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1、 第第3章章 细胞的基本结构细胞的基本结构 第第1节节 细胞膜的结构和功能细胞膜的结构和功能第第1课时细胞膜的功能和成分胞膜的功能和成分导入一从系统的边界从系统的边界细胞膜细胞膜开始，认识细胞的结构。开始，认识细胞的结构。布莱森在布莱森在万物简史万物简史中有这样的描述中有这样的描述:“:“每个细胞每个细胞都是自然界的一个奇迹。即便是最简单的细胞都是自然界的一个奇迹。即便是最简单的细胞,其构造的其构造的精巧程度也是人类的智慧难以企及的。精巧程度也是人类的智慧难以企及的。”导入二 细胞膜是一层很薄的结构细胞膜是一层很薄的结构,厚度只有厚度只有710 nm,在光学显微镜下很在光学显微镜下很难辨识它的
2、真面目。如果我们将难辨识它的真面目。如果我们将1万层细胞膜堆叠起来万层细胞膜堆叠起来,才只有教材才只有教材的一页纸那么厚。但是的一页纸那么厚。但是,正是这样的细胞膜正是这样的细胞膜,帮助细胞成为一个相对帮助细胞成为一个相对独立的系统独立的系统,维持细胞内部环境的相对稳定维持细胞内部环境的相对稳定。细胞膜是如何实现这个功能的呢细胞膜是如何实现这个功能的呢?它又是由什么物质组成的它又是由什么物质组成的?环节一：细胞膜的功能资料资料1 科学家用显微注射器将一种叫作伊红的物质注入科学家用显微注射器将一种叫作伊红的物质注入变形虫体内变形虫体内,伊红很快扩散到整个细胞伊红很快扩散到整个细胞,却不能逸出细胞
3、。却不能逸出细胞。伊红为什么不会逸出细胞？伊红为什么不会逸出细胞？环节一：细胞膜的功能思考：思考：1.作为边界作为边界,细胞膜的分隔作用具有什么意义细胞膜的分隔作用具有什么意义?2.植物细胞细胞膜的外侧有细胞壁植物细胞细胞膜的外侧有细胞壁,细胞壁是系统细胞壁是系统的边界吗的边界吗?细胞膜将细胞膜将细胞与外界环境分隔开细胞与外界环境分隔开,可以维持系可以维持系统的相对独立统的相对独立,保障细胞内部环境的相对稳定。保障细胞内部环境的相对稳定。植物细胞的边界也是细胞膜，不是细胞壁，植物细胞的边界也是细胞膜，不是细胞壁，因为细胞壁是全透性的，不能保障细胞内部环因为细胞壁是全透性的，不能保障细胞内部环境
4、的相对稳定。境的相对稳定。环节一：细胞膜的功能资料资料2 科研上鉴别死细胞和活细胞科研上鉴别死细胞和活细胞,常用常用“染色排除法染色排除法”。例如例如,用台盼蓝染液染色用台盼蓝染液染色,死的动物细胞会被染成蓝色死的动物细胞会被染成蓝色,而而活的动物细胞不着色。活的动物细胞不着色。台盼蓝染色法鉴别死细胞台盼蓝染色法鉴别死细胞和活细胞的原理是什么？和活细胞的原理是什么？环节一：细胞膜的功能思考：思考：1.为什么活细胞不能被染色为什么活细胞不能被染色,而死细胞能被染色而死细胞能被染色?2.据此推测据此推测,细胞膜作为细胞的边界细胞膜作为细胞的边界,应该具有什应该具有什么功能么功能?环节一：细胞膜的功
5、能根据细胞膜的功能，试说出可以通过细胞膜进出人体细胞根据细胞膜的功能，试说出可以通过细胞膜进出人体细胞的物质。的物质。(1)O2、营养物质、营养物质可以进入细胞。可以进入细胞。(2)CO2等代谢废物等代谢废物可以出细胞。可以出细胞。(3)细胞产物细胞产物如激素、消化酶、抗体等可以出细胞。如激素、消化酶、抗体等可以出细胞。(4)某些某些病菌、病毒病菌、病毒等可以入侵人体细胞等可以入侵人体细胞,某些某些有害的物质有害的物质也也可以进入细胞。可以进入细胞。细胞膜有细胞膜有控制物质进出细胞控制物质进出细胞的的功能功能,但控制作用是相对的但控制作用是相对的细胞膜具有的细胞膜具有的控制物质进出细胞控制物质
6、进出细胞的功能有什么意义的功能有什么意义?环节一：细胞膜的功能资料资料3 胰岛胰岛A细胞分泌的胰高血糖素细胞分泌的胰高血糖素,随血液到达全身各随血液到达全身各处处,与靶细胞与靶细胞(肝细胞肝细胞)细胞膜表面的受体结合细胞膜表面的受体结合,将信息传递将信息传递给肝细胞给肝细胞,使肝糖原分解为葡萄糖使肝糖原分解为葡萄糖,从而使血糖浓度升高。从而使血糖浓度升高。环节一：细胞膜的功能思考：思考：1.胰高血糖素为什么能与肝细胞结合胰高血糖素为什么能与肝细胞结合?2.由此分析由此分析,细胞膜具有什么功能细胞膜具有什么功能?信息交流信息交流环节一：细胞膜的功能细胞间信息交流的方式一细胞间信息交流的方式一:物
