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1、高一生物教研室高一生物教研室第第2 2节节 生物膜的流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型高一生物教研室高一生物教研室高一生物教研室高一生物教研室 细胞膜的组成成分及比例，细胞膜的组成成分及比例，各种成分在细胞膜中的分布情况。各种成分在细胞膜中的分布情况。高一生物教研室高一生物教研室 时间时间时间时间：19191919世纪末世纪末世纪末世纪末 1895189518951895年年年年 人物人物人物人物：欧文顿：欧文顿：欧文顿：欧文顿.Overton.Overton.Overton.Overton）实验实验实验实验：用用用用500500500500多种物质对植物细胞进行上万次的通透多种物质对植物细胞进
2、行上万次的通透多种物质对植物细胞进行上万次的通透多种物质对植物细胞进行上万次的通透 性实验性实验性实验性实验 提出假说提出假说提出假说提出假说:资料一资料一不溶于脂质的物质不溶于脂质的物质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溶于脂质的物质溶于脂质的物质细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜膜是由膜是由脂质脂质组成的组成的根据该实验，根据该实验，欧文顿提出什欧文顿提出什么假说？么假说？高一生物教研室高一生物教研室 2.2.2.2.在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行在推理分析得出结论后，还有
3、必要对膜的成分进行 提取、分离和鉴定吗？提取、分离和鉴定吗？提取、分离和鉴定吗？提取、分离和鉴定吗？有必要，通过鉴定能更准确地说明问题有必要，通过鉴定能更准确地说明问题有必要，通过鉴定能更准确地说明问题有必要，通过鉴定能更准确地说明问题 3.3.3.3.那为什么一开始不直接对膜的成分进行提取、分离那为什么一开始不直接对膜的成分进行提取、分离那为什么一开始不直接对膜的成分进行提取、分离那为什么一开始不直接对膜的成分进行提取、分离 和鉴定呢？和鉴定呢？和鉴定呢？和鉴定呢？当时的技术不能实现当时的技术不能实现当时的技术不能实现当时的技术不能实现1.1.1.1.欧文顿认识到生物膜是由脂质组成的，是通过
4、对欧文顿认识到生物膜是由脂质组成的，是通过对欧文顿认识到生物膜是由脂质组成的，是通过对欧文顿认识到生物膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。高一生物教研室高一生物教研室 2020世纪初，科学家将细胞膜从世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动哺乳动物的红细胞物的红细胞中分离出来，发现细
5、胞膜不但中分离出来，发现细胞膜不但会被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶分会被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶分解。解。该实验说明了什么问题？该实验说明了什么问题？细胞膜中含有蛋白质细胞膜中含有蛋白质高一生物教研室高一生物教研室细胞膜的组成成分细胞膜的组成成分脂脂质（约质（约50%50%）蛋白质（约蛋白质（约40%40%）糖类（约糖类（约2%-2%-10%10%）高一生物教研室高一生物教研室 磷脂和蛋白质是通过什么样的磷脂和蛋白质是通过什么样的排列方式排列方式参与膜的构建的？参与膜的构建的？高一生物教研室高一生物教研室 将用丙酮溶解的磷脂分子置于水中，它们会怎样排布呢？高一生物教研室高一生物教研
6、室 时间时间时间时间：1925192519251925年年年年 人物人物人物人物：荷兰科学家：荷兰科学家：荷兰科学家：荷兰科学家GorterGorterGorterGorter和和和和GrendelGrendelGrendelGrendel 实验实验实验实验：从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面 积是细胞膜的积是细胞膜的积是细胞膜的积是细胞膜的2 2倍倍倍倍 提出假说提出假说提出假说提出假说：资料二资料二细胞膜中的磷脂是双层的细胞膜中的磷脂是双层的细胞膜中的磷脂是双层的细
