針對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象,進(jìn)行觀察、提問。體現(xiàn)了科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。
用顯微注射器將一種叫做伊紅的物質(zhì)注入變形蟲體內(nèi)
伊紅為什么不會(huì)逸出細(xì)胞?此實(shí)驗(yàn)說明了什么?
概述細(xì)胞都由質(zhì)膜包裹,質(zhì)膜將細(xì)胞與其生活環(huán)境分開,能控制物質(zhì)進(jìn)出,并參與細(xì)胞間的信息交流
1.結(jié)合實(shí)例記憶并理解細(xì)胞膜的功能。(生命觀念)2.結(jié)合教材,了解科學(xué)家對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索歷程。(科學(xué)探究)3.通過模型識(shí)記細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)、磷脂雙分子層和蛋白質(zhì)分子的分布特點(diǎn)。(科學(xué)思維)4.通過實(shí)例理解細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。(生命觀念)
(2)進(jìn)化方面的意義:細(xì)胞膜的出現(xiàn)是生命起源過程中至關(guān)重要的階段。它將生命物質(zhì)與外界環(huán)境分隔開,產(chǎn)生了原始的細(xì)胞,成為相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。
細(xì)胞作為一個(gè)基本的生命系統(tǒng),它的邊界就是細(xì)胞膜,也叫質(zhì)膜。
1.將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開
(1)對(duì)細(xì)胞的作用:細(xì)胞膜將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開,保障了細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定。
細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞具有普遍性和相對(duì)性
對(duì)細(xì)胞有害的物質(zhì)病毒、病菌
內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的激素(如胰島素)隨血液到達(dá)全身各處,與靶細(xì)胞的細(xì)胞膜表面的受體結(jié)合,將信息傳遞給靶細(xì)胞。
多細(xì)胞生物體作為一個(gè)更大的系統(tǒng)由分化的細(xì)胞構(gòu)成,不同類型的細(xì)胞間要相互協(xié)作才能完成各項(xiàng)生命活動(dòng),這就要求不同的細(xì)胞之間要進(jìn)行“溝通”和“交流”,也就是細(xì)胞間的信息交流。
3.進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流
(1)通過細(xì)胞分泌化學(xué)物質(zhì)間接傳遞信息
(2)通過相鄰細(xì)胞的細(xì)胞膜直接接觸傳遞信息
相鄰兩個(gè)細(xì)胞之間形成通道,攜帶信息的物質(zhì)通過通道進(jìn)入另一個(gè)細(xì)胞。例如,高等植物細(xì)胞之間通過胞間連絲相互連接,也有信息交流的作用。
(3)相鄰兩細(xì)胞之間形成通道,來傳遞信息
細(xì)胞膜的功能是由它的成分和結(jié)構(gòu)決定的
1.細(xì)胞膜上的受體并不是細(xì)胞間的信息交流所必需的結(jié)構(gòu)。如高等植物細(xì)胞之間是通過胞間連絲信息交流的,而不需要膜上的受體。2.細(xì)胞間的信息交流發(fā)生在細(xì)胞與細(xì)胞之間,不是發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)。3.細(xì)胞膜對(duì)于物質(zhì)的進(jìn)出具有選擇性,細(xì)胞膜的功能特性是選擇透過性。
基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括。體現(xiàn)了科學(xué)思維的核心素養(yǎng)。
【例1】“某些病毒、病菌能侵入細(xì)胞,使生物體患病”,這一些事實(shí)說明( ?。?A.細(xì)胞膜不能將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開 B.細(xì)胞膜可控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞 C.細(xì)胞膜對(duì)物質(zhì)進(jìn)出的控制作用是相對(duì)的 D.細(xì)胞膜是進(jìn)行細(xì)胞間信息交流的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
細(xì)胞膜將細(xì)胞與外界環(huán)境隔開,保證細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定,細(xì)胞膜能阻止病菌和病毒侵入細(xì)胞,但“某些病毒、病菌能侵入細(xì)胞,使生物體患病”,說明細(xì)胞膜對(duì)物質(zhì)進(jìn)出的控制作用具有相對(duì)性。
1.19世紀(jì)末,歐文頓(E.Overtn)發(fā)現(xiàn):
二、對(duì)生物膜成分和結(jié)構(gòu)的探索
【思考】歐文頓的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了什么?
提出假說:膜是由脂質(zhì)組成的。
(一)對(duì)生物膜成分的探索
2.科學(xué)家利用哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞,通過一定的方法制備出純凈的細(xì)胞膜,進(jìn)行化學(xué)分析,得知組成細(xì)胞膜的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇,其中磷脂含量最多。
為什么用哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞能制備出純凈的細(xì)胞膜呢?
