1、第一節 細胞膜系統的邊界 撰文者-黃清亮引課：細胞的基本結構是細胞膜、細胞質、細胞核（植物細胞細胞膜外層還有一層細胞壁）。（教師在黑板上畫出細胞的結構簡圖），這是我們在初中階段對細胞結構的認識，看到章節開始部分，翟中和院士說的那句話：我確信哪怕一個最簡單的細胞，也比迄今為止設計出的任何智能電腦更精巧！事實上，細胞的結構遠比我們想象的要復雜的多，從這節課起，我們將重新來認識細胞的基本結構。教材也是按照細胞結構由外到內來編排的。看到第一節 細胞膜-系統的邊界。教師講述：自1839年施旺提出細胞學說起，17世紀中葉以后的2個世紀中，細胞學說的發展史已經大體完成。但唯獨對細胞膜的認識卻推遲了近兩個世紀

2、。為什么會這樣呢？主要原因還是科學技術條件的限制，因為在普通的光學顯微鏡下我們是看不見細胞膜的，但在1855年時，耐格里就已經提出了細胞膜這一概念，當時他發現細胞表面有阻礙染料進入的現象，這其實就提示有膜結構的存在。耐格里發現色素透入已損傷和未損傷的植物細胞的情況并不相同。他便通過細胞的滲透特性去研究它的“邊界”(他首次把細胞“邊界”稱為“質膜”)。盡管如此，當時也僅僅是一種假說，隨著電子顯微鏡技術的發展，特別是20世紀50年代，當應用電子顯微技術來研究細胞時，才發現細胞的邊界膜是一個固體結構的實體，從而證實了細胞膜的存在。請同學們先看到本節開始部分的問題探討：1、 你怎樣區分顯微鏡中的氣泡和

3、細胞？光學顯微鏡下能看到細胞膜嗎？ 提示：氣泡是光亮的，里面只有空氣；細胞則是一個具有細胞膜、細胞質、細胞核的復雜結構，而且是一個立體結構。另外，我們在顯微鏡下觀察裝片時，如果下壓裝片，若是氣泡，則會變形；若是細胞，則不會變形。光學顯微鏡下不能看到細胞膜，但是能看到細胞與外界環境之間是有界限的。2、 科學家用電子顯微鏡清晰地觀察到細胞膜之前，已經能夠確定細胞膜的存在了。請你推測一下，科學家是怎樣確定細胞膜的存在的？ 提示：進入活細胞的物質，要經過一道選擇性的屏障，并不是所有的物質都將進入細胞；用顯微注射器將一種叫做伊紅的物質注入變形蟲體內，伊紅很快擴散到整個整個細胞，卻不能很快溢出細胞。1、

4、細胞膜的成分 要研究細胞膜的化學組成，首先要把細胞膜與細胞的其他組分分離開，那么怎樣獲得細胞膜呢？請同學們看到書上實驗：體驗制備細胞膜的方法。首要就是選材，請同學們看到大屏幕上幾種細胞結構，我們該選擇哪種細胞作為實驗的材料呢？ 選材：使用哺乳動物的成熟紅細胞為什么選擇哺乳動物的成熟紅細胞？原因：（1）無細胞核和眾多的細胞器，易制得純凈的細胞膜。 （2）無細胞壁，細胞容易吸水漲破。原理：滲透作用使紅細胞吸水漲破，差速離心去除細胞內其他物質。實驗步驟：（書41頁）討論： 如果上述實驗在試管中進行，細胞破裂后，還需用什么方法才能獲得較純的細胞膜？（離心）獲得純凈的細胞膜之后，再對其進行研究。探究一、

