生物膜的流动镶嵌模型省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第2节节生物膜流动镶嵌模型生物膜流动镶嵌模型陕西省商洛中学刘小刚生物组第1页学习目标学习目标 1.1.简述简述生物膜生物膜流动镶嵌模型流动镶嵌模型基本内容基本内容 2.2.举例说明举例说明生物膜含有生物膜含有流动性流动性特点特点 3.3.探讨探讨在建立生物膜模型过程中，试验在建立生物膜模型过程中，试验技技术进步术进步所起所起作用作用。第2页提出时间和学者：提出时间和学者：1.1.生物膜组成成份：生物膜组成成份：2.2.基本支架：基本支架：3.3.蛋白质分布：蛋白质分布：？4.4.结构特点：结构特点：5.5.功效特点：功效特点：6.6.糖蛋白：糖蛋白：分布；分布；功效功效7.7.糖脂？糖脂？第3页1、生物膜中脂质和蛋白质分布：2、细胞膜中糖分布：3、细胞膜结构特点：；功效特点：。蛋白质分子：蛋白质分子：有有镶嵌在镶嵌在磷脂双分子层磷脂双分子层表面表面，有有部分或全部嵌入部分或全部嵌入磷脂双分子层中，磷脂双分子层中，有有贯通贯通整个磷脂双分子层。整个磷脂双分子层。（表达了膜结构内外（表达了膜结构内外不对称性不对称性）细胞膜外表，有一层由细胞膜上蛋白质与糖类结合形成细胞膜外表，有一层由细胞膜上蛋白质与糖类结合形成糖蛋白糖蛋白，叫做，叫做糖被糖被。功效：功效：保护和润滑保护和润滑作用（消化道、呼吸道上皮细胞）作用（消化道、呼吸道上皮细胞）细胞识别细胞识别、胞间信息交流作用胞间信息交流作用含有一定流动性含有一定流动性选择透过性选择透过性基本支架基本支架-磷脂双分子层磷脂双分子层19721972年，桑格和尼克森年，桑格和尼克森第4页思索：1.1.细胞膜细胞膜组成成份组成成份是什么？是什么？2.2.欧文顿欧文顿推论推论是否正确？有没有其它组分？是否正确？有没有其它组分？3.3.脂质脂质和和蛋白质蛋白质是是怎样组成细胞膜怎样组成细胞膜？(1)(1)(1)(1)磷脂分子磷脂分子磷脂分子磷脂分子在细胞膜上分布？在细胞膜上分布？在细胞膜上分布？在细胞膜上分布？磷脂分子在空气磷脂分子在空气磷脂分子在空气磷脂分子在空气-水界面上怎样分布？水界面上怎样分布？水界面上怎样分布？水界面上怎样分布？提醒：提醒：提醒：提醒：细胞膜内外都是液体有细胞膜内外都是液体有细胞膜内外都是液体有细胞膜内外都是液体有水环境水环境水环境水环境 (2)(2)(2)(2)蛋白质分子蛋白质分子蛋白质分子蛋白质分子位于脂双层什么位置？位于脂双层什么位置？位于脂双层什么位置？位于脂双层什么位置？4.4.生物膜真是生物膜真是静态静态吗？有什么吗？有什么证据证据能够证实细能够证实细胞膜中物质是胞膜中物质是不停运动不停运动？5.5.流动镶嵌模型流动镶嵌模型基本内容基本内容是什么？是什么？第5页时间时间时间时间科学家或试验名称试验内容假说或结论假说或结论假说或结论假说或结论欧文顿欧文顿欧文顿欧文顿两位荷兰科学家两位荷兰科学家两位荷兰科学家两位荷兰科学家罗伯特森罗伯特森罗伯特森罗伯特森19191919世纪末世纪末世纪末世纪末1925192519251925年年年年1959195919591959年年年年1970197019701970年年年年1972197219721972年年年年荧光染料标识试验荧光染料标识试验荧光染料标识试验荧光染料标识试验桑格和尼克森桑格和尼克森桑格和尼克森桑格和尼克森20202020世纪初世纪初世纪初世纪初对生物膜结构探索历程对生物膜结构探索历程总结流动镶嵌模型基本内容总结流动镶嵌模型基本内容填写表格填写表格第6页生物膜：功效？