7、胞膜中的磷脂是双层的高一生物教研室高一生物教研室胆 碱磷 酸甘 油脂肪酸高一生物教研室高一生物教研室疏水尾部疏水尾部磷脂是一种由甘油，脂肪酸和磷酸所组成的分磷脂是一种由甘油，脂肪酸和磷酸所组成的分子，子，磷酸磷酸“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。胆 碱磷 酸甘 油脂肪酸亲水头部亲水头部高一生物教研室高一生物教研室 双层磷脂分子是如何排布构成生物膜双层磷脂分子是如何排布构成生物膜结构的呢？结构的呢？A B C高一生物教研室高一生物教研室连连续续两两层层排排列列高一生物教研室高一生物教研室资料资料3 时间：时间：时间：时间：1959195919591959
8、年年年年 人物：罗伯特森（人物：罗伯特森（人物：罗伯特森（人物：罗伯特森（J.D.RobertsenJ.D.RobertsenJ.D.RobertsenJ.D.Robertsen）实验：实验：实验：实验：在电镜下看到清晰的在电镜下看到清晰的在电镜下看到清晰的在电镜下看到清晰的暗暗暗暗亮亮亮亮暗暗暗暗的三层结构的三层结构的三层结构的三层结构。提出假说：提出假说：提出假说：提出假说：生物膜是由生物膜是由生物膜是由生物膜是由“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”的三的三的三的三层层层层结构构成的结构构成的结构构成的结构构成的静态统一静态统一静态统一静态统一结构结构结构结
9、构蛋蛋白质白质：电子密度高，显黑色发暗：电子密度高，显黑色发暗磷脂分子磷脂分子：电子密度低，发亮：电子密度低，发亮高一生物教研室高一生物教研室“罗伯特森电镜实验罗伯特森电镜实验”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高一生物教研室高一生物教研室“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”三明治模三明治模三明治模三明治模型型型型高一生物教研室高一生物教研室思考思考“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？1.1.把生物膜描述为把生物膜描述为把生物膜描述为把生物膜描述为静态的刚性结构静态
10、的刚性结构静态的刚性结构静态的刚性结构，这显然与膜，这显然与膜，这显然与膜，这显然与膜功能的多样性相矛盾。功能的多样性相矛盾。功能的多样性相矛盾。功能的多样性相矛盾。2.2.无法解释无法解释无法解释无法解释”荷兰科学家荷兰科学家荷兰科学家荷兰科学家GorterGorter和和和和GrendelGrendel的实验的实验的实验的实验”）各种生物膜功能不同，应该结构也不同）各种生物膜功能不同，应该结构也不同高一生物教研室高一生物教研室举例说明细胞膜具有流动性举例说明细胞膜具有流动性变形虫的变形运动与取食变形虫的变形运动与取食植物细胞的质壁分离植物细胞的质壁分离动物细胞吸水膨胀和失水皱缩动物细胞吸水
11、膨胀和失水皱缩细胞分裂细胞分裂细胞的生长细胞的生长吞噬细胞的吞噬作用吞噬细胞的吞噬作用高一生物教研室高一生物教研室高一生物教研室高一生物教研室 时间时间时间时间：1970197019701970年年年年 人物人物人物人物：费雷和埃迪登：费雷和埃迪登：费雷和埃迪登：费雷和埃迪登 实验实验实验实验：将人和鼠的细胞膜蛋白质用不同荧光染料标记后将人和鼠的细胞膜蛋白质用不同荧光染料标记后将人和鼠的细胞膜蛋白质用不同荧光染料标记后将人和鼠的细胞膜蛋白质用不同荧光染料标记后融合融合融合融合 提出假说提出假说提出假说提出假说：膜蛋白具有一定的膜蛋白具有一定的流动性流动性资料四资料四诱导融合人细胞人细胞鼠鼠细胞
12、细胞荧光标记 蛋白质40分钟后370C实验结论实验结论:质膜上的 和 具有流动性高一生物教研室高一生物教研室 磷脂分子的运动磷脂分子的运动高一生物教研室高一生物教研室 1972年，桑格和尼克森在新的观察和实验桑格和尼克森在新的观察和实验证据的基础上，提出了证据的基础上，提出了流动镶嵌模型流动镶嵌模型。高一生物教研室高一生物教研室冰冻蚀刻电子显微法冰冻蚀刻电子显微法标本用干冰、液氮等标本用干冰、液氮等冰冻冰冻。后用冷刀断开，。后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。升温后暴露断裂面。蛋白质蛋白质镶在镶在、嵌入嵌入、横跨横跨在在磷脂双分子层中磷脂双分子层中。蛋白质在膜中的分布是蛋白质在膜中的分布是不对称不
