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1、 在制作真核细胞三在制作真核细胞三维结构模型时，提供给维结构模型时，提供给你制作细胞膜的三种材你制作细胞膜的三种材料：料：塑料袋、普通布塑料袋、普通布和和弹力布弹力布。你们认为选哪。你们认为选哪种材料最好？为什么种材料最好？为什么?生命系统生命系统的边界的边界控制物质控制物质的进出的进出具有一定具有一定的弹性的弹性塑料袋塑料袋普通布普通布弹力布弹力布具有具有具有具有具有具有具有具有具有具有具有具有第第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：时间：时间：19191919世纪末世纪末世纪末世纪末 189518951895
2、1895年年年年 人物：人物：人物：人物：欧文顿欧文顿欧文顿欧文顿（E.OvertonE.OvertonE.OvertonE.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，发现脂质更容易通过细胞膜性实验，发现脂质更容易通过细胞膜性实验，发现脂质更容易通过细胞膜性实验，发现脂质更容易通过细胞膜。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不溶于脂质的物质不溶于脂质的物质
3、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思考与讨论思考与讨论:最初认识到生物膜最初认识到生物膜是由脂质组成的，是由脂质组成的，是通过对实验现象是通过对实验现象的推理分析还是通的推理分析还是通过膜成分的提取和过膜成分的提取和鉴定？鉴定？在推理分析得出结在推理分析得出结论后，还有必要对论后，还有必要对膜的成分进行提取、膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？分离和鉴定吗？对生物膜成分的探索对生物膜成分的探索最初最初依据实验现象依据实验现象和有关知识，经过和有关知识，经过严谨的严谨的推理推理和大胆和大胆的想像，提出设想，的想像，提出设想，是一种常见的科学是一种
4、常见的科学方法。假说方法。假说还需要还需要通过实验观察通过实验观察直接直接证实。证实。提出假说2020世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，化学分析膜表明：出来，化学分析膜表明：膜的主要成分是膜的主要成分是脂质脂质和和蛋白质蛋白质问题：问题：脂质和蛋白质是怎样组合形成膜的呢？脂质和蛋白质是怎样组合形成膜的呢？对生物膜成分的探索对生物膜成分的探索 19251925年年 荷兰的两位科学家荷兰的两位科学家GorterGorter和和GrendelGrendel用用丙酮丙酮（一种有（一种有机溶剂）从一定数量的红细胞中抽机溶剂）从一定数量的红细
5、胞中抽提脂类，在空气提脂类，在空气-水界面上铺展成水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的为红细胞表面积的2 2倍。倍。GORTER细胞膜中脂质的排列方式细胞膜中脂质的排列方式脂质分子必然排列为连续的两层推测：推测：资料资料磷脂磷脂是组成细胞的主是组成细胞的主要脂质，是一种由甘要脂质，是一种由甘油、脂肪酸、和磷酸油、脂肪酸、和磷酸等所组成的分子。等所组成的分子。它有一个它有一个亲水亲水磷酸磷酸“头头”部，和一个部，和一个疏水疏水的脂肪酸的的脂肪酸的“尾尾”部。部。疏水尾部水水空气空气亲水的亲水的“头部头部”与水与水接触，疏水的接触，疏水的“尾巴
6、尾巴”远离水，朝向空气远离水，朝向空气的一面，在水空气界的一面，在水空气界面上铺展成单分子层。面上铺展成单分子层。亲亲水水头头部部亲水头部亲水头部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子，磷酸头部是亲水的，脂肪酸尾部是疏水的。细胞膜的细胞膜的两侧两侧都有都有水环境水环境存在，在这样的环存在，在这样的环境中，境中，磷脂分子在细胞膜中是怎样排布磷脂分子在细胞膜中是怎样排布？时间：时间：时间：时间：1959195919591959年年年年 人物人物人物人物：罗伯特森罗伯特森罗伯特森罗伯特森（J.D.RobertsenJ.D.RobertsenJ.D.RobertsenJ.D.Rob
