第1節(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能第3章

細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)生物學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)分析具體實(shí)例，從系統(tǒng)與環(huán)境關(guān)系的角度，概述細(xì)胞膜作為系統(tǒng)邊界所具有的功能。（生命觀念）2.通過(guò)分析細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索歷程，對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行推理、判斷和評(píng)價(jià)，明確細(xì)胞膜的組成，建構(gòu)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型。（科學(xué)思維、科學(xué)探究）3.通過(guò)對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)和分析，梳理流動(dòng)鑲嵌模型的內(nèi)容，認(rèn)同科學(xué)理論的形成是在科學(xué)精神、科學(xué)思維和技術(shù)手段相結(jié)合的基礎(chǔ)上不斷修正和完善的過(guò)程。（科學(xué)思維、社會(huì)責(zé)任）學(xué)習(xí)重難點(diǎn)重點(diǎn)：1.細(xì)胞膜的功能。2.流動(dòng)鑲嵌模型的主要內(nèi)容。難點(diǎn)：1.細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與其組成成分的內(nèi)在聯(lián)系。2.對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索過(guò)程。國(guó)家的邊界？導(dǎo)入新課生活中你見(jiàn)過(guò)細(xì)胞膜嗎？一個(gè)系統(tǒng)總有它的邊界未受精的雞蛋的蛋黃可看作一個(gè)卵細(xì)胞。邊防線(xiàn)等皮膚和黏膜細(xì)胞膜，也叫作質(zhì)膜人體的邊界？細(xì)胞的邊界？細(xì)胞膜的功能新課講授探究一新課講授1.打破雞蛋外殼，將蛋清和蛋黃倒入盤(pán)中，觀察到蛋清和蛋黃之間被隔開(kāi)，這說(shuō)明細(xì)胞膜有什么功能？探究一細(xì)胞膜的功能將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開(kāi)。細(xì)胞膜保障了細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定。無(wú)機(jī)物→簡(jiǎn)單有機(jī)物→復(fù)雜有機(jī)物→原始生命體細(xì)胞膜出現(xiàn)新課講授2.將適量藍(lán)墨水倒入盛有蛋清和蛋黃的盤(pán)中，一段時(shí)間后，刺破卵黃膜發(fā)現(xiàn)蛋黃沒(méi)有被染色，這說(shuō)明細(xì)胞膜具有什么功能？有的雞蛋會(huì)被沙門(mén)氏菌入侵，這說(shuō)明了什么？控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞；細(xì)胞膜的控制作用是相對(duì)的。應(yīng)用：臺(tái)盼藍(lán)染色法鑒定活細(xì)胞探究一細(xì)胞膜的功能新課講授廢物（CO2、尿素等）細(xì)胞代謝產(chǎn)生功能特點(diǎn)：選擇透過(guò)性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（氨基酸、無(wú)機(jī)鹽、葡萄糖等）抗體、激素等細(xì)胞合成并分泌

細(xì)胞膜的控制作用是相對(duì)的。不需要的、有害的物質(zhì)（如病毒、病菌等）不易探究一細(xì)胞膜的功能新課講授3.在自然環(huán)境中，同種生物的精子和卵細(xì)胞可以結(jié)合完成受精過(guò)程。雙黃蛋里面的兩個(gè)卵細(xì)胞不能結(jié)合，卵細(xì)胞與異種精子也不能融合，這體現(xiàn)了細(xì)胞膜的什么功能？精子和卵細(xì)胞的識(shí)別和結(jié)合進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流。探究一細(xì)胞膜的功能新課講授細(xì)胞間的信息交流的方式：化學(xué)物質(zhì)傳遞信息直接交流：細(xì)胞膜的接觸思考：所有細(xì)胞間的信息交流都需要膜上的受體嗎？受體血管通道傳遞（胞間連絲）通道傳遞不需要探究一細(xì)胞膜的功能新課講授功能1：將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開(kāi)功能2：控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞功能3：進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流功能結(jié)構(gòu)成分細(xì)胞膜很?。?-8nm），即使在高倍鏡下也很難看的清楚，那么科學(xué)家該如何研究呢？探究一細(xì)胞膜的功能對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索新課講授探究二

