第二章細胞的基本結構第1節(jié)細胞膜的結構和功能本節(jié)目標細胞膜的功能對細胞膜結構的探索流動鑲嵌模型的基本內容課堂導入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，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，新課講授2一、細胞膜的功能細胞膜的功能將細胞與外界環(huán)境分隔開控制物質進出細胞進行細胞間的信息交流1將細胞與外界環(huán)境分隔開膜的出現(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部環(huán)境的相對穩(wěn)定。推測的原始海洋景觀圖細胞作為一個基本的生命系統(tǒng)，它的邊界就是細胞膜（cellmembrane），也叫質膜（amembrane）。分泌物③廢物①2控制物質進出細胞CO2、尿素、多余的無機鹽等。抗體、激素等物質水、無機鹽、氨基酸、葡萄糖等?？刂频南鄬π誀I養(yǎng)物質②病毒病菌④①②③表明細胞膜的控制作用具有普遍性；④有些病毒、病菌也能侵入細胞使生物體患病，表明細胞膜的控制作用具有相對性激素內分泌細胞的激素（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進行細胞間的信息交流（1）通過細胞分泌化學物質完成間接交流（2）通過相鄰兩個細胞的細胞膜接觸發(fā)出信號的細胞靶細胞與膜結合的信號分子受體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）相鄰兩個細胞之間形成通道，攜帶信息的物質通過通道進入另一個細胞。胞間連絲例如：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細胞的功能：（1）將細胞與外界環(huán)境分隔開；（2）控制物質進出細胞；（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。時間：1859年人物：歐文頓實驗：選用500多種化學物質對動物細胞膜的通透性進行了上萬次的研究。發(fā)現(xiàn)：凡是易溶于脂質的物質，也容易穿過膜，反之，不容易溶于脂質的物質，也不容易穿過膜。對細胞膜成分的探索細胞膜溶于脂質的物質不溶于脂質的物質據(jù)此推測：細胞膜是由脂質組成的目的：確定細胞膜中脂質成分的類型實驗：科學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，進行化學分析，發(fā)現(xiàn)：得知組成細胞膜的脂質有磷脂和膽固醇，一其中磷脂含量最多。磷脂親水頭部（磷脂）親水尾部（脂肪酸）時間：1925年人物：戈特和格倫德爾實驗：用丙酮從人的紅細胞中提取脂質，在空氣—水界面上鋪展成單分子層，檢測其面積。發(fā)現(xiàn)：測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍。據(jù)此推測：細胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層。時間：1935年人物：丹尼利和戴維森實驗：研究膜的張力發(fā)現(xiàn)：細胞的表面張力明顯低于油—水界面的表面張力。（人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了油脂滴表面如果附有蛋白質成分則表面張力會降低）據(jù)此推測：細胞膜除含脂質分子外，可能還附有蛋白質討論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？2根據(jù)磷脂分子的特點解釋，為什么磷脂在空氣——水界面上鋪展成單分子層？科學家是如何推導出“脂質在細胞膜中必然排列為連續(xù)的兩層”這一結論的？是通過對現(xiàn)象的推理分析得出的因為磷脂分子的頭部親水，尾部疏水，所以在水——空氣的界面上磷脂分子是頭部向下與水面接觸，尾部則朝上向空氣的一面，科學家因測得從哺乳細胞成熟的紅細胞中提取的脂質，討論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成的原因做出分析？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，當磷脂分子的內外兩側均是水環(huán)境時，磷脂分子的“尾部”相對排列在內側，“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外都是水溶液，所以細胞膜磷脂分子的“頭部”向著膜的內外兩側，而“尾部”相對排在內側，形成磷脂雙分子層討論4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？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。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約50%脂質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約40%蛋白質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，蛋白質的種類和數(shù)量越多糖類2~10%糖類與蛋白質或脂質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。細胞膜結構的電鏡照片提出假說：所有的細胞膜都由蛋白質—脂質—蛋白質三層結構構成，電鏡下看到的中間的亮層是脂質分子，兩邊的暗層是蛋白質分子。他把細胞膜描述為靜態(tài)的統(tǒng)一結構。二、對細胞膜結構的探索時間：20世紀60年代以后質疑：科學家對細胞膜是靜態(tài)的觀點提出質疑：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容細胞膜主要由磷脂分子和蛋白質分子構成的。磷脂分子層是膜的基本支架，其內部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或離子不能自由通過，具有屏障作用。蛋白質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。這些蛋白質分子在物質運輸?shù)确矫婢哂兄匾饔谩＜毎げ皇庆o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，膜中的蛋白質大多也能運動。流動鑲嵌模型的基本內容細胞膜的流動性與選擇透過性區(qū)別結構特點：具有流動性功能特點：選擇透過性聯(lián)系膜只有具有流動性，才能表現(xiàn)其選擇透過性，如果細胞膜中部分蛋白質充當了載體，運輸物質進出細胞，只有它是運動的，才能運輸物質。課外制作利用廢舊物品制作生物膜模型課堂總結課堂精練1、細胞膜