第第2 2节节 生物膜的流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型一、问题探讨一、问题探讨1、细胞膜是一层很薄的膜，是细胞、细胞膜是一层很薄的膜，是细胞 这个生命系统的这个生命系统的边界边界 2、细胞膜能够、细胞膜能够控制物质的进出控制物质的进出，让，让 一部分物质通过，其他物质不能通过一部分物质通过，其他物质不能通过3 、进行细胞间的细胞、进行细胞间的细胞信息交流信息交流4、细胞膜具有一定的、细胞膜具有一定的伸缩性伸缩性（通过质（通过质 壁分离与复原实验）壁分离与复原实验）细胞膜的功能与特性细胞膜的功能与特性一、对生物膜结构的探索历程一、对生物膜结构的探索历程 时时间间：1919世纪末世纪末 18951895年年 人人物物：欧文：欧文顿顿 实实验验：用：用500500多种物质对植物细胞多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验进行上万次的通透性实验, ,发现细胞发现细胞膜对膜对不同物质的通透性不同物质的通透性是不一样的是不一样的实验一实验一不溶于脂质的物质不溶于脂质的物质溶于脂质的物质溶于脂质的物质细胞膜细胞膜提出假说：提出假说：结论：结论：脂溶性的物质容易透过细胞膜。脂溶性的物质容易透过细胞膜。膜是由脂质组成的膜是由脂质组成的。 实验：科学家将膜从哺乳动物的红细胞中实验：科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，然后用分离出来，然后用蛋白酶蛋白酶处理。处理。（已知蛋白酶能专一性的催化蛋白质的分解）（已知蛋白酶能专一性的催化蛋白质的分解）实验现象：细胞膜被破坏实验现象：细胞膜被破坏得出结论得出结论： 膜的成分里还含膜的成分里还含有蛋白质有蛋白质 2. 2.在推理分析得出结论后，还有必要对膜在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？的成分进行提取、分离和鉴定吗？ 有必要，通过鉴定能更准确地说明问题有必要，通过鉴定能更准确地说明问题 3. 3.那为什么一开始不直接对膜的成分进行那为什么一开始不直接对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？提取、分离和鉴定呢？当时的技术不能实现当时的技术不能实现问题问题1.1.最初认识到生物膜是由脂质组成的，是通过最初认识到生物膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？对现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？从生理功能上入手，通过对现象的推理从生理功能上入手，通过对现象的推理分分析析的。的。实验实验:采用哺乳动物的红细胞采用哺乳动物的红细胞,经过特殊经过特殊处理使细胞发生溶血现象处理使细胞发生溶血现象,一些物质溶一些物质溶出出,再将溶出细胞外的物质洗掉再将溶出细胞外的物质洗掉,即可得即可得到纯净的细胞膜到纯净的细胞膜(又称血影又称血影).化学分析表明：膜的成分主要化学分析表明：膜的成分主要是是脂质脂质和和蛋白质。蛋白质。时间：时间：20世纪初世纪初实验二实验二 脂质和蛋白质是怎样脂质和蛋白质是怎样有机结合构成膜的呢？有机结合构成膜的呢？实验：用丙酮从红细胞中抽提出脂质，在实验：用丙酮从红细胞中抽提出脂质，在空气空气水界面上铺展成单分子层，水界面上铺展成单分子层，测得单测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的两倍。分子层的面积恰为红细胞表面积的两倍。结论：结论：细胞膜由两层磷脂分子构成细胞膜由两层磷脂分子构成。）为什么磷脂分子在空气）为什么磷脂分子在空气水界面上可以铺展成单水界面上可以铺展成单分子层呢？分子层呢？亲水头部亲水头部疏水尾部疏水尾部磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子，成的分子，磷酸磷酸“头头”部是亲水的，脂部是亲水的，脂肪酸肪酸“尾尾”部是疏水的。部是疏水的。