高中生物必修1第4章第2節(jié)生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型

1、是誰(shuí)，隔開(kāi)了原始海洋的動(dòng)蕩，是誰(shuí)，隔開(kāi)了原始海洋的動(dòng)蕩，是誰(shuí)，為我日夜守邊防，是誰(shuí)，為我日夜守邊防，是誰(shuí)，為我傳信報(bào)安康。是誰(shuí)，為我傳信報(bào)安康。沒(méi)有你，我沒(méi)有你，我一個(gè)小小的細(xì)胞會(huì)是何等模樣？一個(gè)小小的細(xì)胞會(huì)是何等模樣？詩(shī)中的詩(shī)中的“你你”是指什么？它有怎樣的結(jié)構(gòu)和功能？是指什么？它有怎樣的結(jié)構(gòu)和功能？第第2 2節(jié)節(jié) 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型n 資料資料1 1 19 19世紀(jì)末，世紀(jì)末，OvertonOverton用用500500多種物質(zhì)對(duì)植物細(xì)多種物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞進(jìn)行了上萬(wàn)次的通透性實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)：脂胞進(jìn)行了上萬(wàn)次的通透性實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)：脂溶性質(zhì)比不能溶于脂類的物質(zhì)更容易通過(guò)溶性質(zhì)比不

2、能溶于脂類的物質(zhì)更容易通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞中。細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞中。 后來(lái)人們又發(fā)現(xiàn)：細(xì)胞膜會(huì)被溶解脂質(zhì)的后來(lái)人們又發(fā)現(xiàn)：細(xì)胞膜會(huì)被溶解脂質(zhì)的溶劑溶解，也會(huì)被蛋白酶溶解。溶劑溶解，也會(huì)被蛋白酶溶解。 能否據(jù)此推測(cè)一下細(xì)胞膜的成分？能否據(jù)此推測(cè)一下細(xì)胞膜的成分？不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)溶于脂質(zhì)的物質(zhì)溶于脂質(zhì)的物質(zhì)一一. 生物膜結(jié)構(gòu)的探究歷程生物膜結(jié)構(gòu)的探究歷程n最初認(rèn)識(shí)到生物膜是由脂質(zhì)組成的，是通最初認(rèn)識(shí)到生物膜是由脂質(zhì)組成的，是通過(guò)對(duì)現(xiàn)象的推理分析還過(guò)對(duì)現(xiàn)象的推理分析還 是通過(guò)膜成分的提是通過(guò)膜成分的提取和鑒定？取和鑒定？n還有必要對(duì)膜的成分進(jìn)行提取、分離還有必要對(duì)膜的成分進(jìn)行提取、分離、鑒

3、鑒定嗎定嗎？n用什么細(xì)胞作實(shí)驗(yàn)材料？用什么細(xì)胞作實(shí)驗(yàn)材料？ 紅細(xì)胞紅細(xì)胞(red blood cell(red blood cell， erythrocyte)erythrocyte)是結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的細(xì)胞，特別是最簡(jiǎn)單的細(xì)胞，特別是哺乳動(dòng)物成熟的哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞紅細(xì)胞沒(méi)有細(xì)胞器和細(xì)胞核沒(méi)有細(xì)胞器和細(xì)胞核，細(xì)胞膜是，細(xì)胞膜是它唯一的結(jié)構(gòu)，并且易于提純和分離，它唯一的結(jié)構(gòu)，并且易于提純和分離，是研究膜結(jié)構(gòu)的最好材料。是研究膜結(jié)構(gòu)的最好材料。 n19051905年，科學(xué)家把膜從紅細(xì)胞中分離出來(lái)，年，科學(xué)家把膜從紅細(xì)胞中分離出來(lái)，通過(guò)化學(xué)分析測(cè)得其主要成分是通過(guò)化學(xué)分析測(cè)得其主要成分是磷脂和蛋