7、质传递物质传递。激素、神经递质、细胞因子激素、神经递质、细胞因子受体受体细胞膜细胞膜环节一：细胞膜的功能资料资料4 形成受精卵的过程中形成受精卵的过程中,只有同种生物的精子和卵细只有同种生物的精子和卵细胞能够识别和结合。细胞可以识别同种与异种细胞的基础胞能够识别和结合。细胞可以识别同种与异种细胞的基础是细胞膜表面某些生物大分子提供的识别信息。是细胞膜表面某些生物大分子提供的识别信息。环节一：细胞膜的功能细胞间信息交流的方式二细胞间信息交流的方式二:接触传递接触传递。相邻两个细胞的相邻两个细胞的细胞膜接触细胞膜接触,信息从一个细胞传递信息从一个细胞传递给另一个细胞。给另一个细胞。环节一：细胞膜的
8、功能资料资料5 胞间连丝是贯穿细胞壁、沟通相邻细胞的细胞质连线胞间连丝是贯穿细胞壁、沟通相邻细胞的细胞质连线,它由它由相互连接的相邻细胞的细胞膜共同组成的直径为相互连接的相邻细胞的细胞膜共同组成的直径为2040 nm的管状的管状结构构成结构构成,中央是由内质网延伸形成的连丝微管。中央是由内质网延伸形成的连丝微管。胞间连丝形成了物质从一个细胞进入另一个细胞的通道胞间连丝形成了物质从一个细胞进入另一个细胞的通道,在植物细在植物细胞的信息交流中起非常重要的作用。例如胞的信息交流中起非常重要的作用。例如,在分泌旺盛的细胞中在分泌旺盛的细胞中,胞间连丝的数目达胞间连丝的数目达15 个个/m2,而一般细胞
9、中约为而一般细胞中约为1 个个/m2。环节一：细胞膜的功能细胞间信息交流的方式三细胞间信息交流的方式三:通道传递通道传递。相邻两个细胞之间相邻两个细胞之间形成通道形成通道,携带信息的物质通过携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。通道进入另一个细胞。环节一：细胞膜的功能总结：总结：环节二：对细胞膜成分的探索一、对细胞膜成分的探索一、对细胞膜成分的探索1.脂质的推测脂质的推测资料资料1 1895年年,英国生物学家欧文顿用英国生物学家欧文顿用500多种化学物质对多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次的实验植物细胞的通透性进行了上万次的实验,发现细胞膜对不发现细胞膜对不同物质的通透性不一样同物质的
10、通透性不一样:溶于脂质的物质溶于脂质的物质,容易穿过细胞膜容易穿过细胞膜;不溶于脂质的物质不溶于脂质的物质,不容易穿过细胞膜。不容易穿过细胞膜。根据欧文顿的实验结果推测细胞膜的成分。根据欧文顿的实验结果推测细胞膜的成分。对现象的推理分析对现象的推理分析？对膜成分的提取和检测对膜成分的提取和检测？有脂质有脂质对现象的推理分析对现象的推理分析环节二：对细胞膜成分的探索2.脂质成分类型的确定脂质成分类型的确定资料资料2 科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离,然后然后进行化学分析。结果表明进行化学分析。结果表明:组成细胞膜的脂质有磷脂和胆组成细胞膜的脂质有磷脂和
11、胆固醇固醇,其中磷脂含量最多。其中磷脂含量最多。对膜成分的提取和检测对膜成分的提取和检测环节二：对细胞膜成分的探索3.磷脂双分子层的推测磷脂双分子层的推测资料资料3 磷脂的一端为亲水的头磷脂的一端为亲水的头,两个脂肪酸一端为疏水的尾。两个脂肪酸一端为疏水的尾。环节二：对细胞膜成分的探索磷脂分子结构式与脂肪分子有什么异同磷脂分子结构式与脂肪分子有什么异同?环节二：对细胞膜成分的探索根据磷脂分子的特点根据磷脂分子的特点,画出磷脂分子在空气与水的界面上以画出磷脂分子在空气与水的界面上以及在水中的排列方式。及在水中的排列方式。环节二：对细胞膜成分的探索资料资料4 1917年年,美国化学家朗缪尔将磷脂溶
