关于生物膜结构的探索历程
第2节 生物膜的流动镶嵌模型

化学分析表明:膜的主要成分是脂质(磷脂)和蛋白质
高中生物课件
2、对生物膜结构的探索 [资料3] 磷脂分子结构和性质
亲水头部
疏水尾部
磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子, 磷酸“头”部是亲水的,脂肪酸“尾”部是疏水的。
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2、对生物膜结构的探索 【资料4】1917年, 朗姆瓦(Langmuir)将磷脂溶于苯
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思考:请根据蛋白质的三种存在形式构建蛋白质分子 在磷脂双分子层中的排布模型
蛋白质
蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面,有的部分或 全部嵌入磷脂双分子层中,有的贯穿整个磷脂双 分子层。
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“三明治”模型(单位膜模型)又一无法解 释的现象 变形虫运动.swf
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【资料9】
(少量) 少量与磷脂结合---糖脂
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二、流动镶嵌模型的基本内容 2、结构特性 ⑴、具有一定的流动性 ①原因:磷脂和大多蛋白质
可以运动 ②影响因素:主要是温度 ⑵、不对称性 ①磷脂内外两层所含的蛋白质种类和数量不同 ②糖类只分布在膜的外表面
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讨论: 1.生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢? 2.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? 3.分析生物膜模型的建立过程中,结构和功能相适应是如 何体现的?
中,然后将这磷脂的苯溶液铺在水面上,当苯挥发完以后,磷 脂分子在空气与水的界面上分布散乱,经过推挤排列成了 单层。请你想象一下,他会是什么姿态呢?
思考:如果把抽提出的 磷脂注入水中,磷脂分子会 如何排列?
空气
水
空气—水的界面的磷脂分子
水溶液中的磷脂分子团
4.2生物膜的流动镶嵌模型

磷脂分子在细胞膜上的排列情况
资料四
时间:1959年 人物:罗伯特森(J.D.Robertsen) 实验:在电镜下看到细胞膜“暗—亮—暗”的三层 结构 提出假说: 生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质” 的三层结构构成的静态统一结构
蛋白质
资料五 时间:1970年
人物:Larry Frye等
实验:用红、绿色荧光的染料分别标记人和小鼠细胞 表面的蛋白质分子,将两种细胞融合,融合的细胞一半发 绿色荧光、另一半发红色荧光,在37oc下经过40min,两 种颜色的荧光均匀分布
5.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,这些生理过程的完成都依赖于 细胞膜的( ) A 保护作用
C 主动运输
B 一定的流动性
D 选择透过性
6、对细胞膜的选择透过性起主要作用的物质是(
)
A、水
C、蛋白质
B、糖类
D、磷脂 )
7、细胞膜具有流动性,这种结构特点是指 (
A、整个细胞膜具有流动性
功能特点
③ 流动性
④选择透过性 决定
① 磷脂双分子层
② 蛋白质分子
结构组成
结构探究历程
课堂练习
1.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 细胞膜具有一定流动性 B 细胞膜是选择透过性 C 细胞膜的结构是以磷脂分子层为基本骨架 D 细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子 2.下列哪一种膜结构能通过生物大分子( )
4、膜的功能特点: 选择透过性膜
磷脂分子的运动方式
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
B、细胞膜上磷脂是静止的,蛋白质具有流动性
4.2生物膜的流动镶嵌模型

背景知识:
蛋白质分子是水溶性的,蛋白质分子在整体 上表现为亲水性,而有些蛋白质有疏水性部位。
磷脂分子有亲水性头部和疏水性尾部,而且排 列为双分子层,那么蛋白质分子在磷脂双分子层中 是如何排列的呢?
蛋白质位于细胞膜的什么位置?
