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1、生物的流动镶嵌模型第1页，本讲稿共31页吸水吸水涨破涨破膜膜是是系系统统的的边边界界膜具有一定的弹性膜具有一定的弹性第2页，本讲稿共31页正常的洋葱表皮细胞正常的洋葱表皮细胞明显发生质壁分离的洋葱表皮细胞明显发生质壁分离的洋葱表皮细胞细胞膜和其它生物膜都是选择透过性膜。细胞膜和其它生物膜都是选择透过性膜。植物细胞的吸水与失水实验植物细胞的吸水与失水实验第3页，本讲稿共31页一、对生物膜结构的探索历程一、对生物膜结构的探索历程时间：时间：1919世纪末世纪末实验：欧文顿实验：欧文顿(E.Overton)(E.Overton)曾用曾用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
2、的通透性进行上万次实验，发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的：凡是可进行上万次实验，发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的：凡是可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。资料一资料一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提出假说：提出假说：提出假说：提出假说：膜是由脂质组成的膜是由脂质组成的膜是由脂质组成的膜是由脂质组成的第4页，本讲稿共31页资料二资料二时间：时间：2020世纪初世纪初实验：科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，进实验：科学家第一次将膜从哺乳动物
3、的红细胞中分离出来，进 行了化学分析。行了化学分析。吸水吸水涨破涨破化学分析表明：膜的主要成分是脂质和蛋白质。化学分析表明：膜的主要成分是脂质和蛋白质。欧文顿推论是否正确呢？细胞膜中除含有欧文顿推论是否正确呢？细胞膜中除含有脂质外，还有没有其他成分呢？脂质外，还有没有其他成分呢？第5页，本讲稿共31页资料三资料三时间：时间：19251925年年 欧文欧文朗缪尔朗缪尔实验：两位荷兰科学家用丙酮（一种有机溶剂，可以溶解实验：两位荷兰科学家用丙酮（一种有机溶剂，可以溶解 脂质）从人的红细胞膜中提取脂质，在空气水界脂质）从人的红细胞膜中提取脂质，在空气水界 面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰好为
4、面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰好为 红细胞表面积的红细胞表面积的2 2倍。倍。结论：细胞膜中的脂质分子必然排列成两层。结论：细胞膜中的脂质分子必然排列成两层。s2S第6页，本讲稿共31页亲水头部亲水头部疏水尾部疏水尾部磷脂分子结构磷脂分子结构磷脂是组成细胞的主要脂质，是一种由甘油，脂肪酸和磷酸磷脂是组成细胞的主要脂质，是一种由甘油，脂肪酸和磷酸等所组成的分子，磷酸等所组成的分子，磷酸“头头”部是亲水的，脂肪酸部是亲水的，脂肪酸“尾尾”部部是疏水的。是疏水的。第7页，本讲稿共31页思考：磷脂分子在空气思考：磷脂分子在空气-水界面上会怎么样铺展？水界面上会怎么样铺展？细胞膜的两侧都有水环
5、境存在，细胞膜的两侧都有水环境存在，同学们尝试着大胆的推测和想象一下同学们尝试着大胆的推测和想象一下在这样的环境中，磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢？在这样的环境中，磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢？水水空气空气亲水的“头部”与水接触，疏水的“尾部”远离水，朝向空气的一面，在空气-水界面上铺展成单分子层。大胆猜测：大胆猜测：第8页，本讲稿共31页细胞膜的磷脂分子的排列方式细胞膜的磷脂分子的排列方式第9页，本讲稿共31页除了脂质外，蛋白质也是细胞膜的成分。那么，蛋除了脂质外，蛋白质也是细胞膜的成分。那么，蛋白质位于细胞膜的什么位置呢？白质位于细胞膜的什么位置呢？资料四资料四2020世纪世
