42生物膜的流动镶嵌模型精品学案 知识·巧学·升华 、对生物膜结构的探索历程 1.细胞膜具有屏障作用,它可以保护细胞不受外来物质的干扰和有害物质的侵袭 2.细胞膜具有控制细胞与外界物质交换的功能。活细胞进行新陈代谢,营养物质和代谢废物进 出细胞,都要通过细胞膜 3.生物体一般是由多个细胞构成的,每个细胞都要与其他细胞保持联系,细胞膜在这种联系中 负责信息的接收与传递。例如,动物细胞的细胞膜表面的糖蛋白具有识别作用 鉴于当时科学水平的限制不能对生物膜直接提取和分离,欧文顿从生理功能上入手,通过对现 象的推理分析的。根据他的实验结果:凡可以溶于脂质的物质,比不溶于脂质的物质更容易通 过细胞膜进入细胞。得出结论膜是由脂质组成的。 20世纪初,科学家将膜从细胞中分离出来,并确定:膜的主要成分是脂质和蛋白质。科 学家们利用细胞吸水原理和哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和内质网等众多细胞器的特 点,将细胞膜从红细胞中分离出来,然后对膜进行化学分析,得出的结论是膜由脂质和蛋白质 组成的 深化升华磷脂的分子式、结构模式图和分子形状分别总结如下图: 极性头(亲水) N(CH,) L胆碱 非极性尾(疏水) 磷脂分子结构模式图 头(亲水) 尾(疏水)
4.2 生物膜的流动镶嵌模型精品学案 知识·巧学·升华 一、对生物膜结构的探索历程 1.细胞膜具有屏障作用，它可以保护细胞不受外来物质的干扰和有害物质的侵袭。 2.细胞膜具有控制细胞与外界物质交换的功能。活细胞进行新陈代谢，营养物质和代谢废物进 出细胞，都要通过细胞膜。 3.生物体一般是由多个细胞构成的，每个细胞都要与其他细胞保持联系，细胞膜在这种联系中 负责信息的接收与传递。例如，动物细胞的细胞膜表面的糖蛋白具有识别作用。 鉴于当时科学水平的限制不能对生物膜直接提取和分离，欧文顿从生理功能上入手，通过对现 象的推理分析的。根据他的实验结果：凡可以溶于脂质的物质，比不溶于脂质的物质更容易通 过细胞膜进入细胞。得出结论膜是由脂质组成的。 20 世纪初，科学家将膜从细胞中分离出来，并确定：膜的主要成分是脂质和蛋白质。科 学家们利用细胞吸水原理和哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和内质网等众多细胞器的特 点，将细胞膜从红细胞中分离出来，然后对膜进行化学分析，得出的结论是膜由脂质和蛋白质 组成的。 深化升华 磷脂的分子式、结构模式图和分子形状分别总结如下图： 极性头（亲水） 非极性尾（疏水） 磷脂分子结构模式图
磷脂分子形状示意图 通常磷脂分子中的2个脂肪酸总有一个是不饱和的,因2个脂肪酸链不是平行并列的,其 中一个(不饱和脂肪酸)总是有折弯的(如上图所示)。 罗伯特森1959年提出“三明治”结构模型:蛋白质一脂质一蛋白质。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。但是作为变形虫能够摄食能够运动不能做出 解释。1970年 Larry frye等将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体标记后,让两种细胞融合, 杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光,放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布 说明细胞膜是流动的 知识拓展 在建立生物膜模型的过程中,实验技术的进步起到了关键性的推动作用。如电子显微镜的 诞生使人们终于看到了膜的存在;冰冻蚀刻技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外 两侧并不对称:荧光标记小鼠细胞与人细胞的融合实验又证明了膜的流动性等。没有这些技术 的支持,人类的认识便不能发展 流动镶嵌模型的基本内容 生物膜主要是由脂类和蛋白质分子以非共价键组合装配而成的。生物膜除了脂类和蛋白质 以外,细胞膜的表面还有糖类分子,称为膜糖。膜糖大多和蛋白质分子相结合成为糖蛋白,也 可和脂类分子结合而成糖脂。