《细胞生物学》教案（第4次课2学时）第三章细胞质膜[教学要求]2.1知识目标1、熟练掌握细胞膜的各个相关概念：；2、掌握细胞膜的组成和结构特点,以及生物膜的特性；3、了解生物膜的结构模型，掌握其中的关键部分；2.2能力目标1、利用思维导图总结细胞质膜的成分以及功能2、利用各种实验技术和仪器设备总结红细胞骨架的研究内容2.3德育目标1、细胞质膜的发现也经历了儿代科学家不断的探索发现以及电镜技术的助力，启发学生们的科学思维以及创新精神。2、通过让学生总结红细胞骨架的研究内容，培养学生养成勤于思考、善于分析问题以及决问题的能力。[教学重点]流动镶嵌模型结构要点[教学难点]细胞连接的超微结构[教学时数] 2学时[主要内容]3.1细胞质膜的结构模型3.2生物膜的基本特征与功能3.3膜骨架[参考资料]翟中和．细胞生物学，第五版．北京：高等教育出版社，2020[教学内容]
《细胞生物学》教案 （第 4 次课 2 学时） 第三章细胞质膜 [教学要求] 2.1 知识目标 1、熟练掌握细胞膜的各个相关概念； 2、掌握细胞膜的组成和结构特点,以及生物膜的特性； 3、了解生物膜的结构模型,掌握其中的关键部分； 2.2 能力目标 1、利用思维导图总结细胞质膜的成分以及功能 2、利用各种实验技术和仪器设备总结红细胞骨架的研究内容 2.3 德育目标 1、细胞质膜的发现也经历了几代科学家不断的探索发现以及电镜技术的助力，启发学生们 的科学思维以及创新精神。 2、通过让学生总结红细胞骨架的研究内容，培养学生养成勤于思考、善于分析问题以及决 问题的能力。 [教学重点] 流动镶嵌模型结构要点 [教学难点] 细胞连接的超微结构 [教学时数] 2 学时 [主要内容] 3.1 细胞质膜的结构模型 3.2 生物膜的基本特征与功能 3.3 膜骨架 [参考资料] 翟中和． 细胞生物学， 第五版．北京：高等教育出版社，2020． [教学内容]
细胞质膜与生物膜细胞质膜（plasmamembrane）：是指围绕在细胞最外层，由脂质、蛋白质和糖类组成的生物膜。细胞与其外部环境之间的生物膜，构成细胞的界膜和选择性渗透屏障。质膜在物质运输、能量转换和信息传递过程中起着重要作用。细胞内的膜(internalmembrane）：真核细胞中围绕细胞器的膜生物膜（biomembrane）：细胞质膜和细胞内的膜系统统称为生物膜。细胞内的膜系统，占90%以上生物膜细胞质膜，只占不足10%第一节细胞质膜的结构模型细胞膜又称质膜，是围绕在细胞最外层，由膜脂和膜蛋白构成。、生物膜的结构模型回顾历史，不仅要知道质膜是什么，而是要了解质膜是怎么得到的，从实验的角度了解质膜的化学成分、结构、特点及功能。1.1895年E.Overton发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组成。（人们发现细胞质膜的存在之后，就希望了解质膜是由什么成分构成：极性的分子很难穿过细胞膜进入细胞内部，非极性的分子可以进入细胞内部：根据化学上的“相似相溶原理”，人们推测质膜可能是由脂质构成的）水溶性物质脂溶性物质xS1925年荷兰的两位科学家E.Gorter&F.Grendel进行了著名的铺展实验，提出质膜由双层脂分子构成。（那么具体是如何组织形成质膜的，E.Gorter&F.Grendel设计了非常简单但非常有效的实验；提取红细胞，红细胞的数量是已知的，平铺在水溶液的表面，估算由脂质覆盖的面积有多大；红细胞的数量，可以推算红细胞的表面积，以及抽提质膜的膜脂成分，平铺在水溶液的面积，比较二者的面积，发现后者是前者的二倍。）1935年J.Danielli&H.Davson发现质膜的表面张力比油一水界面的张力低得多，提出三明治模型1
1 细胞质膜与生物膜 细胞质膜 （plasma membrane ）：是指围绕在细胞最外层，由脂质、蛋白质和糖类组成的生物膜。 细胞与其外部环境之间的生物膜，构成细胞的界膜和选择性渗透屏障。质膜在物质运输、能量转换 和信息传递过程中起着重要作用。 细胞内的膜(internal membrane）：真核细胞中围绕细胞器的膜 生物膜（biomembrane）：细胞质膜和细胞内的膜系统统称为生物膜。 第一节 细胞质膜的结构模型 细胞膜又称质膜，是围绕在细胞最外层，由膜脂和膜蛋白构成。 一、生物膜的结构模型 回顾历史，不仅要知道质膜是什么，而是要了解质膜是怎么得到的，从实验的角度了解质膜的化学 成分、结构、特点及功能。 1. 