細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能 高一上學(xué)期生物人教版必修一

第3章

細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)3.1細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能問題探討1鑒別動物細(xì)胞是否死亡常用臺盼藍(lán)染液。用它染色時，死細(xì)胞會被染成藍(lán)色，而活細(xì)胞不會著色。討論：1.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，死細(xì)胞能被染成藍(lán)色。2.據(jù)此推測，細(xì)胞膜作為細(xì)胞的邊界，應(yīng)該具有什么功能？

細(xì)胞膜作為細(xì)胞的邊界，具有控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能注意：植物細(xì)胞的邊界是也細(xì)胞膜，不是細(xì)胞壁，因?yàn)榧?xì)胞壁是全透性的細(xì)胞膜的功能一、1.將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開(最重要的功能)

使細(xì)胞成為相對獨(dú)立的系統(tǒng)，保障細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定。推測的原始海洋景觀圖

膜的出現(xiàn)是生命起源過程中至關(guān)重要的階段。細(xì)胞膜保障了細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定。細(xì)胞作為一個基本的生命系統(tǒng)，它的邊界就是細(xì)胞膜，也叫質(zhì)膜。細(xì)胞膜的功能一、2.控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞營養(yǎng)物質(zhì)廢物CO2、尿素、多余的無機(jī)鹽等。分泌物抗體、激素等物質(zhì)不需要有害物質(zhì)病毒病菌細(xì)胞①②③④細(xì)胞代謝產(chǎn)生的細(xì)胞合成并分泌普遍性①②③相對性④不易

進(jìn)入細(xì)胞膜的功能一、3.進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流激素內(nèi)分泌細(xì)胞的激素（如胰島素），隨血液到達(dá)全身各處，與靶細(xì)胞的細(xì)胞膜表面的受體結(jié)合，將信息傳遞給靶細(xì)胞。3.1.物質(zhì)傳遞（間接交流）發(fā)出信號的細(xì)胞靶細(xì)胞與膜結(jié)合的信號分子受體3.2.直接傳遞

，（直接交流）信息從一個細(xì)胞傳遞給另一個細(xì)胞（例如精子和卵細(xì)胞之間的識別和結(jié)合）細(xì)胞識別得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是細(xì)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(xì)胞可以識別同種與異種、同源與異源細(xì)胞3.3通道傳遞（通道交流）

相鄰兩個細(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1.通道交流不需要信息分子受體2.通道還有運(yùn)輸物質(zhì)的功能細(xì)胞膜的功能：（1）將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開；（2）控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞；（3）進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流。除了以上的三種功能外，細(xì)胞膜還有細(xì)胞識別、保護(hù)細(xì)胞、參與細(xì)胞的運(yùn)動、分泌等功能。易錯提醒

1.細(xì)胞膜是細(xì)胞的一道屏障，只有細(xì)胞需要的物質(zhì)才能進(jìn)入細(xì)胞,而對細(xì)胞有害的物質(zhì)則不能進(jìn)入（

）

2.植物細(xì)胞之間的胞間連絲具有物質(zhì)運(yùn)輸?shù)淖饔?/p>

(

)

3.細(xì)胞膜上的受體是細(xì)胞間信息交流所必需的結(jié)構(gòu)（

）×√×（探索一）時間：19世紀(jì)末1895年

人物：歐文頓（E.Overton）

實(shí)驗(yàn)：用500多種物質(zhì)對植物細(xì)胞進(jìn)行上萬次的通透性實(shí)驗(yàn).●●細(xì)胞膜●●●●●●溶于脂質(zhì)的物質(zhì)●●不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜，不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)不容易穿過細(xì)胞膜。提出假說：細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的三、對生物膜成分的探索最初對細(xì)胞膜成分的認(rèn)識，是通過對現(xiàn)象的推理分析,還是通過膜成分的提取和檢測？從生理功能上入手，通過對現(xiàn)象的推理分析的。（探索二）實(shí)驗(yàn)：科學(xué)家將膜從哺乳動物的紅細(xì)胞中分離然后進(jìn)行化學(xué)分析?；瘜W(xué)分析表明：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。親水頭部疏水尾部磷脂的一端為親水的頭，兩個脂肪酸一端為疏水的尾，多個磷脂分子在水中總是自發(fā)地形成雙分子層。磷脂分子結(jié)構(gòu)式磷脂分子模型磷脂分子示意圖

