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1、第第4 4章章 细胞的物质输入与输出细胞的物质输入与输出第第2 2节节 生物膜的流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型1.1.细胞膜的功能有哪些？细胞膜的功能有哪些？2.2.细胞膜具有弹性吗？细胞膜具有弹性吗？问题探讨问题探讨塑料袋塑料袋普通布普通布弹力布弹力布其他其他用结构与功能相用结构与功能相适应的观点分析，适应的观点分析，用哪种材料做细用哪种材料做细胞膜更适于体现胞膜更适于体现细胞膜的功能？细胞膜的功能？细胞膜具有：细胞膜具有：1.1.屏障分隔作用屏障分隔作用2.2.选择透过性选择透过性3.3.弹性弹性弹力布能完弹力布能完全表现细胞全表现细胞膜的功能吗膜的功能吗？一、对生物膜结构的探索历程一、
2、对生物膜结构的探索历程 材料一材料一 、时间：、时间：1919世纪末世纪末 人物：欧文顿人物：欧文顿 实验：用实验：用500500多种化学物质对植物细胞的通透性多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次实验进行上万次实验发现问题：发现问题：提出假说提出假说: :细胞膜对不同物质的通透性不同细胞膜对不同物质的通透性不同膜是由脂质组成的膜是由脂质组成的不溶于脂质的物质不溶于脂质的物质溶于脂质的物质溶于脂质的物质细胞膜细胞膜思考与讨论思考与讨论: :最初认识到生物膜是最初认识到生物膜是由脂质组成的，是通由脂质组成的，是通过对实验现象的推理过对实验现象的推理分析还是通过膜成分分析还是通过膜成分的提取和鉴
3、定？的提取和鉴定？在推理分析得出结论在推理分析得出结论后，还有必要对膜的后，还有必要对膜的成分进行提取、分离成分进行提取、分离和鉴定吗？和鉴定吗？最初依据实验现象最初依据实验现象和有关知识，经过和有关知识，经过严谨的推理和大胆严谨的推理和大胆的想像，提出设想，的想像，提出设想，是一种常见的科学是一种常见的科学方法。假说还需要方法。假说还需要通过实验观察直接通过实验观察直接证实。证实。提出假说提出假说材料二、材料二、 2020世纪初，科学家对世纪初，科学家对哺乳动物红细胞哺乳动物红细胞的细胞膜进行了的细胞膜进行了化学分析化学分析成果：确定细胞膜的主要成分的确是成果：确定细胞膜的主要成分的确是脂质
4、脂质和和蛋白质蛋白质。提出假说提出假说观察和实验证据观察和实验证据观察和实验依据观察和实验依据推理和推理和想象想象验证和验证和完善完善实验证据实验证据得出结论得出结论活动主题一：活动主题一：利用你小组的知识推理利用你小组的知识推理和想象，提出许多磷脂分子和想象，提出许多磷脂分子在在空气和水界面上空气和水界面上单分子排单分子排布布的假说，并用画图来表达。的假说，并用画图来表达。活动主题二：活动主题二：利用你小组的知识推理和利用你小组的知识推理和想象，提出许多磷脂分子在想象，提出许多磷脂分子在空气和水界面上单分子排布空气和水界面上单分子排布后被后被搅动搅动, ,在在水溶液中水溶液中形成的形成的相对
5、相对稳定稳定排布假说，并用画排布假说，并用画图来表达。图来表达。脂质和蛋白质是怎样形成生物膜的呢？脂质和蛋白质是怎样形成生物膜的呢？磷脂是组成细胞磷脂是组成细胞的主要脂质，是的主要脂质，是一种由甘油、脂一种由甘油、脂肪酸、和磷酸等肪酸、和磷酸等所组成的分子。所组成的分子。它有一个它有一个亲水亲水磷磷酸酸“头头”部，和部，和一个一个疏水疏水的脂肪的脂肪酸的酸的“尾尾”部。部。疏疏水水“尾尾” 部部小资料小资料亲亲水水“头头”部部搅动后搅动后水溶液中水溶液中形成形成球状球状的微的微团团双层双层脂分脂分子子的的球形球形脂质脂质体体 空气和空气和水界面水界面上上单分子排单分子排布布表面积为表面积为1