磷脂分子可以在空气和水的界磷脂分子可以在空气和水的界面上展开为一层面上展开为一层想一想？想一想？）细胞膜中的磷脂分子又为）细胞膜中的磷脂分子又为什么会排成连续的两层呢？什么会排成连续的两层呢？连连续续两两层层排排列列）细胞膜中还有蛋白）细胞膜中还有蛋白质，那么蛋白质又存在质，那么蛋白质又存在于什么位置呢？于什么位置呢？ 时间：时间：19591959年年 人物：罗伯特森人物：罗伯特森 实验：在电镜下看到细胞膜清晰的实验：在电镜下看到细胞膜清晰的暗暗亮亮暗暗的三层结构。的三层结构。 实验四实验四 提出假说：生物膜是由提出假说：生物膜是由“蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质”的三层结构的三层结构构成的静态统一结构构成的静态统一结构“蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质”三三明治结构模型有什么不足？明治结构模型有什么不足？把生物膜描述为静态的刚性把生物膜描述为静态的刚性结构，这显然与膜功能的多结构，这显然与膜功能的多样性相矛盾样性相矛盾. 时间时间：19701970年年 人物人物：Larry FryeLarry Frye等等 实验实验：将人和鼠的细胞表面膜蛋白分别用将人和鼠的细胞表面膜蛋白分别用不同的荧光标记后，让两种细胞融合，杂交不同的荧光标记后，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，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荧光抗体均匀分布放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布实验五实验五诱导诱导融合融合人细胞人细胞鼠细鼠细胞胞荧光荧光标记标记 蛋白蛋白质质4040分分钟后钟后370C实验结论实验结论: :细胞膜具有流动性细胞膜具有流动性举例说明细胞膜具有流动性举例说明细胞膜具有流动性变形虫的变形运动，变形虫的变形运动，白细胞吞细菌白细胞吞细菌植物细胞的质壁分离植物细胞的质壁分离动物细胞吸水膨胀和失水皱缩动物细胞吸水膨胀和失水皱缩蛋白质分子蛋白质分子时间：时间：1972年年人物：桑格和人物：桑格和 尼克森尼克森提出：提出：流动镶嵌模型流动镶嵌模型 磷脂双分子层磷脂双分子层糖蛋白糖蛋白多糖多糖流动镶嵌模型的基本内容：流动镶嵌模型的基本内容： 1、膜的组成成分：、膜的组成成分： 主要是磷脂和蛋白质，还有少量的糖类主要是磷脂和蛋白质，还有少量的糖类2、膜的基本支架、膜的基本支架: 磷脂双分子层磷脂双分子层.（其中磷脂分子（其中磷脂分子 的亲水性的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部朝向内侧）头部朝向两侧，疏水性的尾部朝向内侧）3、蛋白质分子的位置、蛋白质分子的位置: 蛋白质分子有的蛋白质分子有的镶嵌镶嵌在磷脂双分子层表面在磷脂双分子层表面,有的部分或全部有的部分或全部嵌入嵌入磷脂双分子层中，有磷脂双分子层中，有的的横跨横跨整个磷脂双分子层。（体现了膜结整个磷脂双分子层。（体现了膜结构内外的不对称性）构内外的不对称性） 蛋白质分子的位置蛋白质分子的位置蛋白质蛋白质4、生物膜的结构特点生物膜的结构特点: :流动性流动性.( .(磷脂分子是可以运动的，具有磷脂分子是可以运动的，具有流动流动性性; ;大多数的蛋白质分子也是可以运动的大多数的蛋白质分子也是可以运动的, ,也体也体现了流动性。现了流动性。) )5、细胞膜外表，有一层由细胞膜上细胞膜外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，叫做糖被叫做糖被。（糖被与细胞识别、胞间。（糖被与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系）信息交流等有密切联系）磷脂分子的运动磷脂分子的运动侧向扩散运动；旋转运动；摆动运动 伸缩震荡运动；翻转运动；旋转异构化运动。1.1.生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。