生物膜的流动镶嵌模型(修改)

３)科学家就是如何得出这一结论 得？

实验: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 得面积恰为红细胞表面积得两倍。
４)为什么磷脂分子在空气－水界 面上可以铺展成单分子层呢？
亲水头部
疏水尾部
磷脂就是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成得 分子,磷酸“头”部就是亲水得,脂肪酸“尾”部 就是疏水得。
非脂溶性物质
脂溶性物质
探索过程
1)对膜得化学成分提出假说
膜就是由脂质组成 得
时间:20世纪初 实验:科学家对哺乳动物红细胞得细胞膜进行了化学分 析 成果:确定细胞膜得主要成分得确就是脂质和蛋白质。
红细胞的细胞膜
２)磷脂和蛋白质就是通过什么样得 排列方式参与膜得构建得？
结论:
细胞膜中得脂质分子必然排列为 连续得两层！
2、磷脂分子以疏水性尾部相对朝向膜得内 侧,亲水性头部朝向膜得外侧,组成生物膜得 基本骨架;
3、蛋白质或镶嵌在脂双层得表面,或嵌插 在其内部,或横跨整个磷脂双分子层,表现出分 布得不对称性。
4、在细胞膜得外表,有一层由细胞膜上得 蛋白质与多糖结合形成得糖蛋白,叫做糖被。 有些多糖与磷脂分子结合形成糖脂
时间:1970年 人物:费雷和埃迪登等 实验:将人和鼠得细胞膜蛋白质用不同荧光染料标 记后融合
小鼠细胞和人细胞融合实验
结论:细胞膜具有流动性 从而推翻了静止模型得观点
提出新得细胞膜模型
1972年,桑格和尼克森在新得观察和实验 证据得基础上,提出了流动镶嵌模型。
流动镶嵌模型得基本内容:
1、细胞膜主要由流动得磷脂双分子层和嵌在其中 得蛋白质组成。还有少量得多糖。
第二节生物膜的流动镶嵌模型
从物质得跨膜运输得实例可以看出,生物 膜对物质进出细胞就是有选择性得、为 什么生物膜能够控制物质得进出呢？这 与生物膜得结构有什么关系？

1、细胞膜的化学成分： 、细胞膜的化学成分： 主要由脂质(磷脂 磷脂)、 主要由脂质 磷脂 、蛋白质和少量糖类组成 磷脂双分子层-----基本骨架 磷脂双分子层-----基本骨架 2、细胞膜 、 的结构： 的结构： 蛋白质分子------覆盖、镶嵌 覆盖、 蛋白质分子 覆盖 和贯穿在磷脂双分子层中
1．细胞生物膜的结构基本是（ C） ．细胞生物膜的结构基本是（ A. 蛋白质 糖被 脂质 蛋白质—糖被 糖被—脂质 B. 蛋白质—糖脂 脂质 蛋白质 糖脂—脂质 糖脂 C. 蛋白质 脂质 蛋白质 蛋白质—脂质 脂质—蛋白质 D. 脂质 蛋白质 脂质 脂质—蛋白质 蛋白质—脂质
3.下列能正确表示细胞膜结构的是（ C ） 下列能正确表示细胞膜结构的是（ 下列能正确表示细胞膜结构的是
A
B
C
D
4.某同学欲获得纯净的细胞膜，以研究其结构和功能， 某同学欲获得纯净的细胞膜，以研究其结构和功能， 某同学欲获得纯净的细胞膜 请您帮助设计一个简易实验。 请您帮助设计一个简易实验。 （1）选取人体的 ）选取人体的______________作为获取细胞 作为获取细胞 膜的来源， 膜的来源，其原因是红细胞中充满了血红蛋白而 _________________________。 。 （2）将选取的材料放入 ）将选取的材料放入____________中，一段 中 时间后，此类细胞将由于____________而破裂。 而破裂。 时间后，此类细胞将由于 而破裂 s （3）利用离心法及有机溶剂等方法提取出膜成份 ） 2 中的磷脂，将其铺展在空气—水界面上，测得磷脂 中的磷脂，将其铺展在空气 水界面上， 水界面上 占有的面积为S， 占有的面积为 ，请预测此类细胞表面积的值接近于 _________，可推理出细胞膜中的磷脂分子为 ， __________________。 。

