人教版教学课件人教版必修一分子与细胞第三章细胞的基本结构第2节《生物膜的流动镶嵌模型》.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节 生物膜的流动镶嵌模型,第二节 生物膜的流动镶嵌模型,不溶于脂质的物质,溶于脂质的物质,细胞膜,资料1.欧文顿的实验,外,内,水 乙酸乙酯,花生油,花生油,膜是由脂质构成的。,红细胞的细胞膜,资料2 细胞膜提取分离和成分分析,你需要什么物质来鉴定膜中的成分？,酶,时间：,20,世纪初,实验：科学家发现，细胞膜不但会被溶解脂质的溶剂溶解，还会被,蛋白酶,分解。,红细胞的细胞膜,资料2 细胞膜提取分离和成分分析,膜的主要成分是：,脂质（磷脂）和蛋白质,磷脂的化学结构,磷酸,亲水头部,脂肪酸链,疏水尾部,资料3.朗姆瓦的实验,时间：,1917,年,实验：,朗姆瓦发现磷脂分子在空气与水的界面上,排列,为单层，而且每个磷脂分子的头部浸入水中，尾部浮于水面。,磷脂分子,头,尾,请,构建磷脂分子在水,空气界面中分布的模型,磷脂分子排列为单分子层,磷脂分子在细胞膜上的排列是不是也是单层的呢？,时间：,1925,年,实验：荷兰科学家从人的红细胞膜中提取脂质，在空气水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积约为红细胞表面积的,2,倍,结论：,资料4.荷兰科学家的实验,细胞膜中的脂质（磷脂）分子排列为连续的两层,请,构建细胞膜中磷脂分子的排布模型,时间：,1959,年,实验：,罗伯特森用电镜了观察到了清晰的细胞膜照片，看到了,暗亮暗,的三层结构。,资料5.罗伯特森的实验,生物膜为,蛋白质脂质蛋白质,三层统一的静态结构,1.,膜由蛋白质和脂质构成,2.,呈蛋白质,脂质,蛋白质三层结构,3.,静态的统一结构,罗伯特森,的,“,三明治”结构模型,特别提示：,“,单位膜,”,模型内容：膜主要是由脂质,(,磷脂为主,),和蛋白质组成。磷脂是一种兼性分子，一端是由磷酸构成的极性,“,头部,”,，具有亲水性；另一端是由两条脂肪酸长链构成的非极性,“,尾部,”,，具有疏水性。磷脂分子呈双层排列，疏水性的尾部向内，亲水性的头部向外与蛋白质分子结合，呈蛋白质,脂质,蛋白质三层结构，又称,“,三明治,”,结构模型。如下图所示：,膜中的蛋白质全部覆盖在磷脂分子表面吗？,罗伯特森,的,“,三明治”结构模型,资料6：冰冻蚀刻电子显微法,蛋白质,、,、,在磷脂双分子层中,镶,贯穿,嵌,蛋白质,蛋白质,细胞膜的模型,根据已有的生物知识或生活经验，你能列举哪些证明细胞膜具有流动性的证据。,白细胞吞噬细菌的过程；变形虫的伪足运动现象；受精时细胞的融合过程；动物细胞分裂时细胞膜的缢裂过程；,单位膜模型无法解释的现象,红色荧光染料,标记人细胞表面蛋白质,细胞融合,绿色荧光染料,标记鼠细胞表面蛋白质,37,40min,时间：1970年,得出结论：,细胞膜上的蛋白质具有流动性,实验：,资料7.人鼠细胞融合实验（荧光标记实验）,时间：,1970,年,实验：弗雷和埃迪登,(Frye,和,Edidin,),将人和鼠的细胞膜蛋白分别用红、绿荧光标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种颜色的荧光均匀分布。,资料7.人鼠细胞融合实验（荧光标记实验）,结论：,细胞膜具有流动性,资料8.流动镶嵌模型,时间：1972年,桑格,(,S.J.Singer,),和尼克森,(,G.Nicolson,),提出了新的生物膜模型,流动镶嵌模型,，为多数人所接受。,资料8.流动镶嵌模型,时间：1972年,桑格,(,S.J.Singer,),和尼克森,(,G.Nicolson,),提出了新的生物膜模型,流动镶嵌模型,，为多数人所接受。