2020版高中生物 第四章 细胞的物质输入和输出 2 生物膜的流动镶嵌模型课件 新人教版必修1

第2节生物膜的流动镶嵌模型1．知识：简述生物膜的结构。2．情感态度与价值观：(1)探讨在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步所起的作用；(2)探讨建立生物模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。3．能力：制作生物膜模型。4．重点与难点：(1)流动镶嵌模型的基本内容；(2)探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。(一)问题探讨1．提示：三种材料比较，弹力布更能体现细胞膜的柔变性和一定的通透性，相对好一些。当然，这几种材料的特点与真实的细胞膜之间还有不小的差距。2．提示：有条件的话，使用微孔塑胶或利用激光给气球打上微孔都可以作为模型的细胞膜。使用透析袋也可以。如果制作临时使用的模型，利用猪或其他动物的膀胱做细胞膜是更加理想的材料。(二)思考与讨论11．最初认识到细胞膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析得出的。2．有必要。仅靠推理得出的结论不一定准确，还应通过科学实验进行检验和修正。3．提示：因为磷脂分子的“头部”亲水，所以在水－空气界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，尾部则朝向空气一面。科学家因测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。2．提示：在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点始终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识；使人类一步步接近生物膜结构的真相。例如，不同生物膜的功能是有差异的。在生命系统中，一般来说，功能的不同常伴随着结构的差异，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，这显然与不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。还有，不同膜的厚度也不完全一样。由此促进学者们重新研究脂质和蛋白质相互作用的问题。一些学者使用了更加先进的技术，运用红外光谱等技术证明，膜蛋白主要为球形结构。冰冻蚀刻电镜技术又证明，脂双层中分布有蛋白质颗粒，这样又发展了生物膜模型。生物膜中存在不同种类的蛋白质，以及蛋白质在生物膜中的不同分布情况，恰能较好地解释不同结构的生物膜具有不同的生理功能。一、生物膜的探索历程1．19世纪末，欧文顿根据脂溶性物质更容易通过细胞膜，提出膜是由________组成。2．20世纪初，对哺乳动物红细胞的细胞膜进行化学分析，表明膜的主要成分是________。3．1925年荷兰科学家得出细胞膜中的脂质分子排列为连续的________。4．20世纪40年代，科学家推测脂质两边各覆盖着________________。5．1959年，罗伯特森认为生物膜是由______________三层结构构成。6．1970年，人鼠细胞杂交实验表明，细胞膜具有________。7．1972年，桑格和尼克森提出的生物膜的________模型为大多数人所接受。二、流动镶嵌模型的基本内容1．________构成膜的基本支架，具有流动性。2．蛋白质分子：有的镶嵌在磷脂双分子层的________，有的部分或全部嵌入________________中，有的横跨整个磷脂分子层；大多数蛋白质分子也是可以________。3．细胞膜表面(1)糖被：糖类与蛋白质结合形成的________，具有________作用。此外消化道、呼吸道上皮细胞表面的该物质还有________和________作用。(2)糖类还与脂质结合形成________．答案：一、1.脂质2.脂质和蛋白质3．两层4.蛋白质5.蛋白质—脂质—蛋白质6．流动性7.流动镶嵌模型二、1.磷脂2.表面磷脂双分子层运动3．