1959年,罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗 的三层结构。
提出假说:生物膜是由“蛋白质—脂 质—蛋白质 ”的三层结构构成的静态统一结构。这种结构又称 为三明治结构模型。
4.生物膜的功能特性:选择透过性 (1)选择透过性的含义:水分子自由通过, 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。 (2)原因:
5、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,叫做糖被。(糖被 与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系)
1.在水溶液中,磷脂分子不能单层存在的,会 自发形成双分子层(在其他溶液中可能成单层存 在)。 2.磷脂双分子层有屏障作用,使膜两侧的水溶 性物质不能自由通过,这对细胞的正常结构和功 能的保持是十分重要的。 3.和磷脂双分子层结合在一起的蛋白质是细胞 膜功能的主要执行者。 4.细胞对大分子物质摄入或排出时所进行的胞 吞与胞吐方式须依赖细胞膜的流动性方可完成。 胞吞与胞吐过程中,不曾跨越生物膜。(跨膜 层数为0层)
生命系统的边界
塑料袋
控制物质的进出
具有一定的伸缩性
普通布
功更用 能适哪 于种 体材 现料 细作 胞细 膜胞 的膜
弹力布
结 构
功能
生命系统的 控制物质的 具有一定的 边界 进 具有
-
具有 具有
-
-
具有
弹力布
一、对生物膜结构的探索历程
资料1. 19世纪末,欧文顿用500多种化学 物质对植物细胞进行了上万次的通透性 实验,发现脂质更容易通过细胞膜。
(新人教)生物必修一课件:4

核心素养·情境探究
1.【科技情境】据报道一种聚联乙炔细胞膜识别器已问世,它是通过物理力把 类似于细胞膜上具有分子识别功能的物质镶嵌到聚联乙炔囊泡中,组装成纳米 尺寸的生物传感器。它在接触细菌、病毒时可以发生颜色变化,用于检测细菌、 病毒等。 探究:(科学思维) (1)聚联乙炔细胞膜识别器模拟了细胞膜的什么功能? 提示:识别功能。
【方法规律】判断细胞膜内侧与外侧的技巧 (1)依据:细胞膜中的糖类与蛋白质结合形成糖蛋白,糖蛋白只分布于细胞膜外 侧。 (2)方法:有糖蛋白的一侧为细胞膜的外侧,另一侧为细胞膜的内侧。
【母题追问】
(1)只分布在细胞膜外,体现了细胞膜的哪项功能?
提示:细胞间的信息交流。
(2)水稻吸收的Si
O
4 4
(2)这类被镶嵌进去的物质很可能含有什么成分? 提示:多糖和蛋白质。因为细胞膜外的多糖和蛋白质结合形成的糖蛋白具有识别 功能。
2.【材料情境】提取细胞膜中的磷脂分子,将其放入水中可以形成双层脂分子 的球形脂质体(如图),它载入药物后可以将药物送入相应细胞。 探究:(科学思维)
(1)该脂质体膜与细胞膜在功能上的主要区别是什么? 提示:前者没有蛋白质,功能简单,没有选择性;后者有蛋白质,具有选择透过性。 (2)A、B处的嵌入药物有什么区别,利用什么特点将药物送入细胞的? 提示:在A处嵌入水溶性药物,在B处嵌入脂溶性药物;用脂质体与细胞膜融合的特 点将药物送入细胞。
2.细胞膜上的蛋白质不具有的功能是 ( )
A.运输物质
B.催化反应
C.提供能量
D.识别信息
【解析】选C。细胞膜上的载体蛋白在物质运输中起载体的作用;细胞膜表面分
布有蛋白质类的酶,具有催化作用;细胞膜上的蛋白质不能提供能量,提供能量的
生物必修一 第四章第2节

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)
