第三节 细胞膜.doc

第一节细胞膜一系统的边界撰文者-黄清亮引课：细胞的基本结构是细胞膜、细胞质、细胞核（植物细胞细胞膜外层还有一层细胞壁）教师在黑板上画出细胞的结构简图），这是我们在初中阶段对细胞结构的认识，看到章节 开始部分，翟中和院士说的那句话：我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的 任何智能电脑更精巧！事实上，细胞的结构远比我们想象的要复杂的多，从这节课起，我们 将重新来认识细胞的基本结构教材也是按照细胞结构由外到内来编排的看到第一节《细 胞膜-系统的边界》教师讲述：自1839年施旺提出细胞学说起，17世纪中叶以后的2个世纪中，细胞学说的发展史已 经大体完成但唯独对细胞膜的认识却推迟了近两个世纪为什么会这样呢？主要原因还是科学技术条件的限制，因为在普通的光学显微镜下我们 是看不见细胞膜的，但在1855年时，耐格里就已经提出了细胞膜这一概念，当时他发现细 胞表面有阻碍染料进入的现象，这其实就提示有膜结构的存在耐格里发现色素透入已损伤 和未损伤的植物细胞的情况并不相同他便通过细胞的渗透特性去研究它的“边界”（他首 次把细胞“边界”称为“质膜”）尽管如此，当时也仅仅是一种假说，随着电子显微镜技 术的发展，特别是20世纪50年代，当应用电子显微技术来研究细胞时，才发现细胞的边界 膜是一个固体结构的实体，从而证实了细胞膜的存在。

请同学们先看到本节开始部分的问题探讨：1、 你怎样区分显微镜中的气泡和细胞？光学显微镜下能看到细胞膜吗？提示：气泡是光亮的，里面只有空气；细胞则是一个具有细胞膜、细胞质、细胞核的复 杂结构，而且是一个立体结构另外，我们在显微镜下观察装片时，如果下压装片，若是气 泡，则会变形；若是细胞，则不会变形光学显微镜下不能看到细胞膜，但是能看到细胞与 外界环境之间是有界限的2、 科学家用电子显微镜清晰地观察到细胞膜之前，已经能够确定细胞膜的存在了请你推 测一下，科学家是怎样确定细胞膜的存在的？提示：进入活细胞的物质，要经过一道选择性的屏障，并不是所有的物质都将进入细胞； 用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个整个细胞，却不 能很快溢出细胞一、细胞膜的成分要研究细胞膜的化学组成，首先要把细胞膜与细胞的其他组分分离开，那么怎样获得细 胞膜呢？请同学们看到书上实验：体验制备细胞膜的方法首要就是选材，请同学们看到大屏幕上几种细胞结构，我们该选择哪种细胞作为实验的材料 呢？为什么选择哺乳动物的成熟红细胞?原因：（1）无细胞核和众多的细胞器，易制得纯净的细胞膜2）无细胞壁，细胞容易吸水涨破。

原理：渗透作用使红细胞吸水涨破，差速离心去除细胞内其他物质实验步骤：（书41页）讨论：如果上述实验在试管中进行，细胞破裂后，还需用什么方法才能获得较纯的细胞膜?（离心） 获得纯净的细胞膜之后，再对其进行研究探究一、在1895年Over ton在研究各种未受精卵细胞的透性时，发现脂溶性物质易透过细 胞膜，不溶于脂类的物质透过细胞膜十分困难细胞膜也能被蛋白酶分解，这说明了什么？ 根据我们化学中相似相溶原理，细胞膜的成分中含哪类物质？提示：说明了细胞膜的组成成分中含有脂质探究二、科学家对细胞膜化学成分深层分析发现，细胞膜会被蛋白酶分解（提示：蛋白酶是生物体内普遍存在的只对蛋白质分解起催化作用的物质）这又说明了什么？ 提示：说明了细胞膜的组成成分中含有蛋白质对哺乳动物红细胞膜研究发现，细胞膜的主要由脂质和蛋白质组成另外，还含少量糖 类这三者含量有所不同，脂质占细胞膜总量50%,蛋白质40%，糖类仅占2%-10%其中, 细胞膜上的脂质主要是磷脂二、细胞膜的功能1、将细胞与外界环境分隔开人们普遍认为生命起源于原始海洋，初中的时候也讲过生命的起源，首先是无机小分子 产生有机小分子，然后再产生有机大分子，再不断演化成最原始单细胞结构的生物。