5、在1895年Overton在研究各種未受精卵細胞的透性時，發現脂溶性物質易透過細胞膜，不溶于脂類的物質透過細胞膜十分困難。細胞膜也能被蛋白酶分解，這說明了什么？根據我們化學中相似相溶原理，細胞膜的成分中含哪類物質？ 提示：說明了細胞膜的組成成分中含有脂質。探究二、科學家對細胞膜化學成分深層分析發現，細胞膜會被蛋白酶分解（提示：蛋白酶是生物體內普遍存在的只對蛋白質分解起催化作用的物質）。這又說明了什么？ 提示：說明了細胞膜的組成成分中含有蛋白質。對哺乳動物紅細胞膜研究發現，細胞膜的主要由脂質和蛋白質組成。另外，還含少量糖類。這三者含量有所不同，脂質占細胞膜總量50%，蛋白質40%，糖類僅占2%-

6、10%。其中，細胞膜上的脂質主要是磷脂。2、 細胞膜的功能1、 將細胞與外界環境分隔開。 人們普遍認為生命起源于原始海洋，初中的時候也講過生命的起源，首先是無機小分子產生有機小分子，然后再產生有機大分子，再不斷演化成最原始單細胞結構的生物。而膜的出現是至關重要的階段，是它將生命物質與外界環境分隔開，由此，產生了原始的細胞，并成為相對獨立的系統，細胞膜保障了細胞內部環境的相對穩定。2、 控制物質進出細胞。 這在初中教材中也有所描述，它允許對細胞有用的物質通過，卻把對細胞有害的物質擋在細胞外面。當然，這種控制作用是相對的，環境中某些對細胞有害的物質也可能進入，比如，病毒、病菌也能侵入細胞，使生物體

7、患病。此外，細胞產生的抗體、激素等在細胞內合成之后，要分泌到細胞外，還有細胞代謝產生的廢物也要排到細胞外。3、 進行細胞間的信息交流。 對多細胞生物體而言，各細胞并不是孤立存在的，而是彼此聯系的，細胞間的信息交流方式多種多樣的，請同學們看到書上圖3-2 細胞間信息交流的方式舉例。除了以上功能，細胞膜還可能具有哪些功能？后面的內容為教學參考資料：細胞膜的功能詳解：（1） 分隔、形成細胞和細胞器，為細胞的生命活動提供相對穩定的內環境，膜的面積大大增加，提高了發生在膜上的生物功能；（2） 屏障作用，膜兩側的水溶性物質不能自由通過；（3） 選擇性物質運輸，伴隨著能量的傳遞；（4） 生物功能：激素作用、

8、酶促反應、細胞識別、電子傳遞等。（5） 物質轉運功能：細胞與周圍環境之間的物質交換，是通過細胞膜的磚運動功能實現的，其主要轉運方式有以下四種。1）自由擴散：脂溶性物質由膜的高濃度側向低濃度側的擴散過程，稱為自由擴散。 2）協助擴散：非脂溶性物質在膜蛋白的幫助下，順濃度差或電位差跨膜擴散的過程，稱為協助擴散。協助擴散的三個特點：1、特異性：記憶中離子通道或載體一般指轉運一種物質。2、飽和性：即當被轉運物質增加到一定限度時，轉運速率不再隨之增加，這是由于離子通道或載體的數量有限的緣故。3、競爭性抑制：記憶中離子通道或載體同時轉運兩種或兩種以上物質時，一種物質濃度增加，將削弱對另一種物質的轉運。4.

9、膜蛋白的分類：1 通道蛋白 2 門通道蛋白 3特化蛋白（通過接觸改變自身構象來進行轉運） 自由擴散和協助擴散都是順濃度差進行的，細胞本身不消耗能量，均屬于被動轉運。 3）主動轉運：離子或小分子物質在膜上“泵”的作用下，被逆濃度差或逆電位差的跨膜轉運過程，稱為主動轉運。主動運輸需要消耗大量熱量。 4）入胞和出胞作用：是轉運大分子或團塊物質的有效方式。物質通過細胞膜的運動從細胞外進入細胞內的過程，稱入胞。包括吞噬和吞飲。液態物質入胞為吞飲，如小腸上皮對營養物質的吸收；固體物質入胞為吞噬，如粒細胞吞噬細菌的過程。出胞是通過細胞膜的運動從細胞內派到細胞外的過程。細胞的代謝產物及腺細胞的分泌物都是以出胞

