3.1细胞膜——系统的边界

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1、 细胞膜 细胞膜系统的边界系统的边界JLSSY BYH细胞质基质细胞器选材：制备细胞膜一般使用活的、成熟的哺乳动物的_。因为我们研究细胞膜的性质需要的是_的细胞膜。为了这个目的我们需要做的是去除细胞内_和_的膜的干扰。选择_的原因是该细胞在细胞分化的过程中，_和_大都已经退化消失，相比于其他结构复杂的细胞来说，分离的工作要简单很多。原理：我们所要做的是将红细胞浸在_中，使它吸水_，然后就可以用_的方法提纯了。过程：过程：选材选材制片制片观察观察_观察观察结果。结果。红细胞细胞器细胞核纯净细胞核哺乳动物成熟的红细胞细胞器蒸馏水涨破离心体验制备细胞膜的方法滴水 1.选材：猪（牛、羊、人）的新鲜红细

2、胞稀释液(生理盐水)2.制作装片：红细胞稀释液滴在载玻片上，盖上盖玻片3.观察：低倍到高倍4.滴蒸馏水：对侧吸水纸引流5.观察：6.分析结果：凹陷消失，体积增大，细胞破裂 ， 内容物流出 获得细胞膜。实验方法步骤：离心机是实验室中常见的工具，主要于分离胶体溶液中的固相和液相。利用高速回旋的方式使离心管中之各个质点得到一个加速度，又基于固体密度多大于液体，进而使的固液分离。差速离心法是交替使用低速和高速离心，用不同强度的离心力 使具有不同质量的物质分级分离的方法。此法适用于混合样品 中各沉降系数差别较大组分的分离。（细胞器）密度梯度离心法是在密度梯度介质中 进行的依密度而分离的离心法。各组 分会

3、依其密度分布在与其自身密度相 同的液层中。（DNA半保留复制机制 ）细胞壁 细胞壁：植物细胞在细胞膜的外面有一层细胞壁，其主要成分 为_和_，可用_酶和_酶来除 去。细胞壁为全透性的结构，有_和_的作用。纤维素果胶纤维素 果胶支持保护1细胞膜成分、含量、种类和作用的比较成分含量种类生理作用膜脂50%磷脂、胆固醇构成细胞膜的基本成分 膜蛋白40%内在蛋白、外周蛋白承担细胞膜的大部分功能糖类2%糖脂、糖蛋白细胞识别、保护等 细胞膜成分与探究方法处理方法现象及结论溶脂剂处理细胞膜被破坏，含有脂质 蛋白酶处理细胞膜被破坏，含有蛋白质 2.细胞膜的成分探究方法19世纪末，欧文顿用500多种化学物质 对植

4、物细胞的通透性进行上万次实验，发现 问题：细胞膜对不同物质的通透性不同。非脂溶性物质脂溶性物质组成时间：20世纪初 实验：科学家对哺乳动物红细胞的细胞膜进行 了化学分析红细胞的细胞膜红细胞的细胞膜成果：确定细胞膜的主要成分的确是脂质 和蛋白质。组成在细胞 膜行使 功能时 起重要 作用细胞膜的功能越复杂，蛋白 质的种类和数量就越多。磷脂（最丰富）细胞膜的成分【知识拓展】 对于组成细胞膜的基本成分，最初是通 过用脂质溶剂和蛋白酶处理细胞膜来确定的。用脂质溶剂 处理细胞，发现细胞膜被溶解，脂质分子进入到溶剂中， 说明膜中含有脂质分子；用蛋白酶处理细胞也能破坏膜结 构，说明细胞膜的化学组成中除了脂质还

5、有蛋白质。对于一些具体的组成成分，可采用相应酶的处理来 确定。例如，(1)用卵磷脂酶处理细胞，可破坏细胞膜，证明膜中有 卵磷脂的存在。(2)对于膜中某种蛋白质功能的分析，有很多方法。其 中一种是将这种蛋白质分离纯化出来，将它掺入到磷脂小 泡中，形成只含一种蛋白质的磷脂小泡，然后检测蛋白质 的功能。细胞膜的结构模型1、磷脂双分子层构成膜的基本支架。（其中磷脂分 子 的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部朝向内侧 ）2、蛋白质分子有 的镶嵌在磷脂双分 子层表面，有的部 分或全部嵌入磷脂 双分子层中，有的 贯穿整个磷脂双分 子层。（体现了膜 结构内外的不对称 性）(1)细胞膜中的脂质除磷脂外，还有一些糖