(1)糖蛋白细胞识别保护润滑(2)糖脂年代科学家科学实验结论19世纪末欧文顿用500多种物质对植物细胞进行的通透性实验，发现脂质更容易通过细胞膜膜是由脂质组成的1925年两位荷兰科学家从细胞膜中提取的脂质铺成的单层分子面积是细胞膜的2倍细胞膜中脂质为连续两层1959年罗伯特森在电镜下看到细胞膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成生物膜为三层静态统一结构1970年弗雷和埃迪登分别用绿色和红色荧光染料标记两种细胞的蛋白质，并将两细胞融合，发现荧光均匀细胞膜具有流动性1972年桑格和尼克森在新的观察和实验证据基础上提出流动镶嵌模型1细胞膜经脂质溶剂和蛋白酶处理后溶解，由此可以推断，细胞膜的化学成分主要是()A．磷脂B．蛋白质C．多糖D．核酸解析：考查细胞膜的化学成分。脂质溶剂溶解的一般是脂质物质，在供选答案中只有磷脂是脂质物质；蛋白酶能催化蛋白质水解(分解)。因此可以推断，细胞膜的化学成分主要是磷脂和蛋白质。答案：AB有人研究未受精的卵细胞的透性时，发现脂溶性物质很容易透过细胞膜，而不溶于脂质的物质则难透过细胞膜。由此可见，细胞膜的化学成分中含有某种物质，将这种物质提取出来，并将它在空气—水界面上铺展成单分子层，这个单分子层的面积相当于原来的细胞表面积的两倍。请根据以上事实推测：(1)细胞膜上的这种化学成分是________；(2)这种化学成分在细胞膜上的分布状况是________。答案：磷脂双分子层解析：脂溶性物质容易透过细胞膜，不溶于脂质的物质不易透过，说明细胞膜含有溶于脂的相似物质，根据化学上的相似相溶原理，可认为是脂质物质，这种物质的单分子层相当于原来的细胞膜表面积的两倍，说明在膜上分布状况是双层结构，综合有关细胞膜的知识，可知这种物质是磷脂。细胞膜很薄，其厚度一般为7～10μm。关于细胞膜分子结构的研究，桑格和尼克森在1972年提出“流动镶嵌模型”，被广泛接受和支持。这个模型主要强调了流动的脂质双分子层构成膜的连续体，而蛋白质分子像一群岛屿一样无规则地分散在“脂质的海洋”中，具有流动性特点。构成磷脂分子“尾部”的两个脂肪酸，有一个是饱和的，另一个是带有一个双键的不饱和脂肪酸，这个双键的存在使磷脂双分子层中的多脂肪酸难以组合在一起，因而保证了双分子层的流动性。细胞膜结构的特点总结如下：1．镶嵌性：膜的基本结构是由磷脂双分子层镶嵌蛋白质构成的。2．流动性：膜结构中的蛋白质和脂质分子在膜中可做多种形式的移动。膜整体结构也具有流动性。流动性具有重要生理意义：物质运输、细胞识别、细胞融合、细胞表面受体功能调节等均与之相关。3．不对称性：膜两侧的分子性质和结构不相同。4．蛋白质极性：多肽链的极性区突向膜表面，非极性部分埋在脂双层内部。故蛋白质分子与水溶性和脂溶性分子都具有亲和性。注意：构成细胞的磷脂分子和蛋白质分子都具有流动性，但不是与液态水一样无规则运动。磷脂分子主要是做与膜表面相平行的横向运动，并随温度升高而加快。蛋白质分子可以在磷脂双分子层内或表面移动。2据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素D等物质较容易优先通过细胞膜，这是因为()A．细胞膜具有一定的流动性B．细胞膜是选择透过性膜C．细胞膜的结构是以磷脂双分子层为基本支架D．细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子解析：磷脂占细胞膜总量的50%，并形成双分子层支架。磷脂与胆固醇、脂肪酸、维生素D一样，都属于脂质，具有相似的物理性质。根据相似相溶的原理，脂质分子容易通过细胞膜。答案：C一位科学家发现，当温度升高到一定程度时，细胞膜的密度减小，而面积扩大。(1)细胞膜的密度和面积变化由下列哪一因素决定()A．结构特点B．选择透过性C．专一性D．具有物质运输功能(2)据上文所述你认为在一定温度范围内，随温度升高，细胞的代谢速率()A．加快B．不变C．减慢D．停止答案：(1)A(2)A解析：细胞膜具有一定的流动性。当温度升高时，构成膜的脂质和蛋白质分子运动加快，使面积扩大，更有利于细胞与外界环境之间的物质交换，使代谢速率加快这是由膜的结构特点决定的。(1)细胞膜的空间结构电子显微镜下可以看到细胞膜的厚度为8nm，膜的中间是磷脂双分子层，它由两层磷脂分子组成，构成细胞膜的基本骨架，由它支持着许多蛋白质分子。(2)细胞膜的结构特点构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是可以运动的，而不是静止的，细胞膜的这种结构特点，使细胞膜具有一定的流动性。