12、于苯中美国化学家朗缪尔将磷脂溶于苯中,并与水混并与水混合合,当苯挥发完以后当苯挥发完以后,磷脂分子在水面上分布散乱磷脂分子在水面上分布散乱,经过推挤经过推挤,磷脂分子排列成了单层磷脂分子排列成了单层,而且其磷酸基团的亲水头部浸入水而且其磷酸基团的亲水头部浸入水中中,疏水端浮于水面。疏水端浮于水面。借鉴朗缪尔的实验借鉴朗缪尔的实验,以小组为单位以小组为单位,设计实验推导细胞膜中设计实验推导细胞膜中磷脂分子的层数。磷脂分子的层数。环节二：对细胞膜成分的探索资料资料5 1925年年,荷兰生物学家戈特和格伦德尔用丙酮从人的荷兰生物学家戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞中提取脂质红细胞中提取脂质,在空气在
13、空气水界面上铺展成单分子层水界面上铺展成单分子层,测得测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。倍。细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。环节二：对细胞膜成分的探索4.蛋白质的推测蛋白质的推测资料资料6 1935年年,英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。他们发现力。他们发现,细胞的表面张力明显低于油细胞的表面张力明显低于油水界面的表面水界面的表面张力。此前人们已经发现了油脂滴表面如果附有蛋白质成张力。此前人们已经发现了油脂滴表面如果附有蛋白质成分则表面张力会降低。分则表面张力会
14、降低。细胞膜除含脂质分子外细胞膜除含脂质分子外,可能还附有蛋白质。可能还附有蛋白质。根据已学知识根据已学知识,如何设计实验验证这个推测成立如何设计实验验证这个推测成立?环节二：对细胞膜成分的探索二、细胞膜的成分二、细胞膜的成分资料资料71.结合对细胞膜成分的探索的相关知识结合对细胞膜成分的探索的相关知识,列举出细胞膜的组成成分。列举出细胞膜的组成成分。2.比较哺乳动物红细胞膜和大肠杆菌细胞膜成分的异同比较哺乳动物红细胞膜和大肠杆菌细胞膜成分的异同,分析哪种分析哪种成分决定了细胞膜功能的复杂程度。成分决定了细胞膜功能的复杂程度。成分蛋白质/%磷脂/%胆固醇/%糖类/%哺乳动物红细胞膜493310
15、8小鼠肝细胞膜444583大肠杆菌细胞膜752500环节二：对细胞膜成分的探索三、拓展应用三、拓展应用资料资料8 如图是由磷脂分子构成的脂质体如图是由磷脂分子构成的脂质体,它可以作为药物的它可以作为药物的运载体运载体,将药物运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中将药物运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中,能在水中结晶的药物被包在双分子层中能在水中结晶的药物被包在双分子层中,脂溶性的药物被包脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。在两层磷脂分子之间。1.为什么两类药物的包裹位置不相同为什么两类药物的包裹位置不相同?2.脂质体到达细胞后脂质体到达细胞后,药物将如何进入细药物将如何进入细胞发挥作用胞发挥作
16、用?环节二：对细胞膜成分的探索课外制作课外制作:利用废旧物品制作磷脂双分子层模型利用废旧物品制作磷脂双分子层模型(局部局部)。核心总结1.细胞膜的功能细胞膜的功能(1)将细胞与外界环境分隔开将细胞与外界环境分隔开(2)控制物质进出细胞控制物质进出细胞(3)进行细胞间信息交流进行细胞间信息交流通过分泌信息分子传递信息通过分泌信息分子传递信息通过细胞接触传递信息通过细胞接触传递信息通过相邻细胞间的通道传递信息通过相邻细胞间的通道传递信息核心总结2.细胞膜的成分细胞膜的成分(1)脂质的推测脂质的推测:欧文顿通过实验发现脂质、脂溶性的物质更容易通欧文顿通过实验发现脂质、脂溶性的物质更容易通过细胞膜过细