a
a
b c A
a
b B a
b D
c
b C
c
c
自我评价：
3.上图示处于不同生理状态的三个洋葱鳞片叶表 皮细胞，请回答： 图A细胞处于何种生理状态？ 质壁分离 。 如上图是同一细胞处于不同浓度的溶液中，则A、 B细胞所处外界溶液浓度是 A > B 。 如是洋葱鳞片叶表皮细胞质壁分离实验中观察到 的图，先后观察到的图示顺序为 B → A → C 。 图中标号①指的物质是 外界溶液 。
二、流动镶嵌模型的基本内容
4、在细胞膜的外表， 有一层由细胞膜上的蛋白 糖蛋白的作用： 质与糖类结合形成的糖蛋 1、有保护和润滑作用， 2、还与细胞表面的识别 白，叫做糖被。有些糖类 有密切关系。 与脂质分子结合形成糖脂。 这些结构只存在与细胞膜 的外表面，也体现了膜结 构内外的不对称性。
5、磷脂分子和大多数蛋 白质是可以运动的，体现 了膜的结构特点：具有一 定的流动性
1970年，费雷和埃迪登的人-鼠细胞融合实验 免疫荧光技术
人 细 胞
鼠 细 胞
红色荧 光染料 标记的 膜蛋白 诱导
融合 绿色荧光 染料标记 的膜蛋白
杂交细胞 37℃
40分钟后
结论：膜上的蛋白质分子能够运动 同时证明磷脂分子也可以运动
细胞膜结构特点：： 具有一定的流动性
在新的观察和实验证据基础上，1972年桑格 （S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）提出 生物膜的流动镶嵌模型，这种模型被大多数人 所接受。
静态“蛋白质—脂质—蛋白质”三层结 构这个观点引起了许多科学家的质疑， “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，无法 解释比如变形虫的变形运动，植物质壁分离 以及复原、细胞生长和分裂等过程中膜的变 化这些现象。

糖蛋白
磷脂双分子层 蛋白质分子
1、组成成分： 脂质、蛋白质、糖类（少量） 2、结构： 磷脂双分子层构成膜的基本支架 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，有的横跨整个磷 脂双分子层。 3、结构特点： 具有一定的流动性
1895 年 1959 年 膜是由脂质 “三明治” 质组成的 结构模型
在提出假说后，还有必要对膜的成分进 行提取、分离和鉴定吗？
20世纪初，科学家第一次将细胞膜从哺乳 动物成熟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。
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。
利用你已知的知识推理和想象。 画出磷脂分子在空气－水界面上 单分子层排布的情况
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
科学家发现膜蛋白并不是全部平铺在脂质 表面，有的蛋白质是镶嵌在脂质双分子层中
镶在磷脂双 分子层表面
部分嵌入磷 脂双分子层
完全嵌入磷脂 双分子层 横跨磷脂双 分子层
1972年
桑格和尼克森
生物膜的流动镶嵌模型
流动镶嵌模型的基本内容
生物膜的流动镶嵌模型
是谁,隔开了原始海洋的动荡, 是谁,为我日夜守边防, 是谁,为我传信报安康。 没有你,我——一个小小的细 胞 会是何等模样?
19世纪末 欧文顿
不溶于脂质的物质 溶于脂质的物质
●
●
细胞膜
提出假说：膜是由脂质组成的
欧文顿提出的假说是通过对现象的推理分 析，还是通过对膜成分的提取和鉴定呢？
Байду номын сангаас

