3.1細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能課件高一上學(xué)期生物人教版必修1

第3章細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)

第1節(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能1.細(xì)胞膜的功能（重難點(diǎn)）2.對細(xì)胞膜成分的探索（難點(diǎn)）3.系統(tǒng)的邊界對系統(tǒng)的穩(wěn)定至關(guān)重要。國家有陸地海域領(lǐng)空的邊界。是人體內(nèi)部與外界分隔的皮膚和黏膜，是人體的邊界。細(xì)胞是基本的生命系統(tǒng)，它的邊界就是細(xì)胞膜，也叫質(zhì)膜。細(xì)胞膜是一層很薄的結(jié)構(gòu)，厚度只有7-10nm，在光學(xué)顯微鏡下很難辨識他的真面目，如果我們將1萬層細(xì)胞膜堆疊起來，才只有教材的一頁紙那么厚。但是正是這樣的細(xì)胞膜，幫助細(xì)胞成為一個(gè)相對獨(dú)立的系統(tǒng)，維持細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定。那么細(xì)胞膜是如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的呢？它又是由什么物質(zhì)組成的？一、細(xì)胞膜的功能科學(xué)家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，卻不能逸出細(xì)胞。變形蟲細(xì)胞最外層存在一個(gè)邊界，將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開。細(xì)胞膜的功能11.作為邊界，細(xì)胞膜的分隔作用具有什么意義？2.植物細(xì)胞細(xì)胞膜的外側(cè)有細(xì)胞壁，細(xì)胞壁是系統(tǒng)的邊界嗎？植物細(xì)胞的邊界也是細(xì)胞膜。細(xì)胞壁是全透性的，不能保證細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定。科研上鑒別死細(xì)胞和活細(xì)胞，常用“染色排除法”。例如，用臺盼藍(lán)染液染色，死的動(dòng)物細(xì)胞會被染成藍(lán)色，而活的動(dòng)物細(xì)胞不著色。為什么活細(xì)胞不能被染色，而死細(xì)胞能被染色？活細(xì)胞的細(xì)胞膜具有選擇透過性，臺盼藍(lán)是細(xì)胞不需要的物質(zhì)，不易通過細(xì)胞膜，因此活細(xì)胞不能被染色。死細(xì)胞的細(xì)胞膜失去控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能。臺盼藍(lán)能通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，因此死細(xì)胞能被染色。控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞細(xì)胞膜的功能2細(xì)胞膜的控制作用是相對的活細(xì)胞的細(xì)胞膜具有選擇透過性，哪些物質(zhì)可以進(jìn)入細(xì)胞？哪些物質(zhì)可以離開細(xì)胞？氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)等CO2、尿素等代謝廢物激素、抗體等細(xì)胞產(chǎn)物病菌、病毒等有害物質(zhì)細(xì)胞需要的營養(yǎng)物質(zhì)可以從外界進(jìn)入細(xì)胞。細(xì)胞不需要的物質(zhì)不容易進(jìn)入細(xì)胞。---細(xì)胞膜具有選擇透過性胰島A細(xì)胞分泌的胰高血糖素，隨血液到達(dá)全身各處，與靶細(xì)胞（肝細(xì)胞）細(xì)胞膜表面的受體結(jié)合，將信息傳遞給肝細(xì)胞，使肝糖原分解為葡萄糖，從而使血糖濃度升高。肝細(xì)胞細(xì)胞膜表面有胰高血糖素的特異性受體細(xì)胞膜的功能3細(xì)胞膜可以進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流形成受精卵的過程中，只有同種生物的精子和卵細(xì)胞能夠識別和結(jié)合。細(xì)胞可以識別同種或異種細(xì)胞的基礎(chǔ)是細(xì)胞膜表面某些生物大分子提供的識別信息。相鄰兩個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞膜接觸，信息從一個(gè)細(xì)胞傳遞給另一個(gè)細(xì)胞。相鄰兩個(gè)細(xì)胞之間形成通道，攜帶信息的物質(zhì)通過通道進(jìn)入另一個(gè)細(xì)胞。例如，高等植物細(xì)胞之間通過胞間連絲相互連接，也有信息交流的作用。4.細(xì)胞間進(jìn)行信息交流必須通過受體才能實(shí)現(xiàn)嗎？5.資料三中植物細(xì)胞之間的胞間連絲只能用于信息交流嗎？