专题04 细胞的基本结构2024年高考生物一轮复习课件

第第3 3章章 细胞细胞的基本结构的基本结构第第1 1节节 细胞膜的结构和功能细胞膜的结构和功能国家的边界：国家的边界：边防线等边防线等人体的边界：人体的边界：皮肤和黏膜皮肤和黏膜细胞的边界：细胞的边界：细胞膜细胞膜 （质膜）（质膜）细胞质细胞质纤毛纤毛细胞膜细胞膜细胞壁细胞壁鞭毛鞭毛核糖体核糖体拟核拟核思考：细胞的边界为什么是细胞膜而不是细胞壁？细胞壁的作用是维持细胞形状,具有全透性，并不能控制物质进出细胞，所以不是真正的边界。1细细胞胞膜膜的的功功能能1.细胞膜的功能解决以下问题，展示学习成果：p细胞膜的功能？举例说明教材教材P40-411.1 细胞膜的功能将细胞与外界环境分隔开将细胞与外界环境分隔开 膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，它将生命物质与外界环境分隔开，产生了原始的细胞，并成为相对独立的系统。图1-1 远古海洋保障了细胞内部环境的相对稳定。教材教材P40问题探讨鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。讨论讨论：为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？活细胞的细胞膜具有选择透过活细胞的细胞膜具有选择透过性（功能特性）性（功能特性）。染料台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜，因此活细胞不被染色。死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。台盼蓝染液后的死细胞和活细胞教材教材P40问题探讨鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。讨论讨论：据此推测，细胞膜作为系统的边界，应该具有什么功能？细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出的功能。台盼蓝染液后的死细胞和活细胞教材教材P40需要的营养物质（氨基酸、无机盐、葡萄糖等）抗体、激素等细胞合成并分泌1.1 细胞膜的功能控制物质进出细胞控制物质进出细胞不需要、有害的物质（如细菌、病毒等）细胞膜的功能特性：选择透过性细胞膜的功能特性：选择透过性细胞膜的控制作用是相对的细胞膜的控制作用是相对的细胞代谢产生废物（CO2、尿素等）有用的成分核酸等可可不易不易可可不可不可教材教材P401.1 细胞膜的功能进行细胞间的信息交流进行细胞间的信息交流细胞分泌化学物质细胞分泌化学物质间接传递信息间接传递信息内分泌细胞分泌的激素（内分泌细胞分泌的激素（如如胰岛素胰岛素），），随随血液血液到达全身各处，与到达全身各处，与靶细胞靶细胞的细胞膜表的细胞膜表面的面的受体受体结合，将信息传递给结合，将信息传递给靶细胞。靶细胞。受体受体信号分子信号分子化学本质：糖蛋白、糖脂作用：接受激素等化学物质信号特点：专一性（一种受体只能识别一种或者一类物质）受体受体教材教材P41发出信号的细胞发出信号的细胞靶细胞靶细胞与膜集合的信号分子与膜集合的信号分子精子和卵细胞之间的识别和结合相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。例如，精相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。例如，精子和卵细胞的子和卵细胞的识别识别。细胞发出的信号分子与靶细胞细胞膜细胞发出的信号分子与靶细胞细胞膜外表面的受体结合。外表面的受体结合。1.1 细胞膜的功能细胞膜直接接触传递信息细胞膜直接接触传递信息教材教材P411.1 细胞膜的功能形成形成通道，传递信息通道，传递信息是否需要信号分子和受体？相邻两个细胞之间形成 ，携带信息的物质信息的物质通过通道进入另一个细胞。例如，高等植物细胞之间通过_ 相互连接，也有信息交流的作用。胞间连丝通道胞间连丝教材教材P412对对细细胞胞膜膜成成分分的的探探索索细胞膜细胞膜溶于脂质的物质溶于脂质的物质不溶于脂质的物质不溶于脂质的物质发现：发现：推测：推测：细胞膜是由脂质组成的实验：实验：时间：时间：18951895年年 人物：欧文顿（人物：欧文顿（E.OvertonE.Overton)用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次实验溶于脂质的物质，更容易通过细胞膜思考讨论教材教材P42思考讨论科学家利用哺乳动物的红细胞，制备出纯净的细胞膜，进行化学分析。