(3)细胞膜的生理特性细胞膜对物质的输入和输出具有选择性，即细胞膜和其他生物膜一样都是选择透过性膜。其特点是：水分子可以自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。(4)细胞膜的流动性与选择透过性流动性与选择透过性都是对细胞膜的描述，但两者既有区别又有联系。①区别：流动性是细胞膜结构方面的特性，选择透过性体现了细胞膜功能方面的特性，主动运输能充分说明选择透过性。②联系：细胞膜的流动性是表现其选择透过性的结构基础。因为只有细胞膜具有流动性，细胞才能完成其各项生理功能，才能表现出选择透过性。相反，如果细胞膜失去了选择透过性，细胞可能已经死亡了。成分组成结构，结构决定功能。磷脂是骨架，但膜的主要功能由蛋白质行使，可以说，细胞膜的功能越复杂，蛋白质在膜上的相对含量越高。此外，构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是运动的，因而决定了由它们构成的细胞膜的结构具有一定的流动性。结构的流动性保证了载体蛋白能从细胞膜的一侧转运相应的物质到另一侧，由于细胞膜上不同载体的数量不同。所以，当物质进出细胞时能体现出不同的物质进出细胞膜的数量、速度及难易程度的不同，即反映出物质交换过程中的选择透过性。可见，流动性是细胞膜结构的固有属性，无论细胞是否与外界发生物质交换关系，流动性总是存在的，而选择透过性是细胞膜生理特性的描述，这一特性，只有在流动性基础上，完成物质交换功能方能体现出来。它们的关系如下：在细胞膜上，有一层由糖分别与构成膜的蛋白质和磷脂相连的结构，分别称为糖蛋白和糖脂，统称为细胞外被，与细胞间物质(如抗体激素等)和细胞的识别密切有关。生物体细胞内的膜具有一定选择透过性，即水分子可以自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他离子、小分子和大分子则不能通过。请根据以下所提供的条件探究细胞内膜的选择透过性。实验材料和用具：①新鲜的红色康乃馨，②烧杯，③玻璃铅笔，④质量分数为15%的盐酸，⑤清水，⑥量筒。(1)简要说明膜的成分与选择透过性的关系。________________________________________________________________________(2)康乃馨的红色部分是指细胞哪一结构？________________________________________________________________________(3)完善下列实验设计，验证膜具有选择透过性。________________________________________________________________________第一步：选两只大小相同的烧杯，用玻璃铅笔标上A和B；第二步：________________________________；第三步：________________________________。结果预测：________________________________。原因分析：________________________________________________________________________________________________________。(4)此实验体现的最主要的实验思想是什么？运用这一实验思想设计实验时应特别注意什么？从实验结果分析，此实验中实验变量是什么？________________________________________________________________________(5)此实验主要验证了哪些膜的选择透过性？________________________________________________________________________答案：(1)膜的选择透过性主要取决于膜组成成分中的载体蛋白部分(2)康乃馨红色部位是指液泡。(3)在A、B两只烧杯中，分别加入等量的15%的盐酸或清水选等量的红色康乃馨花瓣，分别放入A、B两只烧杯中，经过一段时间后观察水中的花瓣仍为红色，水仍呈无色；盐酸中花瓣的颜色逐渐变浅，而盐酸溶液变红盐酸对活细胞具有很强的伤害作用，