1、细胞膜结构的探究 你有什么办法可以确你有什么办法可以确 定细胞膜的存在呢？定细胞膜的存在呢？如果你想研究细胞膜，如果你想研究细胞膜，你会研究哪些方面呢？你会研究哪些方面呢？怎么制取细胞膜呢？怎么制取细胞膜呢？探索细胞膜的存在 细胞膜的组成成细胞膜的组成成分是什么呢？分是什么呢？细胞膜的组成成细胞膜的组成成分里有蛋白质、分里有蛋白质、脂类和糖类吗？脂类和糖类吗？提出疑问提出疑问 提出假设提出假设 设计、实施、分设计、实施、分析、得出结论、析、得出结论、提出新的疑问提出新的疑问 探究细胞膜的组成成分 含糖类。探索细胞膜的成分 18951895年年 Charles OvertonCharles Ov
2、erton发现发现，凡是可以溶于脂，凡是可以溶于脂类的物质更容易透过细胞膜进入细胞中类的物质更容易透过细胞膜进入细胞中 提出假说：提出假说：膜由脂类形成膜由脂类形成 细细胞膜胞膜 非脂溶性物非脂溶性物质质 脂溶性物脂溶性物质质 探索磷脂分子的分布 19251925年年 1895-20世纪初 设计、实施实验：设计、实施实验：用有机溶剂抽提人的红细胞膜的膜脂成分，用有机溶剂抽提人的红细胞膜的膜脂成分，测定膜脂单层分子在水面的铺展面积测定膜脂单层分子在水面的铺展面积 两位荷兰科学家两位荷兰科学家E.GorterE.Gorter和和F.Grendel F.Grendel 提出提出假设：假设：细胞膜实际
3、上是一种磷脂的双分子层结构细胞膜实际上是一种磷脂的双分子层结构 探索磷脂分子的分布探索磷脂分子的分布 实验现象：实验现象：测定膜脂单层分子在水面的铺展面积，发现它是测定膜脂单层分子在水面的铺展面积，发现它是红细胞表面积的两倍红细胞表面积的两倍 进一步实验：进一步实验：人们发现脂滴表面如果吸附有蛋白成分则表人们发现脂滴表面如果吸附有蛋白成分则表面张力降低。而细胞膜的表面张力比油面张力降低。而细胞膜的表面张力比油-水界面的表面张水界面的表面张力低得多。力低得多。这说明什么呢？这说明什么呢？实验结论：磷脂分子是双层结构实验结论：磷脂分子是双层结构 探索细胞膜的成分 18951895-2020世世纪初
4、纪初 设计、实施实验：设计、实施实验：从哺乳动物的红细胞中分离从哺乳动物的红细胞中分离膜，再用蛋白酶处理膜，再用蛋白酶处理 实验现象：实验现象：细胞膜被破坏细胞膜被破坏 实验结论：实验结论：细胞膜中具有蛋白质细胞膜中具有蛋白质 设计、实施实验：设计、实施实验：化学成分分析化学成分分析 进一步的结论：进一步的结论：膜的主要成分是蛋白质和脂类膜的主要成分是蛋白质和脂类 蛋白质和蛋白质和脂类怎么脂类怎么排列呢？排列呢？磷脂和蛋白质怎么排列磷脂和蛋白质怎么排列 H.DavsonH.Davson和和J.DanielliJ.Danielli 构建模型：构建模型：“蛋白质“蛋白质-脂质脂质-蛋白质”的“三明
5、治”模型蛋白质”的“三明治”模型 2020世纪世纪 五十年代五十年代 进一步验证：进一步验证：随着电子显微镜技术的发展，细胞膜的随着电子显微镜技术的发展，细胞膜的超微结构才得以显示。在电子显微镜的帮助下，生物超微结构才得以显示。在电子显微镜的帮助下，生物学家发现细胞膜的厚度仅学家发现细胞膜的厚度仅7 7-8nm8nm。构建新的模型和新的假设：构建新的模型和新的假设：J.D.RobertsonJ.D.Robertson根据电子根据电子显微镜观察的结果提出了“显微镜观察的结果提出了“单位膜单位膜”模型，发展了三”模型，发展了三明治模型，并大胆推断所有的生物膜都明治模型，并大胆推断所有的生物膜都是三
6、层静态统是三层静态统一的一的单位膜构成。单位膜构成。19591959年年 磷脂和蛋白质怎么排列 提出假设：提出假设：J.D.RobertsonJ.D.Robertson提出：“单位膜”模型提出：“单位膜”模型 设计、实施实验：设计、实施实验：用高锰酸钾固定细胞时，用高锰酸钾固定细胞时，再用电镜再用电镜观察观察 实验现象：实验现象：电镜超薄切片中电镜超薄切片中的细胞膜显示出暗的细胞膜显示出暗-亮亮-暗三暗三条带。条带。两侧暗带厚度约两侧暗带厚度约2nm2nm，中间两代亮度带厚度约中间两代亮度带厚度约3.5nm3.5nm 实验结论：实验结论：膜两侧是蛋白质，中间是磷脂双分子层膜两侧是蛋白质，中间是
