4 -2 4 -2 生物膜的流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型长城长城海关海关（打一细胞结构名称）（打一细胞结构名称）外交部外交部猜一猜猜一猜将细胞与外界环境分开将细胞与外界环境分开控制物质进出细胞控制物质进出细胞进行细胞间的信息交流进行细胞间的信息交流一、对生物膜结构的探索历程一、对生物膜结构的探索历程问题问题1 1细胞膜由哪些成分组成的呢？细胞膜由哪些成分组成的呢？细胞膜细胞膜E.OvertonE.Overton的假说：的假说： 膜是由膜是由脂质脂质组成的。组成的。非脂溶性物质非脂溶性物质脂溶性物质脂溶性物质一、对生物膜结构的探索历程一、对生物膜结构的探索历程资料资料1 1时间：时间：1895年年 人物：人物：欧文顿（欧文顿（E.Overton）：实验实验提出假说提出假说膜的成分的初步阐明，最初是先根据实膜的成分的初步阐明，最初是先根据实验现象提出假说，而不是通过实验现象验现象提出假说，而不是通过实验现象直接证实的。直接证实的。假说的提出要有实验和观察的依据，同假说的提出要有实验和观察的依据，同时还需要严谨的推理和大胆的想像。时还需要严谨的推理和大胆的想像。假说需要通过观察和实验进一步验证和假说需要通过观察和实验进一步验证和完善。完善。实验和观察、实验和观察、推理和想像推理和想像 提出假说提出假说 观察和实验观察和实验（验证和完善假说）（验证和完善假说）科学方法科学方法活动主题一：活动主题一： 利用上述知识，推理和想象，提出许多磷脂利用上述知识，推理和想象，提出许多磷脂分子在分子在空气和水界面上空气和水界面上单分子排布的假说，并单分子排布的假说，并用画图来表达。用画图来表达。磷脂是一种由甘油、磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成脂肪酸和磷酸所组成的分子的分子 ， 磷酸磷酸 “头头” 部是部是亲水亲水的，脂肪的，脂肪酸酸“尾尾”部是部是疏水疏水的。的。资料资料2 2：朗缪尔朗缪尔(I Langmuir)磷脂分子结构磷脂分子结构磷脂分子磷脂分子水水磷脂分子在空气磷脂分子在空气水界面上铺展成单分子层水界面上铺展成单分子层空气空气磷脂是一种由甘油、脂肪酸磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子和磷酸所组成的分子 ， 磷磷酸酸 “头头” 部是部是亲水亲水的，脂的，脂肪酸肪酸“尾尾”部是部是疏水疏水的。的。资料资料2 2：朗缪尔朗缪尔(I Langmuir)磷脂分子结构磷脂分子结构磷脂分子磷脂分子膜外（水）膜外（水）膜内膜内( (水）水）膜外（水）膜外（水）膜内膜内( (水）水） 根据磷脂分子的根据磷脂分子的特点结合人体组织特点结合人体组织细胞内、外环境细胞内、外环境, ,大胆猜想并大胆猜想并构建构建细胞细胞膜中磷脂分子的排列模型。膜中磷脂分子的排列模型。活动主题二：活动主题二：水水水水猜想的模型是：猜想的模型是：设计实验以证实假说设计实验以证实假说提出假说：磷脂分子排列为双分子层提出假说：磷脂分子排列为双分子层 资料资料3、1925年年荷兰科学家荷兰科学家实验实验用丙酮从用丙酮从红细胞红细胞中提取脂质，在空中提取脂质，在空气气水界面上铺展成单分子层，测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得单分子层的面积恰为红细胞表面积的积的2 2倍。倍。结论：结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层！细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层！E.Gorter和和F.Grendel资料资料4 4 科学家在实验中发现：细胞膜不但会被溶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，也会被解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶蛋白酶( (能专一地能专一地分解蛋白质的物质分解蛋白质的物质) )分解。