第三章細胞的基本結(jié)構(gòu)我確信哪怕一個最簡單的細胞，也比迄今為止設計出的任何智能電腦更精巧?！缘灾泻驮菏康戎骶幍摹都毎飳W》問題探討鑒別動物細胞是否死亡常用臺盼藍染液。用它染色時，死細胞會被染成藍色，而活細胞不會著色。1.為什么活細胞不能被染色，而死細胞能被染色?2.據(jù)此推測，細胞膜作為細胞的邊界，應該具有什么功能?用臺盼藍染液染色后的死細胞和活細胞(放大200倍)

任何系統(tǒng)都有邊界。細胞作為一個基本的生命系統(tǒng)，它的邊界就是細胞膜，也叫質(zhì)膜。

第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能一、細胞膜的功能1、將細胞與外界環(huán)境分隔開原始地球環(huán)境細胞膜作為細胞的邊界，能夠?qū)⒓毎屯饨绛h(huán)境分開。如果沒有細胞膜，細胞內(nèi)容物就會和外界融為一體。正是由于細胞膜的存在，才使細胞從環(huán)境中獨立出來，成為一個相對獨立的系統(tǒng)。二、細胞膜的功能2、控制物質(zhì)進出細胞細胞膜的控制作用是相對的細胞膜細胞外細胞內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)細胞內(nèi)核酸對細胞有害物質(zhì)病毒、病菌抗體、激素、代謝廢物二、細胞膜的功能3、進行細胞間的信息交流內(nèi)分泌細胞分泌的激素(如胰島素）隨血液到達全身各處，與靶細胞的細胞膜表面的受體結(jié)合，將信息傳遞給靶細胞。多細胞生物體作為一個更大的系統(tǒng)由分化的細胞構(gòu)成，不同類型的細胞間要相互協(xié)作才能完成各項生命活動，這就要求不同的細胞之間要進行“溝通”和“交流”，也就是細胞間的信息交流。易發(fā)出信號的細胞

靶細胞

與膜結(jié)合的信號分子相鄰兩個細胞的細胞膜接觸，信息從一個細胞傳遞給另一個細胞。例如：精子和卵細胞的識別和結(jié)合。相鄰兩個細胞之間形成通道，攜帶信息的物質(zhì)通過通道進入另一個細胞。例如，高等植物細胞之間通過胞間連絲相互連接，也有信息交流的作用胞間連絲切片（黑棗）細胞膜的功能是由它的成分和結(jié)構(gòu)決定的時間：19世紀末1895年人物：歐文頓（E.Overton）實驗：用500多種物質(zhì)對植物細胞進行上萬次的通透性實驗.●●細胞膜●●●●●●溶于脂質(zhì)的物質(zhì)●●不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)發(fā)現(xiàn)溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細胞膜。提出假說：細胞膜是由脂質(zhì)組成的三、對生物膜成分的探索最初對細胞膜成分的認識，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。實驗：科學家將膜從哺乳動物的紅細胞中分離然后進行化學分析。化學分析表明：組成細胞膜的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇，其中磷脂含量最多。磷酸頭部親水脂肪酸尾部疏水磷脂的一端為親水的磷酸頭部，兩個脂肪酸一端為疏水的尾部，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

時間：1925年

人物：荷蘭科學家Gorter和Grendel

實驗：用丙酮從人的紅細胞膜中提取脂質(zhì)，在空氣-水界面鋪成單分子層，發(fā)現(xiàn)面積是細胞膜的2倍細胞膜中的磷脂必然連續(xù)排列為連續(xù)的兩層水空氣由此推斷：根據(jù)磷脂分子的特點解釋，為什么磷脂在空氣一水界面上鋪展成單分子層?科學家是如何推導出“脂質(zhì)在細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家因測得從紅細胞中提取的脂質(zhì),鋪成單分子層的面積恰為紅細胞表面積的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。細胞膜的兩側(cè)都有水環(huán)境存在，同學們嘗試著大膽的推測和想象一下在這樣的環(huán)境中，磷脂分子在細胞膜中可能是怎樣排布的呢？ABC親水的“頭部”與水接觸，疏水的“尾巴”遠離水注意選材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。細胞的內(nèi)外環(huán)境都是水溶液,所以細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雙分子層細胞膜上的磷脂分子排成下圖所示的兩層分子層。細胞內(nèi)外均為水構(gòu)成的液體環(huán)境因此丹尼利和戴維森推測細胞膜除含脂質(zhì)分子外，可能還附有蛋白質(zhì)。1935年，英國學者丹尼利(.fDanielli)和戴維森(H.Davson)研究了細胞膜的張力。他們發(fā)現(xiàn)細胞的表面張力明顯低于油一水界面的表面張力。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。到了20世紀30年代，科學家已經(jīng)確定細胞膜中存在蛋白質(zhì)三、對生物膜結(jié)構(gòu)的探索細胞膜成分脂質(zhì)(約50%)蛋白質(zhì)(約40%)糖類(2%~10%)磷脂最豐富，此外還有少量的膽固醇功能越復雜的細胞膜，蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多。1、細胞膜的成分無法解釋細胞的生長、變形蟲的變形運動等現(xiàn)象