13、对称的的高一生物教研室高一生物教研室总结：流动镶嵌模型流动镶嵌模型1 1、脂双层构成膜的基本支架、脂双层构成膜的基本支架高一生物教研室高一生物教研室流动镶嵌模型流动镶嵌模型2 2 2 2、蛋白质分子、蛋白质分子、蛋白质分子、蛋白质分子有的整个有的整个有的整个有的整个贯穿贯穿贯穿贯穿膜中，有的膜中，有的膜中，有的膜中，有的部分插部分插部分插部分插在膜中，在膜中，在膜中，在膜中，有的有的有的有的露在露在露在露在膜外膜外膜外膜外,有的整个露在膜表面有的整个露在膜表面有的整个露在膜表面有的整个露在膜表面.（体现了膜结构内外（体现了膜结构内外（体现了膜结构内外（体现了膜结构内外的不对称性）的不对称性）的
14、不对称性）的不对称性）高一生物教研室高一生物教研室3 3、具有流动性、具有流动性流动镶嵌模型流动镶嵌模型高一生物教研室高一生物教研室质膜的质膜的柔性柔性”与与刚性刚性”许多质膜中夹杂着许多质膜中夹杂着刚性刚性”的胆固醇的胆固醇使得质膜既有一定的流动性使得质膜既有一定的流动性,又比较坚实又比较坚实.高一生物教研室高一生物教研室共建概念图共建概念图质膜质膜结构特点结构特点功能特点功能特点结构组成结构组成结构探究历程结构探究历程决定决定 流动性流动性选择透性选择透性脂双层脂双层膜蛋白膜蛋白高一生物教研室高一生物教研室2003年度诺贝尔化学奖授予两名研究膜年度诺贝尔化学奖授予两名研究膜蛋白的美国科学家
15、，这是自蛋白的美国科学家，这是自1991年来诺年来诺贝尔奖第三次颁发给与细胞膜蛋白质有贝尔奖第三次颁发给与细胞膜蛋白质有关的研究成果关的研究成果。皮特皮特阿格雷阿格雷罗德里克罗德里克麦金农麦金农高一生物教研室高一生物教研室分析生物膜模型的建立和完善过程，你分析生物膜模型的建立和完善过程，你有哪些收获？有哪些收获？5.探索历程的艰辛探索历程的艰辛 2.根据实验现象根据实验现象，提出问题，做出假说，提出问题，做出假说讨论：讨论：1.结构与功能是相适应的结构与功能是相适应的3.实验技术推动科学发展实验技术推动科学发展4.构建生物模型构建生物模型高一生物教研室高一生物教研室1.1.生物膜的流动镶嵌模型
16、是不是就完美无缺了呢？生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？生物膜的流动镶嵌模型不是完美无缺。生物膜的流动镶嵌模型不是完美无缺。生物膜的流动镶嵌模型不是完美无缺。生物膜的流动镶嵌模型不是完美无缺。2.2.2.2.纵观整个人们建立生物膜模型的探索过程，实验技纵观整个人们建立生物膜模型的探索过程，实验技纵观整个人们建立生物膜模型的探索过程，实验技纵观整个人们建立生物膜模型的探索过程，实验技术的进步所起到怎样的作用？术的进步所起到怎样的作用？术的进步所起到怎样的作用？术的进步所起到怎样的作用？实验技术的进步起到了关键性的推动作用。实验技术的进步起到了关键性的推动作用。实验技术的进步起到了关键性的
17、推动作用。实验技术的进步起到了关键性的推动作用。3.3.3.3.分析生物膜模型的建立过程中，结构和功能相适应分析生物膜模型的建立过程中，结构和功能相适应分析生物膜模型的建立过程中，结构和功能相适应分析生物膜模型的建立过程中，结构和功能相适应是如何体现的？是如何体现的？是如何体现的？是如何体现的？在建立生物膜模型的过程中，结构和功能相适应在建立生物膜模型的过程中，结构和功能相适应的观点始终引导人们不断实践、认识，再实践、的观点始终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识；使人类一步步接近生物膜的真相。再认识；使人类一步步接近生物膜的真相。思考思考高一生物教研室高一生物教研室均匀分布在脂质两侧有的镶在磷脂双分子层表面有的嵌入磷脂双分子层有的则整个贯穿于磷脂双分子层蛋白质的分布否是是否有流动性脂质和蛋白质脂质和蛋白质组成三层结构模型流动镶嵌模型流动镶嵌模型与三层结构模型的比较流动镶嵌模型与三层结构模型的比较高一生物教研室高一生物教研室想象空间想象空间 发挥空间发挥空间想象力，想象想象力，想象一个近似球型一个近似球型的细胞，其细的细胞，其细胞膜的磷脂双胞膜的磷脂双分子层的三维分子层的三维立体结构！立体结构！