,流动镶嵌模型的基本内容,:,1,、生物膜的组成：,2,、生物膜的基本,支,架：,3,、蛋白质分子存在形态：,4,、生物膜的结构特点：,主要由蛋白质和脂质组成,磷脂双分子层,（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部,朝向内侧）,有镶在表面、嵌入、贯穿三种，外侧的蛋白质分子与糖类结合形成糖被。,体现了生物膜的,不对称性。,流动性,（磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的）,存在部位,:,作 用,:,糖蛋白,膜的组分,课堂小结,各组分如何排列,各组分运动特点,流动镶嵌模型,讨论：,生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？,讨论：,1.,生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？,2.,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,?,3.,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,？,流动镶嵌模型是目前人们普遍认同的，但它无法完美地回答生物膜的所有功能。所以后来不断提出一些新的模型，如,Wallach,于,1975,年提出,晶格镶嵌,模型；,Jain,和,White,于,1977,年提出,板块镶嵌,模型等。迄今为止，已提出的生物膜结构模型达几十种之多。生物膜的结构模型虽然有很多种，但被广泛接受的结构模型基本内容是趋向一致的，其要点和特点基本相同，主要包括,膜的分子组成和结构特征,。,2003,年度诺贝尔化学奖授予两名研究膜蛋白的美国科学家，这是自,1991,年来诺贝尔奖第三次颁发给与细胞膜蛋白质有关的研究成果,。,科学无止境,皮特,阿格雷,罗德里克,麦金农,1,、,细胞膜的,流动镶嵌模型,与,蛋白质,脂质,蛋白质,三层结构模型的最大的,不同,是,A,、流动镶嵌模型认为细胞膜具有一定的流动性,课堂反馈,D,、蛋白质,脂质,蛋白质三层结构模型认为细胞膜具有透过性,C,、流动镶嵌模型认为细胞膜具有选择性,B,、蛋白质,脂质,蛋白质三层结构模型认为细胞膜具有一定的流动性,2,、,变形虫的任何部位都能伸出伪足，这一生理过程的完成依赖于细胞膜的,A,、保护作用,B,、一定的流动性,C,、全透性,D,、信息交流,3,、,下列物质中最容易通过细胞膜进入细胞的是,A,、葡萄糖,B,、蛋白质,C,、甘油,D,、无机盐离子,谢谢大家！,Thanks！,谢谢,1,知识与技能,(1),简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。,(2),举例说明生物膜具有流动性特点。,(3),尝试利用废旧物制作生物膜模型。,(4),通过分析科学家建立生物膜模型的过程，阐述科学发现的一般规律。,学习目标,2,过程与方法,(1),通过分析科学家建立生物膜模型的过程，尝试提出问题，作出假设。,(2),发挥空间想象力，通过制作模型，构建细胞膜的空间立体结构。,3,情感态度与价值观,(1),生物膜结构的研究是立足于生物膜所具有的功能特点上开展的，树立生物结构与功能相适应的生物学辩证观点。,(2),正确认识科学价值观，理解假说的提出要有实验和观察的依据，需要有严谨的推理和大胆的想象，并通过实验进一步验证。,(3),正确认识技术在科学研究中所起的作用。,一、科学家对生物膜结构的探索历程,时间人物,实验依据,结论或假说,19,世纪末欧文顿,对植物细胞进行通透性实验，发现,_,更容易通过细胞膜,膜是由,_,组成的,20,世纪初,对哺乳动物红细胞的膜进行化学分析,膜的主要成分是,_,和,_,1925,年荷兰科学家,从人的红细胞中提取的脂质铺成单分子层，其面积是红细胞表面积的,_,倍,细胞膜中的脂质分子必然排列为,_,知识清单,时间人物,实验依据,结论或假说,1959,年罗伯特森,电子显微镜下看到细胞膜清晰的,_,三层结构,所有的生物膜都由,_,_,_,三层结构构成，是,_,的结构,1970,年,_,标记的小鼠细胞和人细胞融合实验,细胞膜具有,_,1972,年桑格和尼克森,新的观察和实验证据,提出为大多数人所接受的,_,模型,二、流动镶嵌模型的基本内容,1,基本构成,(1),基本支架：,_,，具有,_,性。