第06讲 细胞膜的功能及细胞膜的探究历程(人教版2019必修1)(解析版)

第06讲细胞膜的功能及细胞膜的探索历程

【学习目标】

1.通过类比，说明细胞膜是系统的边界。

2.通过实例了解细胞膜的主要功能，了解细胞膜出现的必要意义。

3.分析对细胞膜成分的探索历程，提升科学思维能力。

【基础知识】

一、细胞膜的功能

1.将细胞与环境分隔开

①台盼蓝染色法是一种简便、快速区分活细胞和死细胞的方法。其原理是：正常的活细胞，细胞膜结构完整，能够排斥台盼蓝，使之不能够进入细胞内；而丧失活性或细胞膜不完整的细胞，细胞膜的通透性增加，可被台盼蓝染成蓝色。

②用显微注射器将伊红注入变形虫，伊红会很快扩散到整个细胞，但伊红却不能逸出细胞。

③把新鲜的红色玫瑰花瓣放入清水中清洗，清水不会变红；把新鲜的红色玫瑰花瓣放入清水中加热破坏玫瑰花瓣细胞的细胞膜后，水会变红色。

以上事实说明细胞膜的功能之一是将细胞与外界环境分隔开，保障细胞内部环境的相对稳定。

2.控制物质进出细胞

实验1.

实验2. 哺乳动物成熟的红细胞呈两面凹的圆饼形。把猪正常的红细胞置入清水中，红细胞吸水变为圆球形，进一步吸水导致红细胞开始破裂，血红蛋白逸出。如下图：

（1）上述实验说明：细胞膜能够控制物质进出细胞。

（2）细胞膜控制物质进出细胞是相对的。一般来说，细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞；细胞不需要的物质不容易进入细胞。可以表示为：

3.进行细胞间信息交流

多细胞生物体内，各个细胞功能的协调依赖于物质和能量的交换，也有赖于信息的交流。

图例信息交流方式示例

[a]内分泌细胞分泌的[c]激素随血液到达全身各处，与[b]靶细胞膜表面的[d]受体结合，将信息传递给[b]靶细胞。胰岛细胞分泌胰岛素，随血液运输到肝脏细胞，与肝脏细胞膜上的胰岛素受体结合，将信息传递给肝细胞。

相邻两个细胞的细胞膜接触，信息

（[f]信号分子）从一个细胞（[e]

发出信号的细胞）传递给另一个细

胞。

精子和卵细胞之间的识别与结合。

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。高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，进行信息交流。

【易错提醒】

①细胞分泌的激素（如胰岛素）通过血液运输到达全身各处，与靶细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。

②直接接触是借助细胞膜表面的受体（化学本质：糖蛋白）进行识别，将信息从一个细胞传递给另一个细胞。

③高等植物细胞之间通过胞间连丝进行交流时，不需要细胞膜上的受体。因此，细胞膜上的受体并不是细胞间信息交流所必需的结构。

【知识拓展】

①细胞膜除了以上提到的三种功能外，细胞膜还有细胞识别、保护细胞、参与细胞的运动、分泌等功能。

②细胞壁的主要成分：植物-纤维素和果胶；细菌-肽聚糖；真菌-几丁质。

③主要功能：保护，支持，植物细胞壁对于植物体起着骨架的作用，以维持细胞的正常形态。

二、对细胞膜成分的探索

1.欧文顿实验1895 年，欧文顿实验发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：溶于脂质的

物质，容易穿过细胞膜；不溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜。据此推

测：细胞膜是由脂质组成的。

（2）戈特和格伦德尔实验1925年，戈特和格伦德尔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，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。他

们由此推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。

（3）丹尼利和戴维森实验1935年，丹尼利和戴维森他们发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的

表面张力。因此推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。

(1)受体蛋白：信号分子(如激素、细胞因子、神经递质)的受体。

(2)载体蛋白：协助跨膜运输(协助扩散和主动运输)。

(3)具催化作用的酶：如需氧细菌的细胞膜上可附着与有氧呼吸相关的酶，此外，细胞膜上还存在ATP水解酶(催化A TP水解，用于主动运输等)。

(4)识别蛋白：用于细胞与细胞间相互识别的糖蛋白(如精卵细胞间的识别、免疫细胞对抗原的特异性识别等)。

(5)通道蛋白：通过打开或关闭通道控制物质通过，如水通道蛋白；神经冲动传导时，Na＋、K＋通道蛋白等。

三、对细胞膜结构的探索

1.细胞膜的双分子片层模型1935年，丹尼利和戴维森他们发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表

面张力。因此推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。此模型认为：

细胞膜是由双层脂质分子和蛋白质构成的。

2.细胞膜静态结构模型1959年,罗伯特森在电镜下看到了细胞膜的“暗一亮一暗”的三层结构,提出了

所有的细胞膜都由“蛋白质一脂质一蛋白质”三层结构构成。细胞膜静态结构

模型不能解释细胞膜的复杂功能，就连细胞的生长，变形虫的变形运动都难

以解释。

3.细胞膜的流动镶嵌模型细胞膜的基本支架是磷脂双分子层。蛋白质分子以不同方式镶嵌在其中，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

于整个磷脂双分子层。细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性，主要表现

为构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动。

1.戈特和格兰德尔，将红细胞膜的脂质平铺在空气-水界面上，发现S2=2S1，由此推测膜由双层脂质构成。

2.细胞膜的“三明治”结构模型

罗伯特森通过电镜观察到暗-亮-暗结构，支持三明治结构。此假说的不足之处有：

①假设所有的膜都是均匀的厚度，并且具有恒定的脂蛋白比

②假设所有膜都具有对称的内外表面（即非双面）

③它没有考虑某些物质的渗透性

④膜固化的温度与建议模型下的预期温度不相关

3.【特别提醒】

①细胞膜主要是由脂质和蛋白质组成的，还有少量的糖类。

②细胞膜中的组成成分中含量最多的是脂质，其次是蛋白质。

③在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富，此外还有少量的胆固醇。

④功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类与数量就越多。

三、细胞膜的流动性实验