而膜的 出现是至关重要的阶段，是它将生命物质与外界环境分隔开，由此，产生了原始的细胞，并 成为相对独立的系统，细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定2、控制物质进出细胞这在初中教材中也有所描述，它允许对细胞有用的物质通过，却把对细胞有害的物质挡 在细胞外面当然，这种控制作用是相对的，环境中某些对细胞有害的物质也可能进入，比 如，病毒、病菌也能侵入细胞，使生物体患病此外，细胞产生的抗体、激素等在细胞内合 成之后，要分泌到细胞外，还有细胞代谢产生的废物也要排到细胞外3、进行细胞间的信息交流对多细胞生物体而言，各细胞并不是孤立存在的，而是彼此联系的，细胞间的信息交流 方式多种多样的，请同学们看到书上图3-2细胞间信息交流的方式举例除了以上功能，细胞膜还可能具有哪些功能?后面的内容为教学参考资料：细胞膜的功能详解：(1) 分隔、形成细胞和细胞器，为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境，膜的面积大大 增加，提高了发生在膜上的生物功能；(2) 屏障作用，膜两侧的水溶性物质不能自由通过；(3) 选择性物质运输，伴随着能量的传递；(4) 生物功能：激素作用、酶促反应、细胞识别、电子传递等5) 物质转运功能：细胞与周围环境之间的物质交换，是通过细胞膜的砖运动功能实现的， 其主要转运方式有以下四种。

1) 自由扩散：脂溶性物质由膜的高浓度侧向低浓度侧的扩散过程，称为自由扩散2) 协助扩散：非脂溶性物质在膜蛋白的帮助下，顺浓度差或电位差跨膜扩散的过程，称 为协助扩散协助扩散的三个特点：1、特异性：记忆中离子通道或载体一般指转运一种物 质2、饱和性：即当被转运物质增加到一定限度时，转运速率不再随之增加，这是由于离 子通道或载体的数量有限的缘故3、竞争性抑制：记忆中离子通道或载体同时转运两种或 两种以上物质时，一种物质浓度增加，将削弱对另一种物质的转运4•膜蛋白的分类：1通 道蛋白2门通道蛋白3特化蛋白(通过接触改变自身构象来进行转运)自由扩散和协助扩散都是顺浓度差进行的，细胞本身不消耗能量，均属于被动转运3) 主动转运：离子或小分子物质在膜上“泵”的作用下，被逆浓度差或逆电位差的跨膜转 运过程，称为主动转运主动运输需要消耗大量热量4) 入胞和出胞作用：是转运大分子或团块物质的有效方式物质通过细胞膜的运动从细胞 外进入细胞内的过程，称入胞包括吞噬和吞饮液态物质入胞为吞饮，如小肠上皮对营养 物质的吸收；固体物质入胞为吞噬，如粒细胞吞噬细菌的过程出胞是通过细胞膜的运动从 细胞内派到细胞外的过程。

