高中生物人教版必修一第四章第二节.ppt

人教版必修1 第4章细胞的物质输入和输第2节生物膜的流动镶嵌模型 1 细胞膜的功能有哪些 2 细胞膜具有弹性吗 问题探讨 用结构跟功能相适应的观点分析 用哪种材料做细胞膜更适于体现细胞膜的功能 细胞膜具有 1 屏障分隔作用2 选择透过性3 弹性 弹力布能完全表现细胞膜的功能吗 材料一 19世纪末欧文顿实验 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 提出假说 细胞膜对不同物质的通透性不同 膜是由脂质组成 不溶于脂质的物质 溶于脂质的物质 细胞膜 思考与讨论 最初认识到生物膜是由脂质组成的 是通过对实验现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定 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 一 探索历程 相似相溶原理 溶质与溶剂在结构上相似能彼此相容 材料二 20世纪初 科学家对哺乳动物红细胞的细胞膜进行了化学分析 提出 细胞膜的主要成分的确是脂质和蛋白质 提出假说 观察和实验证据 观察和实验依据 推理和想象 验证和完善 实验证据 得出结论 思考与讨论 磷脂分子在空气 水界面上会怎么样铺展 资料三 磷脂分子结构 材料三 1925年两位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 提出 脂质分子必然排列为连续的两层 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 磷脂双分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢 尝试建构模型小组合作讨论完成 1959年 罗伯特森实验用电子显微镜观察到 暗 亮 暗 三层结构 蛋白质 脂质 蛋白质 三层结构静态的统一结构 资料四 提出 蛋白质位于细胞膜的什么位置呢 单位膜模型无法解释的现象 提出假说 细胞膜具有流动性 37 下40min后出现了什么现象 说明什么 结论 细胞膜具有流动性 材料五 1970年科学家将人和鼠的细胞膜表面的蛋白质用不同荧光标记后 让两种细胞融合 实验证据 标本用干冰等冰冻 后用冷刀断开 升温后暴露断裂面 蛋白质镶在 嵌入 横跨在磷脂双分子层中 蛋白质在膜中的分布是不对称的 材料六 冰冻蚀刻电子显微法 小结 一 生物膜的探索历程1 19世纪末膜是由脂质组成的科学家 2 20世纪初膜是由脂质和蛋白质构成 3 1925年脂质分子必然排列为连续的两层 4 1959年蛋白质 脂质 蛋白质静态统一结构5 1970细胞膜具有流动性 蛋白质怎么排布 1972年 桑格和尼克森提出流动镶嵌模型 流动镶嵌模型的基本内容 资料七 二 流动镶嵌模型的基本内容 1 生物膜的主要成分 2 生物膜的基本支架 蛋白质分子和磷脂分子 磷脂双分子层 3 蛋白质分子有的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 有的贯穿于整个磷脂双分子层4 生物膜的结构特点 具有流动性 磷脂和大部分的蛋白质分子都是可以运动的 功能特点 糖蛋白 细胞膜上的糖分布在细胞膜外表 主要与蛋白质结合形成糖蛋白 细胞膜外侧许多糖蛋白组成的一层结构叫做糖被 糖被 具有保护和润滑 与细胞识别 细胞间信息传递等密切 可用于判断细胞的内外侧 除糖蛋白外 细胞膜表面还有糖类和脂质分子结合而成的糖脂 结构与功能相适应 生物膜的流动镶嵌模型 生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺呢 2003年度诺贝尔化学奖授予两名研究细胞膜的美国科学家阿格雷和麦金农 