4.2生物膜的流动镶嵌模型

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,2,节,生物,膜的流动镶嵌模型,1.,了解生物膜结构的探索历程,2.,掌握流动镶嵌模型的基本内容,3.,举例说明生物膜具有流动性,学习目标,我们都知道，作为生命系统的最低层次,细胞的外围有着一层细胞膜。,然而，即使最精密的光学显微镜，也不能看到细胞膜的存在。而人类在,100,多年前就证实了细胞膜的存在，并且逐渐的搞清了膜的结构。,下面让我们一起来体验一下生物膜结构的探索历程,生物膜结构的探索历程,生物膜结构的探索历程,探究历程,19世纪中,奈利,细胞的边界,细胞膜,1855,年瑞典科学家,奈利,的实验：色素分子进入受损的植物细胞的速度比进入完整细胞的速度要快得多；在显微镜下用微细的探针刺向细胞时能看到细胞表面出现褶皱，并感到阻力，一旦刺破细胞进入细胞内部，阻力就随之消失，这些都说,明细胞表面有一层膜,，即细胞的边界。,探究历程,欧文顿,19世纪中,19世纪末,奈利用探针刺向细胞证明细胞表面有一层膜,对生物膜组分的探索,Year,1895年,欧文顿（E.Overton）实验,细胞膜,E.Overton的假说：,膜是由,脂质,组成的。,非脂溶性物质,脂溶性物质,小资料,相似相溶,原理：,通,俗的讲，,即分子结,构越相似,的物质，,越是容易,相互溶解。,探究历程,实验：,用,500,多种化学物质对植物细胞的,通透性,进行了上万次,实验,。,发现：,细胞膜对不同物质的通透性是不一样的：溶于脂质的物质比不溶于脂质的物质更容易通过细胞膜。,最初认识到细胞膜是由脂质构成的，是直接对膜成分进行提取、鉴定，还是一种推理？,在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？为什么？,一般说来，要研究某一物质或物体的分子结构首先要弄清其化学组成成分。为何不用化学分析方法去弄清细胞膜的化学成分？,实验观察 提出假说,当然设想是否成立，还得需要通过实验观察直接证实,欧文顿的推论是否正确呢？细胞膜中除含有脂质外，还有没有其他成分呢,20,年后科学家们第一次将细胞膜从红细胞中分离出来，化学分析表明，他们的主要成分是磷脂和蛋白质。,思考：,1,、通过对现象的推理分析得出：细胞膜是由脂质构成的。那么，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？,2,、如果需要对膜的成分进行提取、分离和鉴定，选用下列哪种细胞作为提取细胞膜的材料？,大肠杆菌、哺乳动物的红细胞、植物的叶肉细胞、哺乳动物的肌肉细胞,科学发现过程中，最初经常是根据实验现象和有,关知识，提出假说，假说提出后，需要通过观察,和实验进一步验证和完善。,探究历程,欧文顿 提出,膜由脂质组成,科学家提取并分析了膜的化学成分,19世纪中,19世纪末,20世纪初,奈利用探针刺向细胞证明细胞表面有一层膜,对生物膜组分的探索,科学家,第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来。,红细胞的细胞膜,化学分析发现：,膜的主要成分是脂质,(,主要是,磷脂,),和,蛋白质。,探究历程,Year,20世纪初,探究历程,欧文顿 提出,膜由脂质组成,科学家通过化学分析：膜的主要成分是脂质和蛋白质,19世纪中,19世纪末,20世纪初,奈利用探针刺向细胞证明细胞表面有一层膜,朗,姆瓦,1917年,探究历程,Year,1917年,美国科学家,朗姆瓦,指出,磷脂分子的头部是,亲水,的，尾部是,疏水,的。,CH,CH,2,CH,2,O,C=O,CH-CH2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,C=O,CH,2,O,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,=,CH,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,N,+,（,CH,）,3,3,O,O,O=P,O,脂肪酸,尾部,头部,(亲水),(疏水),磷酸,对生物膜分子排布的探索,自主探究,Year,1917年,活动一：请根据,磷脂分子,的特点，,建构,磷脂,分子在空气水界面的分布模型。