6、1表面积为表面积为2 2提出假说提出假说: :膜中脂质分子排列为连续两层膜中脂质分子排列为连续两层实验证据实验证据材料三、材料三、时间：时间：19251925年年 人物：两位荷兰科学家人物：两位荷兰科学家GorterGorter和和GrendelGrendel实验：用丙酮从红细胞中抽提出实验：用丙酮从红细胞中抽提出脂质，在空气脂质，在空气水界面上铺展成水界面上铺展成单分子层，单分子层，测得单分子层的面积测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的两倍。恰为红细胞表面积的两倍。结论：结论：脂质分子必然排列为连续脂质分子必然排列为连续的两层的两层GORTER脂单分子层脂单分子层=2=2材料四、材料四、 2
7、020世纪世纪5050年代电子显微镜诞生。在电子显微镜下年代电子显微镜诞生。在电子显微镜下观察蛋白质显得灰暗，磷脂分子显得光亮。观察蛋白质显得灰暗，磷脂分子显得光亮。19591959年罗伯特森年罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗在电镜下看到了细胞膜清晰的暗亮亮暗的三层结构。暗的三层结构。蛋白质位于脂双层的什么位置呢？蛋白质位于脂双层的什么位置呢？提出假说提出假说: : 生物膜是由生物膜是由“蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质”的三的三层结构构成的层结构构成的静态统一静态统一结构结构单位膜模型单位膜模型变形虫的变形运动变形虫的变形运动单位膜模型无法解释的现象单位膜模型无法解释的现象提出假说：细胞
8、膜具有流动性提出假说：细胞膜具有流动性 用荧光染料用荧光染料标记某种物质，标记某种物质，利用其荧光特利用其荧光特性，来反应研性，来反应研究对象的相关究对象的相关信息。信息。荧光标记技术荧光标记技术3737下下40min40min后出后出现了什么现象？现了什么现象？说明什么？说明什么？膜上的蛋白质分膜上的蛋白质分子是可以运动的子是可以运动的材料五、材料五、时间：时间：19701970年年 人物：弗雷人物：弗雷(Frye)(Frye)和埃迪登和埃迪登( (EdidinEdidin) ) 实验：将人和鼠实验：将人和鼠的细胞膜表面的蛋白质用不同荧光的细胞膜表面的蛋白质用不同荧光标记后，让两种细胞融合。
9、标记后，让两种细胞融合。实验证据实验证据侧向扩散运动；侧向扩散运动；旋转运旋转运动；动；摆动运动摆动运动小资料小资料磷脂分子的运动磷脂分子的运动结论：结论：细胞膜具有细胞膜具有流动性流动性 冰冻蚀刻冰冻蚀刻( (冰冻断裂冰冻断裂) )。标本用干冰等。标本用干冰等冰冰冻冻后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。材料六、材料六、蛋白质蛋白质镶镶、嵌入嵌入、贯穿贯穿在磷脂双分子层中。在磷脂双分子层中。蛋白质在膜中的分布是蛋白质在膜中的分布是不对称不对称的的新技术带来新模型新技术带来新模型在新的观察和实在新的观察和实验证据的基础上，验证据的基础上，19721972年桑格年桑格(
10、 (S.J.SingerS.J.Singer) )和和尼克森尼克森( (G.NicolsonG.Nicolson) )提提出了新的生物膜出了新的生物膜模型模型流动流动镶嵌模型镶嵌模型，为大，为大多数人所接受。多数人所接受。流动镶嵌模型流动镶嵌模型 对生物膜结构的探索历程对生物膜结构的探索历程: : 欧文顿欧文顿：从研究生物膜的功能入手从研究生物膜的功能入手 提出：生物膜是由脂质组成的提出：生物膜是由脂质组成的 欧文顿的假说是否正确？细胞膜中欧文顿的假说是否正确？细胞膜中 除除含有脂质外还有没有其他成分？含有脂质外还有没有其他成分？化学分析：膜的主要成分是脂质和蛋白质化学分析：膜的主要成分是脂质
11、和蛋白质探探究究成成分分探究磷脂在生物膜中的分布探究磷脂在生物膜中的分布探究蛋白质在生物膜中的分布探究蛋白质在生物膜中的分布探探究究结结构构 进一步探究生物膜的结构特点进一步探究生物膜的结构特点单位膜结构模型单位膜结构模型生物膜的流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型二、流动镶嵌模型的具体内容：二、流动镶嵌模型的具体内容：1 1、生物膜的组成：、生物膜的组成：2 2、生物膜的基本骨架：、生物膜的基本骨架：3 3、蛋白质分子存在形态：蛋白质分子存在形态：4 4、生物膜的结构特点：、生物膜的结构特点：主要由蛋白质和脂质组成主要由蛋白质和脂质组成磷脂双分子层磷脂双分子层（亲水性头部朝向两侧，（亲水性头部朝