以表彰他们在细胞膜物质运输的通道方面所做的贡献 不断完善和发展的流动镶嵌模型 生物膜 结构 主要成分 结构模型 磷脂 蛋白质 还有糖蛋白 糖脂 流动镶嵌模型 结构特点 具有一定的流动性例 细胞融合 质壁分离复原 分泌蛋白分泌 基本支架 磷脂双分子层 状态 特点 蛋白质 位置 特点 种类 小结生物膜 流动镶嵌模型 的基本内容 注 功能特点 选择透过性 包括人类在内的各种生物都是由细胞组成的 细胞如同一个由城墙围起来的微小城镇 有用的物质不断被运进来 废物被不断运出去 早在100多年前 人们就猜测细胞这一微小城镇的城墙中存在着很多 城门 它们只允许特定的分子或离子出入 2003年诺贝尔化学奖表彰的就是有关这些 城门 的研究成果 瑞典皇家科学院8日宣布 将2003年诺贝尔化学奖授予美国科学家彼得 阿格雷和罗德里克 麦金农 分别表彰他们发现细胞膜水通道 以及对离子通道结构和机理研究作出的开创性贡献 他们研究的细胞膜通道就是人们以前猜测的 城门 生物体的主要组成部分是水溶液 水溶液占人体重量的70 生物体内的水溶液主要由水分子和各种离子组成 它们在细胞膜通道中的进进出出可以实现细胞的很多功能 20世纪50年代中期 科学家发现 细胞膜中存在着某种通道只允许水分子出入 人们称之为水通道 因为水对于生命至关重要 可以说水通道是最重要的一种细胞膜通道 尽管科学家发现存在水通道 但水通道到底是什么却一直是个谜 20世纪80年代中期 美国科学家彼得 阿格雷研究了不同的细胞膜蛋白 经过反复研究 他发现一种被称为水通道蛋白的细胞膜蛋白就是人们寻找已久的水通道 为了验证自己的发现 阿格雷把含有水通道蛋白的细胞和去除了这种蛋白的细胞进行了对比试验 结果前者能够吸水 后者不能 为进一步验证 他又制造了两种人造细胞膜 一种含有水通道蛋白 一种则不含这种蛋白 他将这两种人造细胞膜分别做成泡状物 然后放在水中 结果第一种泡状物吸收了很多水而膨胀 第二种则没有变化 这些充分说明水通道蛋白具有吸收水分子的功能 就是水通道 2000年 阿格雷与其他研究人员一起公布了世界第一张水通道蛋白的高清晰度立体照片 照片揭示了这种蛋白的特殊结构只允许水分子通过 水通道的发现开辟了一个新的研究领域 目前 科学家发现水通道蛋白广泛存在于动物 植物和微生物中 它的种类很多 仅人体内就有11种 它具有十分重要的功能 比如在人的肾脏中就起着关键的过滤作用 通常一个成年人每天要产生170升的原尿 这些原尿经肾脏肾小球中的水通道蛋白的过滤 其中大部分水分被人体循环利用 最终只有约1升的尿液排出人体 早在1890年 威廉 奥斯特瓦尔德 1909年诺贝尔化学奖获得者 就推测离子进出细胞会传递信息 20世纪20年代 科学家证实存在一些供离子出入的细胞膜通道 50年代初 阿兰 霍奇金和安德鲁 哈克斯利发现 离子从一个神经细胞中出来进入另一个神经细胞可以传递信息 为此 他们获得了1963年诺贝尔生理学或医学奖 不过 那时科学家并不知道离子通道的结构和工作原理 1988年 罗德里克 麦金农利用X射线晶体成像技术获得了世界第一张离子通道的高清晰度照片 并第一次从原子层次揭示了离子通道的工作原理 这张照片上的离子通道取自青链霉菌 也是一种蛋白 麦金农的方法是革命性的 它可以让科学家观测离子在进入离子通道前的状态 在通道中的状态 以及穿过通道后的状态 对水通道和离子通道的研究意义重大 很多疾病 比如一些神经系统疾病和心血管疾病就是由于细胞膜通道功能紊乱造成的 对细胞膜通道的研究可以帮助科学家寻找具体的病因 并研制相应药物 另外 利用不同的细胞膜通道 可以调节细胞的功能 从而达到治疗疾病的目的 中药的一个重要功能是调节人体体液的成分和不同成分的浓度 这些成分可以通过不同细胞膜通道调节细胞的功能 有专家认为 对细胞膜通道的研究可以为揭示中医药的科学原理提供重要的途径