静态“蛋白质-脂质-蛋白质”三 层结构是否能体现膜的功能?
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设问：静态模型能不能圆满解释下面现象？
现象
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实验
资料7
时间：1970年
人物：弗雷和埃迪登( Frye 和 Edidin )
实验：
红色荧光
人细胞
杂交细胞
染料标记
的膜蛋白
细胞
37℃
融合
40min
绿色荧光
染料标记
的膜蛋白
小鼠细胞
荧光标记的小鼠细胞和人 细胞融合实验示意图
人教版高中生物 第一册第四章第二节
§4 -2 生物膜的流动镶嵌模型
1
猜一猜
长城 将细胞与外界环境分开 海关 控制物质进出细胞 外交部 进行细胞间的信息交流 （打一细胞结构名称）
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问题1
细胞膜由哪些成分组成的呢？
3
一、对生物膜结构的探索历程
Hale Waihona Puke 1、对生物膜组分的探索——脂质
资料1
时间：1895年
人物：欧文顿（E.Overton）
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资料10： 2003年度诺贝尔化学奖授予两名研 究膜蛋白的美国科学家，这是自1991年来诺贝 尔奖第三次颁发给与细胞膜蛋白质有关的研究 成果 。
罗德里克·麦金农 皮特·阿格2雷8
小组讨论： 在生物膜模型的建立和完善过程中， 你受到哪些启示?
1、科学家探索生物膜结构模型的过程中，强调 的科学方法是什么？
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二、流动镶嵌模型的基本内容: 4、生物膜的结构特点：
一定的流动性（磷脂分子和大多数蛋白 质分子都是运动的）
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问题4
生物膜流动镶嵌模型是不是完美 无缺的？
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资料9： Wallach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。
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2、对生物膜组分的探索——蛋白质
资料4
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。
问题探讨：
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?
得出结论： 推测膜中可能还含有蛋白质等
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20世纪初，科学家第一次将细胞膜从哺乳 动物红细胞中分离出来，应用化学手段分析 表明：
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镶在表面的蛋 白质
部分嵌入的 蛋白质 全部嵌入 的蛋白质
贯穿的蛋白质
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资料8 时间：1972年 人物：桑格和尼克森（S. J. Singer & G. Nicolson ） 假说： 流动镶嵌模型
生物膜结构模型示意图
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二、流动镶嵌模型的基本内容:
1、生物膜的组成： 主要由蛋白质和脂质组成
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空气
水
磷脂分子在空气—水界面上铺展成单分子层
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资料2：朗缪尔(I Langmuir) 磷脂分子结构
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。
磷脂分子
膜外（水）
膜内(水）
8
活动主题二：
根据磷脂分子的特点结合人体组织 细胞内、外环境,大胆猜想并构建细胞 膜中磷脂分子的排列模型。
1959年，罗伯特森（J.D.Robertsen）的“单位 膜”模型认为：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白 质”构成的三层静态统一结构。
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静态的“蛋白质-脂质-蛋白质”三层结构模式图
这种模型特点： ①蛋白质分子都覆盖在磷脂双分子层的两侧 ②构成细胞膜的蛋白质分子和磷脂分子都是静止不动的
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• 问题3
膜的主要成分是脂质和蛋白质 组成膜的脂质中磷脂含量最多
红细胞13的细胞膜
问题2
脂质和蛋白质是怎样有机结 合构成膜的呢？
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3、对生物膜模型架构的探索——脂质和蛋白质的排布 方式
资料5：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。 超薄切片技术获得的细胞膜照片
实验证明：蛋白质 分子可以流动。
表明：细胞膜具有 流动性 。 19
资料6 冰冻蚀刻电镜技术(标本用干冰等冰冻。后用冷刀断开，
升温后暴露断裂面) 证明，磷脂双分子层中分布有蛋 白质颗粒.科学家发现膜蛋白并不是全部平铺在脂 质表面,有的蛋白质是镶嵌在脂质双分子层中.
活动主题三：利 用以上材料，提出 蛋白质在脂质双分 子层中的排布假说， 并用画图来表达。
2、生物膜的基本支架： 磷脂双分子层（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部
朝向内侧） 3、蛋白质分子存在形态：
有镶在表面、嵌入、贯穿三种,体现了生物膜的不对 称性。
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二、流动镶嵌模型的基本内容:
3、蛋白质分子存在形态： 外侧的蛋白质分子与糖类结合形成糖被。 （糖被与细胞识别、细胞间信息交流等有密切联 系，在消化道和呼吸道上皮细胞表面的糖蛋白还 有保护和润滑作用。） 细胞膜表面还有糖类和脂质分子结合成的糖脂
实验和观察、
观察和实验
推理和想像
→
提出假说 → （验证和完善假说） 5
资料2：朗缪尔(I Langmuir) 磷脂分子结构
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。
磷脂分子
活动主题一： 利用上述知识，推理和想象，提出许多磷脂
分子在空气和水界面上单分子排布的假说，并 用画图来表达。
实验和观察、
观察和实验
推理和想像 → 提出假说 → （进一步修正假说）
→ 不断发展、
完善
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2、在建立生物膜模型的探索过程中，实验 技术的进步起到怎样的作用?
实验技术的进步起到了关键性的推动作用
3、在建立生物膜模型的过程中，结构与功能 相适应的观点是如何得到体现的？
膜外（水） 膜内(水）
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猜想的模型是：
水
水
提出假说：磷脂分子排列为双分子层 设计实验以证实假说
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资料3：E.Gorter 和 F.Grendel 对血影的研究
时间：1925年 人物：荷兰科学家E.Gorter和F.Grendel 实验：用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水
界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积 恰为红细胞表面积的2倍。 结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层！
实验：
●
不溶于脂质的物质
溶于脂质的物质
●
细胞膜 细胞膜的通透性实验
E.Overton的推测： 膜是由脂质组成的。 4
科学方法
提出假说
• 膜的成分的初步阐明，最初是先根据实 验现象提出假说，而不是通过实验现象 直接证实的。
• 假说的提出要有实验和观察的依据，同 时还需要严谨的推理和大胆的想像。
• 假说需要通过观察和实验进一步验证和 完善。