分解。 根据实验现象根据实验现象, ,你对膜化学成分在种类上你对膜化学成分在种类上认识是否还有新的结论认识是否还有新的结论? ? 问题探讨问题探讨：得出结论：得出结论： 推测膜中可能还含有蛋白质等推测膜中可能还含有蛋白质等2 2、对生物膜、对生物膜组分组分的探索的探索蛋白质蛋白质 20世纪初，科学家第一次将细胞膜从哺乳动物红细胞中分离出来，应用化学手段分析表明： 膜的主要成分是膜的主要成分是脂质和蛋白质脂质和蛋白质 组成膜的脂质中组成膜的脂质中磷脂磷脂含量最多含量最多问题问题2 2 脂质和蛋白质是怎样有机结脂质和蛋白质是怎样有机结合构成膜的呢？合构成膜的呢？资料资料5 5：超薄切片技术获得的细胞膜照片超薄切片技术获得的细胞膜照片3 3、对生物膜、对生物膜模型架构模型架构的探索的探索脂质和蛋白质的脂质和蛋白质的排布排布方式方式两层暗两层暗一层亮一层亮 19591959年，罗伯特森（年，罗伯特森（J.D.RobertsenJ.D.Robertsen）的）的“单单位膜位膜”模型认为：生物膜是由模型认为：生物膜是由“蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质”构成的三层构成的三层静态统一静态统一结构。结构。 （三明（三明治模型）。治模型）。 1 1959959年，年， 罗伯特森（罗伯特森（J.D.RobertsenJ.D.Robertsen）在）在电镜下看到细胞膜清晰的暗电镜下看到细胞膜清晰的暗亮亮暗的三层暗的三层结构。结构。三三明明治治模模型型这种模型特点：这种模型特点：蛋白质分子都蛋白质分子都覆盖覆盖在磷脂双分子层的两侧在磷脂双分子层的两侧构成细胞膜的蛋白质分子和磷脂分子都是构成细胞膜的蛋白质分子和磷脂分子都是静止静止不动的不动的问题3 静态静态“蛋白质蛋白质-脂质脂质-蛋白质蛋白质”三三层结构是否能体现膜的功能层结构是否能体现膜的功能?变形虫的变形运动变形虫的变形运动变形虫在吞噬草履虫变形虫在吞噬草履虫2020世纪世纪6060年代年代将标本用干冰（或液氮）冰冻后断开，升温后将标本用干冰（或液氮）冰冻后断开，升温后暴露断裂面暴露断裂面, ,在在电镜下观察到的电镜下观察到的蛋白质蛋白质分布模型分布模型如下：如下：资料资料6、冰冻蚀刻电子显微法、冰冻蚀刻电子显微法 活动主题三：利用以上材料，提出蛋白质在脂质活动主题三：利用以上材料，提出蛋白质在脂质双分子层中的排布假说，并用画图来表达。双分子层中的排布假说，并用画图来表达。部分嵌入的部分嵌入的蛋白质蛋白质贯穿的蛋白质贯穿的蛋白质镶在表面的蛋镶在表面的蛋白质白质全部嵌入全部嵌入的蛋白质的蛋白质 资料资料7 7荧光标记的小鼠细胞和人荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验细胞融合实验示意图示意图时间：时间：19701970年年人物：人物：弗雷和埃迪登弗雷和埃迪登( Frye ( Frye 和和 Edidin )Edidin )实验：实验：人细胞人细胞小鼠细胞小鼠细胞细胞细胞融合融合杂交细胞杂交细胞3740min红色荧光红色荧光染料标记染料标记的膜蛋白的膜蛋白绿色荧光绿色荧光染料标记染料标记的膜蛋白的膜蛋白用荧光染料标记某种物质，利用其荧光特性，来反应研究对象的相关信息。荧光标记荧光标记技术技术实验证明实验证明： 分子可以流动。分子可以流动。表明：表明：细胞膜具有细胞膜具有 。