（探索三）

時間：1925年

人物：荷蘭科學(xué)家Gorter和Grendel

實(shí)驗(yàn)：從細(xì)胞膜中提取脂質(zhì)，鋪成單層分子，發(fā)現(xiàn)面積是細(xì)胞膜的2倍細(xì)胞膜中的磷脂是雙層的水空氣提出假說：根據(jù)磷脂分子的特點(diǎn)解釋，為什么磷脂在空氣一水界面上鋪展成單分子層?科學(xué)家是如何推導(dǎo)出“脂質(zhì)在細(xì)胞膜中必然排列為連續(xù)的兩層”這一結(jié)論的?磷脂分子的“頭部”親水,尾部疏水,所以在水一空氣的界面上磷脂分子是“頭部”向下與水面接觸,“尾部”則朝向空氣的一面?？茖W(xué)家因測得從紅細(xì)胞中提取的脂質(zhì),鋪成單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍,才得出膜中的脂質(zhì)必然排列為連續(xù)的兩層這一結(jié)論。細(xì)胞膜的兩側(cè)都有水環(huán)境存在，同學(xué)們嘗試著大膽的推測和想象一下在這樣的環(huán)境中，磷脂分子在細(xì)胞膜中可能是怎樣排布的呢？水水A水水B水水C親水的“頭部”與水接觸，疏水的“尾巴”遠(yuǎn)離水如果將磷脂分子置于水一苯的混合溶劑中，磷脂分子將會如何分布?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(xì)胞膜是由磷脂雙分子層構(gòu)成的原因作出分析?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(dāng)磷脂分子的內(nèi)外兩側(cè)均是水環(huán)境時,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)水的環(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。如果將磷脂分子置于水一苯的混合溶劑中,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。討論在水中形成的磷脂分子層（探索四）1935年，英國學(xué)者丹尼利(.fDanielli)和戴維森(H.Davson)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一水界面的表面張力。細(xì)胞需要的一些極性分子和離子可以快速通過細(xì)胞膜（脂質(zhì)不允許極性分子和離子快速通過）。由于人們已發(fā)現(xiàn)了油脂滴表面如果吸附有蛋白質(zhì)成分則表面張力會降低。因此丹尼利和戴維森推測細(xì)胞膜除含脂質(zhì)分子外，可能還附有蛋白質(zhì)。到了20世紀(jì)30年代，科學(xué)家已經(jīng)確定細(xì)胞膜中存在蛋白質(zhì)對細(xì)胞膜的探索二、(1)1895年，歐文頓對植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)①現(xiàn)象:溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，容易穿過細(xì)胞膜。②結(jié)論:細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的。(2)科學(xué)家制備哺乳動物紅細(xì)胞的細(xì)胞膜，對其進(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。(3)1925年，荷蘭科學(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)

將其在空氣-水界面上鋪展成單分子層。①現(xiàn)象:其面積是紅細(xì)胞表面積的兩倍。②結(jié)論:細(xì)胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層。(4)1935年，英國學(xué)者丹尼利和戴維森研究了細(xì)胞膜的張力①現(xiàn)象:發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的表面張力明顯小于油-水界面的表面張力②結(jié)論:細(xì)胞膜除含脂質(zhì)分子外，可能還附有蛋白質(zhì)。一、細(xì)胞膜的化學(xué)成分成分

所占比例在細(xì)胞膜構(gòu)成中的作用脂質(zhì)約50%脂質(zhì)中的磷脂是構(gòu)成細(xì)胞膜的重要成分，此外還有少量的膽固醇蛋白質(zhì)約40%蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜行使功能時起重要作用，因此功能越復(fù)雜的細(xì)胞膜，蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多糖類2~10%糖類與蛋白質(zhì)或脂質(zhì)分子結(jié)合形成糖蛋白或糖脂，分布在細(xì)胞膜的外表面，糖蛋白具有保護(hù)、潤滑和細(xì)胞識別的作用(2)細(xì)胞膜成分與功能的關(guān)系:功能越復(fù)雜的細(xì)胞膜，蛋白質(zhì)的種類與數(shù)量就越多。時間：1959年人物：羅伯特森發(fā)現(xiàn)：在電鏡下看到了細(xì)胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu)。提出假說：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，電鏡下看到的中間的亮層是脂質(zhì)分子，兩邊的暗層是蛋白質(zhì)分子。他把細(xì)胞膜描述為靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的電鏡照片二、對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索時間：20世紀(jì)60年代以后質(zhì)疑：科學(xué)家對細(xì)胞膜是靜態(tài)的觀點(diǎn)提出質(zhì)疑：如果是這樣，細(xì)胞膜的復(fù)雜功能將難以實(shí)現(xiàn)，就連細(xì)胞的生長、變形蟲的運(yùn)動這樣的現(xiàn)象都難以解釋。變形蟲的運(yùn)動模擬細(xì)胞的生長時間：1970年實(shí)驗(yàn)：人——鼠細(xì)胞熒光標(biāo)記融合實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明：細(xì)胞膜具有流動性融合細(xì)胞細(xì)胞融合37℃40min正在融合的細(xì)胞紅色熒光染料標(biāo)記膜蛋白綠色熒光染料標(biāo)記膜蛋白人細(xì)胞小鼠細(xì)胞熒光標(biāo)記法是利用熒光蛋白或熒光蛋白基因作為標(biāo)志物對研究對象進(jìn)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(xué)方法——提出假說細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型的探索過程，反映了提出假說這一科學(xué)方法的作用?？茖W(xué)家首先根據(jù)已有的知識和信息提出解釋某一生物學(xué)問題的一種假說，再用進(jìn)一步的觀察與實(shí)驗(yàn)對已建立的假說進(jìn)行修正和補(bǔ)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(yàn)結(jié)果相吻合三、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容細(xì)胞膜-------流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容①膜主要是由磷脂分子和蛋白質(zhì)分子②磷脂雙分子層是膜的基本支架，其內(nèi)部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或離子不能自由通過，因此具有屏障作用。③蛋白質(zhì)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（圖3-5）。這些蛋白質(zhì)分子在物質(zhì)運(yùn)輸?shù)确矫婢哂兄匾饔?。④?xì)胞膜不是靜止不動的，而是具有流動性，主要表現(xiàn)為構(gòu)成膜的磷脂分子可以側(cè)向自由移動，膜中的蛋白質(zhì)大多也能運(yùn)動。細(xì)胞膜的流動性對于細(xì)胞完成物質(zhì)運(yùn)輸、生長、分裂、運(yùn)動等功能都是非常重要的。二、拓展應(yīng)用膜蛋白的種類和作用1.糖類+蛋白質(zhì)→糖蛋白