结构？组成成份？结构与功效相适应，结构决定功效第7页 1.1.细胞膜细胞膜组成成份组成成份是什么？是什么？第8页 从生理功效入手科学探究19世纪末，欧文顿（E.Overton）在研究植物细胞通透性试验不溶于脂质物质溶于脂质物质细胞膜从试验现象能推测出什么结论呢？思索与讨论思索与讨论:最初认识到生物膜是由脂质组成，是经过对试验现象推理分析还是经过膜成份提取和判定？在推理分析得出结论后，还有必要对膜成份进行提取、分离和判定吗？膜是由脂质组成最初依据试验现象和相关知识，经过严谨推理和大胆想像，提出构想，是一个常见科学方法。假说还需要经过试验观察直接证实。提出假说第9页2.2.欧文顿欧文顿推论推论是否正确？有没有其它组分？是否正确？有没有其它组分？第10页时间：20世纪初试验：科学家对哺乳动物成熟红细胞膜进行了化学成份分析化学分析表明：化学分析表明：红细胞细胞膜红细胞细胞膜膜主要成份是膜主要成份是脂质和蛋白质脂质和蛋白质第11页3.3.脂质脂质和和蛋白质蛋白质是是怎样组成细胞膜怎样组成细胞膜？(1)(1)(1)(1)磷脂分子磷脂分子磷脂分子磷脂分子在细胞膜上分布？在细胞膜上分布？在细胞膜上分布？在细胞膜上分布？磷脂分子在空气磷脂分子在空气磷脂分子在空气磷脂分子在空气-水界面上怎样分布？水界面上怎样分布？水界面上怎样分布？水界面上怎样分布？提醒：提醒：提醒：提醒：细胞膜内外都是液体有细胞膜内外都是液体有细胞膜内外都是液体有细胞膜内外都是液体有水环境水环境水环境水环境 (2)(2)(2)(2)蛋白质分子蛋白质分子蛋白质分子蛋白质分子位于脂双层什么位置？位于脂双层什么位置？位于脂双层什么位置？位于脂双层什么位置？第12页时间：时间：19251925年年人物：人物：荷兰科学家荷兰科学家戈特戈特E.GorterE.Gorter和格伦德和格伦德F.GrendelF.Grendel试验：用有机溶剂试验：用有机溶剂丙酮丙酮（能够溶解脂质）从（能够溶解脂质）从人红细胞膜人红细胞膜中提取脂质，在中提取脂质，在空气水界面空气水界面上上铺展成铺展成单分子层单分子层，测得单分子层面积，测得单分子层面积恰为恰为红红细胞表面积细胞表面积2 2倍（倍（S=2SS=2S0 0)结论：结论：细胞膜中脂质分子细胞膜中脂质分子必定必定排列为连续排列为连续双分子层双分子层第13页(1)(1)磷脂分子磷脂分子在细胞膜上分布？在细胞膜上分布？磷脂分子在空气磷脂分子在空气-水界面上怎样分布？水界面上怎样分布？提醒：提醒：细胞膜内外都是液体有细胞膜内外都是液体有水环境水环境第14页B B：依据磷脂分子结构特点，展开你：依据磷脂分子结构特点，展开你想像力，尝试构建磷脂分子在想像力，尝试构建磷脂分子在水水空气界面中空气界面中模型模型A A：磷脂是一个由甘油、脂肪酸和：磷脂是一个由甘油、脂肪酸和磷酸所组成分子磷酸所组成分子 ，磷磷 酸：酸：“头头”部是部是亲亲水水脂肪酸：脂肪酸：“尾尾”部是部是疏疏水水磷脂分子磷脂分子第15页磷脂分子特点：磷脂分子特点：“头头”部具亲水性，部具亲水性，“尾尾”部具疏水性部具疏水性磷脂分子排列为单分子层磷脂分子排列为单分子层第16页连连续续两两层层排排列列第17页水水空气界面空气界面第18页(2)(2)蛋白质分子蛋白质分子位于脂双层什么位置？位于脂双层什么位置？