蛋白质蛋白质流动性流动性时间：时间：19721972年年人物：人物：桑格和尼克森（桑格和尼克森（S. J. Singer & G. Nicolson S. J. Singer & G. Nicolson ）假说：假说： 流动镶嵌模型流动镶嵌模型资料资料8 8生物膜结构模型示意图生物膜结构模型示意图二、流动镶嵌模型的基本内容:1 1 1 1、生物膜的组成：、生物膜的组成：、生物膜的组成：、生物膜的组成：2 2 2 2、生物膜的基本支、生物膜的基本支、生物膜的基本支、生物膜的基本支架：架：架：架：3 3 3 3、蛋白质分子存在形态：、蛋白质分子存在形态：、蛋白质分子存在形态：、蛋白质分子存在形态：主要由蛋白质和脂质组成主要由蛋白质和脂质组成主要由蛋白质和脂质组成主要由蛋白质和脂质组成磷脂双分子层磷脂双分子层磷脂双分子层磷脂双分子层（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部 朝向内侧）朝向内侧）朝向内侧）朝向内侧）有镶在表面、嵌入、贯穿三种有镶在表面、嵌入、贯穿三种, ,体现了生物膜的体现了生物膜的不对不对称性。称性。二、流动镶嵌模型的基本内容:3 3 3 3、蛋白质分子存在形态：、蛋白质分子存在形态：、蛋白质分子存在形态：、蛋白质分子存在形态：外侧的蛋白质分子有的与糖类结合形成外侧的蛋白质分子有的与糖类结合形成糖被糖被。（糖被与（糖被与细胞识别细胞识别、细胞间信息交流细胞间信息交流等有密切联等有密切联系，系，在消化道和呼吸道上皮细胞表面的糖蛋白还在消化道和呼吸道上皮细胞表面的糖蛋白还有有保护和润滑保护和润滑作用。）作用。）细胞膜表面还有糖类和脂质分子结合成的细胞膜表面还有糖类和脂质分子结合成的糖脂糖脂二、流动镶嵌模型的基本内容:4 4、生物膜的结构特点：、生物膜的结构特点：一定的流动性一定的流动性（磷脂分子和大多数蛋白（磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的）质分子都是运动的）问题问题4 4生物膜流动镶嵌模型是不是完美生物膜流动镶嵌模型是不是完美无缺的？无缺的？资料资料9： Wallach于于1975年提出年提出晶晶格镶嵌格镶嵌模型；模型；Jain和和White于于1977年提出年提出板块镶嵌板块镶嵌模型等。迄今为止，模型等。迄今为止，已提出的生物膜结构模型达几十种已提出的生物膜结构模型达几十种之多。之多。资料资料10： 20032003年度诺贝尔化学奖授予两名研年度诺贝尔化学奖授予两名研究膜蛋白的美国科学家，这是自究膜蛋白的美国科学家，这是自19911991年来诺贝年来诺贝尔奖第三次颁发给与细胞膜蛋白质有关的研究尔奖第三次颁发给与细胞膜蛋白质有关的研究成果成果 。 皮特皮特阿格雷阿格雷罗德里克罗德里克麦金农麦金农1 1、科学家探索生物膜结构模型的过程中，强调、科学家探索生物膜结构模型的过程中，强调的科学方法是什么？的科学方法是什么？实验和观察、实验和观察、推理和想像推理和想像 提出假说提出假说 观察和实验观察和实验（进一步修正假说）（进一步修正假说） 不断发展、不断发展、完善完善小组讨论：小组讨论： 在生物膜模型的建立和完善过程中，在生物膜模型的建立和完善过程中，你受到哪些启示你受到哪些启示? ?3 3、在建立生物膜模型的过程中，结构与功能、在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点是如何得到体现的？相适应的观点是如何得到体现的？2 2、在建立生物膜模型的探索过程中，实验、在建立生物膜模型的探索过程中，实验技术的进步起到怎样的作用技术的进步起到怎样的作用? ?实验技术的进步起到了关键性的推动作用实验技术的进步起到了关键性的推动作用 结构与功能相适应的观点结构与功能相适应的观点始终引导人们不断始终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识；使人类一步实践、认识，再实践、再认识；使人类一步步接近生物膜结构的真相。步接近生物膜结构的真相。 概念图小结概念图小结生物膜生物膜结构特点结构特点功能特点功能特点结构组成结构组成结构探究历程结构探究历程决定决定 一定的流动一定的流动性性选择透过性选择透过性磷脂双分子层磷脂双分子层蛋白质分子蛋白质分子 课堂反馈课堂反馈 实验表明，脂质或脂溶性物质比较容易通实验表明，脂质或脂溶性物质比较容易通过细胞膜，而其他物质要透过细胞膜则比较困过细胞膜，而其他物质要透过细胞膜则比较困难，原因是什么？