,空气,水,对生物膜分子排布的探索,自主探究,Year,1917年,活动二：请,根据组织细胞生活的环境，构建磷脂分子在细胞膜中的排布模型,。,提出假说：,磷脂分子在细胞膜中排列为双分子层,膜外（水溶液）,膜内（水溶液）,膜外（水溶液）,膜内（水溶液）,对生物膜分子排布的探索,探究历程,欧文顿 提出,膜由脂质组成,科学家通过化学分析：膜的主要成分是脂质和蛋白质,19世纪中,19世纪末,20世纪初,奈利用探针刺向细胞证明细胞表面有一层膜,朗姆瓦提出磷脂头部亲水，尾部疏水,1917年,两位,荷兰科学家,1925年,探究历程,Year,对生物膜分子排布的探索,荷兰科学家E.Gorter和F.Grendel,用丙酮从,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,2倍,结论：,细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层！,1925年,自主探究,Year,活动三：展开你的想像力，尝试构建蛋白质分子在磷脂双分子层中的排布模型,。,1925年,磷脂双分子层,蛋白质分子,对生物膜分子排布的探索,探究历程,欧文顿 提出,膜由脂质组成,科学家通过化学分析：膜的主要成分是脂质和蛋白质,19世纪中,19世纪末,20世纪初,奈利用探针刺向细胞证明细胞表面有一层膜,朗姆瓦提出磷脂头部亲水，尾部疏水,1917年,两位荷兰科学家提出：脂质分子排列为两层,1925年,罗伯特森,1959年,Year,1959年,两层暗,一层亮,小资料,(关于电镜成像),电子束照射大分子物质散射度高，黑暗；照射小分子物质，散射度低，光亮。,探究历程,罗伯特森（J.D.Robertsen）,在电镜下看到细胞膜清晰的暗亮暗的三层结构,。,对生物膜分子排布的探索,Year,1959年,罗伯特森（J.D.Robertsen）,在电镜下看到细胞膜清晰的暗亮暗的三层结构,。,结论：,生物膜是由,“,蛋白质脂质蛋白质,”,构成的三层,静态统一,结构,（单位膜模型）。,“,蛋白质,-,脂质,-,蛋白质,”,三层的统一结构模式图,探究历程,对生物膜分子排布的探索,探究历程,欧文顿 提出,膜由脂质组成,科学家通过化学分析：膜的主要成分是脂质和蛋白质,19世纪中,19世纪末,20世纪初,奈利用探针刺向细胞证明细胞表面有一层膜,朗姆瓦提出磷脂头部亲水，尾部疏水,1917年,两位荷兰科学家提出：脂质分子排列为两层,1925年,罗伯特森 提出膜的三层静态统一结构,1959年,利用冰冻蚀刻电子显微法观察细胞膜,20世纪60年代,探究历程,Year,20世纪,60年代,冰冻蚀刻电子显微法：,将标本用干冰（或液氮）冰冻后断开，升温后暴露断裂面,在电镜下观察到的,蛋白质,分布模型如下：,蛋白质,镶在,、,嵌入,、,贯穿,在,磷脂双分子层中。,对生物膜分子排布的探索,欧文顿 提出,膜由脂质组成,科学家通过化学分析：膜的主要成分是脂质和蛋白质,19世纪中,19世纪末,20世纪初,奈利用探针刺向细胞证明细胞表面有一层膜,朗姆瓦提出磷脂头部亲水，尾部疏水,1917年,两位荷兰科学家提出：脂质分子排列为两层,1925年,罗伯特森 提出膜的三层静态统一结构,1959年,利用冰冻蚀刻电子显微法观察细胞膜,20世纪60年代,探究历程,1970年,弗雷和埃迪登进行人鼠细胞融合实验,探究历程,欧文顿 提出,膜由脂质组成,科学家通过化学分析：膜的主要成分是脂质和蛋白质,19世纪中,19世纪末,20世纪初,奈利用探针刺向细胞证明细胞表面有一层膜,朗姆瓦提出磷脂头部亲水，尾部疏水,1917年,两位荷兰科学家提出：脂质分子排列为两层,1925年,罗伯特森 提出膜的三层静态统一结构,1959年,利用冰冻蚀刻电子显微法观察细胞膜,20世纪60年代,1970年,弗雷和埃迪登进行人鼠细胞融合实验,探究历程,Year,1970年,对生物膜结构特点的探究,弗雷和埃迪登,(Frye,和,Edidin,):,诱导,融合,40分钟后,37,0,C,荧光标记 膜蛋白,鼠细胞,人细胞,结论:,细胞膜上的蛋白质是可以运动的。