第第 44 章 细胞的物质输入和输 章 细胞的物质输入和输出出

第第 22 节 生物膜的流动镶嵌模 节 生物膜的流动镶嵌模型型

一、对生物膜结构的探索历程

19 世纪 欧文顿1925 年 两位荷兰科学家1959 年 罗伯特森1970 年 小鼠细胞和人细胞融合1972 年 桑格和尼克森

时间：时间： 1919 世纪末 世纪末 18951895 年年人物：人物：欧文顿（欧文顿（ E.OvertoE.Overtonn ））

实验：实验：用用 500500 多种物质对多种物质对植物细胞的植物细胞的通透性通透性进行上进行上万次的实验。万次的实验。 细胞膜对不同物质细胞膜对不同物质的通透性是不一样的：溶的通透性是不一样的：溶于脂质的物质比不溶于脂于脂质的物质比不溶于脂质的物质更容易通过细胞质的物质更容易通过细胞膜。膜。

非脂溶性物质

脂溶性物质

1 ．对生物膜成分的探索——脂质资料1

假说：假说：　　膜是由　　膜是由脂质组成的组成的

发现::

生物膜的成分是否只有脂质一种？还有其他成分？

生物膜的成分是否只有脂质一种？还有其他成分？

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。

根据实验现象 , 你对膜化学成分在种类上认识是否还有新的结论 ?

问题探讨：

得出结论： 生物膜中可能还含有蛋白质

2 ．对生物膜成分的探索——蛋白质资料 2

脂质分子与蛋白质在膜中如何排列脂质分子与蛋白质在膜中如何排列

生物膜中的脂质主要是哪一种？生物膜中的脂质主要是哪一种？

不要着急！！！！先来了解下磷脂分子结构特点：

11 ．利用手中的磷脂分子模型摆出下面两种．利用手中的磷脂分子模型摆出下面两种情况下磷脂的分布情况：情况下磷脂的分布情况：

①① 在空气－水界面上在空气－水界面上②② 完全浸没在水中。完全浸没在水中。22 ．人体组织细胞内外环境如何，预测生物．人体组织细胞内外环境如何，预测生物

膜中磷脂的排列方式，并摆出来。膜中磷脂的排列方式，并摆出来。

分组讨论分组讨论

根据磷脂分子的结构特点根据磷脂分子的结构特点

空气 水

以人细胞为例，预测生物膜中磷脂的排列方式为哪一种

以人细胞为例，预测生物膜中磷脂的排列方式为哪一种

时间时间：： 19251925 年 年

人物人物：荷兰科学家：荷兰科学家 GorterGorter 和和GrendelGrendel

实验实验：用丙酮从红细胞中抽提出脂：用丙酮从红细胞中抽提出脂质，在空气质，在空气——水界面上铺展成单分子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层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的表面积的两倍。两倍。

膜中脂质分子排列为连续两层

资料3 ．对生物膜结构的探索——磷脂双分子层

结论：

猜想

利用给定的材料猜想磷脂双分子层与蛋白质的排布方式。

资料 4 ：罗伯特森的实验电子显微镜是用电子束照射被检样品，由于电子与不同物质发生碰撞而产生不同散射度。因蛋白质电子密度高，故显暗带，磷脂分子电子密度低则呈亮带。 ( 照片 )

超薄切片技术获得的细胞膜照片

生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”构成的三层静态统一结构（单位膜三明治模型）。

4 ．对生物膜架构的探索——脂质和蛋白质的排布方式

假说：

三明治模型

那么变形虫的变形运动，细胞的生长怎样解释？

如果生物膜是静态统一的结构

变形虫

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

1．蛋白质与磷质排布与你先前的猜想有何区别？与三明治模型呢？

2．三明治模型还有何不足之处，找出证据说明。

学习小组讨论学习小组讨论

时间时间：： 19701970 年年人物人物：费雷和埃迪登等：费雷和埃迪登等实验实验：将人和鼠的细胞膜蛋白质用不同荧光染料标记后：将人和鼠的细胞膜蛋白质用不同荧光染料标记后融合。（动画）融合。（动画）