時間：1959年

人物：羅伯特森（J.D.Robertsen）

實驗：在電鏡下看到細胞膜由“暗—亮—暗”的三層

結(jié)構(gòu)構(gòu)成“三明治”結(jié)構(gòu)模型有什么不足？把生物膜描述為靜態(tài)的結(jié)構(gòu)，這顯然與膜功能的多樣性相矛盾。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)提出假說：2、對生物膜結(jié)構(gòu)的探索過程綠色熒光標記的膜蛋白紅色熒光標記的膜蛋白細胞融合人細胞鼠細胞人鼠雜交細胞細胞融合初期37℃、40min細胞融合時間：1970年實驗：將人和鼠的細胞膜蛋白質(zhì)用不同熒光染料標記后融合。結(jié)論：蛋白質(zhì)分子是可以運動的,說明細胞膜具有一定的流動性在新的觀察和實驗證據(jù)的基礎上，1972年辛格(S.J.Singer)和尼科爾森(G.Nicolson)提出了新的生物膜模型———流動鑲嵌模型，為多數(shù)人所接受?？茖W家首先根據(jù)已有的知識和信息提出解釋某一生物學問題的一種假說，再用進一步的觀察與實驗對已建立的假說進行修正和補充。一種假說最終被接受或被否定，取決于它是否能與以后不斷得到的觀察和實驗結(jié)果相吻合。科學方法——提出假說四.流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容(1)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。四.流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容(2)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。蛋白質(zhì)分子在物質(zhì)運輸?shù)确矫婢哂兄匾饔?。?流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容(3)細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)大多也能運動。細胞膜的流動性對于細胞完成物質(zhì)運輸、生長、分裂、運動等功能都是非常重要的。既然膜內(nèi)部是疏水的，水分子為什么能跨膜運輸呢？一是因為水分子極小，可以通過磷脂分子運動而產(chǎn)生的間隙；二是因膜上存在水通道蛋白，水分子可以通過通道蛋白通過膜。四.流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容細胞膜的外表面還有糖類分子，它和蛋白質(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)。糖被在細胞生命活動中具有重要的功能。例如，糖被與細胞表面的識別、細胞間的信息傳遞等功能有密切關系。。細胞膜的特點結(jié)構(gòu)特點：具有流動性功能特點：選擇透過性小結(jié)

旁欄思考?P45提示：一是因為水分子極小，可以通過磷脂分子運動而產(chǎn)生的間隙；二是因膜上存在水通道蛋白，水分子可以通過通道蛋白通過膜。

練習與應用?P46一、概念檢測1．(1)×

提示：構(gòu)成細胞膜的蛋白質(zhì)，大部分都是可以運動的。(2)×

(3)×

提示：由于細胞膜具有流動性，不會造成空洞。2．B

二、拓展應用1．提示：把細胞膜與窗紗進行類比，合理之處是說明細胞膜與窗紗一樣具有容許一些物質(zhì)出入，阻擋其他物質(zhì)出入的作用。這樣類比也有不妥當?shù)牡胤?。例如，窗紗是一種簡單的剛性的結(jié)構(gòu)，功能較單一；細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能要復雜得多。細胞膜是活細胞的重要組成部分，活細胞的生命活動是一個主動的過程；而窗紗是沒有生命的，它只是被動地在起作用。2．(1)提示：因為兩類藥物的性質(zhì)不同，脂質(zhì)體內(nèi)部是親水環(huán)境，適合攜帶水溶性藥物；兩層磷脂分子之間是親脂環(huán)境，適合攜帶親脂藥物。(2)提示：脂質(zhì)體和細胞膜的結(jié)構(gòu)相似，都含有磷脂分子，到達細胞后可能會與細胞膜發(fā)生融合，藥物可隨著脂質(zhì)體進入細胞。

用涼水洗紅莧菜，水不變紅；煮莧菜湯，湯卻是紅色的，這與細胞膜的功能有何關系？思考1．(2020·安陽三十六中高一期中)據(jù)最新研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮素在皮膚中分布不均，是造成色斑的主要原因。內(nèi)皮素拮抗劑進入皮膚，可以和黑色素細胞膜的受體結(jié)合，使內(nèi)皮素失去作用，這為美容研究機構(gòu)帶來了福音。上述材料體現(xiàn)了細胞膜的哪項功能(

)A．細胞膜中磷脂含量越高，功能越復雜B．細胞膜作為系統(tǒng)的邊界，嚴格控制物質(zhì)進出細胞C．細胞膜的組成成分主要為磷脂和蛋白質(zhì)D．細胞膜具有信息交流的功能D

2.下列關于細胞膜成分的敘述，正確的是(

)A．細胞在癌變的過程中，細胞膜的成分發(fā)生改變B．細胞膜的功能主要取決于膜中磷脂的含量和種類C．糖蛋白和糖脂分別位于細胞膜的內(nèi)外兩側(cè)D．脂類物質(zhì)能優(yōu)先通過細胞膜與膜中蛋白質(zhì)的種類有關A3.(不定項)下列關于細胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索歷程的說法，正確的是(

)A．歐文頓通過對膜成分的提取和鑒定，認識到細胞膜是由脂質(zhì)組成的B．科學家通過提取紅細胞中的脂質(zhì)實驗，得出結(jié)論：細胞膜中的磷脂分子是雙層排列的C．磷脂是甘油、脂肪酸和磷酸組成的，其中磷酸“頭”部是親水的，脂肪酸“尾”部是疏水的D．在建立細胞膜結(jié)構(gòu)模型的過程中，實驗技術起了關鍵的推動作用BCD4.科學家在細胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索過程中，運用了假說法，在學習了“細胞膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)后，某同學作出下列比喻，其中錯誤的是(

)A．把靜態(tài)的三維結(jié)構(gòu)比作“三明治”或“三合板”B．細胞膜的流動鑲嵌模型比作“棗糕”，如(1)所示C．細胞膜的流動鑲嵌模型比作“正在煮著的粥”，如(2)所示D．細胞膜外表面的糖蛋白比作“信號接收塔”B5.(不定項)如下圖所示為細胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖，下列有關敘述錯誤的是(

)A．②在細胞鮮重中含量最多，其化學元素組成是C、H、O、NABCB