生物膜的流動鑲嵌模型公開課

生物膜的流動鑲嵌模型公開課第1頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

1、簡述生物膜的結(jié)構(gòu)。2、探討在建立生物膜型的過程中，實驗技術(shù)進步所起的作用。3、探討建立生物膜模型的過程中如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】第2頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

從物質(zhì)運輸?shù)膶嵗梢钥闯觯锬ξ镔|(zhì)進出細胞是有選擇性的?！盀槭裁瓷锬つ軌蚩刂莆镔|(zhì)的進出？”,“這與生物膜的結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系？”正是對物質(zhì)跨膜運輸現(xiàn)象產(chǎn)生的疑問，科學(xué)家開始了對生物膜結(jié)構(gòu)的探索。第3頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一一、對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程1、對細胞膜化學(xué)成分的探索1895年，歐文頓（

E.Overton

）：用500多種物質(zhì)對植物細胞的通透性進行上萬次的實驗。發(fā)現(xiàn)細胞膜對不同物質(zhì)的通透性是不一樣的，脂溶性物質(zhì)更容易通過細胞膜。提出假說：膜是由脂質(zhì)組成的（根據(jù)相似相容原理）第4頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

膜的成分的初步闡明，是先根據(jù)實驗現(xiàn)象提出假說，而不是通過實驗現(xiàn)象直接證實的。假說的提出要有實驗和觀察的依據(jù)，同時還需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛竽懙南胂?。假說還需要通過觀察和實驗進一步驗證和完善。第5頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

20世紀(jì)初，科學(xué)家第一次將細胞膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來。在實驗中發(fā)現(xiàn)：細胞膜會被溶解脂質(zhì)的溶劑溶解，也會被蛋白酶分解?；瘜W(xué)分析表明：膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。電鏡下的紅細胞和血影第6頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一脂質(zhì)和蛋白質(zhì)是怎樣組成膜的?第7頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

1917年，朗姆瓦（Langmuir）設(shè)計了脂類單分子膜技術(shù)（膜平衡技術(shù)）：將磷脂溶于苯和水中，當(dāng)苯發(fā)揮完以后，磷脂分子在空氣與水的界面上分布散亂，經(jīng)過推擠排列成了單層，而且每個磷脂分子的頭部浸入水中，尾部浮于水面。2、對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索第8頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一磷脂是一種由甘油、脂肪酸、磷酸和堿基所組成的分子甘油磷酸脂肪酸親水頭部疏水尾部含氮堿基易與水結(jié)合在一起性質(zhì)像油，不能與水結(jié)合第9頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一單層磷脂分子在空氣-水界面上的排列方式?空氣水空氣水第10頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

1925年，荷蘭科學(xué)家高特（E.Gorter）

和戈萊格爾（F.Grendel），用丙酮（一種有機溶劑，可以溶解脂質(zhì)）從人的紅細胞中提取脂質(zhì)，在空氣—水界面上鋪成單層分子。發(fā)現(xiàn)展開層后的脂單層面積是紅細胞的表面積的2倍。得出結(jié)論：細胞膜中的脂質(zhì)分子（主要是磷脂分子）必然排列為連續(xù)的兩層。第11頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一細胞膜上的磷脂分子如何排列成連續(xù)的兩層?第12頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一除脂質(zhì)外，蛋白質(zhì)也是細胞膜的主要成分。那么蛋白質(zhì)位于細胞膜的什么位置?第13頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

1935年，

丹尼利（J.Danielli）和戴維桑（H.Davson）

提出了“蛋白質(zhì)-脂類-蛋白質(zhì)”的三明治模型。認(rèn)為:質(zhì)膜由雙層脂類分子及其內(nèi)外表面附著的蛋白質(zhì)構(gòu)成的。第14頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一20世紀(jì)50年代，電子顯微鏡誕生，并應(yīng)用于生物科學(xué)研究。第15頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一plasmamembrane

1959年，羅伯特森（J.D.Robertson）

用鋨酸處理了細胞膜（蛋白質(zhì)經(jīng)鋨酸作用后形成高電子密度的鋨黑,在電鏡下呈暗帶，磷脂分子電子密度低則呈亮帶

），用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的紅細胞細胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)，厚約7.5nm。第16頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一生物膜是由“蛋白質(zhì)-脂質(zhì)-蛋白質(zhì)”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。（“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”三明治模型）提出假說——單位膜模型第17頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一變形蟲在吞噬草履蟲第18頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

