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1、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1.细胞膜的主要成分和功能是细胞膜的主要成分和功能是什么？什么？2.生物膜系统的功能有哪些生物膜系统的功能有哪些？一、对生物膜一、对生物膜结构的探索历程结构的探索历程模型建立：模型建立：模型是人们为了某种特定目的而对认识对模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述，这种描象所作的一种简化的概括性的描述，这种描述可以是定性的或定量的，可以是抽象的或述可以是定性的或定量的，可以是抽象的或具体的。具体的。模型的形式：模型的形式：物理模型：如真核细胞的三维结构模型、物理模型：如真核细胞的三维结构模型、细胞膜结构模型细胞膜结
2、构模型数学模型：如细菌在适宜条件下种群数量数学模型：如细菌在适宜条件下种群数量 与繁殖代数（与繁殖代数（t）关系）关系N=N02t概念模型：概念图概念模型：概念图 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 时间时间：1919世纪末世纪末 18951895年年 人物人物：欧文顿（：欧文顿（E.OvertonE.Overton）实验实验：用用500500多种物质对植物细胞进多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验行上万次的通透性实验,发现细胞膜对不发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的：同物质的通透性是不一样的：凡可以溶凡可以溶于脂质
3、的物质，比不溶于脂质的物质更于脂质的物质，比不溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。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膜是由脂质组成的膜是由脂质组成的提出假说：提出假说：实验实验:采用哺乳动物的红细胞采用哺乳动物的红细胞,经过特殊经过特殊处理使细胞发生溶血现象处理使细胞发生溶血现象,一些物质溶一些物质溶出出,再将溶出细胞外的物质洗掉再将溶出细胞外的物质洗掉,即可得即可得到纯净的细胞膜到纯净的细胞膜(又称又称血影血影).化学分析表明：化学分析表明：膜的成分主要是膜的成分主要是脂质和蛋白质。脂质和蛋白质。时间：时间：20世
4、纪初世纪初资料二资料二磷脂和蛋白质是如何组成磷脂和蛋白质是如何组成细胞膜的？细胞膜的？时间时间：19251925年年 人物人物：荷兰科学家：荷兰科学家GorterGorter和和GrendelGrendel 实验实验：用丙酮：用丙酮从人的红细胞中提取从人的红细胞中提取脂质，在空气脂质，在空气水界面上铺成水界面上铺成单层分子单层分子。发现展开层后的脂单层面积是红细胞的发现展开层后的脂单层面积是红细胞的表面积的表面积的2倍倍资料三资料三细胞膜中的磷脂是双层的细胞膜中的磷脂是双层的提出假说：提出假说：磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子，的分子，磷酸磷酸“头
5、头”部是亲水的，脂肪酸部是亲水的，脂肪酸“尾尾”部是疏水的。部是疏水的。亲水头部亲水头部疏水尾部疏水尾部连续两连续两层排列层排列 细胞膜中还有蛋白质，那细胞膜中还有蛋白质，那么蛋白质又存在于什么位么蛋白质又存在于什么位置呢？置呢？时间时间：19591959年年 人物人物：罗伯特森（：罗伯特森（J.D.RobertsenJ.D.Robertsen）实验实验：在电镜下看到细胞膜清晰的在电镜下看到细胞膜清晰的暗暗 亮亮暗暗的三层结构的三层结构。资料四资料四要点：要点：所有膜结构都相同所有膜结构都相同 静态的结构静态的结构提出假说：提出假说：生物膜是由生物膜是由“蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质”的三
6、层结构构成的静态统一结构的三层结构构成的静态统一结构“蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质”三三明治结构模型有什么不足？明治结构模型有什么不足？把生物膜描述为静态的刚性结构，这把生物膜描述为静态的刚性结构，这显然与膜功能的多样性相矛盾显然与膜功能的多样性相矛盾.变形虫的变形运动变形虫的变形运动植物细胞的质壁分离植物细胞的质壁分离白细胞吞噬病菌白细胞吞噬病菌植物细胞质壁分离现象植物细胞质壁分离现象植物细胞质壁分离复原现象植物细胞质壁分离复原现象 时间时间：19701970年年 人物人物：Larry FryeLarry Frye等等 实验实验：将人和鼠的细胞表面膜蛋白将人和鼠的细胞表面膜蛋白分别用不同