新課講授

探索歷程推測(cè)或結(jié)論【資料1】1895年，_________對(duì)植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)溶于________的物質(zhì)容易穿過(guò)細(xì)胞膜推測(cè)：細(xì)胞膜是由

組成的【資料2】20世紀(jì)初，科學(xué)家分離出________________的細(xì)胞膜，進(jìn)行化學(xué)分析結(jié)論：組成動(dòng)物細(xì)胞膜的脂質(zhì)有_______和

，其中

含量最多【資料3】1925年，戈特和格倫德?tīng)柼崛∪思t細(xì)胞中的脂質(zhì)，在空氣—水界面上鋪展成單分子層，測(cè)得單層分子的面積恰為紅細(xì)胞表面積的

倍推斷：細(xì)胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的

層【資料4】1935年，丹尼利和戴維森發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞的表面張力明顯

油—水界面的表面張力推測(cè)：細(xì)胞膜除含脂質(zhì)分子外，可能還附有__________歐文頓脂質(zhì)脂質(zhì)哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞膽固醇磷脂2兩低于蛋白質(zhì)磷脂探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索任務(wù)一、對(duì)細(xì)胞膜成分的探索新課講授

概括提升：1.最初人們對(duì)細(xì)胞膜成分的認(rèn)識(shí)，是通過(guò)對(duì)現(xiàn)象的推理分析，還是通過(guò)對(duì)膜成分的提取與檢測(cè)？

受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，人們無(wú)法觀察到細(xì)胞膜，也無(wú)法對(duì)膜的成分進(jìn)行提取與檢測(cè)。所以最初對(duì)細(xì)胞膜成分的認(rèn)識(shí)，是通過(guò)對(duì)現(xiàn)象的推理分析得出的。歐文頓的實(shí)驗(yàn)假說(shuō)：細(xì)胞膜是由脂質(zhì)構(gòu)成。探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索新課講授2.為什么選用哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞來(lái)制備純凈的細(xì)胞膜？如何制備細(xì)胞膜？選材原因：①無(wú)細(xì)胞壁，細(xì)胞容易吸水漲破。②無(wú)細(xì)胞核和眾多的細(xì)胞器，易制得純凈的細(xì)胞膜。吸水漲破制備方法：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。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索新課講授

3.根據(jù)磷脂分子的頭、尾的特性，畫(huà)出下列三種情況下磷脂分子的分布圖。

空氣—水的界面水中水—苯混合溶劑

探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索新課講授磷脂是一種由甘油、脂肪酸和磷酸所組成的分子。磷酸“頭部”是親水的，脂肪酸“尾部”是疏水的。探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索新課講授推斷：細(xì)胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層。戈特和格倫德?tīng)柕膶?shí)驗(yàn)：探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索新課講授

4.從任意細(xì)胞中提取脂質(zhì)，在空氣—水界面上鋪展成單分子層，測(cè)得單層分子的面積都恰好為細(xì)胞表面積的2倍嗎？有的細(xì)胞內(nèi)除含細(xì)胞膜外，還含有核膜和各種細(xì)胞器膜，這些膜中都含有磷脂分子，因此單層分子的面積會(huì)大于細(xì)胞表面積的2倍。探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索新課講授推測(cè)：細(xì)胞膜除含脂質(zhì)分子外，可能還附有蛋白質(zhì)。丹尼利和戴維森的實(shí)驗(yàn)：探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索新課講授

5.你能設(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)方法證明細(xì)胞膜上有蛋白質(zhì)嗎？

方法一：蛋白質(zhì)與雙縮脲試劑反應(yīng)呈紫色。方法二：用蛋白酶處理細(xì)胞膜，細(xì)胞膜被破壞。探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索新課講授

總結(jié)：

細(xì)胞膜成分脂質(zhì)（50%）蛋白質(zhì)（40%）糖類(lèi)（2%~10%）磷脂最豐富，此外還有少量的膽固醇功能越復(fù)雜的細(xì)胞膜，蛋白質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量越多。思考：這些成分是如何構(gòu)成細(xì)胞膜的？在細(xì)胞膜上磷脂分子排列為雙層，那蛋白質(zhì)是如何分布的呢？探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索新課講授

