生物：4.2 《生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型》(人教版必修一)

第2節(jié)生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型時(shí)間科學(xué)家或?qū)嶒?yàn)名稱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容假說(shuō)或結(jié)論歐文頓兩位荷蘭科學(xué)家羅伯特森19世紀(jì)末1925年1959年1970年1972年熒光染料標(biāo)記實(shí)驗(yàn)桑格和尼克森20世紀(jì)初對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程2、根據(jù)這些科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)及結(jié)論，請(qǐng)你逐步構(gòu)建細(xì)胞膜的模型。（在草稿紙上畫(huà)出平面或立體模型，或利用你手中的材料進(jìn)行構(gòu)建）思考：細(xì)胞膜的組成成分？磷脂分子在空氣-水界面上的分布？磷脂分子在細(xì)胞膜上的分布？（細(xì)胞膜內(nèi)外都是液體有水的環(huán)境？）蛋白質(zhì)分子在細(xì)胞膜上的分布？

3、總結(jié)流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。1、填寫(xiě)表格●●不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)溶于脂質(zhì)的物質(zhì)細(xì)胞膜資料1.歐文頓的實(shí)驗(yàn)●●●●●●●●1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)，提出了什么假說(shuō)？2、最初對(duì)細(xì)胞膜的認(rèn)識(shí)，是通過(guò)對(duì)現(xiàn)象的推理分析還是通過(guò)對(duì)膜成分的提取與分離？在得到結(jié)論之后還有必要對(duì)膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定嗎？3、歐文頓的推論是否正確呢？細(xì)胞膜除了脂質(zhì)外，還有沒(méi)有其他成分呢？假說(shuō)：膜是由脂質(zhì)構(gòu)成的。

對(duì)現(xiàn)象的推理分析。有必要，通過(guò)鑒定能更準(zhǔn)確地說(shuō)明問(wèn)題時(shí)間：20世紀(jì)初實(shí)驗(yàn)：科學(xué)家對(duì)哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞膜進(jìn)行了化學(xué)成分分析化學(xué)分析表明：紅細(xì)胞的細(xì)胞膜資料2膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)資料3.朗姆瓦的實(shí)驗(yàn)時(shí)間：1917年實(shí)驗(yàn)：朗姆瓦（Langmuir）將磷脂溶于苯和水中，當(dāng)苯揮發(fā)完以后，磷脂分子在空氣與水的界面上分布散亂，經(jīng)過(guò)推擠排列成了單層，而且每個(gè)磷脂分子的頭部浸入水中，尾部浮于水面。B：根據(jù)磷脂分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，展開(kāi)你的想像力，嘗試構(gòu)建磷脂分子在水—空氣界面中的模型A：磷脂是一種由甘油、脂肪酸和磷酸所組成的分子，磷酸“頭”部是親水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。磷脂分子

活動(dòng)主題一：請(qǐng)根據(jù)朗姆瓦的實(shí)驗(yàn)構(gòu)建磷脂分子在空氣與水界面上分布的模型磷脂分子的特點(diǎn)：“頭”部具親水性，“尾”部具疏水性磷脂分子排列為單分子層時(shí)間：1925年

人物：荷蘭科學(xué)家戈特E.Gorter和格倫德F.Grendel實(shí)驗(yàn)：用丙酮（一種有機(jī)溶劑，可以溶解脂質(zhì)）從人的紅細(xì)胞膜中提取脂質(zhì)，在空氣－水界面上鋪展成單分子層，測(cè)得單分子層的面積約為紅細(xì)胞表面積的2倍結(jié)論：

資料4.荷蘭科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)細(xì)胞膜中的脂質(zhì)（磷脂）分子排列為連續(xù)的雙分子層活動(dòng)主題二:根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)論構(gòu)建細(xì)胞膜中磷脂分子的排布模型時(shí)間：1959年實(shí)驗(yàn)：羅伯特森用電鏡了觀察到了清晰的細(xì)胞膜照片，看到了暗－亮－暗的三層結(jié)構(gòu)。結(jié)論：資料5.羅伯特森的實(shí)驗(yàn)

注：蛋白質(zhì)電子密度高顯黑色發(fā)暗，磷脂分子的電子密度低發(fā)亮。生物膜為蛋白質(zhì)－脂質(zhì)－蛋白質(zhì)三層統(tǒng)一的靜態(tài)結(jié)構(gòu)