第19页时间：时间：19591959年年试验：罗伯特森用电镜了观察到试验：罗伯特森用电镜了观察到了清楚细胞膜照片，看到了了清楚细胞膜照片，看到了暗暗亮暗亮暗三层结构。三层结构。结论：结论：注：蛋白质电子密度高显黑色发暗，磷注：蛋白质电子密度高显黑色发暗，磷脂分子电子密度低发亮脂分子电子密度低发亮。生物膜为生物膜为蛋白质脂质蛋白蛋白质脂质蛋白质质三层统一静态结构三层统一静态结构第20页透射电子显微镜（REM）1959年，罗伯特森（J.D.Robertson）用超薄切片技术取得了清楚细胞膜电镜下照片，显示暗-明-暗三层结构。单位膜模型蛋白质电子密度高，在电镜下显暗色；磷脂分子电子密度低，显亮色。蛋白质蛋白质脂质单位膜模型第21页单位膜模型单位膜模型罗伯特森观点：罗伯特森观点：蛋白质分子都蛋白质分子都镶在镶在磷脂双分子层两侧，全部膜厚度相同磷脂双分子层两侧，全部膜厚度相同 蛋白质分子和磷脂分子都是蛋白质分子和磷脂分子都是静止静止不动不动第22页变形虫变形运动变形虫在吞噬草履虫变形虫在吞噬草履虫第23页举例说明举例说明生物膜含有生物膜含有流动性流动性 A A、白细胞吞噬、白细胞吞噬细菌、细菌、变形虫变形虫捕食、捕食、草履虫草履虫取食取食过程中食物泡形成过程中食物泡形成、分泌蛋白分泌分泌蛋白分泌过程）过程）B B、细胞融合、细胞融合（受精时细胞融合过程、细胞杂交（受精时细胞融合过程、细胞杂交时细胞融合、人鼠细胞杂交试验）时细胞融合、人鼠细胞杂交试验）C C、变形运动、变形运动（红细胞经过狭窄毛细血管变形、（红细胞经过狭窄毛细血管变形、精子细胞形成精子变形、精子细胞形成精子变形、质壁分离和复原质壁分离和复原试验、试验、变变形虫运动形虫运动时伪足形成）时伪足形成）D D、细胞生长分裂、细胞生长分裂（动物细胞分裂时细胞膜缢裂（动物细胞分裂时细胞膜缢裂过程、酵母菌过程、酵母菌出芽生殖出芽生殖中长出芽体）中长出芽体）生物膜真是生物膜真是静态静态吗？吗？第24页4.4.生物膜真是生物膜真是静态静态吗？吗？有什么有什么证据证据能够证实细胞膜中能够证实细胞膜中 物物质是质是不停运动不停运动？蛋白质分子蛋白质分子到底到底是怎么分布？是怎么分布？质疑？质疑？第25页冰冻蚀刻电镜技术冰冻蚀刻电镜技术观察蛋白质分布模型观察蛋白质分布模型 标本用干冰（液氮）冰冻后用冷刀断开，升温后暴露断裂面标本用干冰（液氮）冰冻后用冷刀断开，升温后暴露断裂面蛋白质蛋白质 、在磷脂双分子层中在磷脂双分子层中镶在镶在表面表面贯通其中部分或全部部分或全部嵌入嵌入小鼠肝细胞膜小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻冰冻蚀刻电镜照片电镜照片第26页蛋白质蛋白质蛋白质三种存在形式构建蛋白质分子在磷脂双分蛋白质三种存在形式构建蛋白质分子在磷脂双分子层中排布模型子层中排布模型第27页 时间：时间：19701970年年 试验：弗雷和埃迪登试验：弗雷和埃迪登(Frye(Frye 和和 Edidin)Edidin)将人和鼠细胞膜将人和鼠细胞膜蛋白分别用红、绿荧光标识后，让两种细胞融合，杂交细胞蛋白分别用红、绿荧光标识后，让两种细胞融合，杂交细胞二分之一发红色荧光、另二分之一发绿色荧光，放置一段时二分之一发红色荧光、另二分之一发绿色荧光，放置一段时间后发觉两种颜色荧光均匀分布。间后发觉两种颜色荧光均匀分布。