7、ertsen）实验：实验：实验：实验：在电镜下看到细胞膜由在电镜下看到细胞膜由在电镜下看到细胞膜由在电镜下看到细胞膜由“暗暗暗暗亮亮亮亮暗暗暗暗”的三层的三层的三层的三层结构构成结构构成结构构成结构构成 提出假说：提出假说：提出假说：提出假说：生物膜是生物膜是由由“蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质”三层三层静态模型静态模型蛋白质的电子密度高，在电镜下显暗色；蛋白质的电子密度高，在电镜下显暗色；磷脂分子的电子密度低，显亮色。磷脂分子的电子密度低，显亮色。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？把生物膜描述为静态的刚性结构
8、，这显然与膜把生物膜描述为静态的刚性结构，这显然与膜把生物膜描述为静态的刚性结构，这显然与膜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。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。能不能举一些例子来说明生物膜不是静态的？能不能举一些例子来说明生物膜不是静态的？静态静态膜模型无法解释的现象膜模型无法解释的现象 标本用干冰等标本用干冰等冰冻冰冻。后用冷刀断开，升。后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。温后暴露断裂面。蛋白质蛋白质镶在镶在、嵌入嵌入、贯穿贯穿在磷脂双分子层中在磷脂双分子层中。蛋白质在膜中的分布是蛋白质在膜中的分布是不对称不对称的的 时间：时间：时间：时间：1
9、970197019701970年年年年 人物：人物：人物：人物：Larry FryeLarry FryeLarry FryeLarry Frye等等等等 实验：实验：实验：实验：将人和鼠的细胞膜表面的将人和鼠的细胞膜表面的将人和鼠的细胞膜表面的将人和鼠的细胞膜表面的蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质分子用不同的分子用不同的分子用不同的分子用不同的荧光抗体标记后，让两种细胞融合，刚融合时融合细胞荧光抗体标记后，让两种细胞融合，刚融合时融合细胞荧光抗体标记后，让两种细胞融合，刚融合时融合细胞荧光抗体标记后，让两种细胞融合，刚融合时融合细胞一一一一半发绿色荧光、另一半发红色荧光半发绿色荧光、另一半发红色荧光半
10、发绿色荧光、另一半发红色荧光半发绿色荧光、另一半发红色荧光，3737下下下下40min40min，出现，出现，出现，出现两种颜色的荧光两种颜色的荧光两种颜色的荧光两种颜色的荧光均匀分布均匀分布 用荧光染料标记某种物质，利用其荧光特性，来反应研究对象的相关信息。荧光标记荧光标记技术膜上的蛋白质具有膜上的蛋白质具有流动性流动性提出假说：提出假说：提出假说：提出假说：细胞膜具有一定的流动性细胞膜具有一定的流动性细胞膜具有一定的流动性细胞膜具有一定的流动性 在新的观察和实验证据的基础上，在新的观察和实验证据的基础上，19721972年桑格和尼克森提出了新的生物膜模型年桑格和尼克森提出了新的生物膜模型流
11、动镶嵌模型流动镶嵌模型，为多数人所接受。，为多数人所接受。流动镶嵌模型流动镶嵌模型1 1 1 1、磷脂双分子层构成膜的基本支架。、磷脂双分子层构成膜的基本支架。、磷脂双分子层构成膜的基本支架。、磷脂双分子层构成膜的基本支架。（其中磷脂分子（其中磷脂分子（其中磷脂分子（其中磷脂分子 的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部朝向内侧）的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部朝向内侧）的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部朝向内侧）的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部朝向内侧）2 2 2 2、这个支架不是静止的、这个支架不是静止的、这个支架不是静止的、这个支架不是静止的,磷脂双分子层是轻油般的流磷脂双分子层是轻油般的