探索歷程假說(shuō)或結(jié)論【資料5】1959年，羅伯特森在電鏡下看到了細(xì)胞膜清晰的

的三層結(jié)構(gòu)假說(shuō)：所有的細(xì)胞膜都由____________________三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，且為

的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)【拓展】關(guān)于電鏡成像：電子束照射大分子物質(zhì)時(shí)，散射度高，呈暗帶；照射小分子物質(zhì)時(shí)，散射度低，呈亮帶【資料6】1970年，科學(xué)家用被熒光染料標(biāo)記的________細(xì)胞和

細(xì)胞進(jìn)行融合實(shí)驗(yàn)結(jié)論：細(xì)胞膜具有

性【資料7】1972年，辛格和尼科爾森通過(guò)新的觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù)提出細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)模型建構(gòu)模型：細(xì)胞膜的

模型暗-亮-暗

蛋白質(zhì)-脂質(zhì)-蛋白質(zhì)

靜態(tài)小鼠人流動(dòng)

流動(dòng)鑲嵌探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索任務(wù)二、對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索新課講授羅伯特森電鏡實(shí)驗(yàn)：?

模型假說(shuō)：細(xì)胞膜由蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層靜態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索新課講授小組活動(dòng)：依據(jù)提示，嘗試建構(gòu)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型。1.羅伯特森測(cè)定電鏡拍攝的細(xì)胞膜的厚度為6~8nm，恰是單層磷脂膜厚度的兩倍。而根據(jù)暗—亮—暗三層結(jié)構(gòu)模型，加上兩側(cè)的蛋白質(zhì)，膜的總厚度應(yīng)當(dāng)超過(guò)20nm。你認(rèn)為這是什么原因？請(qǐng)嘗試畫(huà)出細(xì)胞膜上磷脂和蛋白質(zhì)的排布模式圖。2.物理學(xué)家采用冰凍蝕刻法在低溫下將細(xì)胞膜斷開(kāi)，升溫后暴露兩層磷脂之間的斷裂面，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)分子以不同方式鑲嵌在磷脂雙分子層中。請(qǐng)修改完善上面的模式圖。探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索質(zhì)疑新課講授

標(biāo)本用干冰（液氮）冰凍后用冷刀劃傷細(xì)胞膜，升溫后暴露斷裂面。蛋白質(zhì)鑲嵌、嵌入或貫穿于磷脂雙分子層中。冰凍蝕刻電子顯微法:探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索發(fā)現(xiàn)：新課講授3.有科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，細(xì)胞膜的厚度減小，而面積擴(kuò)大。據(jù)此，你認(rèn)可羅伯特森提出的“細(xì)胞膜是靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)”的理論嗎？請(qǐng)舉例說(shuō)明此理論不能解釋哪些現(xiàn)象？酵母菌的出芽生殖受精卵卵裂不能解釋細(xì)胞分裂、細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞融合、變形蟲(chóng)的變形運(yùn)動(dòng)、白細(xì)胞吞噬細(xì)菌等現(xiàn)象。探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索新課講授人細(xì)胞小鼠細(xì)胞熒光標(biāo)記膜蛋白

37℃40min人鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)：細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。

實(shí)驗(yàn)表明：兩種顏色的熒光均勻分布探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索新課講授

1972年，辛格和尼科爾森提出了新的生物膜模型——流動(dòng)鑲嵌模型模型修正：探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索新課講授