组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。为什么要用哺乳动物的红细胞来制备出纯净细胞膜呢？动物细胞无细胞壁，更易吸水胀破。哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和众多的细胞器。结论：结论：实验：实验：p细胞膜具体是由哪些脂质组成呢？教材教材P42思考讨论结构图结构图模型模型示意图示意图亲水亲水“头部头部”疏水疏水“尾尾部部”思考讨论空气磷脂分子排列为单分子层磷脂分子排列为单分子层p根据磷脂分子的特点，推测磷脂分子在空气-水界面上会怎么样铺展？思考讨论细胞膜中的磷脂分子必然排列成连续的两细胞膜中的磷脂分子必然排列成连续的两层。层。推断：推断：S S1 1实验：实验：时间时间：19251925年年 人物：荷兰科学家戈特和人物：荷兰科学家戈特和格伦德尔格伦德尔用丙酮从人的红细胞膜中提取脂质，在空气水界面上铺成单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。S S2 2思考讨论水水A水水B水水 C亲水的“头部”与水接触，疏水的“尾巴”远离水在水中形成的磷脂双分子层模式图水水p细胞膜的两侧都有水环境存在，同学们尝试着大胆的推测和想象一下在这样的环境中，磷脂分子在细胞膜中怎样排列为两层呢？思考讨论推测：推测：实验：实验：时间时间：19351935年年 人物：英国学者丹尼利和戴维森人物：英国学者丹尼利和戴维森丹尼利和戴维森研究细胞膜张力，发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。由于人们已经发现了油脂表面如果附有蛋白质成分，则表面张力会降低。细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。p除磷脂外，细胞膜还有无其它成分？讨论以下问题，展示学习成果：p最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取与检测？p根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气一水界面上铺展成单分子层？科学家是如何推导出“脂质在细胞膜中必然排 列为连续的两层”这一结论的？思考讨论思考讨论讨论以下问题，展示学习成果：p磷脂分子在水中能自发地形成双分子层，你如何解释这一现象？由此，你能否就细胞膜是由磷脂双分子层构成的原因作出分析？p如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布？最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取与检测？最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析得出的。最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析得出的。思考讨论用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次实验，溶于脂质的物质，更容易通过细胞膜。细胞膜是由脂质组成的细胞膜是由脂质组成的因为磷脂分子的因为磷脂分子的“头部头部”亲水，尾部疏水，所以在水亲水，尾部疏水，所以在水-空气的界面上磷空气的界面上磷脂分子是脂分子是“头部头部”向下与水面接触，向下与水面接触，“尾部尾部”则朝向空气的一面。科学则朝向空气的一面。科学家因测得从红细胞中提取的脂质，家因测得从红细胞中提取的脂质，铺成单分子层的面积恰为红细胞表面铺成单分子层的面积恰为红细胞表面积的积的2 2倍，倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。思考讨论根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气一水界面上铺展成单分子层？科学家是如何推导出“脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层”这一结论的？由于磷脂分子有亲水的由于磷脂分子有亲水的“头部头部”和疏水的和疏水的“尾部尾部”，在水溶液中，在水溶液中，朝向水的是朝向水的是“头部头部”，“尾部尾部”受水的排斥。当磷脂分子的内外两侧受水的排斥。当磷脂分子的内外两侧均是水环境时，磷脂分子的均是水环境时，磷脂分子的“尾部尾部”相对排列在内侧，相对排列在内侧，“头部头部”则分则分别朝向两侧水的环境，形成磷脂双分子层。细胞的内外环境都是水溶别朝向两侧水的环境，形成磷脂双分子层。