6、脂和胆固醇。(2)糖脂和糖蛋白都分布于细胞膜的外表面。(3)脂质和蛋白质分子并不是均匀分布的，而是呈不对称形式分布的。(4)糖蛋白只位于细胞膜的外侧，细胞器膜和细胞膜内侧不存在，可用于确定细胞膜的内外位置。 膜蛋白的功能作为跨膜运输的载体：主要参与协助扩散、主动运输、离子通道运输等。作为激素等物质的受体：如甲状腺细胞上有接受垂体释放的促甲状腺激素的受体。细胞之间识别：如血型匹配和受精作用。镶嵌在膜上的酶起催化作用：膜表面含有各种酶，使某些化学反应能在膜上进行，如内质网膜上的酶能催化磷脂的合成等。细胞膜的结构流动镶嵌模型 时间实例(实验)结论(假说) 19世纪末脂溶性物质更易通过细胞膜欧文顿认为

7、_组成的20世纪初将膜分离提纯，并进行化学 分析膜的主要成分是 _1925年红细胞膜中脂质铺展成单分 子层后是红细胞表面积的2倍细胞膜中的脂质分子 _1959年电镜下细胞膜呈清晰的暗 亮暗三层结构罗伯特森认为生物膜由 _三层 结构构成膜是由脂质脂质和蛋白质排列为连续的两层蛋白质脂质蛋白质生物膜分子结构模型的探究过程1970年人鼠细胞杂交实验细胞膜具有_1972年桑格和尼克森提出了生物膜的 _流动性流动镶嵌模型实验：1925年，荷兰科学家用丙酮从红细胞中 抽提出脂质，在空气水界面上铺展成单分子 层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的 两倍。结构结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连 续的两层！亲

8、水头部疏水尾部结构胆碱磷酸 甘油脂肪酸磷脂分子可以 在空气和水的 界面上展开为 一层生物膜 连 续两层 排列水环境水环境结构1959年，罗伯特森利用电镜，获得了清晰 的细胞膜照片，显示暗明暗的三层结构。结构蛋白质又存在于细胞膜中什么位置呢 ？蛋白质脂质蛋白质静止模型的观点蛋白质脂质蛋白质（三层结构） 要点：所有膜结构都相同静态的结构新的发现：随着新技术的运用，科学家发现蛋白 质在膜中的分布是不对称的，蛋白质镶 在、嵌入、横跨在磷脂双分子层中。结构外内冰冻蚀刻技术镶嵌入横跨冷冻蚀刻复型是电镜样品的一种制备技术，以显示细胞、组织微细结构科的立体构像。其样品制备步骤如下：冷冻：先把组织浸入含有203

9、0的甘油生理盐水的冷冻保护剂中，以防止冰晶形成和提高冷冻速度，然后把组织放入液氮（-196) 内快速冻结;断裂在低温真空内，把冻结的组织用钢刀劈开，断裂面常为组织、细胞的薄弱部位，如膜的双层类脂质分子的疏水极之间，余下部分的表面要观察的部位；蚀刻：在真空内将温度回升到-100，使断裂面的冰升华，形成凹凸不平的形态;复型:在断裂面以45角喷镀一层铂膜，以增加图像的反差和立体感,再喷镀一层碳膜以加固铂膜。然后用次氯酸钠等腐蚀液除去组织，捞取复型膜在透射电镜下观察。电子显微镜是使用电子来展示 物件的内部或表面的显微镜。高 速的电子的波长比可见光的波长 短（波粒二象性），而显微镜的 分辨率受其使用的波

10、长的限制， 因此电子显微镜的分辨率（约 0.2纳米）远高于光学显微镜的 分辨率（约200纳米）。常用的 有透射电镜（直接获得一个薄样 本的投影）和扫描电子显微镜（ 电子束尽量聚焦在样本的一小块 地方，然后一行一行地扫描样本 ）。时间：时间：19701970年年 人物：人物：Larry FryeLarry Frye等等 实验：实验：将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体 标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半 发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段 时间后发现两种荧光抗体均匀分布时间后发现两种荧