,(2),蛋白质分子,分布：有的镶在磷脂双分子层的,_,，有的部分或全部,_,磷脂双分子层中，有的,_,整个磷脂双分子层。,特点：大多数蛋白质分子可以运动。难点,1,生物膜结构的探索历程,难点互动,特别提示：,“,单位膜,”,模型内容：膜主要是由脂质,(,磷脂为主,),和蛋白质组成。磷脂是一种兼性分子，一端是由磷酸构成的极性,“,头部,”,，具有亲水性；另一端是由两条脂肪酸长链构成的非极性,“,尾部,”,，具有疏水性。磷脂分子呈双层排列，疏水性的尾部向内，亲水性的头部向外，与蛋白质分子结合，呈蛋白质,脂质,蛋白质三层结构，又称,“,三明治,”,结构模型。如下图所示：,例,1,19,世纪末，欧文顿发现：凡是可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。这种现象是因为,(,),A,细胞膜以磷脂分子层为基本支架,B,细胞膜上有搬运脂质的载体蛋白,C,细胞膜表面有一层糖蛋白,D,磷脂分子和蛋白质分子大都可以运动,答案：,A,解析：,细胞膜的主要成分之一是磷脂，根据相似相溶原理，可知脂质物质易通过膜。,点拨：,此题是生物知识和化学相关知识的综合。,变式训练,1,以下是组成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子的排列特点，其中描述细胞膜基本支架特征的一项是,(,),A,磷脂分子排布成双分子层,B,膜两侧的分子结构和性质不尽相同,C,蛋白质分子附着和镶嵌于磷脂分子层中,D,蛋白质分子和磷脂分子具有一定的流动性,答案：,A,解析：,细胞膜的组成成分主要是磷脂和蛋白质。磷脂双分子层构成了细胞的基本支架，由它支持着许多蛋白质分子。这些蛋白质分子可以分为两类：一类蛋白质分子排布在磷脂双分子层的外侧，即镶在膜的表层；另一类蛋白质分子，有的部分嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿整个磷脂双分子层。,难点,2,生物膜的流动镶嵌模型,1,生物膜的结构,(1),基本内容,磷脂双分子层构成了膜的基本支架，这个支架不是静止的，是轻油般的流体。,蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层的表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层，大多数蛋白质分子是可以运动的。,(2),模型,模型含义：构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都不是静止的，而是运动的。,模型阐释,细胞膜的不对称性：磷脂双分子层内外两侧蛋白质种类和数量不同；糖类分布在膜的外表面，因此根据糖蛋白的位置可判断细胞膜的内外侧。,2,生物膜的结构特点,具有一定的流动性,(1),探索过程：用红色和绿色荧光染料分别标记人细胞和小鼠细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞融合，在,37,下保温,40min,后，融合细胞上两种荧光点呈均匀分布,(,如图所示,),。,(2),实验结论,这一实验表明细胞膜的蛋白质分子具有运动性，决定了生物膜具有一定的流动性。,(3),生物膜具有流动性特点的生理意义,保证了细胞的物质运输、信息交流、运动、变形、分裂、融合等正常生命活动的进行。,例,2,(2009,哈尔滨,),下图表示细胞膜的亚显微结构模式图，请据图回答：,(1),图中,B_,的性质是由,_,决定的构成细胞膜基本支架的结构是,_,。