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《细胞膜的流动镶嵌模型》学案
张建尚/江苏

【学习目标】站得高——明确学习目标。
1.简述生物膜的结构。
2.探讨在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步所起的作用。
3.探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。
【重点和难点】
重点：流动镶嵌模型的基本内容。
难点：探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。
【学法提示】
1.分析科学家所做的实验，根据实验现象得出结论，然后再反过来理解科学家是怎样设计实验探究问题的以及实验技术的进步对科学探究所起的作用。
2.在实验分析的基础上归纳细胞膜流动镶嵌模型的基本内容，体验细胞膜结构与功能相适应的观点。
【课前预习】起步稳——知识源于生活。
1.19世纪末，欧文顿提出膜是由 ① 组成的；20世纪初，科学家的化学分析结果表明膜主要由 ② 和 ③ 组成；1925年，两位荷兰科学家通过实验得出脂质分子必然排列为 ④ 的结论；1959年罗伯特森提出生物膜都由 ⑤ 三层结构构成；1970年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验证实细胞膜具有 ⑥ 性；1972年桑格和尼克森提出生物膜的 ⑦ 模型。
2.生物膜的流动镶嵌模型认为， ① 构成了膜的基本支架，这个支架不是静止的，具有 ② 。蛋白质分子有的 ③ 在磷脂双分子层表面，有的部分或全部 ④ 磷脂双分子层中，有的 ⑤ 个磷脂双分子层。大部分的蛋白质分子都是可以 ⑥ 的。在细胞膜的外表，还有一层由细胞膜上的 ⑦ 结合形成的糖蛋白，叫做 ⑧ 。糖蛋白具有 ⑨ 等作用。
答案1.①脂质②脂质③蛋白质④连续的两层⑤蛋白质-脂质-蛋白质⑥流动⑦流动镶嵌2.①磷脂双分子层②流动性③镶④嵌入⑤横跨⑥运动⑦蛋白质和糖类⑧糖被⑨保护、润滑、识别
【课堂探究】走得欢——探索成长快乐。
一、对生物膜结构的探索历程
分析下列实验：
实验一：1895年，欧文顿用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现脂质更容易通过细胞膜，而不溶于脂肪的物质穿透十分缓慢。
实验二：蛋白酶可以水解蛋白质，用蛋白酶处理细胞膜，能破坏细胞膜。
实验三：1925年两位荷兰科学家用丙酮提取人的红细胞膜的脂质成分，并测定膜脂单层分子在水面的铺展面积，发现它为红细胞表面积的两倍。
实验四：1959年，罗伯特森用电子显微镜观察细胞膜，看到了清晰的暗-亮-暗的三层结构。
实验五：将人和鼠细胞膜上的蛋白质用不同的荧光抗体标记后，让两种细胞融合，开始时细胞的一半发红色荧光，另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布。
（1）实验一说明细胞膜中含有 ① 成分，实验二说明细胞膜中含有 ② 成分，实验三说明细胞膜中脂质的分布是 ③ 。
（2）下图是一个磷脂分子的模式图，其中疏水性的部分是 ① ，亲水性的部分是 ② 。在下面的左框内画出磷脂分子在水面上的排列情况，在右框内画出细胞膜中磷脂分子的排列状况。
1

2

④
③

（3）实验四中罗伯特森根据电子显微镜的观察，结合其他科学家的工作，提出了静态的统一结构模型：生物膜都由 ① 三层结构构成。实验五说明细胞膜 ② 。
1
2
5

4
3
二、流动镶嵌模型的基本内容
以下是生物膜结构模型示意图。
写出图中1～5的物质或结构名称：1 ① ；2 ② ；3 ③ ；
水面 磷脂双分子层
③ ④
4 ④ ；5 ⑤ 。由于细胞膜中的 ⑥ 分子和 ⑦ 分子是可以运动的，所以细胞膜在结构上具有 ⑧ 特点。
答案一、（1）①脂质②蛋白质③排列为连续的两层（2）①2②1
（3）①蛋白质-脂质-蛋白质②具有流动性
二、①多糖（糖类）②磷脂分子③磷脂双分子层④糖蛋白⑤蛋白质⑥磷脂⑦蛋白质⑧流动性
【知识体系】
荷兰科学家的实验
罗伯特森的细胞膜模型
细胞膜成分的提取、鉴定
欧文顿的实验
细胞膜的
流动镶嵌模型
对细胞膜结构的探索历程
功能
组成
蛋白质分子 不对称性分布