6.高等植物細(xì)胞之間只能通過胞間連絲。進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流嗎？7.病毒吸附在宿主細(xì)胞表面，并侵入細(xì)胞內(nèi)，體現(xiàn)了細(xì)胞間的信息交流了嗎？不是，如通過通道進(jìn)行的交流不需要受體還可以交換物質(zhì)不是，如植物激素可以從合成細(xì)胞分泌出來，作用于靶細(xì)胞（通過物質(zhì)傳遞）；花粉落在同種植物的柱頭上后會萌發(fā)（細(xì)胞直接接觸）。1.污水處理是從城市廢水中去除污染物的過程，主要包括生活污水處理和一些工業(yè)廢水處理。在處理污水時(shí)，人們設(shè)計(jì)出一種膜結(jié)構(gòu)，有選擇地將有毒重金屬離子阻擋在膜的一側(cè)，以降低有毒重金屬離子對水的污染。這種膜結(jié)構(gòu)是試圖模擬細(xì)胞膜的（）A．將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開的功能B．控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能C．進(jìn)行細(xì)胞間信息交流的功能D．具有免疫作用的功能B二、對細(xì)胞膜成分的探索歐文頓：溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，容易穿過細(xì)胞膜；不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，不容易穿過細(xì)胞膜。“相似相溶”推測細(xì)胞膜的主要組成成分中有脂質(zhì)。歐文頓對細(xì)胞膜成分的認(rèn)識是通過對現(xiàn)象的推理分析，還是通過對膜成分的提取和檢測？通過對現(xiàn)象的推理分析1.脂質(zhì)的推測2.脂質(zhì)成分類型的確定通過一定的方法制備出純凈的細(xì)胞膜，進(jìn)行化學(xué)分析，得知組成細(xì)胞膜的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇，其中磷脂含量最多。思考：科學(xué)家制備出純凈的細(xì)胞膜，選用哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞，為什么不用植物細(xì)胞或雞的紅細(xì)胞制備？①植物細(xì)胞有細(xì)胞壁不易處理，并且除了細(xì)胞膜還含有其他生物膜膜成分（核膜和細(xì)胞器膜），不易制取純凈的細(xì)胞膜②雞的紅細(xì)胞除了細(xì)胞膜還含有其他生物膜成分，不易制取純凈的細(xì)胞膜根據(jù)磷脂分子的特點(diǎn)畫出磷脂分子在空氣-水界面上的排列方式并解釋原因。（同水-苯界面）3.磷脂雙分子層的推測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，朝向空氣，故磷脂在空氣-水界面上鋪展成單分子層荷蘭生物學(xué)家戈特和格倫德爾用丙酮從人的紅細(xì)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恰為紅細(xì)胞表面積的2倍。細(xì)胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層思考：如果選用雞的紅細(xì)胞做此實(shí)驗(yàn)，單層分子的面積還恰為紅細(xì)胞表面積的2倍嗎？單層分子的面積將大于紅細(xì)胞表面積的2倍畫出磷脂分子在水中的排列方式并解釋原因。分析細(xì)胞膜是由磷脂雙分子層構(gòu)成的原因？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(dāng)磷脂分子的內(nèi)外兩側(cè)均是水環(huán)境時(shí)，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)的水環(huán)境，形成磷脂雙分子層。細(xì)胞的內(nèi)外環(huán)境都是水溶液，所以細(xì)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。4.蛋白質(zhì)的推測1935年，英國學(xué)者丹尼利和戴維森研究了細(xì)胞膜的張力。他們發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞的表面張力明顯低于油-水界面的表面張力。此前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了油脂滴表面如果附有蛋白質(zhì)成分，則表面張力會降低。細(xì)胞膜除了含脂質(zhì)分子外，可能還附有蛋白質(zhì)。如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該推測？