1、细胞膜系统的边界,JLSSY BYH,选材：制备细胞膜一般使用活的、成熟的哺乳动物的_。因为我们研究细胞膜的性质需要的是_的细胞膜。为了这个目的我们需要做的是去除细胞内_和_的膜的干扰。选择_的原因是该细胞在细胞分化的过程中，_和_大都已经退化消失，相比于其他结构复杂的细胞来说，分离的工作要简单很多。 原理：我们所要做的是将红细胞浸在_中，使它吸水_，然后就可以用_的方法提纯了。 过程：选材制片观察_观察结果。,红细胞,细胞器,细胞核,纯净,细胞核,哺乳动物成熟的红细胞,细胞器,蒸馏水,涨破,离心,体验制备细胞膜的方法,滴水,1.选材：猪（牛、羊、人）的新鲜红细胞稀释液(生理盐水),2.制作装
2、片：红细胞稀释液滴在载玻片上，盖上盖玻片,3.观察：低倍到高倍,4.滴蒸馏水：对侧吸水纸引流,5.观察：,6.分析结果：,凹陷消失，体积增大，细胞破裂， 内容物流出 获得细胞膜。,实验方法步骤：,离心机是实验室中常见的工具，主要于分离胶体溶液中的固相和液相。利用高速回旋的方式使离心管中之各个质点得到一个加速度，又基于固体密度多大于液体，进而使的固液分离。,差速离心法是交替使用低速和高速离心，用不同强度的离心力使具有不同质量的物质分级分离的方法。此法适用于混合样品中各沉降系数差别较大组分的分离。（细胞器）,密度梯度离心法是在密度梯度介质中进行的依密度而分离的离心法。各组分会依其密度分布在与其自身
3、密度相同的液层中。（DNA半保留复制机制）,细胞壁 细胞壁：植物细胞在细胞膜的外面有一层细胞壁，其主要成分为_和_，可用_酶和_酶来除去。细胞壁为全透性的结构，有_和_的作用。,纤维素,果胶,纤维素,果胶,支持,保护,1细胞膜成分、含量、种类和作用的比较,细胞膜成分与探究方法,2.细胞膜的成分探究方法,19世纪末，欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次实验，发现问题：细胞膜对不同物质的通透性不同。,组成,时间：20世纪初 实验：科学家对哺乳动物红细胞的细胞膜进行了化学分析,红细胞的细胞膜,成果：确定细胞膜的主要成分的确是脂质和蛋白质。,组成,在细胞膜行使功能时起重要作用,细胞膜
4、的功能越复杂，蛋白质的种类和数量就越多。,磷脂（最丰富）,细胞膜的成分,【知识拓展】 对于组成细胞膜的基本成分，最初是通过用脂质溶剂和蛋白酶处理细胞膜来确定的。用脂质溶剂处理细胞，发现细胞膜被溶解，脂质分子进入到溶剂中，说明膜中含有脂质分子；用蛋白酶处理细胞也能破坏膜结构，说明细胞膜的化学组成中除了脂质还有蛋白质。对于一些具体的组成成分，可采用相应酶的处理来确定。例如，(1)用卵磷脂酶处理细胞，可破坏细胞膜，证明膜中有卵磷脂的存在。(2)对于膜中某种蛋白质功能的分析，有很多方法。其中一种是将这种蛋白质分离纯化出来，将它掺入到磷脂小泡中，形成只含一种蛋白质的磷脂小泡，然后检测蛋白质的功能。,细胞
5、膜的结构模型,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，有的贯穿整个磷脂双分子层。（体现了膜结构内外的不对称性）,(1)细胞膜中的脂质除磷脂外，还有一些糖脂和胆固醇。 (2)糖脂和糖蛋白都分布于细胞膜的外表面。 (3)脂质和蛋白质分子并不是均匀分布的，而是呈不对称形式分布的。 (4)糖蛋白只位于细胞膜的外侧，细胞器膜和细胞膜内侧不存在，可用于确定细胞膜的内外位置。 膜蛋白的功能 作为跨膜运输的载体：主要参与协助扩散、主动运输、离子通道运输等。 作为激素等物质的受体：
6、如甲状腺细胞上有接受垂体释放的促甲状腺激素的受体。 细胞之间识别：如血型匹配和受精作用。 镶嵌在膜上的酶起催化作用：膜表面含有各种酶，使某些化学反应能在膜上进行，如内质网膜上的酶能催化磷脂的合成等。,细胞膜的结构流动镶嵌模型,膜是由脂质,脂质和蛋白质,排列为连续的两层,蛋白质脂质蛋白质,生物膜分子结构模型的探究过程,流动性,流动镶嵌模型,实验：1925年，荷兰科学家用丙酮从红细胞中抽提出脂质，在空气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两倍。,结构,结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层！,结构,脂肪酸,磷脂分子可以在空气和水的界面上展开为一层,生物膜连续两层排列,