7、磷脂双分子层 暗暗带带 暗暗带带 亮亮带带 2020世纪世纪 六十年代六十年代 磷脂和蛋白质怎么排列 设计、实施实验：设计、实施实验：生物学家进行了一项细胞冰冻蚀刻实验生物学家进行了一项细胞冰冻蚀刻实验 实验现象：实验现象：磷脂双分子层实质上是一层半流动性的磷脂双分子层实质上是一层半流动性的“油”，膜上的蛋白质可以在磷脂双分子层中横向“油”，膜上的蛋白质可以在磷脂双分子层中横向移动或自身旋转运动。移动或自身旋转运动。19701970年年 磷脂和蛋白质怎么排列 设计、实施实验：设计、实施实验：Frye 和 Edidin又又进行了细胞进行了细胞融合结合免疫荧光标记技术融合结合免疫荧光标记技术 荧光
8、标记荧光标记 膜蛋白膜蛋白 鼠细胞鼠细胞 人细胞人细胞 诱导诱导 融合融合 4040分钟后分钟后 370C 实验现象实验现象 实验结论：实验结论：细胞膜具有一定的流动性细胞膜具有一定的流动性 磷脂和蛋白质怎么排列 19721972年年 S.J.SingerS.J.Singer和和G.L.NicolsonG.L.Nicolson根据实验结果，并结合脂根据实验结果，并结合脂双层和膜蛋白的特性，提出了生物膜的“流动镶嵌模双层和膜蛋白的特性，提出了生物膜的“流动镶嵌模型”型”（1 1）蛋白质和脂质具有一定的流动性）蛋白质和脂质具有一定的流动性 （2 2）膜蛋白分布不对称。蛋白质附着、镶嵌、贯穿）膜蛋白
9、分布不对称。蛋白质附着、镶嵌、贯穿 在磷脂双分子层中在磷脂双分子层中 探索细胞膜的结构 19721972年年 进一步完善模型：进一步完善模型：科学家们还发现，科学家们还发现，细胞膜含有多糖。细胞膜含有多糖。动物细胞的膜中有胆固醇。动物细胞的膜中有胆固醇。糖脂糖脂 糖蛋白糖蛋白 蛋白质蛋白质 磷脂双分子层磷脂双分子层 多糖多糖 糖蛋白糖蛋白 磷脂磷脂 糖脂糖脂 胆固醇胆固醇 多糖多糖 细胞外液细胞外液 细胞质细胞质 SimonsSimons基于生物膜研究的最新结果，对于流动镶嵌模型有基于生物膜研究的最新结果，对于流动镶嵌模型有了一些重要的补充和修正。他提出了“脂筏模型”了一些重要的补充和修正。他
10、提出了“脂筏模型”新的发现 Roderick MackinnonRoderick Mackinnon等科学家研究膜蛋白获得诺贝尔奖等科学家研究膜蛋白获得诺贝尔奖 19881988年年 20032003年年 细胞膜探究历程 细胞膜的结构细胞膜的结构“三明治”模型“三明治”模型 科学家运用到了哪些细胞学研究科学家运用到了哪些细胞学研究的一般方法呢？的一般方法呢？细胞膜的功能细胞膜的功能“流动镶嵌”模型“流动镶嵌”模型“脂筏”模型“脂筏”模型 显微镜与细胞形态结构观察显微镜与细胞形态结构观察 细胞组分与结构的分离细胞组分与结构的分离 细胞组成的分析与定位技术细胞组成的分析与定位技术 细胞膜探究历程
11、细胞膜的结构细胞膜的结构“三明治”模型“三明治”模型 谈谈你的体会谈谈你的体会 细胞膜的功能细胞膜的功能“流动镶嵌”模型“流动镶嵌”模型“脂筏”模型“脂筏”模型 科学研究是艰辛的科学研究是艰辛的 科学研究需要一定的方法科学研究需要一定的方法 科学技术起到了推动作用科学技术起到了推动作用 总结细胞膜的功能 1 1 3 3 2 2 糖蛋白、糖脂糖蛋白、糖脂 “信号天线”“信号天线”细胞识别细胞识别 糖蛋白、糖脂糖蛋白、糖脂 “受体”“受体”信息交流信息交流 控制物质进出控制物质进出 4 4 保护细胞保护细胞 成分成分 功能功能 结构结构 细胞膜具有选择透过性，吸细胞膜具有选择透过性，吸收膜外有营养的物质并将膜收膜外有营养的物质并将膜内的代谢废物排出内的代谢废物排出 细胞识别、信息交流细胞识别、信息交流 生命起源与进化过程中生命起源与进化过程中最重大的事件之一最重大的事件之一 细胞膜作为细胞的边界，对生物而言有何意义呢？