单位膜模型
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
变形虫的变形运动
植物细胞质壁分离现象
“蛋白质—脂质—蛋白质”单位膜模型有什么不足？
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.
开拓篇：
膜能运动吗？如果运动，膜上的蛋白质又 该位于什么位置？
第2节 生物膜的流动镶嵌模型
丁卫萍
问题探讨
塑料袋
其他……
植物细胞的质壁分离说明膜具有弹性
如果模拟做真核细胞三维结构模型，你认为： 塑料袋、普通布和弹力布，哪种更适合做细胞膜 体现细胞膜的功能？为什么？
分析：做为细胞膜要满足下列几个条件： ① 能做为细胞这一系统的边界； ② 能让一部分物质透过； ③ 具有一定的弹性。
因此三种材料中弹力布较适合做模型中的细胞膜。
弹力布能完全体现细胞膜的功能吗？
开启篇
从生理功能入手的科学研究
一种物质或物体的结构，实际上是指其组 成分之间的组合形式。比如细胞的结构是 指由细胞膜，细胞质基质，细胞器，细胞 核之间的组合形式. 氨基酸的结构是指组成它的各种原子之间 组合形式。 要弄清一种物质或物体的结构，首先要弄 清其组成成分。那么细胞膜的组成成是什 么呢？
6.糖蛋白及糖脂的介绍！ 糖蛋白
蛋白质
磷脂双 分子层
糖蛋白及糖脂的介绍！
一.多糖+蛋白质 == =糖蛋白
注意：1.糖蛋白也称为糖被，具有识别（细胞
之间信息交流），保护和润滑等作用（如：消 化道和呼吸道上皮细胞表面的糖蛋白）。

2. 存在于膜外表面，是判断膜内外的
标志。

3.糖蛋白只是膜上众多种类蛋白质的一

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
人细胞
荧光标记 膜蛋白
诱导 融合
鼠细胞 结论：细胞膜具有一定的流动性
40分钟后 370C
揭示了细胞膜结构中的蛋白颗粒。
[讨论]实验的现象是什么?——实验表明蛋白质并不是全部平铺在脂质的表面，有的蛋白质是镶嵌在 脂质双分子层中的。
蛋白质颗粒
标本用干冰等冰冻。后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。
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。
[资料五]免疫荧光技术细胞融合实验
不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质
提出假说： 膜是由脂质 组成的
(2)验证假说——膜是由脂质组成的
[资料二] 细胞膜提取分离和成分分析 时间：20世纪初。
实验：科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，发现细胞膜不但会被溶解脂质的溶剂溶解，也 会被蛋白酶分解。
问题：细胞膜是由哪些化学成分构成的? 膜的主要成分是脂质和蛋白质。
20世纪初，科学家的化学分析结果，指出膜主要由
和
1959年罗伯特森提出的“三明治”结构模型：所有生物膜都由 构；
1970年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有
1972年，脂桑质格和 蛋提白出质了
。
蛋白质－脂质－蛋白质
脂质 组成；
；
三层结
流动性 尼克森
流动镶嵌模型
两层暗层（蛋白质） 一层明层（脂质）
3、大多数的蛋白质分子也是可以运动的。（也体现了膜的流动性）

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。

电子显微镜是用电子束来照射 被检样品，入射电子与蛋白质 和磷脂不同的原子发生碰撞， 对电子有不同的散射度，蛋白 质的散射度高，显黑色，发暗； 磷脂分子的散射度低，发亮。
细胞膜结构的电镜照片
2、蛋白质的排布方式？
资料五： 1959 年，罗伯特森（ J.D.Robertsen ）在电镜 下看到细胞膜由“暗—亮—暗”的三层结构构 成。
一、对生物膜结构的探索历程
1、对生物膜组分的探索 2、对生物膜分子结构模型的探索 1、脂质的排布方式？ 2、蛋白质的排布方式？
资料三：
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。
单层磷脂分子
双层磷脂分子
资料四：
1925 年，荷兰科学家 Gorter 和 Grendel 从细胞
膜中提取脂质，在空气——水界面上铺成单层
分子，发现面积是细胞膜的2倍。
结论：细胞膜中的脂质为连续两层
磷脂双分子层
一、对生物膜结构的探索历程
1、对生物膜组分的探索 2、对生物膜分子结构模型的探索
1、脂质的排布方式？
磷脂双分子层
2、蛋白质的排布方式？
2、蛋白质的排布方式？
资料五： 1959 年，罗伯特森（ J.D.Robertsen ）在电镜 下看到细胞膜由“暗—亮—暗”的三层结构构 成。 背景资料
人细胞 杂交细胞
细胞 融合
一段时间后
37℃ 40 min
小鼠细胞
荧光标记的小鼠细胞和 人细胞融合实验示意图
结论：
构成细胞膜的蛋白质、磷脂 等成分是可以移动的。
细胞膜具有流动性 （结构特点）
“流动镶嵌”结构模型
流动镶嵌模型 。 磷脂双分子层构成骨架；蛋白