7、结构,结构,蛋白质又存在于细胞膜中什么位置呢？,蛋白质脂质蛋白质,静止模型的观点,蛋白质脂质蛋白质（三层结构）,要点： 所有膜结构都相同 静态的结构,随着新技术的运用，科学家发现蛋白质在膜中的分布是不对称的，蛋白质镶在、嵌入、横跨在磷脂双分子层中。,结构,外,内,冰冻蚀刻技术,冷冻蚀刻复型是电镜样品的一种制备技术，以显示细胞、组织微细结构科的立体构像。其样品制备步骤如下：冷冻：先把组织浸入含有2030的甘油生理盐水的冷冻保护剂中，以防止冰晶形成和提高冷冻速度，然后把组织放入液氮（-196) 内快速冻结;断裂在低温真空内，把冻结的组织用钢刀劈开，断裂面常为组织、细胞的薄弱部位，如膜的双层类脂质分
8、子的疏水极之间，余下部分的表面要观察的部位；蚀刻：在真空内将温度回升到-100，使断裂面的冰升华，形成凹凸不平的形态;复型:在断裂面以45角喷镀一层铂膜，以增加图像的反差和立体感,再喷镀一层碳膜以加固铂膜。然后用次氯酸钠等腐蚀液除去组织，捞取复型膜在透射电镜下观察。,电子显微镜是使用电子来展示物件的内部或表面的显微镜。高速的电子的波长比可见光的波长短（波粒二象性），而显微镜的分辨率受其使用的波长的限制，因此电子显微镜的分辨率（约0.2纳米）远高于光学显微镜的分辨率（约200纳米）。常用的有透射电镜（直接获得一个薄样本的投影）和扫描电子显微镜（电子束尽量聚焦在样本的一小块地方，然后一行一行地扫描
9、样本）。,时间：1970年 人物：Larry Frye等 实验：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 提出假说： 细胞膜具有流动性,免疫荧光技术细胞融合实验,结构,结论：细胞膜具有一定的流动性,结构,1972年，桑格和尼克森在新的观察和实验证据的基础上，提出了流动镶嵌模型。强调膜的流动性和膜蛋白分布的不对称性。,细胞膜的结构特点：一定的流动性。磷脂分子是可以运动的，具有流动性，大多数的蛋白质分子也是可以运动的。,1.将细胞与外界环境分隔开,原始地球环境,膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段。
10、,保障细胞内部环境的相对稳定。,2.控制物质进出细胞,控制作用是相对的,营养物质,废物,分泌物,病菌、病毒,资料：用凉水洗红苋菜，水不变红；煮苋菜汤，汤却是红色的。这与细胞膜的功能有何关系？,活细胞的细胞膜能控制物质进出，而死亡的细胞膜不具有控制物质进出的功能。,科研上鉴别死细胞和活细胞，常用“染色排除法”。例如，用台盼蓝染色，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色，从而判断细胞是否死亡。你能解释“染色排除法”的原理吗？,3.进行细胞间的信息交流,多细胞生物体内，各个细胞间保持功能的协调才能使生物体健康地生产。这种协调性的实现不仅依赖于物质和能量的交换，也有赖于信息的交流。,方式：物质
11、传递、接触传递、通道传递、,(1)、物质传递：通过细胞分泌的化学物质（如激素）建立的细胞交流(如胰岛素对血糖的调节) 。,易,发出信号的细胞,靶细胞,与膜结合的 信号分子,（2）接触传递：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：精子和卵细胞的识别和结合，效应T细胞与被感染的靶细胞的识别和结合,（3）通道传递：相邻两个细胞之间形成通道，携带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胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用,胞间连丝切片（黑枣）,1细胞膜的主要功能 (1)将细胞与外界环境隔开细胞的界膜：这是细胞膜最重要的功能。无论是真核细胞还是原核细胞，都必定
12、有一个由一定膜结构形成的界膜，不然就不会有细胞存在。细胞膜的出现使生命起源到了细胞的形式，也保证了细胞生命活动的正常进行。细胞膜的出现使各种生物大分子集中到一个相对稳定的微环境中，这样有利于细胞的物质和能量代谢，也有利于细胞的生长发育。,细胞膜的主要功能及影响功能的因素,(2)控制物质进出细胞细胞膜的功能特点：选择透过性膜的存在使细胞成为一个相对独立的系统，但细胞不是一个封闭的系统，细胞的生存、生长和发育依赖于细胞内外的物质交流。膜对于物质的运输具有选择性，只有在需要时，物质才会被运转。物质既可以从浓度高的一侧转运到浓度低的一侧，也可以从浓度低的一侧转运到浓度高的一侧。前者属被动运输，不需要细