因?yàn)椴溉閯?dòng)物成熟的紅細(xì)胞沒有細(xì)胞核和眾多的細(xì)胞器。
3.1925年, 荷蘭科學(xué)家戈特和格倫德爾用丙酮從人的紅細(xì)胞中提取脂質(zhì),在空氣—水界面上鋪展成單分子層,測得單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍。
多個(gè)磷脂分子在水中總是自發(fā)地形成雙分子層。
4. 1935年,英國學(xué)者丹尼利和戴維森研究了細(xì)胞膜的張力。他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的表面張力明顯低于油一水界面的表面張力。 由于人們已發(fā)現(xiàn)了油脂滴表面如果吸附有蛋白質(zhì)成分則表面張力會(huì)降低,因此丹尼利和戴維森推測細(xì)胞膜除含脂質(zhì)分子外,可能還附有蛋白質(zhì)。
1.細(xì)胞膜的成分:脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和糖類。2.功能越復(fù)雜的細(xì)胞膜,蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多。
【例2】科學(xué)家將細(xì)胞膜中的磷脂成分提取出來,并將它在空氣-水界面上鋪成單分子層,發(fā)現(xiàn)這個(gè)單分子層的表面積相當(dāng)于原細(xì)胞膜表面積的兩倍。這說明磷脂分子在細(xì)胞膜上的分布狀況是( )A.單層排列 B.均勻稀疏排列 C.雙層排列 D.均勻緊密排列
單層磷脂分子的表面積是細(xì)胞表面積的2倍。
1.1959年羅伯特森()在電鏡下看到細(xì)胞膜由“暗—亮—暗”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成
【思考】“三明治”結(jié)構(gòu)模型有什么不足?
無法解釋細(xì)胞的生長、變形蟲的變形運(yùn)動(dòng)。把生物膜描述為靜態(tài)的剛性結(jié)構(gòu),這顯然與膜功能的多樣性相矛盾。
生物膜是由“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)
(二)對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索
2.1970年將人和鼠的細(xì)胞膜蛋白質(zhì)用不同熒光染料標(biāo)記后融合。
結(jié)論:蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動(dòng)的,說明細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性
3.在新的觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上,1972年辛格和尼科爾森提出了新的生物膜模型———流動(dòng)鑲嵌模型,為多數(shù)人所接受。
科學(xué)家首先根據(jù)已有的知識(shí)和信息提出解釋某一生物學(xué)問題的一種假說,再用進(jìn)一步的觀察與實(shí)驗(yàn)對(duì)已建立的假說進(jìn)行修正和補(bǔ)充。一種假說最終被接受或被否定,取決于它是否能與以后不斷得到的觀察和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。
流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容
1.細(xì)胞膜主要是由磷脂分子和蛋白質(zhì)分子構(gòu)成的。
2.磷脂雙分子層是膜的基本支架,其內(nèi)部是磷脂分子的疏水端,水溶性分子或離子不能自由通過,因此具有屏障作用。
3.蛋白質(zhì)分子以不同方式鑲嵌在磷脂雙分子層中:有的鑲在磷脂雙分子層表面,有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中,有的貫穿于整個(gè)磷脂雙分子層。蛋白質(zhì)分子在物質(zhì)運(yùn)輸?shù)确矫婢哂兄匾饔谩?br/>4.細(xì)胞膜不是靜止不動(dòng)的,而是具有流動(dòng)性,主要表現(xiàn)為構(gòu)成膜的磷脂分子可以側(cè)向自由移動(dòng),膜中的蛋白質(zhì)大多也能運(yùn)動(dòng)。
細(xì)胞膜的外表面還有糖類分子,它和蛋白質(zhì)分子結(jié)合形成糖蛋白,或與脂質(zhì)結(jié)合形成糖脂,這些糖類分子叫作糖被( glyccalyx)。糖被在細(xì)胞生命活動(dòng)中具有重要的功能。例如,糖被與細(xì)胞表面的識(shí)別、細(xì)胞間的信息傳遞等功能有密切關(guān)系。
細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):具有一定的流動(dòng)性
細(xì)胞膜的流動(dòng)性對(duì)于細(xì)胞完成物質(zhì)運(yùn)輸、生長、分裂、運(yùn)動(dòng)等功能都是非常重要的。
影響細(xì)胞膜流動(dòng)性的主要因素:溫度在適宜的溫度范圍內(nèi),隨外界溫度的升高,細(xì)胞膜的流動(dòng)性增強(qiáng)。但溫度超過一定范圍,會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜被破壞。
【例3】科學(xué)家用兩種熒光染料分別標(biāo)記人和小鼠細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子,將這兩種標(biāo)記細(xì)胞進(jìn)行融合。細(xì)胞剛發(fā)生融合時(shí),兩種熒光染料在融合細(xì)胞表面對(duì)等分布(即各占半邊),最后在融合細(xì)胞表面均勻分布。這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象支持的結(jié)論是 (  )A.膜蛋白能自主翻轉(zhuǎn)   B.細(xì)胞膜具有流動(dòng)性C.細(xì)胞膜具有選擇透過性 D.膜蛋白可以作為載體蛋白
人鼠細(xì)胞融合說明細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。
