1、第四章第四章 細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出v用涼水洗紅莧菜，用涼水洗紅莧菜， 水不變紅水不變紅v水煮紅莧菜，水變紅水煮紅莧菜，水變紅細(xì)胞膜的細(xì)胞膜的組成成分組成成分是什么？是什么？這些化學(xué)成分這些化學(xué)成分如何構(gòu)成如何構(gòu)成細(xì)胞膜？細(xì)胞膜？生物膜的生物膜的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)有哪些有哪些特點(diǎn)特點(diǎn)？ 時間：19世紀(jì)末 人物：歐文頓（E.Overton） 實(shí)驗(yàn)：植物細(xì)胞通透性實(shí)驗(yàn)G1 實(shí)驗(yàn):科學(xué)家對哺乳動物成熟紅細(xì)胞膜進(jìn)行了化學(xué)分析時間：20世紀(jì)初成果：確定膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。推理想象推理想象驗(yàn)證完善驗(yàn)證完善磷脂分子的結(jié)構(gòu)利用你小組的知識推利用你小組的知識推理想象，提出許多磷脂理想象，提出許多

2、磷脂分子在分子在空氣空氣水界面上水界面上單分子排布單分子排布的假說，并的假說，并用提供的材料構(gòu)建模型。用提供的材料構(gòu)建模型。利用你小組的知識推利用你小組的知識推理和想象，提出磷脂分理和想象，提出磷脂分子在空氣子在空氣水界面上單水界面上單分子排布后被分子排布后被激烈攪動激烈攪動, ,在在水溶液中水溶液中形成的相對形成的相對穩(wěn)定穩(wěn)定排布假說，并用提排布假說，并用提供的材料構(gòu)建模型。供的材料構(gòu)建模型。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。它有一個親水磷酸“頭”部，和一個疏水的脂肪酸的“尾”部。親水“頭部”疏水“尾部”小資料小資料Langmuir用苯將脂溶解，然后將苯-

3、脂溶液置于水面上展層，當(dāng)苯揮發(fā)后，留下的脂在水面上形成單分子層。攪動后攪動后水溶液中水溶液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的的球球形形脂脂質(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提出假說提出假說: :膜中脂質(zhì)分子排列為連續(xù)兩層膜中脂質(zhì)分子排列為連續(xù)兩層時間：1925年實(shí)驗(yàn)：膜展層實(shí)驗(yàn)GorterGorter和和GrendelGrendel丙酮丙酮 時間：1959年 人物：羅伯特森 實(shí)驗(yàn)：20世紀(jì)50年代電子顯微鏡誕生。在電子顯微鏡下觀察蛋白質(zhì)顯得灰暗，磷脂分子顯得光亮。1959年羅伯特森在電鏡下看到了細(xì)胞膜清晰的暗

4、亮暗的三層結(jié)構(gòu)。G4蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)脂質(zhì)單位膜模型提出假說：生物膜是由提出假說：生物膜是由“蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)脂質(zhì)脂質(zhì)蛋白蛋白質(zhì)質(zhì)”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。（1 1）蛋白質(zhì)）蛋白質(zhì)- -脂質(zhì)脂質(zhì)- -蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)“三明治三明治”（2 2）蛋白質(zhì)）蛋白質(zhì)對稱分布對稱分布（3 3）靜態(tài)靜態(tài)（單位膜）（單位膜）蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)脂質(zhì)單位膜模型白細(xì)胞吞噬病菌的過程白細(xì)胞吞噬病菌的過程靜止生物膜模型無法解釋的現(xiàn)象細(xì)胞分裂的過程細(xì)胞分裂的過程G5任務(wù)三 探索蛋白質(zhì)分子位置請?jiān)谠瓐D上加上蛋白質(zhì)：鑲在表層鑲在表層部分或全部部分或全部嵌入嵌入磷脂雙分子層磷脂雙分子層貫穿貫穿磷脂雙分子層磷脂雙分

5、子層（膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外不對稱）（膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外不對稱）磷脂雙分子層磷脂雙分子層（膜的基本支架膜的基本支架）優(yōu)教提示：可打開素材3D動畫：細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)示意圖相關(guān)信息 蛋白質(zhì)分子類型資料資料6 6：冰凍蝕刻技術(shù)和掃描電子顯微鏡技術(shù)：冰凍蝕刻技術(shù)和掃描電子顯微鏡技術(shù) 冰凍蝕刻冰凍蝕刻( (冰凍斷裂冰凍斷裂) )。標(biāo)本用干冰等。標(biāo)本用干冰等冰冰凍凍后用冷刀斷開，升溫后暴露斷裂面。后用冷刀斷開，升溫后暴露斷裂面。蛋白質(zhì)在膜中的分布是蛋白質(zhì)在膜中的分布是不對稱不對稱的；的；蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)鑲、嵌入、貫穿鑲、嵌入、貫穿在磷脂雙分子層中。在磷脂雙分子層中。結(jié)論：結(jié)論： 用熒光染料標(biāo)記某種物質(zhì)，利用其熒光特性，來反應(yīng)研究對象