流动镶嵌模型的基本内容
糖被

磷脂双分子层 基本支架
结构特点 流动性
人、鼠细胞融合实验
桑格、尼克森的流动镶嵌模型
意义
原因

【课堂巩固】跑得快——善于学习，手不释卷！
用不同的荧光染料标记的抗体，分别与人细胞和小鼠细胞的细胞膜上的一种抗原物质结合，使两类细胞分别产生绿色和红色荧光。当这两种细胞融合成一个细胞时，开始一半呈绿色，一半呈红色。但在37 ℃下保温0.5 h后，两种颜色的荧光点就呈均匀分布。请根据下图回答问题：
HLA抗原
融合
H-2抗原
人

鼠
表面有2种抗原
37℃
0.5h
（1）人和鼠的细胞能够融合为一体，是因为其细胞膜的基本结构是 。
（2）融合细胞表面两类荧光染料分布的动态变化，表明了组成细胞膜的            分子是可以运动的，由此可以证实关于细胞膜结构“模型”           的观点是成立的.
（3）融合细胞表面两类荧光染料最终均匀分布，原因是            ，这表明细胞膜的结构特点是具有             。
（4）如果该融合实验在20 ℃条件下进行，则两种表面抗原均匀分布的时间将大大延长，这说明            。若在0℃下培养40 min，则发现细胞仍然保持一半发红色荧光，另一半发绿色荧光。这一现象的合理解释是           。
（5）下图是细胞膜结构模式图，请填出图中的内容。

1
4
2 性的尾部。
6
3 性的头部。
5

答案（1）相同的（2）蛋白质等；膜物质分子能够运动（3）构成膜结构的磷脂分子和蛋白质分子大都可以运动的；一定的流动性（4）随环境温度的降低，膜上蛋白质分子的运动速率减慢；细胞膜的流动性特点只有在适宜的条件下才能体现（或环境温度很低时，膜上蛋白质分子的运动几乎停止）（5）1-蛋白质2-疏水3-亲水4-多糖（糖类）5-糖蛋白6-磷脂双分子层
【课后作业】步步高——巩固成果，对答如流！
背景知识：磷脂分子的头部亲水，尾部疏水（如图甲所示）
如果把一滴油滴在水面上，形成“油—水”界面，“油—水”界面上磷脂
分子的排列是什么样的呢？（结果如图乙所示）

如果把一滴油滴在水面上，再高速振荡，形成油水乳液，油水乳液小滴中磷脂分子的排列又会是什么样的呢？（结果如图丙所示）
材料分析
探究-1
探究-2
推导结论

提出问题
1925年，高特和戈来格尔用丙酮提取出红细胞膜上的磷脂，并将它在空气和水的界面上铺成单分子层，发现这个单分子层的面积相当于原来红细胞表面积的2倍。据此，学生得出了细胞膜是由连续的两层磷脂分子组成的推论。
某校生物兴趣小组对细胞膜的结构和功能进行了如下探究，请据此回答问题。

细胞膜上的磷脂分子应该怎么排列呢？

亲水
疏水
图甲 磷脂分子结构模式图

图乙 油水界面上磷脂分子的排列图
图丙 高速震荡成油水乳液，乳
液小滴中磷脂分子排列图

图丁 细胞膜磷脂
分子排布图

AB
空气
空气
水层
水层

(1)图丙中A处的主要成分是水还是油？ 。
(2)请根据探究-1和探究-2的结果，用简图在图丁空白处绘出细胞膜上磷脂分子的排布情况(绘出片段即可)。
(3)某科学家利用纯磷脂制成“脂质体”作为细胞模型进行了实验Ⅰ：将“脂质体”放置于清水中，一段时间后发现，“脂质体”的形态、体积都没有变化。①这一事实表明
。科学家又根据细胞膜的化学成分分析推测，水分子的跨膜运输最可能与膜上的蛋白质有关。②彼德·阿格雷在实验Ⅰ的基础上，又从人红细胞及肾小管细胞的细胞膜中分离出一种分子量为28道尔顿的膜蛋白——CHIP28，并通过实验Ⅱ证明CHIP28是一种“水通道蛋白”。请简述实验Ⅱ的基本思路。

。
(4)为获得纯净的细胞膜，应将哺乳动物的成熟红细胞置于 中，最终导致细胞的破裂，通过离心技术，就可在沉淀物中得到较为纯净的细胞膜。
或
答案(1)水 (2)见图(注：两层磷脂分子层的亲水性头部分别位于细胞膜的内外两侧，疏水性尾部位于细胞膜的中间）(3)①水分子不能通过纯粹的磷脂双分子层 ②在“脂质体”中加入CHIP28，在清水中放置与实验Ⅰ相同时间后（没有“相同”不得分），观察并比较实验Ⅰ和实验Ⅱ中“脂质体”体积变化情况 ③相应的膜蛋白(K+载体)、能量(ATP)(4)蒸馏水(或低渗溶液)