难，原因是什么？细胞膜的基本支架是磷脂双分子层。细胞膜的基本支架是磷脂双分子层。 细胞膜上与细胞识别、免疫反应等有密切细胞膜上与细胞识别、免疫反应等有密切关系的化学物质是关系的化学物质是 。糖蛋白糖蛋白晋江市养正中学晋江市养正中学晋江市养正中学晋江市养正中学 细胞外的物质不能随便进入细胞，但有机磷农药仍然细胞外的物质不能随便进入细胞，但有机磷农药仍然可以迅速进入细胞使人中毒，其原因是什么？可以迅速进入细胞使人中毒，其原因是什么？ 有机磷农药是脂溶性物质，容易通过细胞膜。有机磷农药是脂溶性物质，容易通过细胞膜。课堂反馈课堂反馈晋江市养正中学晋江市养正中学上述现象说明细胞膜的结构具有上述现象说明细胞膜的结构具有 性。性。一定的流动一定的流动课堂反馈课堂反馈胞吞胞吞胞吐胞吐 课后探究课后探究 1 1、请你根据现有的对细胞膜结构和、请你根据现有的对细胞膜结构和功能的了解，选择合适的材料，分小功能的了解，选择合适的材料，分小组制作生物膜模型。组制作生物膜模型。 2 2、查问资料：生物膜的模拟、查问资料：生物膜的模拟和研究在处理污水、海水淡化、和研究在处理污水、海水淡化、改善农作物品质等多种领域发改善农作物品质等多种领域发挥的重要作用。挥的重要作用。1、据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素D D等物等物质较容易优先通过细胞膜，这是因为（质较容易优先通过细胞膜，这是因为（ ）A A 细胞膜具有一定流动性细胞膜具有一定流动性B B 细胞膜是选择透过性细胞膜是选择透过性C C 细胞膜的结构是以磷脂分子层为基本骨架细胞膜的结构是以磷脂分子层为基本骨架D D 细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子课堂反馈课堂反馈 C2、异体器官的移植手术往往很难成功。最大的障碍就是 异体细胞间的排斥，这主要是由于细胞膜具有识别作用。这种生理功能的结构基础是（ ）A细胞膜由磷脂分子和蛋白质分子构成B细胞膜表面有糖蛋白C细胞膜具有一定的流动性D细胞膜具有选择透过性B3、变形虫的任何部位都能伸出伪足，人体某些白细胞能吞噬病菌，这些生理过程的完成都依赖于细胞膜的（ ）A 保护作用 B 一定的流动性 C 主动运输 D 选择透过性B4、细胞膜上与细胞识别、免疫反应、信息传递和血型决定有着密切关系的化学物质是（ ）A 糖蛋白 B 磷脂 C 脂肪 D 核酸A5、一分子一分子CO2从叶肉细胞的线粒体中扩散出来，从叶肉细胞的线粒体中扩散出来，进入该细胞的叶绿体基质内，共穿过的磷脂分进入该细胞的叶绿体基质内，共穿过的磷脂分子层层数是（子层层数是（ ）A. 6 B. 8 C. 12 D .16B6、研究中发现，把用发射性同位素、研究中发现，把用发射性同位素3H标记的氨标记的氨基酸注入胰岛细胞中，结果会在细胞外检测到基酸注入胰岛细胞中，结果会在细胞外检测到含放射性元素的蛋白质，蛋白质是以含放射性元素的蛋白质，蛋白质是以_ 的形式释放到细胞外的，这一事实证明了细胞的形式释放到细胞外的，这一事实证明了细胞膜具有膜具有_ 的结构特点。的结构特点。囊泡囊泡流动性流动性福建省晋江市养正中学福建省晋江市养正中学 施茂庆施茂庆联系电话：联系电话：18960279966邮箱：邮箱：jysmq163.com总结：总结：生物膜的流动镶嵌模型探究历程生物膜的流动镶嵌模型探究历程18951895年年膜是由脂质膜是由脂质组成的组成的2020世纪初世纪初膜的主要成分膜的主要成分是脂质和是脂质和蛋白质蛋白质19251925年年细胞膜中的细胞膜中的脂质分子一定脂质分子一定为连续的两层为连续的两层19591959年年“三明治三明治”结构模型结构模型19721972年年流动镶嵌流动镶嵌模型模型19701970年年细胞膜具有细胞膜具有一定的流动性一定的流动性