分子。糖脂也是雙型性分子，它的結(jié)構(gòu)與鞘磷脂很相似，僅由一個(gè)或多個(gè)糖基代替了磷脂酰膽堿。膽固醇分子包括三部分：作為極性頭部的羥基、類固醇環(huán)和一個(gè)非極性的碳?xì)湮膊?。膜蛋白是?gòu)成細(xì)胞膜的重要組分，膜的大部分功能主要由膜蛋白完成。膜蛋白約占膜成分的40%。根據(jù)膜蛋白與膜脂的結(jié)合方式，膜蛋白可分為內(nèi)在蛋白（或稱跨膜蛋白）和外周蛋白。膜中的糖類約占膜成分的2%10%，它們通常與膜脂結(jié)合形成糖脂，或與蛋白結(jié)合形成糖蛋白。其中的糖類分子有單糖，也有多糖。對(duì)于組成細(xì)胞膜的基本成分，最初是通過用脂質(zhì)溶劑和蛋白酶處理細(xì)胞膜來確

11、定的。用脂質(zhì)溶劑處理細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜被溶解，脂質(zhì)分子進(jìn)入到溶劑中，說明膜中含有脂質(zhì)分子；用蛋白酶處理細(xì)胞也能破壞膜結(jié)構(gòu)，說明細(xì)胞膜的化學(xué)組成中除了脂質(zhì)還有蛋白質(zhì)。對(duì)于一些具體的組成成分，可采用相應(yīng)酶的處理來確定。例如，用卵磷脂酶處理細(xì)胞，可破壞細(xì)胞膜，證明膜中有卵磷脂的存在。對(duì)于膜中某種蛋白質(zhì)功能的分析，有很多方法，其中一種是將這種蛋白質(zhì)分離純化出來，將它摻入到磷脂小泡中，形成只含一種蛋白質(zhì)的磷脂小泡，然后檢測(cè)蛋白質(zhì)的功能。3.細(xì)胞膜的主要功能細(xì)胞膜對(duì)于細(xì)胞整個(gè)結(jié)構(gòu)的完整性以及細(xì)胞的正常生命活動(dòng)都是至關(guān)重要的。其功能概括起來有以下幾個(gè)方面。（1）細(xì)胞的界膜這是細(xì)胞膜最重要的功能。無論是真核細(xì)胞

12、還是原核細(xì)胞，都必定有一個(gè)由一定膜結(jié)構(gòu)形成的界膜，不然的話就不會(huì)有細(xì)胞存在。細(xì)胞膜的出現(xiàn)使生命起源到了細(xì)胞的形式，也保證了細(xì)胞生命活動(dòng)的正常進(jìn)行。細(xì)胞膜的出現(xiàn)使各種生物大分子集中到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的微環(huán)境中，這樣有利于細(xì)胞的物質(zhì)和能量代謝，也有利于細(xì)胞的生長發(fā)育。（2）物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸膜的存在使細(xì)胞成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，但細(xì)胞不是一個(gè)封閉的系統(tǒng)，細(xì)胞的生存、生長和發(fā)育依賴于細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)交流。膜對(duì)于物質(zhì)的運(yùn)輸具有選擇性，只有在需要時(shí)，物質(zhì)才會(huì)被運(yùn)轉(zhuǎn)。物質(zhì)既可以從濃度高的一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)到濃度低的一側(cè)，也可以從濃度低的一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)到濃度高的一側(cè)。前者屬被動(dòng)運(yùn)輸，不需要細(xì)胞提供代謝能量；后者屬主動(dòng)運(yùn)輸，需要細(xì)胞提

13、供代謝能量。對(duì)于大分子的運(yùn)輸，細(xì)胞采用的是內(nèi)吞與外排的方式，通過將物質(zhì)包裹在囊泡中進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。（3）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)膜上的某些蛋白屬于信號(hào)受體蛋白，這些蛋白與胞外信號(hào)分子相結(jié)合被激活，然后將信號(hào)轉(zhuǎn)入胞內(nèi)，再通過胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子沿信號(hào)通路傳遞，最終產(chǎn)生特定的生物學(xué)效應(yīng)。例如，某些信號(hào)分子激活細(xì)胞膜上的受體后，可促進(jìn)細(xì)胞增殖。（4）胞間連接與通訊多細(xì)胞生物體內(nèi)，細(xì)胞通過細(xì)胞膜進(jìn)行細(xì)胞間的多種相互作用。動(dòng)物細(xì)胞間有多種連接方式，概括起來為：緊密連接、錨定連接和間隙連接，植物細(xì)胞間主要是通過細(xì)胞壁連接在一起。有些細(xì)胞連接方式主要是為細(xì)胞間的通訊提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，如動(dòng)物細(xì)胞的間隙連接，在相鄰細(xì)胞間形成孔道結(jié)構(gòu)；植物細(xì)

14、胞間的胞間連絲，也成為細(xì)胞間物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和信息交流的通道。（5）胞間的識(shí)別識(shí)別是指細(xì)胞對(duì)同種或異種細(xì)胞、同源或異源細(xì)胞以及對(duì)自己或異己分子的認(rèn)識(shí)和鑒別。通過細(xì)胞表面受體與胞外信號(hào)分子的選擇性相互作用，導(dǎo)致一系列的生理生化反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞。細(xì)胞識(shí)別是細(xì)胞發(fā)育和分化過程中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，細(xì)胞通過識(shí)別和黏著形成不同類型的組織。4.細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和功能細(xì)胞壁是在植物細(xì)胞外層形成的一種較堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)，它包圍著內(nèi)部的原生質(zhì)體。植物體的分生組織區(qū)如莖尖和根尖，其組成的細(xì)胞具有較強(qiáng)的增殖能力，所產(chǎn)生的新細(xì)胞一般比較小，其外層具有一圈細(xì)胞壁，稱為初生細(xì)胞壁。初生細(xì)胞壁比較薄，具有一定的彈性，以適應(yīng)細(xì)胞的生長。高等植物的初生細(xì)胞壁在不同植物、不同器官組織和不同發(fā)育時(shí)期，成分和結(jié)構(gòu)都有很大差異，但基本組成和結(jié)構(gòu)是相似的，即以纖維素微纖絲為骨架，以半纖維素和果膠以及糖蛋白為基質(zhì)，通過共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵的結(jié)合，交叉形成一種高度復(fù)雜的、抗張力強(qiáng)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。細(xì)胞壁中存在多種酶，如過氧化物酶、磷酸酯酶、蘋果酸脫氫酶等，在衰老和果實(shí)成熟時(shí)，還產(chǎn)生自溶酶，如纖維素酶、果膠酶等。隨著細(xì)胞的分化，植物體產(chǎn)生各類具有特殊功能的細(xì)胞、組