,(2),与细胞膜的识别功能有关的结构是,_,。,(3),吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了细胞膜具有,_,的特性。,(4),不同细胞的细胞膜的生理功能不同，主要取决于细胞膜上的哪些结构的不同？,_(,填写标号,),。,(5),当血浆中的葡萄糖分子通过细胞膜时，图中,B,的作用是,_,。,答案：,(1),蛋白质遗传物质,D,磷脂双分子层,(2)E,糖蛋白,(3),流动性,(4)B,、,E,(5),载体,解析：,A,代表的是多糖，,E,代表的是具有识别能力的糖蛋白，,C,和,D,分别是指磷脂分子和磷脂双分子层。,变式训练,2,如下图是桑格和尼克森在,1972,年提出的关于生物膜分子结构的流动镶嵌模型，下列相关叙述错误的是,(,),A,图中,a,与细胞识别有关，细胞的识别是信息传递的过程,B,图中,c,分子具有亲水的磷酸头部和疏水的脂肪酸尾部,C,图中,d,的分布状态有两种：镶在表面或贯穿于整个磷脂双分子层,D,b,构成膜的基本支架，具有对称性,答案：,C,解析：,图中,a,为糖蛋白，与细胞的识别有关，,b,为磷脂双分子层，构成膜的基本支架，,c,是磷脂分子，有亲水的头部和疏水的尾部，,d,为蛋白质，在膜上呈不对称分布，有的镶在膜表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。,证明细胞膜具有流动性的实例有哪些,(1),草履虫取食过程中食物泡的形成以及胞肛废渣的排除；,(2),变形虫捕食和运动时伪足的形成；,(3),白细胞吞噬细菌；,(4),胞饮与分泌；,(5),受精时细胞的融合过程；,(6),动物细胞分裂时细胞膜的缢裂过程；,(7),细胞杂交时的细胞融合；,(8),红细胞通过狭窄毛细血管的变形；,知识拓展,(9),精子细胞形成精子的变形；,(10),酵母菌的出芽生殖中长出芽体；,(11),人,鼠细胞的杂交实验；,(12),变形虫的切割实验；,(13),质壁分离和复原实验。,细胞膜的流动性为细胞吸收、分泌、修复、融合、运动、捕食、变形、分裂等提供了物质基础。,例,(2009,长沙市,),实验结果表明，细胞开始融合时，人、鼠细胞的表面抗原,“,泾渭分明,”,，各自只分布于各自的细胞表面；但在融合之后，两种抗原就平均地分布在融合细胞的表面了,(,如下图,),。请分析问答以下问题：,(1),细胞融合的实验表明了组成细胞膜的,_,分子是可以运动的，由此也证明了细胞膜具有,_,的特点。,(2),在细胞融合实验中，一种抗体只能与相应的抗原结合，说明了这类物质在分子结构上具有,_,性。,(3),细胞融合实验若在,20,条件下进行，则两种表面抗原平均分布的时间大大延长，这说明,_,。,答案：,(1),蛋白质流动性,(2),特异,(3),温度较高时，蛋白质分子的运动速度较快,解析：,解答本题要结合文字说明，借助图解，根据问题进行分析作答。,变式训练,(2009,成都,),物质通过细胞膜与膜的流动性有密切关系，为了探究温度对膜的流动性的影响，做了下述实验：分别用红色和绿色荧光剂标记人和鼠细胞膜上的蛋白质，然后让两个细胞在,37,下融合，发现,40min,后，融合细胞膜上的红色和绿色均匀相间分布。有人认为该实验没有完成，请你继续完成探究实验：,_,；请你指出可以从哪两个方面观察实验结果：,(1)_,；,(2)_,。,请预测该实验最可能得出的结论,_,。,答案：,分别在温度低于,37(,如,0),、高于,37(,如,60),的条件下重复上述实验,(1),相同时间之后，观察红色和绿色荧光物质在细胞膜上分布的情况,(2),比较红色和绿色荧光物质在细胞膜上均匀分布时所需时间的长短在一定温度范围内，随着温度的升高，细胞膜的流动会加快加强,1,如图所示为细胞膜的亚显微结构模式图，下列有关叙述错误的是,(,),A,表示细胞膜外表面有些糖分子与膜蛋白结合为糖蛋白,B,和大都是运动的,C,构成细胞膜的基本支架，与物质进出无关,D,细胞膜为细胞的生命活动提供相对稳定的内部环境,随堂练习,答案：,C,解析：,此题主要考查构成细胞膜的结构成分及其相应功能。