细胞的代谢产物及腺细胞的分泌物都是以出胞作用完成的5) 细胞膜的受体功能：受体是细胞识别和结核化学信息的特殊结构，其本质是蛋白质1. 物质跨膜运输细胞膜是细胞与细胞环境间的半透膜屏障对于物质进出细胞有选择性调节 作用1) 被动运输(passive transport):指物质顺顺浓度梯度转运过程而言，此过程不消耗能 量，其交换方式有两种1) 简单扩散(simple diffusion)： 02、CO2及其它脂溶性物质从高浓度侧向低浓度测穿过 类脂双层而扩散，不消耗细胞能量2) 易化扩散(facilitated deffusion)：非脂溶性或亲水性分子，加氨基酸、葡萄糖和金 属离子等借助于质膜上内在蛋白顺浓度梯度或电化学梯度运动，不消耗ATP能量而使物质 分子从高浓度测向低浓度测扩散2) 主动运输(active transport):质膜上的载体蛋白将离子、营养物和代谢物等逆电化 学梯度从低浓度侧向高浓度侧的耗能运输所耗能量由具ATP酶活性的膜蛋白分解ATP提供 例如正常生理条件下，人红细胞内K+的浓度相当于血浆中的30倍，但K+仍能从血浆进入红 细胞内，Na+浓度比血浆中低很多，但Na+仍由红细胞向血浆透出，呈现一种逆浓度梯度的“上 坡”运输。

近年来均以“泵”的概念来解释主动运输的机理，机体细胞中主要是通过Na+、 K+ _ATP酶和Ca2+_ATP酶构成的Na+和Ca2+泵来完成主动运输3) 大分子与颗粒物质的运输：对于蛋白质、多核苷酸和多糖等大分子物质以及颗粒等、 是由质膜运动产生内凹、外凸而导出内吞入胞或外吐和出芽而出胞1)胞吞作用(endocytosis)：也称人胞作用，质膜四陷将所摄取的液体或颗粒物质包裹， 逐渐成泡，脂双层融合、箍断，形成细胞内的独立小泡人类和动物的许多细胞均靠胞吞作 用摄取物质根据所摄物理性质的物理性质不同把胞吞作用分为两类:胞饮作(Pinocy tosis) 由质膜包裹液态物质形成吞饮小泡或吞饮体的过程；吞噬作用(phagocy-tosis)为各种变形 的、具有吞噬能力的细胞所特有，吞噬的物质多为颗粒性的，如微生物、组织掉片和异物等 2)胞吐作用(exocytosis):旨把细胞内分泌物、突触小泡等有膜结构内的物质排出细胞 当它们与细胞膜接触后，与细胞膜相融合，封闭的膜结构开放，内容物排入细胞外胞吞作 用形成的吞噬体和吞饮泡都可与溶酶体结合，其内容物被溶酶体酶处理，其膜可能以小泡方 式重返细胞膜。

同样，胞吐活动完成后，细胞膜也可在无明显胞吞活动的情况下形成小泡， 将过多的膜返回细胞内部，这样，细胞膜与细胞内膜处于动态的平衡，称为膜再循(recycling of membrane)在此过程中，细胞膜也得到更新3) 受体介导的内吞作用(recep tor media ted endoc yt osis):在质膜上形成凹陷，当特定 大分子与凹陷部位的相应受体结合时，凹陷进一步向胞质回缩，并从质膜上箍断形成有被小 泡(coated vesicles)此后的过程就与内吞小泡进行的过程相同，这种受体介等内吞具有 高度选择性，转运速度很快4) 膜通道运输：通道也称通道蛋白质(channel protein),是由转运蛋白质组成的含水通 道，能使熔质经扩散过膜，是一种被动转运通道分两种即持续开放与瞬间开放通道2•信息跨膜传递信息跨膜传递是质膜的重要功能质膜上有各种受体蛋白，能感受外界 各种化学信息，将信息传入细胞后，使胞内发生各种生物化学反应和生物学效应信息传递 规律是外源性刺激直接传给膜上受体，经酶的调控产生信号，再激发另一酶的溶性显示出生 物学效应此种反应河分为几条途径：环磷酸腺苷信使途径、环磷酸鸟苷信使途径、磷脂酰 肌醇信使途径和Ca2+的信使机制。

似上几条途径的详细过程见细胞生物学。