结论：结论：细胞膜含有流动性细胞膜含有流动性第28页磷脂分子运动磷脂分子运动第29页 依据新观察和试验证据依据新观察和试验证据 19721972年年桑格桑格和和尼克森尼克森提出提出了了新生物膜结构模型新生物膜结构模型 流动镶嵌模型流动镶嵌模型第30页1、生物膜中脂质和蛋白质分布：2、细胞膜中糖分布：3、细胞膜结构特点：；功效特点：。蛋白质分子：蛋白质分子：有有镶嵌在镶嵌在磷脂双分子层磷脂双分子层表面表面，有有部分或全部嵌入部分或全部嵌入磷脂双分子层中，磷脂双分子层中，有有贯通贯通整个磷脂双分子层。整个磷脂双分子层。（表达了膜结构内外（表达了膜结构内外不对称性不对称性）细胞膜外表，有一层由细胞膜上蛋白质与糖类结合形成细胞膜外表，有一层由细胞膜上蛋白质与糖类结合形成糖蛋白糖蛋白，叫做，叫做糖被糖被。功效：功效：保护和润滑保护和润滑作用（消化道、呼吸道上皮细胞）作用（消化道、呼吸道上皮细胞）细胞识别细胞识别、胞间信息交流作用胞间信息交流作用含有一定流动性含有一定流动性选择透过性选择透过性基本支架基本支架-磷脂双分子层磷脂双分子层第31页 流动镶嵌模型流动镶嵌模型是当前人们普遍认同，是当前人们普遍认同，但它无法完美地回答生物膜全部功效。所以但它无法完美地回答生物膜全部功效。所以以后不停提出一些新模型，以后不停提出一些新模型，比如比如WallachWallach于于19751975年提出年提出晶格镶嵌晶格镶嵌模型；模型；JainJain和和WhiteWhite于于19771977年提出年提出板块镶嵌板块镶嵌模型等。模型等。迄今为止，已提出生物膜结构模型达迄今为止，已提出生物膜结构模型达几几十种之多十种之多。生物膜结构模型即使有很各种，但被广生物膜结构模型即使有很各种，但被广泛接收结构模型基本内容是趋向一致，其关泛接收结构模型基本内容是趋向一致，其关键点和特点基本相同，主要包含键点和特点基本相同，主要包含膜分子组成膜分子组成和结构特征和结构特征。第32页诺贝尔化学奖授予两名研究膜蛋白美国科学家，这是自1991年来诺贝尔奖第三次颁发给与细胞膜蛋白质相关研究结果。皮特皮特阿格雷阿格雷罗德里克罗德里克麦金农麦金农第33页1 1、细胞膜细胞膜流动镶嵌模型流动镶嵌模型与与蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质三三层结构模型最大层结构模型最大不一样不一样是是A A、流动镶嵌模型认为细胞膜含有一定流动性、流动镶嵌模型认为细胞膜含有一定流动性课堂反馈课堂反馈D D、蛋白质、蛋白质脂质脂质蛋白质三层结构模型认为细蛋白质三层结构模型认为细胞膜含有透过性胞膜含有透过性C C、流动镶嵌模型认为细胞膜含有选择性、流动镶嵌模型认为细胞膜含有选择性B B、蛋白质、蛋白质脂质脂质蛋白质三层结构模型认为细蛋白质三层结构模型认为细胞膜含有一定流动性胞膜含有一定流动性第34页2 2、变形虫任何部位都能伸出伪足，这一生变形虫任何部位都能伸出伪足，这一生理过程完成依赖于细胞膜理过程完成依赖于细胞膜A A、保护作用、保护作用 B B、一定流动性一定流动性C C、全透性、全透性 D D、信息交流、信息交流3 3、以下物质中最轻易经过细胞膜进入细以下物质中最轻易经过细胞膜进入细胞是胞是A A、葡萄糖、葡萄糖 B B、蛋白质、蛋白质 C C、甘油、甘油 D D、无机盐离子、无机盐离子第35页小结：生物膜生物膜功效特点功效特点结构特点结构特点流动性流动性选择透过性选择透过性结构组成结构组成结构探究历程结构探究历程磷脂双分子层磷脂双分子层蛋白质蛋白质决定决定第36页第37页