13、胞提供代谢能量；后者属主动运输，需要细胞提供代谢能量。对于大分子的运输，细胞采用的是胞吞与胞吐的方式，通过将物质包裹在囊泡中进行转运。,(3)进行细胞间的信息交流 细胞间信息交流的方式可归纳为三种主要方式：,(1)温度：一方面组成细胞膜的蛋白质活性与温度密切相关，在一定温度范围内，温度高，蛋白质活性大，温度低，蛋白质活性低。另一方面细胞膜流动性的大小与温度存在一定联系，一般情况下，温度升高流动性大，有利于生理功能完成，但温度过高，膜流动性过大，甚至破坏膜结构(蛋白质变性)，导致生命活动无法进行；温度过低，膜流动性下降，黏度增加，影响其生理功能的完成。(2)pH：过酸、过碱都会使细胞膜成分中的蛋
14、白质变性失活，从而导致细胞膜丧失生理功能。(3)蛋白酶、脂溶剂等：蛋白酶可水解膜蛋白，脂溶剂可溶解膜脂等，从而破坏膜结构，使细胞膜丧失其生理机能。,影响细胞膜生理功能的主要因素：,细胞膜的结构特点和功能特性的比较,流动性是选择透过性的基础，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，细胞膜失去了选择透过性，也就意味着细胞死亡。,1膜流动性的应用：动物细胞融合；植物原生质体融合；将膜脂制成微球体包裹酶、抗体、核酸等生物大分子或小分子药物，运输到患病部位，通过脂质微球体膜和细胞膜的融合，把这些物质送入细胞，从而达到治疗疾病或改变细胞代谢和遗传特性等目的。2选择
15、透过性的实例：植物细胞的质壁分离和质壁分离复原；主动运输。3选择透过性的应用：透析型人工肾；海水淡化；污水净化等等。,实验原理：1某些半透膜(如动物的膀胱膜、肠衣、玻璃纸等)，可以让某些物质透过，而另一些物质不能透过。如水分子可以透过，而蔗糖分子因为相对分子质量比较大，不能透过。可以用半透膜将不同浓度的溶液分隔开，然后通过观察溶液液面高低的变化，来观察半透膜的选择透过特性，进而类比分析得出生物膜的透性。,通过模拟实验探究膜的透性,(备注：玻璃纸是一种以棉浆、木浆等天然纤维为原料，用胶黏法制成的薄膜。它透明、无毒无味。其分子链存在着一种奇妙的微透气性，可以让像鸡蛋透过蛋皮上的微孔一样进行呼吸，这
16、对商品的保鲜和保存活性十分有利。),2利用人工膜来模拟生物膜，探究膜的透性，人们研究人工的无蛋白质的脂双层膜对不同分子的通透性发现氧气、水、甘油、乙醇等分子可以自由进出人工的无蛋白质的脂双层膜，脂溶性的物质易透过人工膜，但葡萄糖、氨基酸、钠离子等难以透过。上述物质可以透过细胞膜，即在人体中葡萄糖能穿过细胞膜进入红细胞，小肠上皮细胞也能大量吸收葡萄糖。,1结果：氧气、二氧化碳，氮气、苯等小分子(苯还是脂溶性的)很容易通过脂双层；水、甘油、乙醇等较小的分子也可以通过；氨基酸、葡萄糖等较大的有机分子和带电荷的离子则不能通过合成的脂双层。 2推测：葡萄糖不能通过人工合成的无蛋白的脂双层，但小肠上皮细胞
17、能大量吸收葡萄糖，推测小肠上皮细胞的细胞膜上有能够转运葡萄糖的蛋白质。,1.取一个长颈漏斗，在漏斗口处封上一层玻璃纸。 2在漏斗中注入蔗糖溶液。 3将漏斗浸入盛有蒸馏水的烧杯中，使漏斗的液面与烧杯的液面高度一样。 4静置一段时间后，观察长颈漏斗的液面变化，并将观察到的结果进行记录。 现象：漏斗管内的液面升高。结果：由于单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量多于从长颈漏斗渗出的水分子数量，使得管内液面升高。,结论： 1半透膜两侧溶液间的水分子是进行双向运动的，我们只是观测到由双向水分子运动快慢的差异所导致的液面改变。 2上述原理适用于比较不能透过半透膜的溶液浓度大小。,(2)当S1浓度S2
18、浓度时，则单位时间内由S1S2的水分子数多于由S2S1，外观上表现为S1液面下降。 (3)当S1浓度S2浓度时，则单位时间内由S1S2的水分子数等于由S2S1。 (4)在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差h，则S1溶液浓度S2溶液浓度。,渗透系统的水分流动方向的几种情况分析：,(1)当S1浓度S2浓度时，则单位时间内由S2S1的水分子数多于由S1S2，外观上表现为S1液面上升。,渗透压：渗透压指的是溶质分子通过半透膜的一种吸水力量，其大小取决于溶质颗粒数目的多少，而与溶质的分子量、半径等特性无关。 微粒多，吸水力强，渗透压大，吸水。 微粒少，吸水力弱，渗透压小，失水。,重力+外对内的吸水力=内对外的吸水力,外对内的吸水力内对外的吸水力,外的颗粒内的颗粒,外的浓度S2,向下的力=向外的力,
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