向組織樣液中注入雙縮脲試劑，觀察顏色的變化三、細(xì)胞膜的成分成分蛋白質(zhì)%磷脂%膽固醇%糖類%哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞膜4933108小鼠肝細(xì)胞膜444583大腸桿菌細(xì)胞膜752500細(xì)胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成，還有少量的糖類。分析哪種成分決定了細(xì)胞膜功能的復(fù)雜程度？蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多，細(xì)胞膜的功能越復(fù)雜。2.下列關(guān)于細(xì)胞膜的探索歷程中相關(guān)實(shí)驗(yàn)與結(jié)論之間對應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤的是（）選項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)論A人紅細(xì)胞膜中脂質(zhì)鋪成單分子層后的面積是紅細(xì)胞表面積的2倍細(xì)胞膜由雙層脂質(zhì)分子構(gòu)成B對純凈的細(xì)胞膜進(jìn)行化學(xué)分析得知組成細(xì)胞膜的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇，其中膽固醇含量最多C蛋白酶處理細(xì)胞膜后其通透性改變細(xì)胞膜中含蛋白質(zhì)D脂溶性物質(zhì)更易通過細(xì)胞膜細(xì)胞膜中含有脂質(zhì)B四、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索1.1959年，羅伯特森利用電鏡獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，照片顯示細(xì)胞膜有暗-亮-暗三層結(jié)構(gòu)。電子束照射大分子，散射度高，黑暗；電子束照射小分子，散射度低，光亮。假說：所有的細(xì)胞膜都由蛋白質(zhì)-脂質(zhì)-蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。細(xì)胞膜的靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜是靜態(tài)的假說，無法解釋細(xì)胞的生長、變形蟲的變形運(yùn)動(dòng)等現(xiàn)象。一種假說最終被接受或否定，取決于它能否與以后不斷得到的觀察和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。①細(xì)胞膜具有流動(dòng)性②其他實(shí)驗(yàn)證明：有的蛋白質(zhì)鑲嵌在磷脂雙分子層中2.流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容辛格和尼科爾森提出的流動(dòng)鑲嵌模型為大多數(shù)人所接受。B磷脂雙分子層：膜的基本支架。具有屏障作用。D蛋白質(zhì)分子以不同方式鑲嵌在磷脂雙分子層中：鑲在、嵌入、貫穿；物質(zhì)運(yùn)輸A糖蛋白：糖被（分布在細(xì)胞膜的外表面）+蛋白質(zhì)；與細(xì)胞表面的識別、細(xì)胞間的信息傳遞密切相關(guān)。細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性主要表現(xiàn)為構(gòu)成膜的磷脂分子可以側(cè)向自由移動(dòng)，膜中的蛋白質(zhì)大多也能運(yùn)動(dòng)。意義：細(xì)胞膜的流動(dòng)性對于細(xì)胞完成物質(zhì)運(yùn)輸，生長，分裂，運(yùn)動(dòng)等功能都是非常重要的。細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特性：具有一定的流動(dòng)性細(xì)胞膜的功能特性：選擇透過性如何理解細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與功能特性的關(guān)系？流動(dòng)性是選擇透過性的基礎(chǔ)，細(xì)胞膜具有了流動(dòng)性，才能表現(xiàn)出選擇透過性。思考：既然膜內(nèi)部分是疏水的水分子，為什么能跨膜運(yùn)輸呢？①水分子極小，可以通過由于磷脂分子運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的間隙。②膜上存在水通道蛋白，水分子可以通過水通道蛋白通過膜。拓展性應(yīng)用下圖是由磷脂分子構(gòu)成的脂質(zhì)體，它可以作為藥物的運(yùn)載體，將其運(yùn)送到特定的細(xì)胞發(fā)揮作用。在脂質(zhì)體中，能在水中結(jié)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?2、請推測：脂質(zhì)體到達(dá)細(xì)胞后，藥物將如何進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用?兩層磷脂分?之間的部分是疏水的,脂溶性藥物能包裹在其中;脂質(zhì)體的內(nèi)部是水環(huán)境,能