4、磷脂和蛋白質(zhì)白質(zhì)液相色譜法液相色譜法分離混合物分離混合物膽堿膽堿磷酸磷酸甘油甘油脂肪酸脂肪酸親水頭部親水頭部疏水尾部疏水尾部磷脂分子的結(jié)構(gòu)磷脂分子的結(jié)構(gòu) P66如果許多磷脂分如果許多磷脂分子在子在空氣空氣水水界面界面上排成上排成單層，單層，應(yīng)如應(yīng)如何排布？請(qǐng)畫圖表何排布？請(qǐng)畫圖表示示上述單層磷脂分子上述單層磷脂分子被用力被用力攪動(dòng)攪動(dòng)后，在后，在水水中中形成了相對(duì)形成了相對(duì)穩(wěn)定穩(wěn)定的的排布形式，該形式應(yīng)排布形式，該形式應(yīng)該如何表示？請(qǐng)畫圖該如何表示？請(qǐng)畫圖表示表示脂質(zhì)和蛋白質(zhì)是怎樣形成生物膜的？脂質(zhì)和蛋白質(zhì)是怎樣形成生物膜的？磷脂是組成細(xì)胞的主要脂質(zhì)，是一種由甘油、脂肪酸、和磷酸等所組成的分子

5、。它有一個(gè)親水磷酸“頭”部，和一個(gè)疏水的脂肪酸的“尾”部。親水頭部疏水“尾部”小資料小資料攪動(dòng)后攪動(dòng)后水溶液水溶液中中形形成成球球狀狀的的微微團(tuán)團(tuán)雙雙層層脂脂分分子子形形成成脂脂質(zhì)質(zhì)體體 空空氣氣和和水水界界面面上上單單分分子子排排布布表面積為表面積為1 1表面積為表面積為2 2 P49 P49 相關(guān)信息相關(guān)信息n資料資料2 2 1925 1925年年 ，Gorter Gorter 和和 Grendel Grendel 用丙酮從一定數(shù)用丙酮從一定數(shù)量紅細(xì)胞膜中萃取脂類，在空氣量紅細(xì)胞膜中萃取脂類，在空氣水界面水界面上鋪展為脂上鋪展為脂單單層，測(cè)得的層，測(cè)得的單單分子層的面積分子層的面積與推算所

6、得的紅細(xì)胞表面積之比約為與推算所得的紅細(xì)胞表面積之比約為（1.81.82.22.2）：）：1 1 據(jù)此能得出什么結(jié)論？據(jù)此能得出什么結(jié)論？ 細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子必然排列為連續(xù)的細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子必然排列為連續(xù)的雙層雙層S S紅細(xì)胞紅細(xì)胞100m2n根據(jù)細(xì)胞根據(jù)細(xì)胞內(nèi)部和外部的環(huán)境內(nèi)部和外部的環(huán)境推測(cè)一下，磷推測(cè)一下，磷脂分子在細(xì)胞膜中是如何排布的？脂分子在細(xì)胞膜中是如何排布的？n除了磷脂，蛋白質(zhì)也是生物膜的成分，蛋除了磷脂，蛋白質(zhì)也是生物膜的成分，蛋白質(zhì)位于生物膜的什么位置？白質(zhì)位于生物膜的什么位置？n資料資料3 3 1935 1935年，年，DanielliDanielli和和DavsonDa

7、vson提出了脂質(zhì)兩邊提出了脂質(zhì)兩邊各覆蓋著蛋白質(zhì)的各覆蓋著蛋白質(zhì)的“三明質(zhì)模型三明質(zhì)模型”，即，即“蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)磷脂磷脂蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)”，并，并推測(cè)推測(cè)細(xì)胞膜細(xì)胞膜的厚度應(yīng)該至少為的厚度應(yīng)該至少為20nm20nm極性孔極性孔蛋白質(zhì)分子蛋白質(zhì)分子脂質(zhì)分子脂質(zhì)分子“三明治模型三明治模型”把細(xì)胞膜描述成把細(xì)胞膜描述成剛性、靜止的剛性、靜止的結(jié)構(gòu)，你是否同意？結(jié)構(gòu)，你是否同意？ 1959 1959年，年，Robertson Robertson 用超薄切片技術(shù)獲得了清用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜電鏡照片，顯示出晰的細(xì)胞膜電鏡照片，顯示出“暗暗- -明明- -暗暗”三三層結(jié)構(gòu)。層結(jié)構(gòu)。后來(lái)，人們又發(fā)現(xiàn)