图中为多糖与蛋白质结合而成的糖蛋白，与细胞识别有关，参与细胞间的信息传递。代表细胞膜中的蛋白质分子，它们可镶嵌在膜的表层或嵌插、贯穿于磷脂双分子层中，大多是运动的。是磷脂双分子层，是构成细胞膜的基本支架，脂溶性物质容易进入细胞与细胞膜的脂质成分,磷脂分子密切相关。细胞膜使每个细胞与周围环境隔离开，维持着相对稳定的内部环境，保证了细胞内各项生命活动的顺利进行。,2,下列有关细胞膜的流动镶嵌模型正确的是,(,),A,蛋白质覆盖在磷脂分子表面,B,细胞膜中磷脂和大多数蛋白质都具有流动性,C,细胞膜两侧的分子性质和结构相同,D,磷脂分子的疏水端朝向两侧，亲水端朝向内侧,答案：,B,解析：,在细胞膜的流动镶嵌模型中，磷脂分子和蛋白质是构成膜结构的主要成分，磷脂双分子层构成膜的基本支架，其中磷脂分子的亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧。蛋白质或分布在膜表面，或部分或全部镶嵌在磷脂双分子层中，其中外侧的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白与细胞识别、细胞间信息交流等有密切联系，因此细胞膜两侧的分子性质和结构并不相同。构成膜结构的磷脂分子和蛋白质并不是静止的，而是在膜中可做多种形式的移动。,3,生物膜上的蛋白质通常与多糖结合成糖蛋白。在细胞的生命活动中，糖蛋白在细胞的识别以及细胞内外的信息传导中有重要的功能。下列生物结构中，糖蛋白含量可能最多的是,(,),A,类囊体的膜,B,线粒体的膜,C,细胞膜,D,内质网膜,答案：,C,解析：,细胞之间的识别是依靠细胞膜表面的糖蛋白来实现的。,4,关于细胞膜的组成、结构、功能之间的关系，逻辑顺序正确的是,(,),膜主要由磷脂和蛋白质分子组成膜具有流动性膜具有选择透过性膜内蛋白质和磷脂分子大都是运动的主动运输得以正常进行,A,B,C,D,答案：,C,解析：,细胞膜主要由蛋白质和磷脂组成；细胞膜具有流动性，是因为组成膜的蛋白质分子和磷脂分子在运动；细胞膜具有选择透过性，使主动运输得以正常进行。,5,仔细阅读下列信息，并回答问题：,有人在研究未受精的卵细胞膜透过性时，发现脂溶性物质很容易通过细胞膜，而不溶于脂质的物质则很难通过。,细胞膜的化学成分中一定有某种物质，有利于脂质物质的通过。,1925,年,E,Gorter,和,F,Grendel,用有机溶剂将人成熟红细胞细胞膜中的这种物质提取出来，并将它在空气,水界面上平铺成单分子层时，这个分子层的面积相当于原来细胞表面积的两倍。,(1),根据上述信息可以得出的结论是,_,。,答案：,(1),细胞膜中含有脂质物质，且它在膜中呈双层排列,(2),构成细胞膜的基本支架,(3),蛋白质；利用蒸馏水使人成熟红细胞破裂，然后通过离心等方法提取出较纯的细胞膜，再用双缩脲试剂检验，发现溶液颜色由蓝色转为紫色,(4),细胞膜、内质网膜、高尔基体膜、细胞核膜等生物膜,时间,科学家或实验名称,实验内容,假说或结论,欧文顿,两位荷兰科学家,罗伯特森,19,世纪末,1925,年,1959,年,1970,年,1972,年,荧光染料标记实验,桑格和尼克森,20,世纪初,对生物膜结构的探索历程,2,、根据这些科学家的实验及结论，请你逐步构建细胞膜的模型。,（,在草稿纸上画出平面或立体模型，或利用你手中的材料进行构建）,思考：,细胞膜的组成成分？磷脂分子在空气,-,水界面上的分布？,磷脂分子在细胞膜上的分布？（,细胞膜内外都是液体有水的环境,？,）,蛋白质分子在细胞膜上的分布？,3,、总结流动镶嵌模型的基本内容。,1,、填写表格,磷脂分子的运动,利用生活中的废旧物品，尝试制作立体的生物膜结构模型。,作业：动手制作,