解析: 结构与功能的统一贯穿于整个生物界。细胞 膜的流动性的结构基础是细胞膜中的磷脂和蛋白 质都具有流动性。解本题要明确物质的物理特性 和结构特性的关系, 认识细胞膜的流动性不是细 胞膜的物理特性而是其结构特性。
4. 关于细胞膜结构的“流动镶嵌模型”的下述论 点中, 揭示出不同的膜物质分子之间排列关系的 论述是( B ) A. 磷脂排列成双分子层 B. 蛋白质分子嵌入或贯穿于磷脂双分子层中 C. 两侧膜物质分子排列不对称 D. 膜物质分子的运动使其有流动性
细胞膜的结构特点是细胞膜的流动性, 它的基础 是磷脂分子和蛋白质分子大都是运动的; 而细胞 膜的功能特性是选择透过性, 它与载体蛋白有关, 两者不能混淆, 但结构特点是功能特性的基础, 载 体蛋白的运动是选择透过性的基础, 不能认为两 者是独立的。
测控导航表 知识点 1. 对生物膜结构的探索 2. 流动镶嵌模型的内容 3. 细胞膜的特点 题号 2, 6 1, 4 3, 5
第 2节 生物膜的流动镶嵌模型
预习导学
栏 目 导 航
要点探究
课堂练习
一、对生物膜结构的探索历程
1. 19世纪末欧文顿 (1)方法: 对植物细胞的通透性进行实验。 (2)现象: 凡是能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜。 (3)结论: 膜是由脂质组成的。 2. 20世纪初 (1)方法: 对哺乳动物红细胞的细胞膜进行化学分析。 (2)结论: 膜的主要成分是脂质和蛋白质。
5. 1970年
6. 1972年桑格、尼克森 提出让大多数人所接受的流动镶嵌模型。 【思维激活】人、鼠细胞融合实验是在 37 ℃条件下进 行的, 温度会影响细胞融合的速率吗?是怎样影响的? 提示: 温度会影响分子运动的速率, 会。 进而影响细胞融 合的速率。
第二节_生物膜的流动镶嵌模型

一、对生物膜结构的探索历程
在新的观察和实验证据的基础上,1972年桑格 (S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)提出了新的生 物膜模型———流动镶嵌模型,为多数人所接受。
流 动 镶 嵌 模 型
糖蛋白 多糖
蛋白质(三种结合方式)
磷脂双分 子层 (构成膜的基本支架)
糖蛋白
细胞膜上的糖
分布在细胞膜外表,主要与蛋白质结合形成糖蛋白。
细胞膜外侧许多糖蛋白组成的一层结构叫做糖被。
糖被:具有保护和润滑、与细胞识别、细胞间信息传 递等密切。
生物膜的流动镶嵌模型的基本内容
脂质、蛋白质、糖类 ①组成成分:______________________
磷脂双分子层 ②基本支架:______________________ 镶在表面、嵌入、贯穿 ③蛋白质分布:___________________
5.细胞膜具有选择透过性,与这一特性密切相关的成
分是(
D
)
B.糖蛋白 D.蛋白质
A.磷脂 C.磷脂、蛋白质
6.一位细胞学家发现,当温度升高到一定程度时, 细胞膜的面积增大而厚度变小,其决定因素是细胞 膜的( A )。 A.结构特点具有流动性 B.选择透过性
C.专一性
D.具有运输物质的功能
7、下图表示细胞某一部分的亚显微结构,请据图回答: (1)这个简图所表示的是 细胞膜的亚显微结构。 (2)这个简图所体现的模型的名是 流动镶嵌模型 。 (3)此模型的基本支架是[ ① ] 磷脂双分子层 。 (4)具有识别作用的是[ ③ ] 糖蛋白 。
最初认识细胞膜的成分时,是对现象的 推理,还是对膜成分的提取和坚定?
为什么不一开始就对膜的成分进行鉴定?