8、，蛋后來(lái)，人們又發(fā)現(xiàn)，蛋 白質(zhì)也有白質(zhì)也有疏水區(qū)疏水區(qū)& &親水親水 區(qū)區(qū)。你能否重新安排一。你能否重新安排一 下蛋白質(zhì)的位置，建立下蛋白質(zhì)的位置，建立 一個(gè)細(xì)胞膜模型？一個(gè)細(xì)胞膜模型？蛋白質(zhì)的電子密度高，蛋白質(zhì)的電子密度高，在電鏡下顯暗色；磷在電鏡下顯暗色；磷脂分子的電子密度低，脂分子的電子密度低，顯亮色。顯亮色。7.5nmn資料資料5 5 電鏡冰凍蝕刻細(xì)胞膜電鏡冰凍蝕刻細(xì)胞膜 20 20世紀(jì)世紀(jì)6060年代，科學(xué)家通過(guò)電鏡技術(shù)和冰凍蝕年代，科學(xué)家通過(guò)電鏡技術(shù)和冰凍蝕刻技術(shù)，看到了細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì)顆粒?？碳夹g(shù)，看到了細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì)顆粒。結(jié)論：結(jié)論： 蛋白質(zhì)并不是全部平蛋白質(zhì)

9、并不是全部平鋪在脂雙層表面，有鋪在脂雙層表面，有的蛋白質(zhì)是的蛋白質(zhì)是鑲鑲在脂雙在脂雙層表面，有的蛋白質(zhì)層表面，有的蛋白質(zhì)嵌嵌入脂雙層中，有的入脂雙層中，有的則則貫穿貫穿于整個(gè)脂雙層。于整個(gè)脂雙層。單位膜模型單位膜模型不同的膜性細(xì)胞器含有不同的膜性細(xì)胞器含有的蛋白質(zhì)種類相同嗎？的蛋白質(zhì)種類相同嗎？n2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代后期，人們對(duì)生物膜是年代后期，人們對(duì)生物膜是靜態(tài)靜態(tài)的觀點(diǎn)提出質(zhì)疑。的觀點(diǎn)提出質(zhì)疑。n你能舉出一些例子，支持這些質(zhì)疑嗎你能舉出一些例子，支持這些質(zhì)疑嗎？這一實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)的其他數(shù)據(jù)表明：這一實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)的其他數(shù)據(jù)表明：細(xì)胞膜具有一定的？細(xì)胞膜具有一定的？P67P67人細(xì)胞人細(xì)

10、胞鼠細(xì)胞鼠細(xì)胞熒光熒光標(biāo)記標(biāo)記 膜蛋膜蛋白白誘導(dǎo)誘導(dǎo)融合融合4040分鐘后分鐘后37370 0C C資料資料6 6 人人- -鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn) P67P67磷脂（膜脂）的運(yùn)動(dòng)有多種形式：磷脂（膜脂）的運(yùn)動(dòng)有多種形式：1 1、側(cè)向擴(kuò)散；、側(cè)向擴(kuò)散； 2 2、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 3 3、擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)4 4、伸縮運(yùn)動(dòng)；、伸縮運(yùn)動(dòng)； 5 5、翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；、翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 6 6、旋轉(zhuǎn)異構(gòu)、旋轉(zhuǎn)異構(gòu)生物膜上的生物膜上的磷脂分子磷脂分子有有流動(dòng)性流動(dòng)性生物膜具有一定的生物膜具有一定的流動(dòng)性流動(dòng)性n從細(xì)胞膜上提取了某種物質(zhì)，用水解多糖從細(xì)胞膜上提取了某種物質(zhì)，用水解多糖的酶處理后，加入雙縮脲