科學(xué)方法：提出假說(shuō)科學(xué)家首先根據(jù)已有的知識(shí)和信息提出解釋某一生物學(xué)問(wèn)題的一種假說(shuō)，再用進(jìn)一步的觀察與實(shí)驗(yàn)對(duì)已建立的假說(shuō)進(jìn)行修正和補(bǔ)充。一種假說(shuō)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(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。提出問(wèn)題觀察與實(shí)驗(yàn)觀察與實(shí)驗(yàn)證實(shí)接受假說(shuō)提出假說(shuō)修正和補(bǔ)充探究二對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索流動(dòng)鑲嵌模型新課講授探究三新課講授小組活動(dòng)：閱讀教材，結(jié)合建構(gòu)的細(xì)胞膜模型，回答下列問(wèn)題。探究三流動(dòng)鑲嵌模型(1)磷脂分子：磷脂雙分子層構(gòu)成了膜的基本支架，磷脂分子可以側(cè)向自由移動(dòng)。(2)蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)分子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(gè)磷脂雙分子層，大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動(dòng)的。(3)糖類(lèi)：糖類(lèi)分子在細(xì)胞膜的外表面與蛋白質(zhì)分子結(jié)合形成糖蛋白，與脂質(zhì)結(jié)合形成糖脂，糖蛋白具有識(shí)別和信息傳遞等功能。1.請(qǐng)闡述細(xì)胞膜的各種組成成分是如何組成細(xì)胞膜的。新課講授2.細(xì)胞膜具有屏障作用的原因是什么？為什么水分子能進(jìn)行跨膜運(yùn)輸？磷脂雙分子層內(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(guò)，因此具有屏障作用；水分子可以通過(guò)膜上的通道蛋白實(shí)現(xiàn)跨膜運(yùn)輸，極少數(shù)水分子可以通過(guò)磷脂分子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的間隙進(jìn)行跨膜運(yùn)輸。細(xì)胞膜上的磷脂分子可以側(cè)向自由移動(dòng)，膜中的蛋白質(zhì)大多也能運(yùn)動(dòng)；這對(duì)于細(xì)胞完成物質(zhì)運(yùn)輸、生長(zhǎng)、分裂、運(yùn)動(dòng)等功能都是非常重要的。探究三流動(dòng)鑲嵌模型3.細(xì)胞膜具有流動(dòng)性的原因是什么？意義是什么？【練習(xí)1】當(dāng)堂訓(xùn)練C1.作為系統(tǒng)的邊界，細(xì)胞膜在細(xì)胞的生命活動(dòng)中起到非常重要的作用。下列關(guān)于細(xì)胞質(zhì)膜功能的敘述，錯(cuò)誤的是（）A．細(xì)胞膜的出現(xiàn)讓細(xì)胞成為相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，保障了細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定B．細(xì)胞膜上的受體大多是糖蛋白，它們能識(shí)別信號(hào)分子并與之結(jié)合C．精子和卵細(xì)胞之間通過(guò)直接接觸實(shí)現(xiàn)識(shí)別和結(jié)合，不需要信號(hào)分子D．高等植物細(xì)胞之間通過(guò)胞間連絲相互連接，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)運(yùn)輸和信息交流【練習(xí)2】當(dāng)堂訓(xùn)練ACD2.（不定項(xiàng)）熒光漂白恢復(fù)技術(shù)在細(xì)胞生物學(xué)的研究中被廣泛應(yīng)用，它包括三個(gè)步驟：綠色熒光染料與膜上的蛋白質(zhì)結(jié)合，細(xì)胞膜上呈現(xiàn)一定強(qiáng)度的綠色；激光照射淬滅（漂白）膜上部分綠色熒光；檢測(cè)淬滅部位熒光再現(xiàn)速率。實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果分別如圖甲和圖乙所示。下列說(shuō)法正確的是（

）A．該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性B．細(xì)胞膜的流動(dòng)性使膜蛋白均勻分散在脂質(zhì)中C．溫度會(huì)影響漂白區(qū)域熒光強(qiáng)度恢復(fù)到F2的時(shí)間D．無(wú)論漂白區(qū)域恢復(fù)時(shí)間多長(zhǎng)，理論上熒光強(qiáng)度F2小于F1【練習(xí)3】當(dāng)堂訓(xùn)練D3.如圖是由磷脂分子構(gòu)成的脂質(zhì)體，它可以作為藥物的運(yùn)載體，將藥物運(yùn)送到特定的細(xì)胞發(fā)揮作用。下列有關(guān)脂質(zhì)體的敘述，錯(cuò)誤的是（）A．脂質(zhì)體到達(dá)細(xì)胞后，可以通過(guò)與細(xì)胞膜發(fā)生融合進(jìn)入細(xì)胞B．適當(dāng)?shù)靥岣邷囟?，可以增?qiáng)脂質(zhì)體膜的流動(dòng)性C．脂質(zhì)體中磷脂分子的頭部親水，尾部疏水D．能在水中結(jié)晶的藥物和脂溶性的藥物分別被包在圖中的甲、乙處【練習(xí)4】當(dāng)堂訓(xùn)練下圖表示細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型示意圖。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題。