12、流磷脂双分子层是轻油般的流磷脂双分子层是轻油般的流体体体体,具有流动性具有流动性。（其磷脂分子的运动有多种形式）（其磷脂分子的运动有多种形式）二、流动镶嵌模型的基本内容二、流动镶嵌模型的基本内容4 4 4 4、细胞膜外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结、细胞膜外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结、细胞膜外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结、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，叫做合形成的糖蛋白，叫做合形成的糖蛋白，叫做合形成的糖蛋白，叫做糖被糖被糖被糖被。（糖被具有（糖被具有（糖被具有（糖被具有保护、润滑作保护、润滑作用，用，与与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系
13、）细胞识别、胞间信息交流等有密切联系）细胞识别、胞间信息交流等有密切联系）细胞识别、胞间信息交流等有密切联系）3 3、蛋白质分子有的蛋白质分子有的蛋白质分子有的蛋白质分子有的镶在镶在镶在镶在磷脂双分子层表面，有的部分磷脂双分子层表面，有的部分磷脂双分子层表面，有的部分磷脂双分子层表面，有的部分或全部或全部或全部或全部嵌入嵌入嵌入嵌入磷脂双分子层中，有的磷脂双分子层中，有的磷脂双分子层中，有的磷脂双分子层中，有的贯穿贯穿贯穿贯穿于整个磷脂双于整个磷脂双于整个磷脂双于整个磷脂双分子层。分子层。分子层。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）（体现了膜结构内外的不对称性）
14、（体现了膜结构内外的不对称性）蛋白质具蛋白质具有流动性有流动性磷脂内外两层所含的蛋白质种类和数量不同磷脂内外两层所含的蛋白质种类和数量不同,呈现呈现了膜的不对称性了膜的不对称性;糖类在细胞膜中的分布很少糖类在细胞膜中的分布很少,并且与蛋白质或脂质并且与蛋白质或脂质结合成糖蛋白或糖脂分布在膜的外表面结合成糖蛋白或糖脂分布在膜的外表面,也呈现了膜也呈现了膜的不对称性的不对称性.因此因此,根据糖蛋白的分布根据糖蛋白的分布,可以判断细胞可以判断细胞膜的内外侧膜的内外侧.膜的不对称性膜的不对称性注意：细胞膜的结构特点和功能特点：注意：细胞膜的结构特点和功能特点：1 1）细胞膜的结构特点是：具有一定的流动
15、性细胞膜的结构特点是：具有一定的流动性细胞膜的结构特点是：具有一定的流动性细胞膜的结构特点是：具有一定的流动性2 2 2 2）细胞膜的功能特点：具有选择透过性）细胞膜的功能特点：具有选择透过性）细胞膜的功能特点：具有选择透过性）细胞膜的功能特点：具有选择透过性对生物膜结构的探索历程对生物膜结构的探索历程1919世世世世纪纪纪纪末末末末，欧欧欧欧文文文文顿顿顿顿的的的的实实实实验验验验和和和和推推推推论论论论：膜膜膜膜是是是是由由由由 组组组组成成成成的；的；的；的；2020世世世世纪纪纪纪初初初初，科科科科学学学学家家家家的的的的化化化化学学学学分分分分析析析析结结结结果果果果，指指指指出出出
16、出膜膜膜膜主主主主要要要要由由由由 和和和和 组成；组成；组成；组成；19591959年年年年罗罗罗罗伯伯伯伯特特特特森森森森提提提提出出出出的的的的“三三三三明明明明治治治治”结结结结构构构构模模模模型型型型：所所所所有有有有生物膜都由生物膜都由生物膜都由生物膜都由 三层结构；三层结构；三层结构；三层结构；19701970年年年年，荧荧荧荧光光光光标标标标记记记记小小小小鼠鼠鼠鼠细细细细胞胞胞胞和和和和人人人人细细细细胞胞胞胞融融融融合合合合实实实实验验验验，指出细胞膜具有指出细胞膜具有指出细胞膜具有指出细胞膜具有 ；19721972年，桑格和年，桑格和年，桑格和年，桑格和 提出了提出了提出
17、了提出了 。脂质脂质脂质脂质脂质脂质脂质脂质蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质脂质蛋白质蛋白质脂质蛋白质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一定流动性一定流动性尼克森尼克森尼克森尼克森流动镶嵌模型流动镶嵌模型流动镶嵌模型流动镶嵌模型小结小结1.1.1.1.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