,人鼠细胞融合实验,生物膜具有流动性,探究历程,欧文顿 提出,膜由脂质组成,科学家通过化学分析：膜的主要成分是脂质和蛋白质,19世纪中,19世纪末,20世纪初,奈利用探针刺向细胞证明细胞表面有一层膜,朗姆瓦提出磷脂头部亲水，尾部疏水,1917年,两位荷兰科学家提出：脂质分子排列为两层,1925年,罗伯特森 提出膜的三层静态统一结构,1959年,利用冰冻蚀刻电子显微法观察细胞膜,20世纪60年代,1970年,弗雷和埃迪登进行人鼠细胞融合实验,1972年,桑格,和尼克森提出,了新的模型,探究历程,Year,1972年,流动镶嵌模型的诞生,桑格,和,尼克森,在继承创新中提出了流动镶嵌模型,S. J. Singer,G. Nicolson,探究历程,Year,1972年,流动镶嵌模型的基本内容,探究历程,Year,1972年,流动镶嵌模型的基本内容,有保护和润滑作用，还与细胞膜表面的识别有密切关系,思考讨论,Year,1,、分析在生物膜模型的建立和完善过程，你受到哪些启示？,2,、生物膜的流动镶嵌模型,是否已,经完美无缺？,1975年,1975年，Wallach提出晶格镶嵌模型。,1977年，Jain和Whit提出板块镶嵌模型。,1977年,问题探讨,新的征程,生物膜研究的新进展,2003,年度,诺贝尔,化学奖授予两名研究,膜蛋白,的美国科学家,Roderick MacKinnon和Peter Agre 。,皮特,阿格雷,罗德里克,麦金农,新的征程,2013,诺贝尔生理学或医学奖，授予三名研究细胞内的运输机制的科学家,James E. Rothman, Randy W.,Schekman,& Thomas C.,Sdhof,。,生物膜研究的新进展,人类对自然界的认识,永无止境,，,随着,技术,的不断,创新和改进,，人们对,膜,的研究必将,更加细致入微,新的征程,流,动,镶,嵌,模,型,主要内容,基本骨架：,_,有的,_,磷脂双分子层表面,蛋白质 有的,_,磷脂双分子层中,有的,_,整个磷脂双分子层,糖类：以,_,或糖脂形式存在,结构特点：,_,。,课堂小结,科学家在实验中发现：细胞膜不但会被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶,(,能专一地分解蛋白质的物质,),分解。说明细胞膜中含有,_,和,_,。,练习,1,生物膜的“三明治式”静态结构不能解释下列哪一种现象,(,),A,溶于脂质的物质能够优先通过细胞膜,B,变形虫的变形运动,C,细胞膜中的磷脂分子呈双层排列在膜中间,D,细胞膜是细胞的边界,练习,2,脂质,蛋白质,B,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,结构特点具有流动性,B,选择透过性,C,专一性,D,具有物质运输的功能,练习,3,A,异体器官移植手术很难成功，最大的障碍就是异体细胞间的排斥，这主要是由于细胞膜具有识别作用，这种生理功能的结构基础是,(,),A,细胞膜由磷脂分子和蛋白质分子构成,B,细胞膜具有选择透过性,C,细胞膜具有一定的流动性,D,细胞膜的外面有糖蛋白,练习,4,D,立体模型,制作细胞膜立体模型有没有更好的设计方法和更合适的实验材料。请尝试一下。,展望前景,请查阅相关资料，展开想象的翅膀，试写一篇小文章,介绍生物膜的研究成果，展望其应用前景。,生 物 谷 ,谷歌学术 ,中国知网 ,参考网站,生 物 通 ,探究历程,欧文顿 提出,膜由脂质组成,科学家通过化学分析：膜的主要成分是脂质和蛋白质,19世纪中,19世纪末,20世纪初,奈利用探针刺向细胞证明细胞表面有一层膜,朗姆瓦提出磷脂头部亲水，尾部疏水,1917年,两位荷兰科学家提出：脂质分子排列为两层,1925年,罗伯特森 提出膜的三层静态统一结构,1959年,利用冰冻蚀刻电子显微法观察细胞膜,20世纪60年代,1970年,弗雷和埃迪登进行人鼠细胞融合实验,1972年,桑格,和尼克森提,出了新的模型,探究历程,欧文顿 提出,膜由脂质组成,科学家通过化学分析：膜的主要成分是脂质和蛋白质,19世纪中,19世纪末,20世纪初,奈利用探针刺向细胞证明细胞表面有一层膜,朗姆瓦提出磷脂头部亲水，尾部疏水,1917年,两位荷兰科学家提出：脂质分子排列为两层,1925年,罗伯特森 提出膜的三层静态统一结构,1959年,利用冰冻蚀刻电子显微法观察细胞膜,20世纪60年代,1970年,弗雷和埃迪登进行人鼠细胞融合实验,1972年,桑格,和尼克森提,出了新的模型,