1、 第二節生物膜的流動鑲嵌模型第二節生物膜的流動鑲嵌模型 教學目標教學目標1.簡述生物膜的結構。簡述生物膜的結構。2.探討在建立生物膜模型的過程中，實驗技術的進步所起的作用。探討在建立生物膜模型的過程中，實驗技術的進步所起的作用。3.探討建立生物膜模型的過程如何體現結構與功能相適應的觀點。探討建立生物膜模型的過程如何體現結構與功能相適應的觀點。教學重點和難點教學重點和難點1.教學教學流動鑲嵌模型的基本內容。流動鑲嵌模型的基本內容。2.教學難點教學難點探討建立生物膜模型的過程如何體現結構與功能相適應的觀點。探討建立生物膜模型的過程如何體現結構與功能相適應的觀點。重點重點科幻之旅 如果有“時光機器”

2、，將此刻的你送回19世紀，你會從哪幾個方面去研究細胞膜的結構?細胞膜的組成成分是什么呢？細胞膜的組成成分是什么呢？對生物膜結構的探索歷程對生物膜結構的探索歷程: : 時間：時間：18951895年年 人物：人物：歐文頓（歐文頓（E.OvertonE.Overton） 實驗：實驗：用用500500多種化學物質對植物細胞的多種化學物質對植物細胞的通透性通透性進進 行了上萬次行了上萬次實驗實驗。 發現：發現：細胞膜對不同物質的通透性是不一樣的：溶細胞膜對不同物質的通透性是不一樣的：溶 于脂質的物質比不溶于脂質的物質更容易通于脂質的物質比不溶于脂質的物質更容易通 過細胞膜。過細胞膜。 對生物膜結構的探

3、索歷程對生物膜結構的探索歷程資料資料1 1時間：時間：20世紀初世紀初實驗：科學家將膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，實驗：科學家將膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，然后進行化學分析。然后進行化學分析。實驗中發現：細胞膜不但會被溶解脂質的物質溶解，實驗中發現：細胞膜不但會被溶解脂質的物質溶解，也會被也會被蛋白酶蛋白酶(能專一地分解蛋白質的物質能專一地分解蛋白質的物質)分解。分解。 得出結論：得出結論： 推測膜中可能還含有蛋白質等推測膜中可能還含有蛋白質等2 2、對生物膜、對生物膜組分組分的探索的探索蛋白質蛋白質資料資料2 2脂質和蛋白質是怎樣有機結合構脂質和蛋白質是怎樣有機結合構成膜的呢？成膜的呢

4、？B B：根據磷脂分子的結構特點，猜想：根據磷脂分子的結構特點，猜想: :磷脂分子在磷脂分子在水水空氣界面中空氣界面中以及以及水溶液中水溶液中的排布方式？的排布方式？A A：磷脂是一種由甘油、脂肪：磷脂是一種由甘油、脂肪酸和磷酸所組成的分子酸和磷酸所組成的分子 ， 磷磷酸酸 “頭頭” 部是部是親水親水的，脂肪的，脂肪酸酸“尾尾”部是部是疏水疏水的。的。資料資料3 3：磷脂分子結構磷脂分子結構磷脂分子磷脂分子時間：時間：19251925年年 人物：人物：荷蘭科學家荷蘭科學家E.GorterE.Gorter和和F.GrendelF.Grendel 實驗：實驗：用丙酮從人的紅細胞中提取脂質，在空氣用

5、丙酮從人的紅細胞中提取脂質，在空氣水水 界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積 恰為紅細胞表面積的恰為紅細胞表面積的2 2倍倍。結論：結論：細胞膜中的脂質分子必然排列為連續的兩層！細胞膜中的脂質分子必然排列為連續的兩層！3 3、對生物膜、對生物膜結構結構的探索的探索磷脂雙分子層磷脂雙分子層資料資料4 4兩層脂質分子是怎樣排列的呢？兩層脂質分子是怎樣排列的呢？ 空氣空氣 水水連續兩連續兩層排列層排列 蛋白質位于脂雙分子層蛋白質位于脂雙分子層的什么位置呢？的什么位置呢？ 20 20世紀初，人們通過研究發現，構成蛋白世紀初，人們通過研究發現，構成蛋白質的質的

6、2020種氨基酸的側鏈有的是親水的，也種氨基酸的側鏈有的是親水的，也有的是疏水的。有的是疏水的。蛋白質分子的親水性和疏水性情況蛋白質分子的親水性和疏水性情況: 蛋白質分子表面基團，有的全部都是親水蛋白質分子表面基團，有的全部都是親水的或疏水的，有的部分是親水的而另一部的或疏水的，有的部分是親水的而另一部分則是疏水的。分則是疏水的。資料資料5 5資料資料6 6：羅伯特森的實驗：羅伯特森的實驗電子顯微鏡是用電子束照射電子顯微鏡是用電子束照射被檢樣品，由于電子與不同被檢樣品，由于電子與不同物質發生碰撞而產生不同散物質發生碰撞而產生不同散射度。因射度。因蛋白質蛋白質電子密度高，電子密度高，故顯故顯暗帶

7、暗帶，磷脂磷脂分子電子密分子電子密度低則呈度低則呈亮帶亮帶。超薄切片技術獲得的細胞膜照片超薄切片技術獲得的細胞膜照片 生物膜是由生物膜是由“蛋白質蛋白質脂質脂質蛋白質蛋白質”構成構成的三層的三層靜態統一靜態統一結構（單位膜模型）結構（單位膜模型）。4 4、對生物膜、對生物膜架構架構的探索的探索脂質和蛋白質的脂質和蛋白質的排布排布方方式式假說：假說： 提出提出靜止模型靜止模型的觀點的觀點 蛋白質蛋白質脂質脂質蛋白質（單位膜）蛋白質（單位膜）“蛋白質蛋白質脂質脂質蛋白蛋白質質”三明治三明治模型模型 靜態靜態“蛋白質蛋白質- -脂質脂質- -蛋白質蛋白質”三層結構是否能體現膜的功能三層結構是否能體現