17、胞膜,推测细胞膜是由脂质组成的。推测细胞膜是由脂质组成的。(2)通过化学分析得出组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇。通过化学分析得出组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇。(3)脂双层的推测脂双层的推测:戈特和格伦德尔测得单分子层的面积为红细胞表戈特和格伦德尔测得单分子层的面积为红细胞表面积的面积的2倍倍,推测细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。推测细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。(4)蛋白质的推测蛋白质的推测:丹尼利和戴维森研究细胞膜张力丹尼利和戴维森研究细胞膜张力,推测细胞膜除含推测细胞膜除含脂质分子外脂质分子外,可能还附有蛋白质。可能还附有蛋白质。课堂练习1.下列哪一项不是细胞间信息交流
18、的方式下列哪一项不是细胞间信息交流的方式 ()A.细胞分泌的激素通过血液运输将信息传递给靶细胞细胞分泌的激素通过血液运输将信息传递给靶细胞B.精子和卵细胞通过相互接触实现信息的传递精子和卵细胞通过相互接触实现信息的传递C.细胞膜将细胞与外界环境分隔开细胞膜将细胞与外界环境分隔开D.高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接C2.超滤净水器制出来的水既能彻底滤除掉水中的细菌、铁锈、胶体等超滤净水器制出来的水既能彻底滤除掉水中的细菌、铁锈、胶体等有害物质有害物质,又能保留水中原有的微量元素和矿物质又能保留水中原有的微量元素和矿物质,补充我们日常所需。补充我们日常所需。
19、这是试图模拟细胞膜的这是试图模拟细胞膜的 ()A.将细胞与外界环境分隔开的功能将细胞与外界环境分隔开的功能B.控制物质进出细胞的功能控制物质进出细胞的功能C.保护功能保护功能D.进行细胞间信息交流的功能进行细胞间信息交流的功能B课堂练习3.水溶性染色剂水溶性染色剂(PI)能与核酸结合而使细胞核着色能与核酸结合而使细胞核着色,可将其应用于细胞可将其应用于细胞死活的鉴别。细胞浸泡于一定浓度的死活的鉴别。细胞浸泡于一定浓度的PI中中,仅有死亡细胞的细胞核会仅有死亡细胞的细胞核会被染色被染色,活细胞则不着色。但将活细胞则不着色。但将PI注射到活细胞中注射到活细胞中,则细胞核会着色。则细胞核会着色。利用
20、利用PI鉴别细胞的基本原理是鉴别细胞的基本原理是 ()A.死细胞与活细胞的核酸结构不同死细胞与活细胞的核酸结构不同B.死细胞与活细胞的核酸含量不同死细胞与活细胞的核酸含量不同C.活细胞能分解染色剂活细胞能分解染色剂PID.活细胞的细胞膜能阻止活细胞的细胞膜能阻止PI的进入的进入D课堂练习4.现有人的成熟红细胞及相关用具现有人的成熟红细胞及相关用具,请完成下列实验设计并分析相关问题。请完成下列实验设计并分析相关问题。(1)通过有关方法测得多种膜的化学成分，如表所示。通过有关方法测得多种膜的化学成分，如表所示。表中数据显示表中数据显示,细胞膜与细胞器膜的化学物质组成上的共同点是细胞膜与细胞器膜的化
21、学物质组成上的共同点是_;_;主要区别是主要区别是_。都主要由蛋白质和脂质组成都主要由蛋白质和脂质组成细胞器膜蛋白质含量较高、脂质含量较低细胞器膜蛋白质含量较高、脂质含量较低课堂练习(2)科学家在实验中发现科学家在实验中发现:脂溶性物质能够优先通过细胞膜脂溶性物质能够优先通过细胞膜,并且细胞膜会并且细胞膜会被溶解脂质的溶剂溶解被溶解脂质的溶剂溶解,也会被蛋白酶破坏。这些事实说明也会被蛋白酶破坏。这些事实说明,组成细胞膜组成细胞膜的物质中含有的物质中含有_。(3)在组成细胞膜时在组成细胞膜时,磷脂自发形成双分子层磷脂自发形成双分子层,形成这种排列方式的原因是形成这种排列方式的原因是_。(4)科研
22、上鉴别死细胞和活细胞常用科研上鉴别死细胞和活细胞常用“染色排除法染色排除法”。如用台盼蓝染色。如用台盼蓝染色,死的动物细胞会被染成蓝色死的动物细胞会被染成蓝色,而活的动物细胞不着色而活的动物细胞不着色,从而可以判断细胞从而可以判断细胞是否死亡。细胞膜将细胞与是否死亡。细胞膜将细胞与_分开分开,保障了保障了_的的相对稳定。相对稳定。(5)细胞膜除了上述功能外还有细胞膜除了上述功能外还有_和和_的功能。的功能。脂质和蛋白质脂质和蛋白质磷脂分子头部有亲水性、尾部有疏水性磷脂分子头部有亲水性、尾部有疏水性,细胞膜内外侧都是水环境细胞膜内外侧都是水环境外界环境外界环境细胞内部环境细胞内部环境控制物质的进出控制物质的进出课堂练习进行细胞间的信息交流进行细胞间的信息交流谢谢！