生物膜的内外表面上,脂类和蛋白质的分布不均衡,这反映了膜 两侧的功能的不同。 1.磷脂双分子层构成膜的基本支架。其中磷脂分子的亲水性头部朝向两侧,疏水性的尾部朝向 内侧。 2.蛋白质分子有的镶嵌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,有的横跨 整个磷脂双分子层。这体现了膜结构内外的不对称性 磷脂分子是可以运动的,具有流动性,其分子的运动有多种形式 4.大多数的蛋白质分子也是可以运动的,从这一方面也体现了膜的流动性 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 深化升华生物膜不是固定不变的结构,而是经常处于动态变化之中的。脂双层具有流动性 其脂类分子可以自由地移动,蛋白质分子也可以在脂双层中横冋移动。膜糖是细胞膜表面的糖 类总称。它们大部分以共价键与膜蛋白相结合而成糖蛋白,少部分与脂类结合而成糖脂。膜糖 只存在于质膜的外层,即远离细胞质的一层,与细胞质接触的一层没有糖类。另外,细胞器的 膜,如线粒体、高尔基体、叶绿体等的膜上也没有糖分子。 问题·思路·探究 问题1生物膜流动镶嵌模型的基本内容是什么? 思路点拨:(1)镶嵌性:膜的基本结构是由脂质双分子层镶嵌蛋白质构成的。以磷脂双分子层 为基本骨架镶嵌在磷脂双分子层表面(外在蛋白质)部分或全部嵌入到磷脂双分子层中
磷脂分子形状示意图 通常磷脂分子中的 2 个脂肪酸总有一个是不饱和的，因 2 个脂肪酸链不是平行并列的，其 中一个（不饱和脂肪酸）总是有折弯的（如上图所示）。 罗伯特森 1959 年提出“三明治”结构模型：蛋白质—脂质—蛋白质。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。但是作为变形虫能够摄食能够运动不能做出 解释。1970 年 Larry Frye 等将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体标记后，让两种细胞融合， 杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布。 说明细胞膜是流动的。 知识拓展 在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到了关键性的推动作用。如电子显微镜的 诞生使人们终于看到了膜的存在；冰冻蚀刻技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外 两侧并不对称；荧光标记小鼠细胞与人细胞的融合实验又证明了膜的流动性等。没有这些技术 的支持，人类的认识便不能发展。 二、流动镶嵌模型的基本内容 生物膜主要是由脂类和蛋白质分子以非共价键组合装配而成的。生物膜除了脂类和蛋白质 以外，细胞膜的表面还有糖类分子，称为膜糖。膜糖大多和蛋白质分子相结合成为糖蛋白，也 可和脂类分子结合而成糖脂。生物膜的内外表面上，脂类和蛋白质的分布不均衡，这反映了膜 两侧的功能的不同。 1.磷脂双分子层构成膜的基本支架。其中磷脂分子的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部朝向 内侧。 2.蛋白质分子有的镶嵌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，有的横跨 整个磷脂双分子层。这体现了膜结构内外的不对称性。 3. 磷脂分子是可以运动的，具有流动性，其分子的运动有多种形式。 4.大多数的蛋白质分子也是可以运动的，从这一方面也体现了膜的流动性。 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。 深化升华 生物膜不是固定不变的结构，而是经常处于动态变化之中的。脂双层具有流动性， 其脂类分子可以自由地移动，蛋白质分子也可以在脂双层中横向移动。膜糖是细胞膜表面的糖 类总称。它们大部分以共价键与膜蛋白相结合而成糖蛋白，少部分与脂类结合而成糖脂。膜糖 只存在于质膜的外层，即远离细胞质的一层，与细胞质接触的一层没有糖类。另外，细胞器的 膜，如线粒体、高尔基体、叶绿体等的膜上也没有糖分子。 问题·思路·探究 问题 1 生物膜流动镶嵌模型的基本内容是什么？ 思路点拨：（1）镶嵌性：膜的基本结构是由脂质双分子层镶嵌蛋白质构成的。以磷脂双分子层 为基本骨架镶嵌在磷脂双分子层表面（外在蛋白质）部分或全部嵌入到磷脂双分子层中
