1、第1節 細胞膜的結構和功能u 教學目標1闡明細胞核的結構和功能。2簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。3嘗試利用廢舊物品制作生物膜模型。4認同細胞膜作為系統的邊界，對于細胞這個生命系統的重要意義。5通過分析科學家建立生物膜模型的過程，闡述科學發現的一般規律。u 教學重難點【教學重點】1細胞膜的功能。2生物膜的流動鑲嵌模型學說的基本內容。【教學難點】1形象地理解細胞膜的功能，體會細胞膜作為細胞這個生命系統的邊界的重要意義。2生物膜的空間立體結構。3對科學探究過程的分析，如何體現生物膜的結構與功能相統一。u 教學過程一、導入新課科學家用顯微注射器將一種叫做伊紅的物質注入變形蟲體內，伊紅很快擴散到整

2、個細胞，卻不能逸出細胞。此實驗說明了什么？ 細胞存在邊界細胞膜。二、講授新課（一）細胞膜的功能細胞膜與細胞的物質交換、細胞識別、分泌、排泄、免疫等功能密切相關。細胞膜的主要功能包括以下三個方面：1將細胞與外界環境分隔開。膜的出現是生命起源過程中至關重要的階段。細胞膜的存在使細胞成為一個相對獨立的系統，為細胞的生命活動提供相對穩定的內環境。推測的原始海洋景觀想象圖2控制物質進出細胞。 注意：細胞膜的控制作用是相對的。 3進行細胞間的信息交流。細胞間信息交流的方式多種多樣。（1）內分泌細胞分泌的激素隨血液到達全身各處，與靶細胞的細胞膜表面的受體結合，將信息傳遞給靶細胞。（2）相鄰兩個細胞的細胞膜接

3、觸，信息從一個細胞傳遞給另一個細胞。例如，精子和卵細胞之間的識別和結合。（3）相鄰兩個細胞之間形成通道，攜帶信息的物質通過通道進入另一個細胞，如植物細胞間通過胞間連絲進行信息交流。細胞膜的這些功能，與它的結構密切相關。拓展：細胞壁在植物細胞膜外還有由細胞分泌的纖維素、果膠等物質構成的細胞壁。對細胞具有機械支持和保護的作用，同時還能防止細胞吸漲而破裂，保持細胞正常形態。舉例：用纖維素酶除掉細胞壁的植物細胞不再保持原來的形態。將這樣的細胞放置在清水中時，它會像紅細胞一樣吸水破裂。（二）對細胞膜結構的探索1對細胞膜成分的探索19世紀末，歐文頓（E. Overton）用500多種化學物質對植物細胞的通

4、透性進行過上萬次的實驗，發現細胞膜對不同物質的通透性是不一樣的：凡可以溶于脂質的物質，比不能溶于脂質的物質更容易通過細胞膜進入細胞。據此推測：膜是由脂質組成的。20世紀初，科學家第一次將細胞膜從哺乳動物紅細胞中分離出來，化學分析表明，組成細胞膜的脂質有磷脂和固醇，并且通過化學分析得知其中磷脂含量最多。磷脂的一端為親水的頭，兩個脂肪酸一端為疏水的尾，多個磷脂分子在水中總是自發地形成雙分子層。1925年，荷蘭科學家戈特等人用丙酮從人的紅細胞中提取磷脂，在“空氣-水”界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍。 得出結論：細胞膜由兩層磷脂分子構成。1935年，英國學者丹尼利（J.

5、 F. Danielli）和戴維森（H. Davson）研究了細胞膜的張力。他們發現細胞的表面張力明顯低于油-水界面的表面張力。由于人們已發現了油脂滴表面如果吸附有蛋白質成分則表面張力會降低，因此丹尼利和戴維森推測細胞膜除含脂質分子外，可能還附有蛋白質。對細胞膜成分的研究發現，細胞膜主要是由脂質和蛋白質組成的。此外，還有少量的糖類。其中脂質約占細胞膜總質量的50%，蛋白質約占40%，糖類占2%10%。2對細胞膜結構的探索1959年，羅伯森特在電鏡下看到了暗-明-暗三層結構，提出了“蛋白質-脂類-蛋白質”的三明治模型。認為質膜由雙層脂類分子及其內外表面附著的蛋白質構成的。三明治模型的主要不足在于