细胞膜
假说： 膜是由脂质(磷脂)组成的
材料二：20世纪初，细胞膜主要成分提取 分离实验
20世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的红细 胞中分离出来，发现细胞膜不但会被溶解脂质的 物质溶解，也会被蛋白酶分解。
说明： 膜的主要成分：脂质(磷脂 )和蛋白质
材料三 时间：1925年
人物：荷兰科学家E.Gorter和F.Grendel
实验：用丙酮从人的红细胞中提取脂质，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2ห้องสมุดไป่ตู้。 结论： 细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层！
磷脂分子的结构
亲水头部 疏水尾部
合作探究一
想一想，磷脂分子在空气-水界面 上会怎么样铺展？请你利用手中材 料模拟出磷脂分子的排列情况。
流动镶嵌模型基本内容小结
生物膜
成分
小结：概念图
蛋白质分子
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
磷脂双分子 基本支架
部分镶在 磷脂双分 具有流动性 子层表面
大多数可以运动
生物膜具有结构特性:
流动性
考考你
1. 据研究发现，胆固醇、脂肪酸、维生素D等脂溶 性物质较容易优先通过细胞膜，这是因为( c ) 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
白细胞吞噬病毒的过程
资料五 人物：Larry Frye等 时间： 1970年 实验：将人和鼠的细胞膜用不同的荧光染料标记后， 让两种细胞融合，杂交细胞一半发红光、另一半发绿 光，放置一段时间后发现两种荧光染料均匀分布
结论：细胞膜具有流动性
合作探究 三 构建生物膜平面结构模型

磷脂分子在空气 -水界 面上会怎么样铺展？
亲水的“头部”与水接触， 疏水的“尾巴”远离水， 朝向空气的一面，在水 疏水 “尾部” 空气界面上铺展成单分子 层。
空气
水
单位膜模型的提出
细胞膜的两侧都有水环境存在，同学 们尝试着大胆的推测和想象一下在这 样的环境中，磷脂分子在细胞膜中可 能是怎样排布的呢？
功能特点：
选择透过性 。
小结：概念图
磷脂双分子层 基本支架
生物膜
成分
蛋白质分子
镶在磷脂双分 子层表面 具有流动性
部分或全部嵌入 磷脂双分子层中 大多数可以运动
有的贯穿于整个 磷脂双分子层
生物膜具有结构特性: 流动性
溶于脂质的物质 不溶于脂质的物质
思考与讨论 : 提出假说
最初认识到生物膜 是最初依据实验现 由脂质组成的， 是通过对实验现象 象和有关知识，经 的推理分析还是通 过严谨的推理和大 过膜成分的提取和 胆的想像，提出设 鉴定？
细胞膜
从实验现象能推测出什么结论呢？
想，是一种常见的 科学方法。假说需 在推理分析得出结 要通过观察和实验 论后，还有必要对 进一步验证和完善。 膜的成分进行提取、
分离和鉴定吗？
膜是由脂质组成
从生理功能入手的科学探究
20世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的成熟 的红细胞中分离出来，化学分析膜表明：
膜的主要成分是脂质和蛋白质 问题： 脂质和蛋白质是怎样组合形成膜的呢？
继承篇： 单位膜模型的提出
单位膜模型的提出
磷脂是组成细胞 的主要脂质，是 一种由甘油、脂 肪酸、和磷酸等 所组成的分子。 它有一个亲水磷 酸“头”部，和 一个疏水的脂肪 酸的“尾”部。
推测？？……
40年代，曾经有学者推测蛋白质覆盖在脂质的 两边。