識別、保護(hù)、潤滑、細(xì)胞間的信息傳遞以及提高黏著性作用2.轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

：參與物質(zhì)的運(yùn)輸3.酶：催化

1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：具有一定的流動性2.功能特點(diǎn)：具有選擇透過性判斷細(xì)胞內(nèi)外側(cè)外側(cè)：看“糖蛋白”分布在細(xì)胞膜的外表面

細(xì)胞膜的外表面還有糖類分子和蛋白質(zhì)分子結(jié)合形成的糖蛋白，或與脂質(zhì)結(jié)合形成的糖脂，這些糖類分子叫作糖被（glycocalyx）。糖被在細(xì)胞生命活動中具有重要的功能。例如，糖被與細(xì)胞表面的識別、細(xì)胞間的信息傳遞等功能有密切關(guān)系既然膜內(nèi)部分是疏水的，水分子為什么能跨膜運(yùn)輸呢？對細(xì)胞膜的深入研究發(fā)現(xiàn)【答案】一是因?yàn)樗肿訕O小，可以通過由于磷脂分子運(yùn)動而產(chǎn)生的間隙；二是因?yàn)槟ど洗嬖谒ǖ赖鞍?，水分子可以通過通道蛋白通過膜。旁欄思考二、拓展應(yīng)用1.在解釋不容易理解的陌生事物時，人們常用類比的方法，將陌生的事物與熟悉的事物作比較。有人在解釋細(xì)胞膜時，把它與窗紗進(jìn)行類比：窗紗能把昆蟲擋在外面，同時窗紗的小洞又能讓空氣進(jìn)岀。你認(rèn)為這種類比有什么合理之處，有沒有不妥當(dāng)?shù)牡胤剑俊咎崾尽堪鸭?xì)胞膜與窗紗進(jìn)行類比,合理之處是說明細(xì)胞膜與窗紗一樣可以允許一些物質(zhì)出入，阻擋其他物質(zhì)出入。這樣的類比也有不妥之處。例如，窗紗是一種簡單的剛性的結(jié)構(gòu)，功能較單純，細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能要復(fù)雜得多；細(xì)胞膜是活細(xì)胞的重要組成部分，活細(xì)胞的生命活動是一個主動的過程，而窗紗是沒有生命的，它只能是被動地在起作用。2.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？【答案】由雙層磷脂分子構(gòu)成的脂質(zhì)體，兩層磷脂分子之間的部分是疏水的，脂溶性藥物能被穩(wěn)定地包裹在其中；脂質(zhì)體的內(nèi)部是水溶液的環(huán)境，能在水中結(jié)晶的藥物可穩(wěn)定地包裹其中?！敬鸢浮坑捎谥|(zhì)體是磷脂雙分子層構(gòu)成的，到達(dá)細(xì)胞后可能會與細(xì)胞的細(xì)胞膜發(fā)生融合，也可能會被細(xì)胞以胞吞的方式進(jìn)入細(xì)胞，從而使藥物在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用。（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？本節(jié)小結(jié)細(xì)胞細(xì)胞膜最基本的生命系統(tǒng)流動性流動鑲嵌模型系統(tǒng)的邊界結(jié)構(gòu)成分脂質(zhì)（磷