6、：把生物膜的結構描述成靜止的、不變的，這顯然與膜功能的多樣性相矛盾。1970年，科學家將人和鼠的細胞膜用不同熒光抗體標記后，讓兩種細胞融合，雜種細胞一半發紅色熒光、另一半發綠色熒光，放置一段時間后發現兩種熒光抗體均勻分布。這一實驗結果表明：細胞膜具有流動性。質膜的流動性是保證其正常功能的必要條件。例如物質跨膜運輸、細胞信息傳遞、細胞識別、細胞免疫、細胞分化以及激素的作用等等都與膜的流動性密切相關。熒光標記小鼠細胞和人細胞融合實驗，成功地指出細胞膜具有流動性。實際上，一些很簡單的例子也能說明膜具有流動性，例如變形蟲的變形運動、動物細胞吸水膨脹和失水皺縮等。1972年，辛格（S. J.Singer

7、） 和尼科爾森（G. Nicolson） 提出的流動鑲嵌模型為大多數人所接受。思考討論：（1）生物膜的流動鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？請說說你的看法。參考：生物膜的流動鑲嵌模型不可能完美無缺。人類對自然界的認識永無止境，隨著實驗技術的不斷創新和改進，對膜的研究將更加細致入微，對膜結構的進一步認識將能更完善地解釋細胞膜的各種功能，不斷完善和發展流動鑲嵌模型。的確，流動鑲嵌模型是目前人們普遍認同的，但它無法完美地回答生物膜的所有功能。所以后來不斷提出一些新的模型，如Wallach于1975年提出晶格鑲嵌模型；Jain和White于1977年提出板塊鑲嵌模型等。迄今為止，已提出的生物膜結構模型達幾

8、十種之多，生物膜的結構模型雖然有很多種，但被廣泛接受的結構模型基本內容是趨向一致的，其要點和特點基本相同，主要包括膜的分子組成和結構特征。（2）縱觀整個人們對建立生物膜模型的探索過程，你能談談實驗技術的進步起到怎樣的作用？參考：在建立生物膜模型的過程中，實驗技術的進步起到了關鍵性的推動作用。如血影的制取和化學成分的鑒定技術使人們認識膜的化學組成；電子顯微鏡的誕生使人們終于看到了膜的存在；冰凍蝕刻技術和掃描電子顯微鏡技術使人們認識到膜的內外兩側并不對稱；熒光標記小鼠細胞與人細胞的融合實驗又證明了膜的流動性等。沒有這些技術的支持，人類的認識便不能發展。（3）分析生物膜模型的建立過程中，結構與功能相

9、適應是如何得到體現的？ 參考：在建立生物膜模型的過程中，結構與功能相適應的觀點始終引導人們不斷實踐、認識，再實踐、再認識；使人類一步步接近生物膜結構的真相。例如，不同生物膜的功能是有差異的。在生命系統中，一般來說，功能的不同常伴隨著結構的差異，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，這顯然與不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。還有，不同膜的厚度也不完全一樣。由此促進學者們重新研究脂質和蛋白質相互作用的問題。一些學者使用了更加先進的技術，運用紅外光譜等技術證明，膜蛋白主要為球形結構。冰凍蝕刻電鏡技術又證明，脂雙層中分布有蛋白質顆粒，這樣又發展了生物膜模型。生物膜中存在不同種類的蛋白質，

10、以及蛋白質在生物膜中的不同分布情況，恰能較好地解釋不同結構的生物膜具有不同的生理功能。（4）分析生物膜模型的建立過程，你受到什么啟示？參考：科學研究是要在實驗和觀察的基礎上，通過嚴謹的推理和大膽的想象，提出假說，再通過實驗進一步地驗證假說。科學研究依賴于技術的進步，技術進步了，可以得到更多新的實驗數據。科學發現的過程是一個長期的過程，涉及到許多科學家的辛勤工作。科學發現的過程不是一帆風順的，往往是在繼承的基礎上不斷驗證、修正和完善發展的。科學家的觀點并不全是真理，還必須通過實踐驗證；科學學說不是一成不變的，需要不斷完善。（三）流動鑲嵌模型的基本內容1基本內容（1）磷脂雙分子層構成了膜的基本支架

11、，磷脂雙分子層具有流動性。（2）蛋白質分子有的鑲在磷脂雙分子層表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個磷脂雙分子層。（3）大多數蛋白質分子也是可以運動的。（4）在細胞膜的外表有一層糖蛋白，叫糖被。與細胞識別、信息交流有關。2特點（1）鑲嵌性：膜的基本結構是由磷脂雙分子層和鑲嵌蛋白構成的。（2）流動性：膜結構中的蛋白質和脂質分子在膜中可做多種形式的移動。膜整體結構也具有流動性。流動性具有重要生理意義，物質運輸、細胞融合等均與之相關。（3）不對稱性：膜兩側的分子性質和結構不相同。三、課堂反饋1下圖為細胞膜的流動鑲嵌模型示意圖，有關其敘述錯誤的是（ D ）A具有 的一側為細胞膜的外側B 與細胞膜表面的識別有關C是構成細胞膜的基本支架D和不能運動2細胞之間