10、作用完成的。 5）細胞膜的受體功能：受體是細胞識別和結核化學信息的特殊結構，其本質是蛋白質 1.物質跨膜運輸細胞膜是細胞與細胞環境間的半透膜屏障。對于物質進出細。胞有選擇性調節作用。 （1） 被動運輸(passive transport):指物質順順濃度梯度轉運過程而言，此過程不消耗能量，其交換方式有兩種。 1） 簡單擴散（simple diffusion)：O2、CO2及其它脂溶性物質從高濃度側向低濃度測穿過類脂雙層而擴散，不消耗細胞能量。 2） 易化擴散（facilitated deffusion）：非脂溶性或親水性分子，加氨基酸、葡萄糖和 金屬離子等借助于質膜上內在蛋白順濃度梯度或電化學

11、梯度運動，不消耗ATP能量而 使物質分子從高濃度測向低濃度測擴散。 （2） 主動運輸（active transport):質膜上的載體蛋白將離子、營養物和代謝物等逆電化學梯度從低濃度側向高濃度側的耗能運輸。所耗能量由具ATP酶活性的膜蛋白分解ATP提供。例如正常生理條件下，人紅細胞內K+的濃度相當于血漿中的30倍，但K+仍能從血漿進入紅細胞內，Na+濃度比血漿中低很多，但Na+仍由紅細胞向血漿透出,呈現一種逆濃度梯度的“上坡”運輸。近年來均以“泵”的概念來解釋主動運輸的機理，機體細胞中主要是通過Na+、K+ _ATP酶和Ca2+_ATP酶構成的Na+和Ca2+泵來完成主動運輸。 （3） 大分子

12、與顆粒物質的運輸：對于蛋白質、多核苷酸和多糖等大分子物質以及顆粒等、是由質膜運動產生內凹、外凸而導出內吞入胞或外吐和出芽而出胞。 1）胞吞作用（endocytosis)：也稱人胞作用，質膜四陷將所攝取的液體或顆粒物質包裹，逐漸成泡，脂雙層融合、箍斷，形成細胞內的獨立小泡。人類和動物的許多細胞均靠胞吞作用攝取物質。根據所攝物理性質的物理性質不同把胞吞作用分為兩類：胞飲作（Pinocytosis)由質膜包裹液態物質形成吞飲小泡或吞飲體的過程；吞噬作用（phagocy-tosis)為各種變形的、具有吞噬能力的細胞所特有，吞噬的物質多為顆粒性的，如微生物、組織掉片和異物等。 2）胞吐作用（exocyt

13、osis）:旨把細胞內分泌物、突觸小泡等有膜結構內的物質排出細胞。當它們與細胞膜接觸后，與細胞膜相融合，封閉的膜結構開放，內容物排入細胞外。胞吞作用形成的吞噬體和吞飲泡都可與溶酶體結合，其內容物被溶酶體酶處理，其膜可能以小泡方式重返細胞膜。同樣，胞吐活動完成后，細胞膜也可在無明顯胞吞活動的情況下形成小泡，將過多的膜返回細胞內部，這樣，細胞膜與細胞內膜處于動態的平衡，稱為膜再循(recycling of membrane)在此過程中，細胞膜也得到更新。 3）受體介導的內吞作用（receptor mediated endocytosis)：在質膜上形成凹陷，當特定大分子與凹陷部位的相應受體結合時，凹陷進一步向胞質回縮，并從質膜上箍斷形成有被小泡（coated vesicles)。此后的過程就與內吞小泡進行的過程相同，這種受體介等內吞具有高度選擇性，轉運速度很快。 4）膜通道運輸：通道也稱通道蛋白質（channel protein), 是由轉運蛋白質組成的含水通道, 能使熔質經擴散過膜，是一種被動轉運。通