18、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推动作用。2.2.2.2.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
19、练习1、对细胞膜的选择透过性起主要作用的物质是（）A、水 B、糖类C、蛋白质 D、磷脂答案：2、细胞膜具有流动性，这种结构特点是指（）A、整个细胞膜具有流动性 B、细胞膜上磷脂是静止的，蛋白质具有流动性 C、细胞膜中磷脂和蛋白质都具有流动性 D、细胞膜上蛋白质是静止的，磷脂具有流动性答案：3、脂质能够优先通过细胞膜，这是因为（）A、细胞膜以磷脂双分子层为支架B、细胞膜上有搬运脂质物质的载体蛋白C、细胞膜外有一层糖蛋白D、磷脂分子和蛋白质分子大都可以运动答案：A4、下列物质中，易通过细胞膜的是（）A、淀粉 B、脂肪酸C、蛋白质 D、糖类答案：BP69P69课本练习：课本练习：一、基础题：一、基础
20、题：1 1.提示：提示：细胞膜太薄了，光学显微镜下看不见，而十九细胞膜太薄了，光学显微镜下看不见，而十九世纪还没有电子显微镜，学者们只好从细胞膜的生理功世纪还没有电子显微镜，学者们只好从细胞膜的生理功能入手进行探究。能入手进行探究。3.3.提示：提示：流动镶嵌模型与蛋白质流动镶嵌模型与蛋白质脂质脂质-蛋白质三层结构模蛋白质三层结构模型的型的异同异同：1 1）相同点：）相同点：这两者都认为，组成细胞膜的主要物质是脂质和这两者都认为，组成细胞膜的主要物质是脂质和蛋白质。蛋白质。2 2）不同点：）不同点：流动镶嵌模型提出蛋白质在膜中的分布是不均匀流动镶嵌模型提出蛋白质在膜中的分布是不均匀的，有些横跨
21、整个脂双层，有些部分或者全部嵌入脂双层，的，有些横跨整个脂双层，有些部分或者全部嵌入脂双层，有些则镶在脂双层的内外两侧表面；而三层结构模型认为蛋有些则镶在脂双层的内外两侧表面；而三层结构模型认为蛋白质均匀分布在脂双层的两侧。前者强调膜的分子是运动的，白质均匀分布在脂双层的两侧。前者强调膜的分子是运动的，而后者认为生物膜是静态结构。而后者认为生物膜是静态结构。1.1.分析生物膜模型的建立和完善过程，你受到哪些分析生物膜模型的建立和完善过程，你受到哪些启示？启示？生物膜结构的研究历史反映了科学研究的艰辛历程，也告生物膜结构的研究历史反映了科学研究的艰辛历程，也告诉我们建立模型的一般方法。科学家根据
22、观察到的现象和诉我们建立模型的一般方法。科学家根据观察到的现象和已有的知识提出解释某一生物学问题的假说或者模型，用已有的知识提出解释某一生物学问题的假说或者模型，用观察和实验对假说或者模型进行检验、修正和补充。一种观察和实验对假说或者模型进行检验、修正和补充。一种模型最终能否被普遍接收，取决于它能否与以后的观察和模型最终能否被普遍接收，取决于它能否与以后的观察和试验结果相吻合，能否很好地解释相关现象，科学就是这试验结果相吻合，能否很好地解释相关现象，科学就是这样一步一步向前迈进的。样一步一步向前迈进的。思考思考P69P69拓展题：拓展题：2.2.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是不是就完美无缺了呢？生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。人生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。人类对自然界的认识永无止境，随着实验技术类对自然界的认识永无止境，随着实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加细致的不断创新和改进，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能更加完善入微，对膜结构的进一步认识将能更加完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型。流动镶嵌模型。思考思考P69P69拓展题：拓展题：