一、对生物膜结构的探索历程
4.2 生物膜的流动镶嵌模型

蛋白质在膜中的分布是不对称的 蛋白质镶、嵌入、贯穿在磷脂双分子层中。
新技术带来新模型
在新的观察和实验证据 的基础上,1972年桑格 (S.J.Singer)和尼克森 (G.Nicolson)提出了新 的生物膜模型———流 动镶嵌模型,为多数人 所接受。
流动镶嵌模型
对生物膜结构的探索历程:
欧文顿:从研究生物膜的功能入手 提出:生物膜是由脂质组成的 欧文顿的假说是否正确?细胞膜中 除含有脂 质外还有没有其他成分? 化学分析:膜的主要成分是脂质和蛋白质
思考
“三明治”结构模型有什么不足? 把生物膜描述为静态的刚性结构,这显然与膜 功能的多样性相矛盾。
变形虫的变形运动
单位膜模型无法解释的现象
提出假说:细胞膜具有流动性
实验证据
材料五、 时间:1970年 人物:弗雷(Frye)和埃迪登 (Edidin) 实验:将人和鼠的细胞膜表面的蛋白质用 不同荧光标记后,让两种细胞融合。 荧光标记技术
用荧光染料标记 某种物质,利用其 荧光特性,来反应 研究对象的相关信 息。
37℃下40min后出现了 什么现象?说明什么?
膜上的蛋白质分 子是可以运动的
小资料
磷脂分子的运动
结论:细胞膜 具有流动性
①侧向扩散运动;②旋转运动;③摆动运动
材料六、
冰冻蚀刻(冰冻断裂)。标本用干冰等冰 冻后用冷刀断开,升温后暴露断裂面。
实验证据
材料二、 20世纪初,科学家对哺乳动物红细胞的细胞膜进行了 化学分析 成果:确定细胞膜的主要成分的确是脂质和蛋白质。
观察和实验依据
推理和想象
提出假说
验证和完善
观察和实验证据
得出结论
脂质和蛋白质是怎样形成生物膜的呢?
第2、3节+生物膜的流动镶嵌模型

答案:C
2、人体组织细胞从组织液中吸收甘油的量主要取决于( ) 人体组织细胞从组织液中吸收甘油的量主要取决于(
A、组织液中甘油的浓度 B、细胞膜上的载体数量 C、细胞中ATP的数量 细胞中ATP的数量 ATP D、细胞膜上的某载体的数量
答案:A
3、新生儿小肠上皮细胞通过消耗ATP,可以直接吸收母乳中 新生儿小肠上皮细胞通过消耗ATP, ATP 的免疫球蛋白和半乳糖。这两种物质分别被吸收到血液中的 的免疫球蛋白和半乳糖。 方式是( 方式是( )
外 细胞膜 内
思考与讨论
自由扩散和协助扩散需要消耗能量吗?为什么? 1、自由扩散和协助扩散需要消耗能量吗?为什么?
不需要。因为两者都是顺物质的浓度梯度。 不需要。因为两者都是顺物质的浓度梯度。
2、自由扩散和协助扩散有什么异同?
共同点:都不需要细胞消耗能量。 共同点:都不需要细胞消耗能量。 不同点:前者不需要蛋白质的协助,后者必须有蛋白质的协助。 不同点:前者不需要蛋白质的协助,后者必须有蛋白质的协助。
为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输? 3、为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输?
因为自由扩散和协助扩散都是顺物质的浓度梯度进行的, 因为自由扩散和协助扩散都是顺物质的浓度梯度进行的,不 需要细胞消耗能量
二、主动运输
主动运输 概念:从低浓度一侧运输到高浓度一侧,需要载体 概念:从低浓度一侧运输到高浓度一侧,需要载体 蛋白的协助,同时也需要消耗细胞内化学反应所释 蛋白的协助, 的协助 放的能量。 放的能量。 能量 举例: 举例:1、Na+ 、K+、Ca2+、Mg2+、I-等离子通过 细胞膜; 葡萄糖、氨基酸通过小肠上皮细胞膜。 细胞膜; 2、葡萄糖、氨基酸通过小肠上皮细胞膜。
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•生物膜结构的探索历程:
•1、19世纪末,欧文顿发现凡是可以溶于脂质的物质,比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞,于是他提出:膜是由脂质组成的。
•2、20世纪初,科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来,化学分析表明,膜的主要成分是脂质和蛋白质。
•3、1925年,两位荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质,在空气一水界面上铺展成单分子层,测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。
由此他们得出的结论是细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层。
•4、1959年,罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗一亮一暗的三层结构,并大胆地提出生物膜的模型是所有的生物膜都由蛋白质--脂质--蛋白质三层结构构成,电镜下看到的中间的亮层是脂质分子,两边的暗层是蛋白质分子,他把生物膜描述为静态的统一结构。
•5、1970年,科学家用荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合的实验,以及相关的其他实验证据表明细胞膜具有流动性。
•6、1972年,桑格和尼克森提出的为流动镶嵌模型大多数人所接受。
•生物膜的流动镶嵌模型:
•1、生物膜的流动镶嵌模型图解:
•?
