1、第三章细胞的基本结构,第一节 细胞膜系统的边界,生命科学学院翟中和 院士获得“蔡元培奖”。,“我确信哪怕是一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧！”,科学家用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内,伊红很快扩散到整个细胞,却不能逸出细胞。,伊红为什么不会逸出细胞？,此实验说明了什么？,动动脑筋,细胞作为一个完整的系统，它有系统边界细胞膜。,请从下面细胞中选出符合研究细胞膜的细胞，并说明理由。,一、细胞膜的制备(P40),为什么要用哺乳动物成熟红细胞作材料，研究膜的组成?,1、选材：,在发育成熟过程中，哺乳动物红细胞的核逐渐退化，并从细胞中排出，细胞器解体，为能携带氧的血
2、红蛋白腾出空间。人的红细胞只能存活天左右,哺乳动物成熟的红细胞内没有细胞核和众多的细胞器，选它们可以避免细胞器膜和核膜的干扰。,等渗状态,正常形态的红细胞,吸水后涨破的红细胞,2、实验原理：哺乳动物成熟的红细胞吸水涨破,“溶血现象”、“血影”,3、材料用具：猪的新鲜的红细胞稀释液、蒸馏水、 滴管、吸水纸、载玻片、盖玻片、显微镜4、方法步骤：1）、制作临时装片2）、显微镜下观察3）、滴加 蒸馏水并吸引（引流法）4）、观察细胞变化,5、现象:,凹陷消失,细胞体积增大,很快细胞破裂,内容物流出,6、收集：如何从混合液中分离出纯度较高的细胞膜？,细胞破裂后细胞内物质流出，细胞膜和细胞质中的其他结构质量
3、不一样，可以采用离心的方法将细胞膜与其他物质分开，得到较纯的细胞膜。,19世纪末，欧文顿（E.Overton）选用500多种化学物质对动物细胞膜的通透性进行了上万次的研究。发现凡是易溶于脂质的物质，也容易穿过膜，反之，不容易溶于脂质的物质，也不容易穿过膜。,从实验现象能推测出什么结论呢？,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？,细胞膜的组成成分中含有脂质,资料：科学家对细胞膜化学成分深层分析发现，细胞膜会被蛋白酶分解（提示：蛋白酶是生物体内普遍存在的只对蛋白质分解起催化作用的物质）。你从以上实验能得出什么结论？,细胞膜的组成成分中还
4、含有蛋白质,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？,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，化学分析膜表明：,二、细胞膜的成分(P41)：,脂质(约50%) 蛋白质(约40%) 糖类(约2%10%),功能越复杂、代谢越旺盛的细胞膜，蛋白质的种类和数量 。,在组成细胞膜的脂质中，_最丰富。此外还含有胆固醇、糖脂等,越多,磷脂,细胞在癌变过程中，细胞膜的成分发生改变，产生甲胎蛋白（AFP）、癌胚抗原（CEA）等物质。因此在检查癌症的验血报告单上，有AFP、CEA等检测项目。若这些指标超过正常值，应做进一步的检查，以确定体内是否出现了癌细胞。,与生活的联系(
5、P41),三、 细胞膜的结构(P65),1、探索历程,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。(P66),磷脂分子,亲水“头部”,疏水“尾部”,胆 碱,磷 酸,甘 油,脂肪酸,亲水“头部”,疏水“尾部”,1925年 Gorter 和 Grendel 用丙酮（一种有机溶剂）从一定数量的红细胞中抽提脂类，在空气-水界面上铺展成单分子层。想一想：磷脂分子在空气-水界面上会怎么样铺展？,结果：测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍,亲水的“头部”与水接触，疏水的“尾巴”远离水，朝向空气的一面，在水空气界面上铺展成单分子层。,水,空气,结论：脂
6、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，磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢？,推测,蛋白质位于细胞膜的什么位置呢？,透射电子显微镜（REM）,资料：1959年，罗伯特森（J. D. Robertson ） 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜电 镜下的照片，显示暗-明-暗三层结构。,实验证据,蛋白质的电子密度高，在电镜下显暗色；磷脂分子的电子密度低，显亮色。,罗伯特森观点：蛋白质分子都镶在磷脂双分子层的两侧，所有膜厚度相同蛋白质分子和磷脂分子都是静止不动的,“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，这显然与膜功能
7、的多样性相矛盾。,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,冰冻蚀刻电镜技术观察的蛋白质分布模型,资料：冰冻蚀刻电子显微法,标本用干冰（液氮）冰冻后用冷刀断开，升温后暴露断裂面,小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻的电镜照片,20世纪60年代以后，科学家对蛋白质脂质蛋白质三层结构的补充,蛋白质 、 、 在磷脂双分子层中,镶在,嵌入,横跨,镶在,嵌入,横跨,新技术带来流动镶嵌模型,在新的观察和实验证据的基础上，1972年桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson
8、)提出了新的生物膜模型流动镶嵌模型，为多数人所接受。,1、19世纪末，欧文顿提出假设：膜由 组成； 2、20世纪初，化学分析得出：膜的主要成分是_ 和 ； 3、1925年，荷兰科学家得出：脂质分子是_ 4、1959年，罗伯特森在电镜观察下得出：_ 的三层静态结构； 5、1970年，用荧光标记技术证明：膜具有 性； 6、1972年，桑格和尼克森提出： 模型。,对生物膜结构的探索历程,脂质,蛋白质,脂质,双层,蛋白质脂质蛋白质,一定的流动,流动镶嵌,4.磷脂双分子层与大多数蛋白质分子都可以运动，具有流动性。,流动镶嵌模型的基本内容：,附：,磷脂（膜脂）的运动有多种形式：,1、侧向扩散； 2、旋转运
9、动；3、摆动运动；4、伸缩运动；5、翻转运动；6、旋转异构,细胞膜的结构特点是：具有一定的流动性。哪些实例或应用能体现细胞膜的这一特点呢？,1.变形虫等原生动物的运动。2.吞噬细胞吞噬病原体的现象。3.分泌蛋白的运输与分泌。4.动物细胞的融合。5.植物原生质体的融合。,白细胞吞噬病毒的过程,基本支架：蛋白质的位置：结构特点：功能特性：,磷脂双分子层,镶在表面（外周蛋白）， 嵌入或贯穿（内在蛋白）,磷脂双分子层和蛋白质都是流动的 （具有一定的流动性）,选择透过性,决定,流动镶嵌模型的要点,流动镶嵌模型是目前人们普遍认同的，但它无法完美地回答生物膜的所有功能。所以后来不断提出一些新的模型，如Wal
10、lach于1975年提出晶格镶嵌模型；Jain和White于1977年提出板块镶嵌模型等。迄今为止，已提出的生物膜结构模型达几十种之多。生物膜的结构模型虽然有很多种，但被广泛接受的结构模型基本内容是趋向一致的，其要点和特点基本相同，主要包括膜的分子组成和结构特征。,细胞壁,主要成分：纤维素和果胶,主要功能：支持和保护,细菌细胞壁成分也是纤维素和果胶吗?,不是, 成分为肽聚糖,基本支架,具有流动性,有的贯穿整个磷脂双分子层,生物膜,大多数可以运动,生物膜具有结构特性:,磷脂双分子层,蛋白质分子,部分镶在磷脂双分子层表面,部分或全部嵌入磷脂双分子层中,一定的流动性,成分,利用生活中的废旧物品（如泡沫塑料等），尝试制作立体的生物膜结构模型。,尝试：动手制作,