细胞的内外环境都是水溶液，所以细胞膜磷脂分子的液，所以细胞膜磷脂分子的“头部头部”向着膜的内外两侧而向着膜的内外两侧而“尾部尾部”相相对排在内侧，形成磷脂双分子层。对排在内侧，形成磷脂双分子层。思考讨论磷脂分子在水中能自发地形成双分子层，你如何解释这一现象？由此，你能否就细胞膜是由磷脂双分子层构成的原因作出分析？如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布？思考讨论如果将磷脂分子置于水如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂的苯的混合溶剂中，磷脂的“头部头部”将与水接将与水接触，触，“尾部尾部”与苯接触，磷脂分子分布成单层。与苯接触，磷脂分子分布成单层。小结：细胞膜主要由脂质和蛋白质组成小结：细胞膜主要由脂质和蛋白质组成还有少量糖类还有少量糖类3.对细胞膜结构的探索解决以下问题，展示学习成果：p脂质、蛋白质、糖类是如何组成细胞膜的呢？细胞膜 成分脂质(50%)蛋白质(40%)少量的糖类(2%10%)磷脂最丰富，此外还有少量的胆固醇重要的功能作用，功能越复杂的细胞膜，种类和数量越多 3对对细细胞胞膜膜结结构构的的探探索索3.对细胞膜结构的探索提出假说：提出假说：实验：实验：时间时间：19591959年年 人物：罗伯特森人物：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。细胞膜由蛋白质脂质蛋白质三层结构构成，中间亮层是脂质分子；是静态统一的结构。图3-1 细胞膜结构电镜照片3.对细胞膜结构的探索物理学家将细胞膜冰冻处理后用冷刀断开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面，复膜后在电镜下观察断裂面的形态结构。（冰冻蚀刻显微技术）蛋白质镶嵌、嵌入或贯穿于磷脂双分子层中。体现了膜结构内外的不对称性，不同上述蛋白质排列结构。体现了膜结构内外的不对称性，不同上述蛋白质排列结构。图3-2 冰冻蚀刻电镜技术观察的蛋白质分布模型发现：发现：实验：实验：3.对细胞膜结构的探索变形虫的变形运动受精卵受精卵分裂分裂细胞膜是静态的观点，难以解释的现象3.对细胞膜结构的探索实验：实验：科学家用绿色荧光染料标记小鼠细胞膜表面蛋白质分子，用红色荧光染料标记人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞融合。发现：发现：这两个细胞刚融合时，融合细胞一半发绿色荧光，另一半发红色荧光；在37下经过40 min，两种颜色的荧光均匀分布。融合细胞细胞融合3740min正在融合的细胞红色荧光染料标记膜蛋白绿色荧光染料标记膜蛋白人细胞小鼠细胞结论结论：细胞融合实验以及相关的实验证明细胞膜具有流动性。细胞融合实验以及相关的实验证明细胞膜具有流动性。(结构特性）结构特性）3.对细胞膜结构的探索时间时间：19721972年年人物人物：辛格和：辛格和尼科尔森尼科尔森提出提出生物膜生物膜模型模型流动镶嵌模型，流动镶嵌模型，为多数人所接受为多数人所接受。科学方法提出假说提出假说细胞膜细胞膜结构模型的探索过程，反映了提出假说这一科学方结构模型的探索过程，反映了提出假说这一科学方法的作用。科学家首先法的作用。科学家首先根据已有的知识和信息提出根据已有的知识和信息提出解释某一生解释某一生物学问题的一种物学问题的一种假说假说，再用进一步的观察与实验对已建立的假再用进一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充。说进行修正和补充。一种假说最终被接受被否定，取决于它是一种假说最终被接受被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和试验结果相吻合。否能与以后不断得到的观察和试验结果相吻合。4流流动动镶镶嵌嵌模模型型 细胞膜细胞膜主要主要由磷脂分子和蛋白质分子构成。由磷脂分子和蛋白质分子构成。磷脂双分子层构成膜的基本支架磷脂双分子层构成膜的基本支架。其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性。其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能通过，因此具有屏障作用。分子或离子不能通过，因此具有屏障作用。蛋白质蛋白质分子以不同的方式镶嵌在磷脂分子层中：有的分子以不同的方式镶嵌在磷脂分子层中：有的镶在镶在磷脂双分子层表磷脂双分子层表面，有的面，有的部分或全部嵌入部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的磷脂双分子层中，有的贯穿贯穿整个磷脂双分