“蛋白質(zhì)-脂質(zhì)-蛋白質(zhì)”三層結(jié)構(gòu)是否是靜態(tài)結(jié)構(gòu)?質(zhì)疑第19頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一20世紀(jì)五六十年代冰凍電鏡技術(shù)應(yīng)用于細胞膜的研究，它使人們能在三維空間更好地了解細胞膜的結(jié)構(gòu)，從而認(rèn)識到羅伯特森“單位膜”模型中脂質(zhì)雙層中含有蛋白質(zhì)顆粒。第20頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一蛋白質(zhì)(

)在磷脂雙分子層中。蛋白質(zhì)在膜中的分布是（）的不對稱鑲、嵌入、貫穿蛋白質(zhì)在膜中怎樣分布？鑲嵌入貫穿冰凍蝕刻電子顯微法第21頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一細胞融合37℃40min細胞膜具有流動性實驗證明：

人細胞小鼠細胞雜交細胞

1970年，弗雷（LarryFrye）和埃迪登（H.Edidin）等科學(xué)家用綠色熒光染料標(biāo)記小鼠細胞表面的蛋白質(zhì)分子，用紅色熒光染料標(biāo)記人細胞表面的蛋白質(zhì)分子（免疫熒光染色技術(shù)），將小鼠細胞和人的細胞融合。第22頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

三明治模型有何不足之處，結(jié)合已有知識找出證據(jù)說明。討論第23頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

1972年，桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）根據(jù)免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果，在“單位膜”模型的基礎(chǔ)上提出“流動鑲嵌模型”。（為多數(shù)人所接受）第24頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程第25頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一在建立生物膜模型的過程中，實驗技術(shù)的進步起到怎樣的作用？想一想第26頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一閱讀教材P68流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容第27頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容你能不能動手畫出流動鑲嵌模型圖？第28頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一二、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容1、膜的基本支架:磷脂雙分子層構(gòu)成了膜的基本支架(其中磷脂分子的親水性的頭部朝向兩側(cè)，疏水性的尾部朝向內(nèi)側(cè))

是輕油般的流體，具有流動性。第29頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一2、蛋白質(zhì)分子:有的鑲嵌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，有的貫穿整個磷脂雙分子層（體現(xiàn)了膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外的不對稱性）。大多數(shù)的蛋白質(zhì)分子也是可以運動的（也體現(xiàn)了膜的流動性）。鑲嵌入貫穿第30頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3、糖蛋白：細胞膜外表，有一層由細胞膜上的蛋白質(zhì)與糖類結(jié)合形成的糖蛋白，叫做糖被（糖被與細胞識別、胞間信息交流等有密切聯(lián)系）。蛋白質(zhì)磷脂分子糖蛋白第31頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一生物膜的結(jié)構(gòu)特點-----一定的流動性

磷脂分子是可以運動的，具有流動性；大多數(shù)的蛋白質(zhì)分子也是可以運動的，也體現(xiàn)了流動性。生物膜的功能特點-----選擇透過性

水分子可自由通過，細胞需要的離子和小分子也可自由通過。而其它離子、小分子和大分子不能通過。三、生物膜的特點第32頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一在生物膜模型的建立和完善過程中，你受到哪些啟示?思考1.科學(xué)研究的艱辛歷程;2.告訴我們建立模型的一般方法;3.實驗技術(shù)的進步推動科學(xué)發(fā)展;4.結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)；5.科學(xué)理論是在不斷修正中完善的。第33頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一1．下列哪項敘述不是細胞膜的結(jié)構(gòu)特點？（）

A．細胞膜是選擇透過性膜

B．細胞膜由磷脂分子和蛋白質(zhì)分子構(gòu)成

C．細胞膜的分子結(jié)構(gòu)具有流動性

D．有些蛋白質(zhì)分子可在膜的內(nèi)外之間移動

2．人體某些白細胞能進行變形運動、穿出小血管壁，吞噬侵入人體內(nèi)的病菌，這個過程的完成依靠細胞膜的（）。

A．選擇透過性B．保護作用C．流動性D．自由擴散3．一位細胞學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度升高到一定程度時，細胞