12、向两侧，疏水性尾部朝向内侧）。疏水性尾部朝向内侧）。有镶在表面、嵌入、贯穿三种。外侧有的蛋白质分子有镶在表面、嵌入、贯穿三种。外侧有的蛋白质分子与糖类结合形成糖被。与糖类结合形成糖被。体现了生物膜的不对称性。体现了生物膜的不对称性。（糖被与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系）（糖被与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系）一定的流动性一定的流动性（磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动（磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的）的）5 5、生物膜的功能特点：、生物膜的功能特点：具有选择透过性具有选择透过性生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺呢？呢？20032003年度诺贝尔
13、化年度诺贝尔化学奖授予两名研究细胞学奖授予两名研究细胞膜的美国科学家阿格雷膜的美国科学家阿格雷和麦金农。以表彰他们和麦金农。以表彰他们在细胞膜物质运输的通在细胞膜物质运输的通道方面所做的贡献。道方面所做的贡献。 不断完善和发展的流动镶嵌模型不断完善和发展的流动镶嵌模型新篇章：新篇章：人类对自然界的认识永无止境，对膜的人类对自然界的认识永无止境，对膜的研究将更加细致入微研究将更加细致入微1下列哪项叙述不是细胞膜的结构特点？（下列哪项叙述不是细胞膜的结构特点？（ ） A A细胞膜是选择透过性膜细胞膜是选择透过性膜 B B细胞膜由磷脂分子和蛋白质分子构成细胞膜由磷脂分子和蛋白质分子构成 C C细胞膜
14、的分子结构具有流动性细胞膜的分子结构具有流动性 D D有些蛋白质分子可在膜的内外之间移动有些蛋白质分子可在膜的内外之间移动 2 2人人体体某某些些白白细细胞胞能能进进行行变变形形运运动动、穿穿出出小小血血管管壁壁，吞吞噬噬侵侵入入人人体内的病菌，这个过程的完成依靠细胞膜的（体内的病菌，这个过程的完成依靠细胞膜的（ ）。）。 A A选择透过性选择透过性 B B保护作用保护作用 C C流动性流动性 D D自由扩散自由扩散3 3一一位位细细胞胞学学家家发发现现，当当温温度度升升高高到到一一定定程程度度时时，细细胞胞膜膜的的面面积积增大而厚度变小，其决定因素是细胞膜的（增大而厚度变小，其决定因素是细胞
15、膜的（ ）。）。 A A结构特点具有流动性结构特点具有流动性 B B选择透过性选择透过性 C C专一性专一性 D D具有运输物质的功能具有运输物质的功能 A AC CA A课堂练习课堂练习: :4 4在在人人和和鼠鼠的的细细胞胞融融合合实实验验中中，用用两两种种荧荧光光物物分分别别标标记记两两种种抗抗体体，使使之之分分别别结结合合到到鼠鼠和和人人的的细细胞胞膜膜表表面面抗抗原原物物质质上上（如如下下图图）。实实验验结结果果表表明明，细细胞胞开开始始融融合合时时，人人、鼠鼠细细胞胞的的表表面面抗抗原原“泾泾渭渭分分明明”，各各自自只只分分布布于于各各自自的的细细胞胞表表面面；但但在在融融合合之之后后，两两种种抗抗原原就就平平均地分布在融合细胞的表面了。请分析回答下面的问题。均地分布在融合细胞的表面了。请分析回答下面的问题。（1 1）细胞融合的实验表明了组成细胞膜的）细胞融合的实验表明了组成细胞膜的_分子是可以分子是可以运动的，由此也证明了细胞膜具有运动的，由此也证明了细胞膜具有_的特点。的特点。 （2 2）在在细细胞胞融融合合实实验验中中，一一种种抗抗体体只只能能与与相相应应的的抗抗原原结结合合，说说 明了这类物质在分子结构上具有明了这类物质在分子结构上具有_性。性。蛋白质蛋白质 流动性流动性 特异特异