活動(dòng)主題三：請(qǐng)根據(jù)羅伯特森觀察的結(jié)果構(gòu)建蛋白質(zhì)在磷脂雙分子層中排布方式的模型單位膜模型羅伯特森觀點(diǎn)：①蛋白質(zhì)分子都鑲在磷脂雙分子層的兩側(cè)，所有膜厚度相同②蛋白質(zhì)分子和磷脂分子都是靜止不動(dòng)的冰凍蝕刻電鏡技術(shù)觀察的蛋白質(zhì)分布模型資料6：冰凍蝕刻電子顯微法

標(biāo)本用干冰（液氮）冰凍后用冷刀斷開(kāi)，升溫后暴露斷裂面蛋白質(zhì)

、

、

在磷脂雙分子層中鑲在貫穿嵌入小鼠肝細(xì)胞膜冰凍蝕刻的電鏡照片蛋白質(zhì)

活動(dòng)主題四：請(qǐng)根據(jù)蛋白質(zhì)的三種存在形式構(gòu)建蛋白質(zhì)分子在磷脂雙分子層中的排布模型

時(shí)間：1970年實(shí)驗(yàn)：弗雷和埃迪登(Frye和Edidin)將人和鼠的細(xì)胞膜蛋白分別用紅、綠熒光標(biāo)記后，讓兩種細(xì)胞融合，雜交細(xì)胞的一半發(fā)紅色熒光、另一半發(fā)綠色熒光，放置一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)兩種顏色的熒光均勻分布。資料7.人鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)（熒光標(biāo)記實(shí)驗(yàn)）結(jié)論：細(xì)胞膜具有流動(dòng)性磷脂分子的運(yùn)動(dòng)資料8.流動(dòng)鑲嵌模型時(shí)間：1972年桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)提出了新的生物膜模型——流動(dòng)鑲嵌模型，為多數(shù)人所接受。流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容:1、生物膜的組成：2、生物膜的基本骨架：3、蛋白質(zhì)分子存在形態(tài)：4、生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：主要由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成磷脂雙分子層（親水性頭部朝向兩側(cè)，疏水性尾部朝向內(nèi)側(cè)）。有鑲在表面、嵌入、貫穿三種，外側(cè)的蛋白質(zhì)分子與糖類結(jié)合形成糖被。體現(xiàn)了生物膜的不對(duì)稱性。（糖被與細(xì)胞識(shí)別、胞間信息交流等有密切聯(lián)系）流動(dòng)性（磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子都是運(yùn)動(dòng)的）討論：1.生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型是不是就完美無(wú)缺了呢？2.縱觀整個(gè)人們建立生物膜模型的探索過(guò)程，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步所起到怎樣的作用?3.分析生物膜模型的建立過(guò)程中，結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)是如何體現(xiàn)的？

流動(dòng)鑲嵌模型是目前人們普遍認(rèn)同的，但它無(wú)法完美地回答生物膜的所有功能。所以后來(lái)不斷提出一些新的模型，如Wallach于1975年提出晶格鑲嵌模型；Jain和White于1977年提出板塊鑲嵌模型等。迄今為止，已提出的生物膜結(jié)構(gòu)模型達(dá)幾十種之多。生物膜的結(jié)構(gòu)模型雖然有很多種，但被廣泛接受的結(jié)構(gòu)模型基本內(nèi)容是趨向一致的，其要點(diǎn)和特點(diǎn)基本相同，主要包括膜的分子組成和結(jié)構(gòu)特征。2003年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予兩名研究膜蛋白的美國(guó)科學(xué)家，這是自1991年來(lái)諾貝爾獎(jiǎng)第三次頒發(fā)給與細(xì)胞膜蛋白質(zhì)有關(guān)的研究成果

。

科學(xué)無(wú)止境皮特·阿格雷羅德里克·麥金農(nóng)1、細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型與蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)模型的最大的不同是A、流動(dòng)鑲嵌模型認(rèn)為細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性課堂反饋D、蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為細(xì)胞膜具有透過(guò)性C、流動(dòng)鑲嵌模型認(rèn)為細(xì)胞膜具有選擇性B、蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性2