结论：细胞膜具有一定的流动性

人细胞

鼠细胞

荧光标记 膜蛋白

诱导

融合

40 分钟后370C

资料 6 ：人 - 鼠细胞融合实验

经历了探索的历程 ,你能总结出流动镶嵌模型的内容吗？

经历了探索的历程 ,你能总结出流动镶嵌模型的内容吗？

时间和人物 历史事件 历史结论

多种物质对膜通透性实验

对红细胞膜化学分析

红细胞膜的脂质铺展成单层分子的面积是原膜表面积的两倍

电镜下膜呈“暗—亮—暗”三层结构 蛋白质—脂质—蛋白质

人、鼠细胞融合实验。

新的观察和实验证据的基础上，提出分子结构模型。

膜是由脂质组成的

膜中含脂质和蛋白质

脂质双层结构

膜具流动性

流动镶嵌模型1972 ，桑格和尼克森

1970 年

1959 年，罗伯特森

1925 年，两位荷兰科学家

20 世纪初

19 世纪末欧文顿

总结：生物膜结构的探究历程

1 ．磷脂双分子层构成膜的基本支架。

2 ．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 ．磷脂分子和蛋白质分子都不是静止不动的 , 而是具有一定的流动性。

二、二、流动流动镶嵌镶嵌模型模型的基的基本内本内容容

1 ．在生物膜模型的建立和完善过程中，你受到哪些启示 ?

思考思考

2．生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺？说说你的看法。

生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。人类对自然界的认识永无止境，随着实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型。

（ 1）科学研究的艰辛历程；（ 2）告诉我们建立模型的一般方法；（ 3）实验技术的进步推动科学发展；（ 4）结构与功能相适应；（ 5）科学理论是在不断修正中完善的。

概念图小结生物膜

结构特点 功能特点

结构组成 结构探究历程

决定

③ ④

②

流动性 选择透过性

磷脂双分子层 蛋白质分子①

据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素 D 等物质较容易优先通过细胞膜，这是因为（ 　　）A 细胞膜具有一定流动性B 细胞膜是选择透过性C 细胞膜的结构是以磷脂分子层为基本骨架D 细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子

第一关随堂闯关

下列哪种膜结构能通过生物大分子（　）A 细胞膜B 核膜C 线粒体膜D 叶绿体膜

第二关

不要灰心，再来一次！不要灰心，再来一次！不要灰心，再来一次！

随堂闯关

变形虫的任何部位都能伸出伪足，人体某些白细胞能吞噬病菌，这些生理过程的完成都依赖于细胞膜的（ ）A 保护作用 B 一定的流动性C 主动运输 D 选择透过性

第三关随堂闯关

细胞膜上与细胞识别、免疫反应、信息传递和血型决定有密切关系的化学物质是（　）A 糖蛋白 B 磷脂

C 脂肪 D 核酸

第四关随堂闯关

下列物质中 , 不能横穿细胞膜进出细胞的是（　） A 维生素 D 和性激素 B 水和尿素 C 氨基酸和葡萄糖 D 酶和胰岛素

第五关随堂闯关

　在人和鼠的细胞融合实验中，用两种荧光物分别标记两种抗体，使之分别结合到鼠和人的细胞膜表面抗原物质上（如下图）。实验结果表明，细胞开始融合时，人、鼠细胞的表面抗原“泾渭分明”，各自只分布于各自的细胞表面；但在融合之后，两种抗原就平均地分布在融合细胞的表面了。请分析回答下面的问题。

细胞融合的实验表明了组成细胞膜的 __________ 分子是可以运动的，由此也证明了细胞膜具有 __________ 的特点。

蛋白质 流动性

最后一关随堂闯关

1 ．细胞膜中除了含有磷脂和蛋白质分子外，还有其它物质吗？请你课后搜索这方面的信息。

课外探究

2 ．制作细胞膜模型有没有更好的设计方法和更合适的实验材料。希望你课后能尝试一下。

…

● ●不溶于脂质的物质不溶于脂质的物质 溶于脂质的物质溶于脂质的物质

细胞膜细胞膜

两层暗层（蛋白质）

一层明层（脂质）

根据现象和已有知识提出假说或模型

用观察和实验对假说或模型进行检验、修正和补充

实践检验

建模的基本方法