6、的相關(guān)信息。熒光標(biāo)記熒光標(biāo)記技術(shù)37下40min后出現(xiàn)了什么現(xiàn)象？說明什么？膜上的蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動的時間：時間：19701970年年 人物：弗雷人物：弗雷(Frye)(Frye)和埃迪登和埃迪登(Edidin) (Edidin) 實(shí)驗(yàn)：將人和鼠的細(xì)胞膜表面的蛋白質(zhì)用不同熒光標(biāo)記實(shí)驗(yàn)：將人和鼠的細(xì)胞膜表面的蛋白質(zhì)用不同熒光標(biāo)記后，讓兩種細(xì)胞融合。后，讓兩種細(xì)胞融合。優(yōu)教提示：可打開素材動畫演示：人-鼠細(xì)胞融合磷脂分子的運(yùn)動 小資料側(cè)向擴(kuò)散運(yùn)動 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 擺動運(yùn)動結(jié)論：結(jié)論：細(xì)胞膜是動態(tài)的彈性結(jié)構(gòu)，具有流動性細(xì)胞膜是動態(tài)的彈性結(jié)構(gòu)，具有流動性資料資料8 8：流動鑲嵌模型：流動鑲嵌模型G8G7S

7、. J. SingerG. Nicolson優(yōu)教提示：可打開素材動畫演示：膜的流動 觀察生物膜的結(jié)構(gòu)示意圖，討論觀察生物膜的結(jié)構(gòu)示意圖，討論并總結(jié)生物膜并總結(jié)生物膜“流動鑲嵌模型流動鑲嵌模型”基基本內(nèi)容本內(nèi)容探究探究活動活動3磷磷脂脂蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)生生物物膜膜磷脂雙分子層磷脂雙分子層基本支架基本支架鑲鑲在在部分或全部部分或全部嵌入嵌入貫穿貫穿磷脂雙分子層磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：主主要要成成分分糖蛋白：糖蛋白：細(xì)胞膜的細(xì)胞膜的外表面外表面 （識別識別、保護(hù)和潤滑）、保護(hù)和潤滑）細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型示意圖細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型示意圖一定的流動性一定的流動性 對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程:

8、歐文頓：從研究生物膜的功能入手 提出假說：生物膜是由脂質(zhì)組成的 歐文頓的假說是否正確？細(xì)胞膜中 除含有脂質(zhì)外還有沒有其他成分？化學(xué)分析：膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)探究磷脂在生物膜中的分布探究蛋白質(zhì)在生物膜中的分布 進(jìn)一步探究生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)單位膜結(jié)構(gòu)模型生物膜的流動鑲嵌模型小結(jié)：概念圖基本支架基本支架具有流動性具有流動性有的貫穿整個有的貫穿整個磷脂雙分子層磷脂雙分子層生物膜成分生物膜成分大多數(shù)可以運(yùn)動大多數(shù)可以運(yùn)動生物膜具有結(jié)構(gòu)特性生物膜具有結(jié)構(gòu)特性: : 磷脂雙分子層磷脂雙分子層蛋白質(zhì)分子蛋白質(zhì)分子部分鑲在磷脂雙部分鑲在磷脂雙分子層表面分子層表面部分或全部嵌入部分或全部嵌入磷脂雙分子層中磷脂

9、雙分子層中流動性流動性生物膜的功能特性：生物膜的功能特性：選擇透過性選擇透過性1.科學(xué)研究離不開先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)科學(xué)研究離不開先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)2.科學(xué)探究的一般歷程科學(xué)探究的一般歷程提出問題提出問題 作出假說作出假說 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 分析結(jié)果分析結(jié)果 表達(dá)和交流表達(dá)和交流 進(jìn)一步探究進(jìn)一步探究 課堂小結(jié)課堂小結(jié) 在建立生物膜模型的過程中，在建立生物膜模型的過程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的的進(jìn)步起到了關(guān)鍵性的進(jìn)步起到了關(guān)鍵性的推動推動作用。作用。 電子顯微鏡的誕生電子顯微鏡的誕生使人們終于看到了膜的存使人們終于看到了膜的存在；在； 冰凍斷裂技術(shù)冰凍斷裂技術(shù)和和掃描電子顯微鏡技術(shù)掃描電子

10、顯微鏡技術(shù)使人們使人們認(rèn)識到膜的內(nèi)外兩側(cè)并不對稱；認(rèn)識到膜的內(nèi)外兩側(cè)并不對稱； 熒光標(biāo)記熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞與人細(xì)胞的融合實(shí)驗(yàn)小鼠細(xì)胞與人細(xì)胞的融合實(shí)驗(yàn)又證又證明了膜的流動性等。明了膜的流動性等。 沒有這些沒有這些技術(shù)技術(shù)的支持，人類的認(rèn)識便不能發(fā)的支持，人類的認(rèn)識便不能發(fā)展。展。 討論與交流2.生物膜的流動鑲嵌模型是否完美無缺？生物膜的流動鑲嵌模型是否完美無缺？談?wù)勀愕目捶āＵ務(wù)勀愕目捶ā?.人類認(rèn)識生物膜的過程，你有哪些感受？人類認(rèn)識生物膜的過程，你有哪些感受？受到哪些啟示？受到哪些啟示？課課 后后 思思 考考 20032003年度諾貝爾化學(xué)獎授予兩名研究年度諾貝爾化學(xué)獎授予兩名研究膜蛋白膜蛋白的美的美國科學(xué)家，這是自國科學(xué)家，這是自19911991年來諾貝爾獎年來諾貝爾獎第三次第三次頒發(fā)頒發(fā)給與細(xì)胞膜蛋白質(zhì)有關(guān)的研究成果。給與細(xì)胞膜蛋白質(zhì)有關(guān)的研究成果。皮特皮特阿格雷阿格雷羅德里克羅德里克麥金農(nóng)麥金農(nóng)不斷完善和發(fā)展的流動鑲嵌模型不斷完善和發(fā)展的流動鑲嵌模型2011年年10月月3日，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予美國日，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予美國科學(xué)家布魯斯科學(xué)家布魯斯博伊特勒、法國籍科學(xué)家朱爾斯博伊特勒、法國籍科學(xué)家朱爾斯霍霍夫曼，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了夫曼，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了細(xì)