第四章 物质跨膜运输的实例尿毒症患者正在接受血液透析血 透 工 作 原 理学习目标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。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。时间时间 人物实验实验 依据结论结论 或假说说 19世纪纪末 欧文顿顿对对植物细细胞进进行通透性 实验实验 ，发现发现 _更容易通过过 细细胞膜膜是由_组组成 的20世纪纪初 对对哺乳动动物红细红细 胞的膜 进进行化学分析膜的主要成分是 _和 _ 1925年荷 兰兰科学家从人的红细红细 胞中提取的脂 质铺质铺 成单单分子层层，其面 积积是红细红细 胞表面积积的 _倍细细胞膜中的脂质质分子必然 排列为为_知识清单一、科学家对生物膜结构的探索历程时间时间 人物实验实验 依据结论结论 或假说说1959年罗罗 伯特森电电子显显微镜镜下看到细细 胞膜清晰的 _三层结层结 构所有的生物膜都由 _ _三层结层结 构构成， 是_的结结构1970年_标记标记 的 小鼠细细胞和人细细胞融 合实验实验细细胞膜具有_1972年桑 格和尼克 森新的观观察和实验证实验证 据提出为为大多数人所接受的 _模型1.对生物膜组分的探索脂质资料1时间：1895年人物：欧文顿（E.Overton）实验：E.Overton的推测：_。不溶于脂质的物质细胞膜细胞膜的通透性实验溶于脂质的物质膜中含脂质资料2：磷脂分子结构B：根据磷脂分子的结构特点，展开你的想像力，尝 试画出磷脂分子在水空气界面中的排布方式？A：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。空气水资料3：E.Gorter 和 F.Grendel 对血影的研究时间：1925年人物：荷兰科学家E.Gorter和F.Grendel实验：用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。结论：_细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层！2. 对生物膜组分的探索蛋白质资料4:科学家在实验中发现：细胞膜不但会被溶解脂质的物 质溶解，也会被蛋白酶(能专一地分解蛋白质的物质)分解。根据实验现象，你对膜化学成分在种类上认识是否还有新的结论? 问题探讨：得出结论：_推测膜中可能还含有蛋白质等3. 对生物膜模型架构的探索脂质和蛋白质的排布方式资料5：电子显微镜是用电子束照射被检样品，由于电子与不同物质发生碰撞而产生不同散射度。因蛋白质电子密度高，故显暗带，磷脂分子电子密度低则呈亮带。超薄切片技术获得的细胞膜照片1959年，罗伯特森(J.D.Robertsen)的“单位膜”模型认为：生物膜是由“蛋白质脂质蛋白质”构成的三层静态统一结构。冰冻蚀刻(冰冻断裂)。标本用干冰等冰冻。后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。资料6蛋白质镶在、嵌入、横跨在磷脂双分子层中。蛋白质在膜中的分布是不对称的实验探究以下列材料及用具，设计实验探究细胞膜上蛋白质分子能否运动。荧光染料:（有红色、绿色等不同颜色，可标记细胞膜表面的蛋白质分子）细 胞: 小鼠细胞、人细胞激 光 器：（激光过度照射可使荧光分子失去发出荧光能力）细胞融合剂：能使两个细胞融合成一个细胞方法一：荧光标记 激光处理绿色荧光 染料标记 的膜蛋白杂交细胞细胞 融合小鼠细胞人细胞 红色荧光 染料标记 的膜蛋白荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合 实验示意图方法二：资料7时间：1970年人物：弗雷和埃迪登( Frye 和 Edidin)实验：荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验示意图小鼠细胞人细胞细胞 融合杂交细胞37 40min红色荧光 染料标记 的膜蛋白绿色荧光 染料标记 的膜蛋白结论：细胞膜具有流动性（蛋白质）资料8：时间：1972年人物：桑格和尼克森(S. J. Singer & G. Nicolson)假说： 流动镶嵌模型生物膜结构模型示意图时间：1972年 人物：桑格和尼克森(S. J. Singer & G. Nicolson) 假说： 流动镶嵌模型生物膜结构模型示意图二、流动镶嵌模型的基本内容1. 膜的基本支架磷脂双分子层。（磷脂分子是可以运动的，具有流动性。）2. 蛋白质分子有的镶、有的嵌入、有的横跨在磷脂双分子层。（体现膜结构内外的不对称性和流动性）3. 膜在结构特性上具有流动性小组讨论问题1：请你谈谈流动镶嵌模型的基本内容是什么?生物膜在结构上有什么样的特点?问题2：在生物膜模型的建立和完善过程中，你受到哪些 启示?问题2：在生物膜模型的建立和完善过程中，你受到哪些启示 ?根据现象和 已有知识提 出假说或模 型用观察和实验对假 说或模型进行检验 、修正和补充 实践 检验建模的基本方法 课后探究1、生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺的呢？细胞膜上除了含有磷脂和蛋白质分子外，还有其它物质吗？请你课后搜索这方面的信息。2、制作细胞膜模型有没有更好的设计方法和更合适的实验材料。希望你课后能尝试一下。概念图小结生物膜结构组成功能特点结构特点结构探究历程流动性蛋白质分子磷脂双分子层选择透过性决定时间时间 和人物历历史事件历历史结论结论19世纪纪末 欧文顿顿多种物质对质对 膜通透性实验实验膜含脂质质20世纪纪初对红细对红细 胞膜化学分析膜中含脂质质和蛋白质质1925年， 两位荷兰兰 科学家红细红细 胞膜的脂质铺质铺 展成单层单层 分 子的面积积是原膜表面积积的两倍脂质质双层层结结构1959年， 罗罗伯特森电镜电镜 下膜呈“暗亮暗”三层层 结结构蛋白质质脂质质蛋白 质质1970年人、鼠细细胞融合实验实验膜具流动动性1972，桑格和 尼克森新的观观察和实验证实验证 据的基础础 上，提出分子结结构模型流动镶动镶 嵌模型列表总结：生物膜结构的探究历程课内反馈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C. 流动镶嵌模型认为细胞膜具有选择性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。2. 特殊结构糖蛋白（1）位置：细胞膜的 表面。（2）组成：21 和 22 结合形成。3. 作用：与细胞表面的 23 有关；在消化道和呼吸道上皮细胞表面的糖蛋白还有 24 和25 作用。答案：溶于脂质的物质 脂质 脂质 蛋白质 2 连续的两层 暗亮暗 蛋白质 脂质 蛋白质 静态 荧光染料 流动性 流动镶嵌 磷脂双分子层 流动 表面 嵌入 贯穿于 外 21 蛋白质 22 糖类 23 识别 24 保护 25 润滑难点互动 难点1 生物膜结构的探索历程特别提示：“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