6、纪4040年代，曾经有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质年代，曾经有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质 ，但，但直到直到5050年代，电子显微镜的诞生，科学家用它来观察细胞膜。年代，电子显微镜的诞生，科学家用它来观察细胞膜。时间、人物：时间、人物：19591959年罗伯特森（年罗伯特森（J.D.RobertsenJ.D.Robertsen）实验：电子显微镜是用电子束照射被检样品，由于电子与不实验：电子显微镜是用电子束照射被检样品，由于电子与不同物质发生碰撞而产生不同散射度。因蛋白质电子密度高，同物质发生碰撞而产生不同散射度。因蛋白质电子密度高，故显暗带，磷脂分子电子密度低则呈亮带。故显暗带，磷脂分子电
7、子密度低则呈亮带。第10页，本讲稿共31页暗暗亮亮暗三明治的结构（暗是什么？暗三明治的结构（暗是什么？亮是什么？）亮是什么？）静态的静态的蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质三层结构模式图三层结构模式图第11页，本讲稿共31页思考：思考：思考：思考：“三明治三明治三明治三明治”结构模型有什么不足？结构模型有什么不足？结构模型有什么不足？结构模型有什么不足？静态静态静态静态的的蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质脂质脂质脂质脂质蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质三层结构受到质疑三层结构受到质疑失水失水吸水吸水涨破涨破第12页，本讲稿共31页第13页，本讲稿共31页白细胞吞噬病毒的过程白细胞吞噬病毒的过程第14页，本讲稿共
8、31页资料五资料五时间：时间：1970年 实验：将人和鼠的细胞膜用不同的荧光染料标记后，让两实验：将人和鼠的细胞膜用不同的荧光染料标记后，让两种细胞融合，杂交细胞一半发红光、另一半发绿光，放置种细胞融合，杂交细胞一半发红光、另一半发绿光，放置一段时间后发现两种荧光染料均匀分布。一段时间后发现两种荧光染料均匀分布。诱导诱导融合融合4040分钟后分钟后370C人细胞人细胞鼠细胞鼠细胞荧光标荧光标记记 蛋蛋白质白质第15页，本讲稿共31页结论结论:细胞膜具有流动性细胞膜具有流动性第16页，本讲稿共31页资料六资料六1972年，桑格和尼克森在新的观察和实验证据的基础上，年，桑格和尼克森在新的观察和实验
9、证据的基础上，提出了为大多数人所接受的流动镶嵌模型。提出了为大多数人所接受的流动镶嵌模型。流动镶嵌模型流动镶嵌模型 第17页，本讲稿共31页一、对生物膜结构的探索历程一、对生物膜结构的探索历程v19世纪末：欧文顿发现脂溶性物质易通过细胞膜世纪末：欧文顿发现脂溶性物质易通过细胞膜膜是由膜是由 组成组成的的v v 20世纪初：化学分析表明膜的主要成分是世纪初：化学分析表明膜的主要成分是 v v 1925年：从红细胞中提取的脂质铺展成单分子层后是红细胞表年：从红细胞中提取的脂质铺展成单分子层后是红细胞表面积的面积的2倍倍 膜中的脂质分子排列为膜中的脂质分子排列为v v 1959年：电镜下细胞膜呈现清
10、晰的暗年：电镜下细胞膜呈现清晰的暗亮亮暗三层结构暗三层结构生物膜是由生物膜是由 三层结构构成三层结构构成v v 1970年：人鼠细胞杂交实验年：人鼠细胞杂交实验细胞膜具有细胞膜具有v v 1972年：桑格和尼克森提出了生物膜的年：桑格和尼克森提出了生物膜的脂质脂质脂质和蛋白质脂质和蛋白质连续的连续的2层层蛋白质脂质蛋白质蛋白质脂质蛋白质一定流动性一定流动性流动镶嵌模型流动镶嵌模型第18页，本讲稿共31页蛋白质蛋白质磷磷脂脂双双分分子子层层糖蛋白糖蛋白第19页，本讲稿共31页1 1、磷脂双分子层构成膜的基本支架。（其中磷脂、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