(2)流动性:膜结构中的蛋白质和脂质分子在膜中可移动。膜整体结构也具有流动性。构成 生物膜的磷脂分子具有流动性,但不是像液态水一样地无规则运动。磷脂分子主要做与膜表现 相平行的横向运动,并随温度升高而加快。 (3)不对称性:膜两侧的分子性质和结构不相同。 问题2通过分析科学家建立生物膜模型的过程,你对科学的过程和方法有哪些领悟? 思路点拨ε科学是一个发展的过程,对科学家探索细胞膜结构历程的有关资料进行组织我们不 难看出任何一个结论的得出都是有根据的,都是通过实验证明出来的。基本步骤都是提出问题 ——做出假设——做实验——观察现象—一得出结论。我们应该学习科学家的这种献身精神。 典题·热题·新题 例1白细胞能吞噬绿脓杆菌,与这一现象有关的是() A.主动运输 B.协助扩散 C.自由扩散 D.细胞膜流动性 思路解析:本题考查的知识点有:(1)白细胞吞噬病菌的过程:(2)细胞膜的结构特点;(3) 吞噬过程与膜结构特点的关系。主动运输、协助扩散、自由扩散是物质通过细胞膜出入细胞的 种主要方式。这三种方式运载的物质均为细胞要选择吸收的离子、小分子和水分子等,而大 分子物质或像绿脓杆菌类是不能通过这三种方式进入细胞的。而只能通过细胞膜具有一定的流 动性来被吞入到细胞内 答案:D 深化升华细胞膜的流动性是细胞的结构特点。它与许多现象密切相关,如细胞膜的内吞和外 排,这也体现了结构与功能相适应的生物学观点 例2如下图所示,若将细胞膜的磷脂分子提取后,放入盛水容器中,磷脂分子的稳定分布方 式为() 思路解析:本题考査细胞膜的流动镶嵌模型的知识,磷脂分子以疏水尾部相对,亲水头部朝向 两侧,构成了磷脂双分子层。故将磷脂分子提取后放入盛水容器中,亲水头部应插入水中,疏 水尾部应在水面外。 答案:B 误区瞀示如果对待知识不求甚解,浅尝辄止,只知道细胞膜是由两层磷质分子组成的,而不 清楚为什么是这样排布的、有何意义,就会得出错误答案
（2）流动性：膜结构中的蛋白质和脂质分子在膜中可移动。膜整体结构也具有流动性。构成 生物膜的磷脂分子具有流动性，但不是像液态水一样地无规则运动。磷脂分子主要做与膜表现 相平行的横向运动，并随温度升高而加快。 （3）不对称性：膜两侧的分子性质和结构不相同。 问题 2 通过分析科学家建立生物膜模型的过程，你对科学的过程和方法有哪些领悟？ 思路点拨：科学是一个发展的过程,对科学家探索细胞膜结构历程的有关资料进行组织我们不 难看出任何一个结论的得出都是有根据的，都是通过实验证明出来的。基本步骤都是提出问题 ——做出假设——做实验——观察现象——得出结论。我们应该学习科学家的这种献身精神。 典题·热题·新题 例 1 白细胞能吞噬绿脓杆菌，与这一现象有关的是（ ） A.主动运输 B.协助扩散 C.自由扩散 D.细胞膜流动性 思路解析：本题考查的知识点有：（1）白细胞吞噬病菌的过程；（2）细胞膜的结构特点；（3） 吞噬过程与膜结构特点的关系。主动运输、协助扩散、自由扩散是物质通过细胞膜出入细胞的 三种主要方式。这三种方式运载的物质均为细胞要选择吸收的离子、小分子和水分子等，而大 分子物质或像绿脓杆菌类是不能通过这三种方式进入细胞的。而只能通过细胞膜具有一定的流 动性来被吞入到细胞内。 答案：D 深化升华 细胞膜的流动性是细胞的结构特点。它与许多现象密切相关，如细胞膜的内吞和外 排，这也体现了结构与功能相适应的生物学观点。 例 2 如下图所示，若将细胞膜的磷脂分子提取后，放入盛水容器中，磷脂分子的稳定分布方 式为（ ） 思路解析：本题考查细胞膜的流动镶嵌模型的知识，磷脂分子以疏水尾部相对，亲水头部朝向 两侧，构成了磷脂双分子层。故将磷脂分子提取后放入盛水容器中，亲水头部应插入水中，疏 水尾部应在水面外。 答案：B 误区警示 如果对待知识不求甚解，浅尝辄止，只知道细胞膜是由两层磷质分子组成的，而不 清楚为什么是这样排布的、有何意义，就会得出错误答案