•
•①糖蛋白(糖被):细胞识别、保护、润滑、免疫等。
•②蛋白质分子:膜功能的主要承担着。
•③磷脂双分子层:构成膜的基本支架。
•2、基本内容
•(1)脂质:构成细胞膜的主要成分是磷脂,磷脂双分子层构成膜的基本骨架。
•①磷脂分子的状态:亲水的“头部”排在外侧,疏水的“尾部”排在内侧。
•②结构特点:一定的流动性。
•(2)蛋白质:膜的功能主要由蛋白质承担,功能越复杂的细胞膜,其蛋白质的含量越高,种类越多。
•①蛋白质的位置:有三种。
镶在磷脂双分子层表面;嵌入磷脂双分子层;贡穿于磷脂双分子层。
•②种类:a.有的与糖类结合,形成糖被,有识别、保护、润滑等作用。
b.有的起载体作用,参与主动运输过程,控制物质进出细胞。
c.有的是酶,起催化化学反应的作用。
•(3)特殊结构——糖被
•①位置:细胞膜的外表。
•②本质:细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白。
•③作用:与细胞表面的识别有关;在消化道和呼吸道上皮细胞表面的还有保护和润滑作用。
•(4)?细胞膜的特征:
•①结构特征:具有一定的流动性。
•②功能特征:具有选择透过性。
•细胞膜的流动性与选择透过性的区分方法:
•1.结构特点:具有一定的流动性。
•(1)原因:膜结构中的蛋白质分子和脂质分子是可以运动的。
•(2)表现:变形虫的变形运动、细胞融合、胞吞、胞吐及载体对相应物质的转运等。
•(3)影响因素:主要受温度影响,适当温度范围内,随外界温度升高,膜的流动性增强,但温度超过一定范围,则导致膜的破坏。
•2.功能特性:具有选择透过性。
•(1)表现:植物根对矿质元素的选择性吸收,神经细胞对K+的吸收和对Na+的排出,肾小管的重吸收和分泌,小肠的吸收等。
•(2)原因:遗传性决定载体种类、数量决定选择性。
•3.二者的区别与联系
•(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。
•易错点拨:
•1、位于细胞膜外侧面的糖蛋白形成糖被,它是识别图中细胞膜内外侧的标志。
•2、载体蛋白属于嵌入或贯穿磷脂双分子层的蛋白质。
载体具有饱和现象,当细胞膜上的载体全部参与物质的运输时,细胞吸收该物质的速度不再随物质的浓度增大而增大。
•3、磷脂双分子层数、生物膜层数与磷脂分子层数:磷脂双分子层数=生物膜层数=磷脂分子层数的一半。
•例? 血浆中的1个葡萄糖分子进入组织细胞被彻底氧化分解,需要穿过几层磷脂分子(?? )
•A.5层? B.3层?? 层?? D.4层
•思路点拨:葡萄糖首先要穿过毛细血管壁进入组织液,至少要跨毛细血管壁的一层上皮细胞,即穿过2层细胞膜,再进入组织细胞共穿过3层细胞膜,生物膜都是由磷脂双分子构成,故本题穿越的磷脂分子层数是6。
答案C。