將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開
脂 質(zhì):以磷脂為主蛋白質(zhì):決定了細(xì)胞膜的功能糖 類:形成糖蛋白和糖脂
基本支架:磷脂雙分子層
蛋白質(zhì):鑲嵌或貫穿在雙磷脂分子層中
糖類:形成糖蛋白或糖脂
1.科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),脂溶性物質(zhì)能夠優(yōu)先通過細(xì)胞膜,并且細(xì)胞膜會(huì)被溶解脂質(zhì)的溶劑溶解,也會(huì)被蛋白酶分解。這些事實(shí)說明了組成細(xì)胞膜的物質(zhì)中有( ) A.糖類和脂質(zhì) B.糖類和蛋白質(zhì) C.蛋白質(zhì)和脂質(zhì) D.蛋白質(zhì)和核酸
脂溶性物質(zhì)能夠優(yōu)先通過細(xì)胞膜,并且細(xì)胞膜會(huì)被溶解脂類物質(zhì)的溶劑溶解,說明細(xì)胞膜中有脂質(zhì),會(huì)被蛋白酶分解,說明細(xì)胞膜中有蛋白質(zhì),所以細(xì)胞膜中的物質(zhì)有脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。
2.血管緊張素Ⅱ受體是一種膜蛋白。當(dāng)血液中的血管緊張素Ⅱ與該受體結(jié)合時(shí),可激活細(xì)胞內(nèi)的第二信使Ca2+等,進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的代謝活動(dòng),例如使血管壁平滑肌收縮,導(dǎo)致血壓升高。這所體現(xiàn)的細(xì)胞膜的功能是( ?。〢. 分隔細(xì)胞與環(huán)境 B. 信息交流C. 控制物質(zhì)的進(jìn)出 D. 具有流動(dòng)性
血管緊張素Ⅱ與細(xì)胞膜上的受體蛋白結(jié)合,進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的代謝活動(dòng),體現(xiàn)了細(xì)胞膜的信息傳遞功能。
3.細(xì)胞膜上與細(xì)胞識(shí)別、免疫反應(yīng)、信息傳遞和血型的決定有著密切關(guān)系的化學(xué)物質(zhì)是( )A.糖蛋白 B.磷脂 C.脂肪 D.核酸
細(xì)胞膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì),此外還含有少量的糖類。其中糖類與蛋白質(zhì)結(jié)合形成糖蛋白,具有識(shí)別功能,能參加細(xì)胞間的信息識(shí)別、免疫反應(yīng)、信息傳遞和血型決定等。
4.實(shí)驗(yàn)室中鑒別細(xì)胞死活,常用“染色排除法”。例如:用臺(tái)盼藍(lán)染色,死細(xì)胞會(huì)被染成藍(lán)色,而活細(xì)胞不著色,從而判斷細(xì)胞死活。該實(shí)驗(yàn)所利用的細(xì)胞膜特性或功能是(   )A.進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流 B.保護(hù)細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)C.流動(dòng)性 D.選擇透過性
流動(dòng)性為細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),選擇透過性為細(xì)胞膜的功能特性?;罴?xì)胞具有選擇透過性,但死細(xì)胞會(huì)喪失選擇透過性。
5.某科學(xué)家利用體外膽管上皮細(xì)胞感染模型,分析了隱孢子蟲的子孢子侵入細(xì)胞內(nèi)的全過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn),隱孢子蟲的子孢子侵入宿主細(xì)胞膜內(nèi)時(shí),會(huì)誘發(fā)大量宿主細(xì)胞膜載體及水通道聚集,導(dǎo)致膜局部快速水內(nèi)流,從而促使局部細(xì)胞膜伸展突起。據(jù)此回答:
(1)上述材料說明細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)具有 的特點(diǎn)。(2)下列哪些現(xiàn)象與細(xì)胞膜伸展突起相關(guān)( )A.腫瘤細(xì)胞的浸潤轉(zhuǎn)移????????B.白細(xì)胞吞噬異物C.葡萄糖進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞??? D.抗體的分泌(3)若要進(jìn)一步證明水的快速內(nèi)流是細(xì)胞膜水通道蛋白開放所致,可另設(shè)計(jì)一組對(duì)照實(shí)驗(yàn),用____________對(duì)______________進(jìn)行處理。
細(xì)胞膜受到刺激可使細(xì)胞膜伸展突起,說明細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性;腫瘤細(xì)胞的浸潤轉(zhuǎn)移需進(jìn)行變形運(yùn)動(dòng),白細(xì)胞吞噬異物細(xì)胞膜要伸出偽足將異物包裹;抗體的分泌細(xì)胞膜要出芽外排,都與細(xì)胞膜伸展突起相關(guān)。葡萄糖進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞是通過細(xì)胞膜上載體的主動(dòng)運(yùn)輸進(jìn)行,與上皮細(xì)胞細(xì)胞膜伸展突起無關(guān)。要證明水的快速內(nèi)流是水通道蛋白開放所致,自變量是細(xì)胞膜上水通道蛋白開放與否,因變量是水是否大量進(jìn)入細(xì)胞,因此,用蛋白質(zhì)抑制劑抑制水通道蛋白的活性作為對(duì)照即可。

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第1節(jié) 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能

版本: 人教版 (2019)

年級(jí): 必修1《分子與細(xì)胞》

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