11、光抗体均匀分布 提出假说：提出假说： 细胞膜具有流动性免疫荧光技术细胞融合实验结构结论：细胞膜具有一定的流动性人细胞鼠细胞荧光标记 膜蛋白诱导融合40分钟后370C结构1972年，桑格和尼克森在新的观察和实验证据的 基础上，提出了流动镶嵌模型。强调膜的流动性和膜 蛋白分布的不对称性。 细胞膜的结构特点：一定的流动性。磷脂分子是可 以运动的，具有流动性，大多数的蛋白质分子也是 可以运动的。细胞膜的功能细胞膜的功能1.1.将将细胞与外界环境分隔开细胞与外界环境分隔开原始地球环境膜的出现 是生命起源过程 中至关重要的阶 段。保障细胞内部环境的相对稳定。保障细胞内部环境的相对稳定。2.2.控制物质进出

12、细胞控制物质进出细胞控制作用是相对的细胞营养物质废物分泌物病菌、病毒资料：用凉水洗红苋菜，水不变红 ；煮苋菜汤，汤却是红色的。这与 细胞膜的功能有何关系？活细胞的细胞膜能控制物质进出，而死亡的细胞膜不 具有控制物质进出的功能。科研上鉴别死细胞和活细胞，常用“染色排除法 ”。例如，用台盼蓝染色，死的动物细胞会被染 成蓝色，而活的动物细胞不着色，从而判断细 胞是否死亡。你能解释“染色排除法”的原理吗 ？ 3.3.进行细胞间的信息交流进行细胞间的信息交流多细胞生物体内，各 个细胞间保持功能的协调才 能使生物体健康地生产。这 种协调性的实现不仅依赖于 物质和能量的交换，也有赖 于信息的交流。方式：物质

13、传递、接触 传递、通道 传递、内分泌细胞激素受体靶细胞血液(1)、物质传递：通过细胞分泌的化学物质（如 激素）建立的细胞交流(如胰岛素对血糖的调节) 。易发出信号的细胞靶细胞与膜结合的 信号分子（2）接触传递：相邻两个细胞的细胞膜接 触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。例如： 精子和卵细胞的识别和结合，效应T细胞与被感染 的靶细胞的识别和结合（3）通道传递：相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。例如，高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用胞间连丝切片（黑枣）1细胞膜的主要功能(1)将细胞与外界环境隔开细胞的界膜：这是细胞膜最重要的功能。无论是真核细胞

14、还是原核细胞，都必定有一个由一定膜结构形成的界膜，不然就不会有细胞存在。细胞膜的出现使生命起源到了细胞的形式，也保证了细胞生命活动的正常进行。细胞膜的出现使各种生物大分子集中到一个相对稳定的微环境中，这样有利于细胞的物质和能量代谢，也有利于细胞的生长发育。细胞膜的主要功能及影响功能的因素(2)控制物质进出细胞细胞膜的功能特点：选择透过性膜的存在使细胞成为一个相对独立的系统，但细胞不是一个封闭的系统，细胞的生存、生长和发育依赖于细胞内外的物质交流。膜对于物质的运输具有选择性，只有在需要时，物质才会被运转。物质既可以从浓度高的一侧转运到浓度低的一侧，也可以从浓度低的一侧转运到浓度高的一侧。前者属被

15、动运输，不需要细胞提供代谢能量；后者属主动运输，需要细胞提供代谢能量。对于大分子的运输，细胞采用的是胞吞与胞吐的方式，通过将物质包裹在囊泡中进行转运。(3)进行细胞间的信息交流细胞间信息交流的方式可归纳为三种主要方式：(1)温度：一方面组成细胞膜的蛋白质活性与温度密切相关，在一定温度范围内，温度高，蛋白质活性大，温度低，蛋白质活性低。另一方面细胞膜流动性的大小与温度存在一定联系，一般情况下，温度升高流动性大，有利于生理功能完成，但温度过高，膜流动性过大，甚至破坏膜结构(蛋白质变性)，导致生命活动无法进行；温度过低，膜流动性下降，黏度增加，影响其生理功能的完成。(2)pH：过酸、过碱都会使细胞膜成分中的蛋白质变性失活，从而导致细胞膜丧失生理功能。(3)蛋白酶、脂溶剂等：蛋白酶可水解膜蛋白，脂溶剂可溶解膜脂等，从而破坏膜结构，使细胞膜丧失其生理机能。影响细胞膜生理功能的主要因素 ：细胞膜的结构特点和功能特性的比较细胞膜的结构特点细胞膜的功能特性内容一定的流动性选择透过性原因构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质 分子不是静止不动的，而是运动的实例变形虫的变形运动；细胞融合、 胞吞、胞吐植物对离