8、膜的功能呢呢? ?變形蟲的變形運動變形蟲的變形運動變形蟲在吞噬草履蟲變形蟲在吞噬草履蟲標本用干冰等標本用干冰等冰凍冰凍。后用冷刀斷開，升溫。后用冷刀斷開，升溫后暴露斷裂面。后暴露斷裂面。蛋白質蛋白質鑲在鑲在、嵌入嵌入、橫跨橫跨在在磷脂雙分子層中磷脂雙分子層中。蛋白質在膜中的分布是蛋白質在膜中的分布是不對稱不對稱的的 2020世紀世紀6060年代，熒光染料標記技術（標記年代，熒光染料標記技術（標記大分子，并能檢測到被標記的大分子的具大分子，并能檢測到被標記的大分子的具體分布）已經得到廣泛的應用體分布）已經得到廣泛的應用設計實驗：說明細胞膜是動態的，而不是設計實驗：說明細胞膜是動態的，而不是 靜態

9、的靜態的科學背景科學背景誘導融合人細胞人細胞鼠細胞鼠細胞熒光標記 膜蛋白40分鐘后370C資料資料8 8：人：人- -鼠細胞融合實驗鼠細胞融合實驗19701970年年 弗雷和埃迪登弗雷和埃迪登( Frye ( Frye 和和 Edidin )Edidin ) 1972年，桑格和尼克森在新的觀桑格和尼克森在新的觀察和實驗證據的基礎上，提出了流動察和實驗證據的基礎上，提出了流動鑲嵌模型鑲嵌模型。流動鑲嵌模型的基本內容：流動鑲嵌模型的基本內容：1、磷脂雙分子層、磷脂雙分子層構成膜的構成膜的基本支架。基本支架。（其（其中磷脂分子中磷脂分子 的親水性頭部朝向兩側，疏水的親水性頭部朝向兩側，疏水性的尾部朝

10、向內側）性的尾部朝向內側）2、蛋白質分子、蛋白質分子有的有的鑲嵌鑲嵌在磷脂雙分子層表在磷脂雙分子層表面，有的部分或全部面，有的部分或全部嵌入嵌入磷脂雙分子層中，磷脂雙分子層中，有的有的橫跨橫跨整個磷脂雙分子層。（體現了膜整個磷脂雙分子層。（體現了膜結構內外的結構內外的不對稱性不對稱性）鑲鑲嵌入嵌入橫跨橫跨3、磷脂分子是可以運動的，具有流動性、磷脂分子是可以運動的，具有流動性4、大多數的蛋白質分子也是可以運動的。、大多數的蛋白質分子也是可以運動的。（也體現了膜的流動性）（也體現了膜的流動性）5、細胞膜細胞膜外表，外表，有一層由細胞膜上的有一層由細胞膜上的蛋蛋白質白質與與糖類糖類結合形成的結合形成

11、的糖蛋白，叫做糖糖蛋白，叫做糖被。被。（糖被與（糖被與細胞識別、胞間信息交流細胞識別、胞間信息交流等有密切聯系）等有密切聯系）糖蛋糖蛋白白生物膜結構模型示意圖生物膜結構模型示意圖細胞膜的流動.swf問題：問題：在生物膜模型的建立和完善過程中，在生物膜模型的建立和完善過程中，你受到哪些啟示你受到哪些啟示? ?根 據 現 象根 據 現 象和 已 有 知和 已 有 知識 提 出 假識 提 出 假說 或 模 型說 或 模 型用觀察和實驗用觀察和實驗對假說或模型對假說或模型進行檢驗、修進行檢驗、修正和補充正和補充 實實踐踐檢檢驗驗建模的基本方法建模的基本方法 問題：問題：在生物膜模型的建立和完善過程中，

12、在生物膜模型的建立和完善過程中，你受到哪些啟示你受到哪些啟示? ?時間和人物時間和人物歷史事件歷史事件歷史結論歷史結論 多種物質對膜通透性實驗多種物質對膜通透性實驗對紅細胞膜化學分析對紅細胞膜化學分析紅細胞膜的脂質鋪展成單紅細胞膜的脂質鋪展成單層分子的面積是原膜表面層分子的面積是原膜表面積的兩倍積的兩倍電鏡下膜呈電鏡下膜呈“暗暗亮亮暗暗”三層結構三層結構蛋白質蛋白質脂質脂質蛋白質蛋白質人、鼠細胞融合實驗。人、鼠細胞融合實驗。新的觀察和實驗證據的基礎新的觀察和實驗證據的基礎上，提出分子結構模型。上，提出分子結構模型。膜是由膜是由脂質組成的脂質組成的膜中含脂質和膜中含脂質和蛋白質蛋白質脂質雙層脂質雙層結構結構膜具膜具流動流動性性流動鑲嵌流動鑲嵌模型模型19721972，桑格，桑格和尼克森和尼克森19701970年年19591959年，年，羅伯特森羅伯特森19251925年，年，兩位荷蘭兩位荷蘭科學家科學家2020世紀初世紀初1919世紀末世紀末歐文頓歐文頓列表總結：列表總結：生物膜結構的探究歷程生物膜結構的探究歷程概念圖小結概念圖小結生物膜生物膜結構特點結構特點功能特點功能特點結構組成結構組成結構探究歷程結構探究歷程決定決定 流動性流動性選擇透過性選擇透過性磷脂雙分子層磷脂雙分子層蛋白質分子蛋白質分子 1 1、生物膜的流