7、的荧光标记后，让两种细胞分别用不同的荧光标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布两种荧光抗体均匀分布 资料五资料五融合融合4040分钟分钟后荧光均匀后荧光均匀诱导诱导融合融合人细胞人细胞鼠鼠细胞细胞荧光荧光标记标记4040分钟后分钟后370C370C刚融合时一刚融合时一半红一半绿半红一半绿小鼠细胞和人细胞融合实验细胞膜具有流动性细胞膜具有流动性提出假说：提出假说：蛋白质分子蛋白质分子时间：时间：1972年年人物：桑格和人物：桑格和 尼克森尼克森磷脂双分子层磷脂双
8、分子层糖蛋白糖蛋白多糖多糖资料六资料六提出假说：提出假说：流动镶嵌模型流动镶嵌模型流动镶嵌模型的基本内容：流动镶嵌模型的基本内容：1、膜的组成成分：、膜的组成成分：主要是磷脂和蛋白质，还有少量的糖类主要是磷脂和蛋白质，还有少量的糖类2、膜的基本支架、膜的基本支架:磷脂双分子层磷脂双分子层.（其中磷脂分子（其中磷脂分子 的亲水性头的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部朝向内侧）部朝向两侧，疏水性的尾部朝向内侧）3、蛋白质分子的位置、蛋白质分子的位置:蛋白质分子有的蛋白质分子有的镶嵌镶嵌在磷脂双分子层表面在磷脂双分子层表面,有的部分或全部有的部分或全部嵌入嵌入磷脂双分子层中，有磷脂双分子层中，有的的横
9、跨横跨整个磷脂双分子层。（体现了膜结整个磷脂双分子层。（体现了膜结构内外的不对称性）构内外的不对称性）蛋白质蛋白质磷磷脂脂双双分分子子层层糖类糖类细胞膜外表，有一层由细胞膜上的蛋白细胞膜外表，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。质与糖类结合形成的糖蛋白，叫做糖被。糖被的功能：糖被的功能：保护保护 润滑润滑 细胞识别细胞识别 细胞间信息交流细胞间信息交流生物膜结构的流动性是其变形、融合、生物膜结构的流动性是其变形、融合、胞吞、胞吐和跨膜运输的基础，体现了胞吞、胞吐和跨膜运输的基础，体现了结构与功能的相适应结构与功能的相适应磷脂分子是可以运动的，具有磷脂分子是可以运动的，具有
10、流动性流动性;大多大多数的蛋白质分子也是可以运动的数的蛋白质分子也是可以运动的,也体现了也体现了流动性流动性。生物膜的结构特点生物膜的结构特点:一定的流动性一定的流动性假说假说科学实验科学实验科学家科学家时间时间欧文顿欧文顿两位荷兰两位荷兰科学家科学家罗伯特森罗伯特森1919世世纪末纪末19251925年年19591959年年19701970年年19721972年年膜是由脂膜是由脂质组成的质组成的生物膜为三层生物膜为三层静态统一结构静态统一结构细胞膜具细胞膜具有流动性有流动性在新的观察和实验证据基础上在新的观察和实验证据基础上弗雷和弗雷和埃迪登埃迪登桑格和桑格和尼克森尼克森对生物膜结构的探索历
11、程对生物膜结构的探索历程用用500500多种化学物质对植物细胞进多种化学物质对植物细胞进行上万次的通透性的实验，发现脂行上万次的通透性的实验，发现脂质更容易通过细胞膜质更容易通过细胞膜从从 细胞膜中提取脂质，铺成单层细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，面积是细胞膜的分子，面积是细胞膜的2 2倍倍电镜下看到细胞膜有电镜下看到细胞膜有“蛋白质蛋白质脂脂质质蛋白质蛋白质”的三层结构构成的三层结构构成分别用绿色和红色荧光染料标记两分别用绿色和红色荧光染料标记两种细胞的蛋白质，并将两细胞融合，种细胞的蛋白质，并将两细胞融合，发现荧光均匀分布发现荧光均匀分布细胞膜中脂质细胞膜中脂质为连续的两层为连续的两层流动
12、镶嵌模型流动镶嵌模型对生物膜结构的探索历程对生物膜结构的探索历程19世世纪纪末末，欧欧文文顿顿的的实实验验和和推推论论：膜膜是是由由 组组成的；成的；20世世纪纪初初，科科学学家家的的化化学学分分析析结结果果，指指出出膜膜主主要要由组成；由组成；1959年年罗罗伯伯特特森森提提出出的的“三三明明治治”结结构构模模型型：所所有生物膜都由有生物膜都由 三层结构；三层结构；1970年年，荧荧光光标标记记小小鼠鼠细细胞胞和和人人细细胞胞融融合合实实验验，指出细胞膜具有指出细胞膜具有 ；1972年年，桑桑 格格 和和 提提 出出 了了 。脂质脂质脂质和蛋白质脂质和蛋白质蛋白质脂质蛋白质蛋白质脂质蛋白质流动性流动性尼克森尼克森流动镶嵌模型流动镶嵌模型小结小结