11、的尾部朝向内分子的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部朝向内侧）是轻油般的流体，具有流动性。侧）是轻油般的流体，具有流动性。2 2、蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的、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，有的横跨整个磷部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层。（体现了膜结构内外的不对称性）脂双分子层。（体现了膜结构内外的不对称性）二、流动镶嵌模型的基本内容二、流动镶嵌模型的基本内容第20页，本讲稿共31页生物膜的结构示意图生物膜的结构示意图磷脂双分子层构成了细胞膜的基本骨架磷脂双分子层构成了细胞膜的基本骨架蛋白质分子蛋白质分子嵌入在磷脂双分
12、子层外侧嵌入在磷脂双分子层外侧镶嵌在磷脂双分子层两侧镶嵌在磷脂双分子层两侧横跨（贯穿）磷脂双分子层横跨（贯穿）磷脂双分子层第21页，本讲稿共31页蛋白质分子：蛋白质分子：有的镶在磷脂双分子层表面，有的镶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，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层。有的横跨整个磷脂双分子层。（体现了膜结构内外的不对称性）（体现了膜结构内外的不对称性）磷脂双分子层磷脂双分子层-基本支架基本支架1、生物膜中脂质和蛋白质的分布：、生物膜中脂质和蛋白质的分布：第22页，本讲稿共31页3 3、大多数的蛋白质分子也是可以运动的。（也体现了膜的流、大多数的蛋
13、白质分子也是可以运动的。（也体现了膜的流动性）动性）4 4、细胞膜外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的、细胞膜外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，叫做糖被。（糖被与细胞识别、胞间信息交流等有密切糖蛋白，叫做糖被。（糖被与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系）联系）第23页，本讲稿共31页2.2.生物膜的结构特点生物膜的结构特点具有一定的流动性具有一定的流动性结构基础（原因）：结构基础（原因）：构成膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子不是静止的，而构成膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子不是静止的，而是可以运动的。是可以运动的。第24页，本讲稿共31页3.3.生物膜的流动性和选择透
14、过性的关系生物膜的流动性和选择透过性的关系(1)区别：具有一定的流动性是生物膜的结构特点；选择透过区别：具有一定的流动性是生物膜的结构特点；选择透过性是生物膜的功能特性。性是生物膜的功能特性。(2)联系：生物膜的流动性是选择透过性的结构基础，膜只联系：生物膜的流动性是选择透过性的结构基础，膜只有具有流动性，才能实现选择透过性。有具有流动性，才能实现选择透过性。第25页，本讲稿共31页1.细胞膜的结构特点是（）细胞膜的结构特点是（）A.能主动运输某些物质能主动运输某些物质B.具有一定的流动性具有一定的流动性C.由磷脂和蛋白质组成由磷脂和蛋白质组成D.具有选择透过性具有选择透过性思路解析：回答此题
15、首先应该清楚细胞膜的化学组成、结构思路解析：回答此题首先应该清楚细胞膜的化学组成、结构特点、特性、功能等。细胞膜的主要成分是磷脂和蛋白质；特点、特性、功能等。细胞膜的主要成分是磷脂和蛋白质；细胞膜的结构特点是具有一定的流动性；细胞膜的功能（生细胞膜的结构特点是具有一定的流动性；细胞膜的功能（生理）特性是具有选择透过性（不同于一般的化学半透膜）；理）特性是具有选择透过性（不同于一般的化学半透膜）；细胞膜的功能是与物质交换、细胞识别、分泌、排泄、免疫细胞膜的功能是与物质交换、细胞识别、分泌、排泄、免疫等有密切关系。如果不清楚上述知识，则很容易出错。等有密切关系。如果不清楚上述知识，则很容易出错。B
