一、对生物膜结构的探索历程.
1.膜成分探究:
(1)提出问题:为什么生物膜能够控制物质进出?与生物膜的结构有什么关系?
(2)实验观察:细胞膜对不同物质的通透性不同,脂溶性物质更容易通过.
(3)提出假设:细胞膜由脂质组成;
(4)实验验证:
① 提取细胞膜:哺乳动物成熟的红细胞:吸水胀破法;血影,溶血后的细胞膜外壳.
② 化学分析:主要成分是脂质和蛋白质.
2.膜结构探索:
(1)引出问题:
① 脂质如何构成细胞膜?
1)事实:空气-水界面上,单分子层面积是细胞表面积的2倍.
2)结论:细胞膜中,脂质以双分子层的形式存在.
② 蛋白质如何构成细胞膜?
1)推测:蛋白质覆盖在脂质两侧.
2)电镜观察:暗-亮-暗三层结构.
(2)建立模型:蛋白质-脂质-蛋白质的暗-亮-暗三层静态模型.
(3)完善模型:
① 质疑:生物膜不可能是静态的;
② 实验研究:人细胞和鼠细胞融合实验;
③ 实验结论:细胞膜具有流动性;
④ 修改模型:流动镶嵌模型.
二、流动镶嵌模型的基本内容.
1.细胞膜的结构:
(1)脂质:
① 成分:
1)磷脂:亲水的磷酸“头部”;疏水的脂肪酸“尾部”;甘油.
2)糖脂;
3)固醇:维持细胞膜的流动性;胆固醇,动物细胞,支原体细胞膜的成分;植物固醇,豆固醇.
② 磷脂分子:性质+本质+结构+排布;
1)亲水的磷酸“头部”排在外侧;细胞外的环境为液体;细胞内的基质为液体.
2)疏水的脂肪酸“尾部”排在内侧.
③ 功能:磷脂双分子层是细胞膜的基本支架.
④ 特点:流动的.磷脂分子:旋转,摆动,侧向运动,翻转运动.
⑤ 应用:
1)搅动或处理后呈球形:
a.双层:类似膜,内外都是“头”.
b.单层:外“头”内“尾”.
2)人工脂质体:
a.水溶性药物:双层球形的内部.
b.脂溶性药物:双层球形的环中;单层球形中,“头”朝外.
(2)蛋白质:
① 位置:有的镶在表面;有的部分或全部嵌入;有的贯穿;分布的不对称性.
② 功能:膜功能的主要承担者,蛋白质的种类数量越多,膜的功能越复杂;参与膜的构成;载体的作用;跨膜运输.
③ 特点:
1)载体的专一性:决定了膜的选择透过性;
2)大多数运动的:协助扩散、主动运输的载体蛋白;蛋白质的运动也要求磷脂层运动.
(3)糖类:
① 位置:细胞外侧,判断细胞内外表面的重要指标.
② 功能:糖被(糖蛋白).识别,信息交流,保护,润滑,免疫.
2.结构特点:
(1)有序性:磷脂的分布;蛋白质的分布.
(2)不对称性:内外两层脂类分子的种类和含量有很大差异;内外两层蛋白质分布的位置、数量、外侧的氨基酸残基种数有差异;外侧有糖脂和糖蛋白,内侧有ATP的能量供应.
(3)流动性:
① 原因:膜结构中的蛋白质分子可以运动和脂质分子可以流动;不同细胞膜上所含蛋白质和磷脂的比例不同,这与膜的功能有关;细胞在不同时期,细胞膜的成分和含量会发生变化.
② 影响因素:主要是温度.
1)在适当的温度范围内,随外界温度的升高,膜的流动性增强;
2)使细胞膜的相对面积增大,厚度减小;
3)温度高出一定范围,导致膜破坏.
③ 实验验证:细胞融合,荧光标记法.
④ 实例:质壁分离与复原;变形虫捕食和运动;白细胞吞噬细菌;受精时精卵细胞融合;物质运输;细胞识别.
3.功能特点:选择透过性.
(1)原因:遗传特性;载体的种类和数量;选择透过性.
(2)影响因素:
① 内因:载体蛋白的种类和数量;
② 外因:温度、氧气等影响呼吸作用的因素.
(3)实验验证:
① 细胞液有颜色的物质,放入无色溶液中;
② 然后再用高温、强酸碱等处理,观察颜色变化.
(4)实例:植物根对矿质元素的选择性吸收;神经细胞对钾的吸收,对钠的排出;肾小管的重吸收和分泌;小肠的吸收.
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