11、試劑，呈紫色；的酶處理后，加入雙縮脲試劑，呈紫色；若加入斐林試劑并加熱，呈磚紅色。該物若加入斐林試劑并加熱，呈磚紅色。該物質(zhì)可能是？質(zhì)可能是？n資料資料7 7n當(dāng)把物種當(dāng)把物種A A的精子和物種的精子和物種A A的卵細(xì)胞混合在的卵細(xì)胞混合在一起時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩者可以融合在一起形成受一起時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩者可以融合在一起形成受精卵。而精卵。而去除細(xì)胞膜表面的糖蛋白（糖被去除細(xì)胞膜表面的糖蛋白（糖被）后）后，精子和卵細(xì)胞不能發(fā)生融合。，精子和卵細(xì)胞不能發(fā)生融合。n將細(xì)胞膜表面帶有糖蛋白的物種的精子將細(xì)胞膜表面帶有糖蛋白的物種的精子和物種的卵細(xì)胞混合在一起，二者無(wú)法和物種的卵細(xì)胞混合在一起，二者無(wú)法融合形成受精卵

12、。融合形成受精卵。n由此能得出什么結(jié)論？由此能得出什么結(jié)論？n糖蛋白（糖被）參與糖蛋白（糖被）參與細(xì)胞識(shí)別細(xì)胞識(shí)別SM-鞘磷脂鞘磷脂PC-卵磷脂卵磷脂PS-磷脂酰絲氨磷脂酰絲氨酸酸PE-磷脂酰乙磷脂酰乙醇氨醇氨PI-磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇CI-膽固醇膽固醇細(xì)胞膜內(nèi)外側(cè)具有細(xì)胞膜內(nèi)外側(cè)具有不對(duì)稱性不對(duì)稱性細(xì)胞外側(cè)細(xì)胞外側(cè)細(xì)胞內(nèi)側(cè)細(xì)胞內(nèi)側(cè)細(xì)胞膜上的物細(xì)胞膜上的物質(zhì)在膜兩側(cè)的質(zhì)在膜兩側(cè)的分布有何特點(diǎn)？分布有何特點(diǎn)？糖脂糖脂 P68P68小字段小字段ABOABO血型決定子是一血型決定子是一種糖脂。種糖脂。 A A血型的人紅細(xì)胞膜脂血型的人紅細(xì)胞膜脂寡糖鏈的末端是寡糖鏈的末端是N-N-乙乙酰半乳糖胺酰半乳

13、糖胺(GalNAc)(GalNAc)；B B血型的人紅細(xì)胞膜脂血型的人紅細(xì)胞膜脂寡糖鏈的末端是半乳寡糖鏈的末端是半乳糖糖(Gal)(Gal)；O O型則沒(méi)有這兩種糖基；型則沒(méi)有這兩種糖基；ABAB型的人則在末端同型的人則在末端同時(shí)具有這兩種糖。時(shí)具有這兩種糖。19721972年，年，S. J. Singer & G. Nicolson S. J. Singer & G. Nicolson 根據(jù)免疫熒根據(jù)免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果，提出了光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果，提出了“流動(dòng)鑲嵌模型流動(dòng)鑲嵌模型”。強(qiáng)調(diào)了膜的流動(dòng)性和膜。強(qiáng)調(diào)了膜的流動(dòng)性和膜蛋白分布的蛋白分布的不對(duì)

14、稱性不對(duì)稱性。 20032003年度諾貝年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予兩名研爾化學(xué)獎(jiǎng)授予兩名研究細(xì)胞膜的美國(guó)科學(xué)究細(xì)胞膜的美國(guó)科學(xué)家阿格雷和麥金農(nóng)。家阿格雷和麥金農(nóng)。以表彰他們?cè)诩?xì)胞膜以表彰他們?cè)诩?xì)胞膜物質(zhì)運(yùn)輸?shù)耐ǖ婪矫嫖镔|(zhì)運(yùn)輸?shù)耐ǖ婪矫嫠龅呢暙I(xiàn)。所做的貢獻(xiàn)。 二、流動(dòng)鑲嵌模型的具體內(nèi)容二、流動(dòng)鑲嵌模型的具體內(nèi)容1 1、生物膜的組成：、生物膜的組成：2 2、生物膜的基本骨架：、生物膜的基本骨架：3 3、蛋白質(zhì)分子存在形態(tài)：蛋白質(zhì)分子存在形態(tài)：4 4、生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：、生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：主要由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成主要由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成磷脂雙分子層磷脂雙分子層（親水性頭部朝向兩側(cè)，（親水性頭部朝向兩側(cè)，疏水性尾部朝向內(nèi)側(cè)）。疏水性尾部朝向內(nèi)側(cè)）。有