16、第26页，本讲稿共31页 解析：解析：细胞膜的流动性是指构成细胞膜的磷脂和蛋白质都具有流动性。2.细胞膜具有流动性是指（）细胞膜具有流动性是指（）A.整个细胞膜具有流动性整个细胞膜具有流动性B.细胞膜上的磷脂是静止的，蛋白质具有流细胞膜上的磷脂是静止的，蛋白质具有流动性动性C.细胞膜中磷脂和蛋白质都具有流动性细胞膜中磷脂和蛋白质都具有流动性D.细胞膜上的蛋白质是静止的，磷脂具有流细胞膜上的蛋白质是静止的，磷脂具有流动性动性C第27页，本讲稿共31页3.食物中的大分子物质，只有经消化后才能被小肠食物中的大分子物质，只有经消化后才能被小肠上皮细胞吸收的原因是（）上皮细胞吸收的原因是（）A.小肠中有
17、各种消化酶小肠中有各种消化酶B.消化后的物质才溶于水消化后的物质才溶于水C.细胞膜主要由磷脂和蛋白质组成细胞膜主要由磷脂和蛋白质组成D.细胞膜是选择透过性膜细胞膜是选择透过性膜 思路解析：大分子物质是不容易进入细胞的，因为细思路解析：大分子物质是不容易进入细胞的，因为细胞的细胞膜具有选择透过性，小分子、离子等细胞所需要胞的细胞膜具有选择透过性，小分子、离子等细胞所需要的物质可进入细胞，大分子的物质、有害物质、细菌、病的物质可进入细胞，大分子的物质、有害物质、细菌、病毒等不容易进入细胞。毒等不容易进入细胞。D第28页，本讲稿共31页4.葡萄糖经小肠黏膜上皮进入毛细血管，需透葡萄糖经小肠黏膜上皮进
18、入毛细血管，需透过的磷脂分子层数是（）过的磷脂分子层数是（）A.4层层 B.6层层 C.8层层 D.10层层 思路解析：小肠黏膜是由单层上皮细胞构成，葡萄糖穿过它时要经过2层细胞膜；进入毛细胞血管时，要经过毛细血管壁（单层上皮细胞）又要经过2层细胞膜；一共4层膜。而流动镶嵌模型告诉我们，生物膜以磷脂双分子层作为基本支架，因此共需透过8层磷脂分子。C第29页，本讲稿共31页5.用绿色和红色两种荧光染料分别标记鼠和人的体细胞，让其膜用绿色和红色两种荧光染料分别标记鼠和人的体细胞，让其膜蛋白着色，然后使人、鼠细胞融合。在荧光显微镜下观察，刚蛋白着色，然后使人、鼠细胞融合。在荧光显微镜下观察，刚融合的
19、细胞一半发红色荧光，一半发绿色荧光。将融合细胞放融合的细胞一半发红色荧光，一半发绿色荧光。将融合细胞放在在0 下培养下培养40 min，发现细胞仍然保持一半发红色荧光，另，发现细胞仍然保持一半发红色荧光，另一半发绿色荧光。而将融合后的细胞放在一半发绿色荧光。而将融合后的细胞放在37 下培养下培养40 min结果两种荧光逐渐混杂并均匀分布开来（如图）。请分析作答：结果两种荧光逐渐混杂并均匀分布开来（如图）。请分析作答：（1）这个实验说明了细胞膜具有）这个实验说明了细胞膜具有性，性，这种特点是由于这种特点是由于。（2）将融合细胞置于）将融合细胞置于0 下培养下培养40 min，细胞仍然一半发红色荧
20、，细胞仍然一半发红色荧光，另一半发绿色荧光。其合理的解释是光，另一半发绿色荧光。其合理的解释是 。第30页，本讲稿共31页解析：本题考查细胞的结构特点及其与功能的关解析：本题考查细胞的结构特点及其与功能的关系。由于组成细胞膜的磷脂和蛋白质分子大都可系。由于组成细胞膜的磷脂和蛋白质分子大都可以运动，因此，细胞膜在结构上具有一定的流动以运动，因此，细胞膜在结构上具有一定的流动性。温度、细胞的含水量等能影响磷脂分子和蛋性。温度、细胞的含水量等能影响磷脂分子和蛋白质分子的运动，因此，只有在适宜的条件下才白质分子的运动，因此，只有在适宜的条件下才能体现出细胞膜的流动性。能体现出细胞膜的流动性。答案：（答案：（1）一定的流动组成细胞膜的磷脂和蛋白质分子大）一定的流动组成细胞膜的磷脂和蛋白质分子大都可以运动都可以运动（2）只有在适宜的条件下才能体现出细胞膜的流动性）只有在适宜的条件下才能体现出细胞膜的流动性（1）这个实验说明了细胞膜具有）这个实验说明了细胞膜具有性，这种性，这种特点是由特点是由。（2）将融合细胞置于）将融合细胞置于0 下培养下培养40 min，细胞仍然一半发红，细胞仍然一半发红色荧光，另一半发绿色荧光。其合理的解释是色荧光，另一半发绿色荧光。其合理的解释是 。第31页，本讲稿共31页