2.2.纵观整个人们建立生物膜模型的探索过程，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？实验技术的进步所起到怎样的作用？ 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。思考思考3.3.分析生物膜模型的建立过程分析生物膜模型的建立过程,你受到你受到什么启示什么启示?答案:科学研究是要在实验和观察的基础上科学研究是要在实验和观察的基础上,通通过严谨的推理和大胆的想像过严谨的推理和大胆的想像,提出假说提出假说,再再通过实验进一步验证假说。通过实验进一步验证假说。科学发展是一个长期的过程科学发展是一个长期的过程,涉及到许多涉及到许多科学家辛勤的工作科学家辛勤的工作.科学研究依赖于科学的进步科学研究依赖于科学的进步,科学进步了科学进步了,就可以得到更多的数据就可以得到更多的数据.科学家的观点并不全是真理科学家的观点并不全是真理,还必须通过还必须通过实践验证实践验证;科学学说不是一成不变的科学学说不是一成不变的,需需要不断完善要不断完善.基本骨架基本骨架:磷脂双磷脂双 分子层分子层细细胞胞膜膜结构结构主要成主要成分分结构模结构模型型磷脂、磷脂、蛋白质蛋白质还有糖蛋白、糖脂还有糖蛋白、糖脂流动流动镶嵌镶嵌模型模型覆盖覆盖镶嵌镶嵌 横跨横跨特特性性具有一定的具有一定的流动性流动性蛋白质蛋白质1.据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素生素D D等物质较容易优先通过细胞膜，这是等物质较容易优先通过细胞膜，这是因为（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练习课堂练习课堂练习课堂练习2.2.下列哪一种膜结构能通过生物大分下列哪一种膜结构能通过生物大分子（子（ ）A 细胞膜细胞膜 B 核膜核膜C 线粒体膜线粒体膜 C 叶绿体膜叶绿体膜3.一分子一分子COCO2 2从叶肉细胞的线粒体从叶肉细胞的线粒体基质中扩散出来，进入一相邻细基质中扩散出来，进入一相邻细胞叶绿体基质内，共穿过的生物胞叶绿体基质内，共穿过的生物膜层数是（膜层数是（ ）A 5 B 6 C 7 D 8A 5 B 6 C 7 D 84.细胞膜上与细胞识别、免疫细胞膜上与细胞识别、免疫反应、信息传递和血型决定有反应、信息传递和血型决定有着密切关系的化学物质是（着密切关系的化学物质是（ ）A A 糖蛋白糖蛋白 B B 磷脂磷脂 C C 脂肪脂肪 D D 核酸核酸5.5.变形虫的任何部位都能伸出伪足，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（理过程的完成都依赖于细胞膜的（ ）A A 保护作用保护作用 B B 一定的流动性一定的流动性 C C 主动运输主动运输 D D 选择透过性选择透过性6 6 下下 列列 哪哪 项项 叙叙 述述 不不 是是 细细 胞胞 膜膜 的的 结结 构构 特特 点点 ？ （ ） A A细胞膜是选择透过性膜细胞膜是选择透过性膜 B B细胞膜由磷脂分子和蛋白质分子构成细胞膜由磷脂分子和蛋白质分子构成 C C细胞膜的分子结构具有流动性细胞膜的分子结构具有流动性 D D有些蛋白质分子可在膜的内外之间移动有些蛋白质分子可在膜的内外之间移动A7人人体体某某些些白白细细胞胞能能进进行行变变形形运运动动、穿穿出出小小血血管管壁壁，吞吞噬噬侵侵入入人人体体内内的的病病菌菌 ， 这这 个个 过过 程程 的的 完完 成成 依依 靠靠 细细 胞胞 膜膜 的的 （ ）。）。A A选择透过性选择透过性 B B保护作用保护作用 C C流动性流动性 D D自由扩散自由扩散C8 8一一位位细细胞胞学学家家发发现现，当当温温度度升升高高到到一一定定程程度度时时，细细胞胞膜膜的的面面积积增增大大而而厚厚度度 变变 小小 ， 其其 决决 定定 因因 素素 是是 细细 胞胞 膜膜 的的 （ ）。）。 A A. .结构特点具有流动性结构特点具有流动性 B B选择透过性选择透过性 C C 专一性专一性 D D具有运输物质的具有运输物质的功能功能 A 水水 水水 THE ENDAZHE制作制作101 1