1895 年 E. Overton 发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪的物质不易 透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组成。 （人们发现细胞质膜的存在之后，就希望了解质膜是由什么成分构成；极性的分子很难穿过细胞膜进 入细胞内部，非极性的分子可以进入细胞内部；根据化学上的“相似相溶原理”，人们推测质膜可能 是由脂质构成的） 1925年荷兰的两位科学家E. Gorter & F. Grendel 进行了著名的铺展实验，提出质膜由双层脂分子构 成。（那么具体是如何组织形成质膜的，E. Gorter & F. Grendel 设计了非常简单但非常有效的实 验；提取红细胞，红细胞的数量是已知的，平铺在水溶液的表面，估算由脂质覆盖的面积有多大； 红细胞的数量，可以推算红细胞的表面积，以及抽提质膜的膜脂成分，平铺在水溶液的面积，比较 二者的面积，发现后者是前者的二倍。） 1935年J. Danielli & H. Davson 发现质膜的表面张力比油－水界面的张力低得多，提出三明治模型
（蛋白质-脂质-蛋白质）。（质膜与水的表面张力远远低于纯的脂质与水的表面张力，那么蛋白质可以降低其表面张力，而且有一些离子、水分子可以穿过质膜的，如果用纯的脂质分子则很难解释：根据这些现象，后来的研究者又提出了新的模型，在脂质的两个表面覆盖了蛋白质，即外面一层蛋白质，里面一层蛋白质，中间夹着脂质）（因此这个就解决了表面张力的问题，而且解决了一些亲水性分子或离子可以通过蛋白质通道进出的问题（是不是有了这个模型就可以解决所有的现象呢？还是不够的，后来随着电镜技术的发展，人们能在TEM透射电镜下直接观察到质膜的构成了）1959年J.D.Robertson利用电子显微镜技术对各种膜结构进行了详细研究，在电镜下膜显示暗-明暗三层结构，它由厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成，总厚约7.5nm，并提出了单位膜模型（unitmembrancemodel）。细胞质膜细胞核（细胞质膜显示暗-亮-暗三条带）1972年S.J.Singer&G.Nicolson根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了“流动镶嵌模型”（fluidmosaicmodel)。该模型主要强调①膜的流动性；②膜蛋白的分布不对称性；这是生物膜的基本特征。（质膜上的脂质，蛋白质是流动的，可以运动的：冷冻蚀刻技术可以观察到蛋白质颗粒，发现靠近细胞外侧的蛋白质颗粒多，靠近细胞内侧的蛋白质颗粒少：流动镶嵌模型，谁在流动（脂，蛋白质），谁被镶嵌了（蛋白质以各种方式被镶嵌），此模型能解决很多问题）2
2 （蛋白质-脂质-蛋白质）。（质膜与水的表面张力远远低于纯的脂质与水的表面张力，那么蛋白质可 以降低其表面张力，而且有一些离子、水分子可以穿过质膜的，如果用纯的脂质分子则很难解释； 根据这些现象，后来的研究者又提出了新的模型，在脂质的两个表面覆盖了蛋白质，即外面一层蛋 白质，里面一层蛋白质，中间夹着脂质）（因此这个就解决了表面张力的问题，而且解决了一些亲 水性分子或离子可以通过蛋白质通道进出的问题） （是不是有了这个模型就可以解决所有的现象呢？还是不够的，后来随着电镜技术的发展，人们能 在TEM透射电镜下直接观察到质膜的构成了） 1959 年J. D. Robertson 利用电子显微镜技术对各种膜结构进行了详细研究，在电镜下膜显示暗-明- 暗三层结构，它由厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成，总厚约7.5nm，并 提出了单位膜模型（unit membrance model）。 （细胞质膜显示暗-亮-暗三条带） 1972年S. J. Singer & G. Nicolson 根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了“流动镶嵌 模型”（fluid mosaic model)。该模型主要强调①膜的流动性；②膜蛋白的分布不对称性；这是生物 膜的基本特征。（质膜上的脂质，蛋白质是流动的，可以运动的；冷冻蚀刻技术可以观察到蛋白质 颗粒，发现靠近细胞外侧的蛋白质颗粒多，靠近细胞内侧的蛋白质颗粒少；流动镶嵌模型，谁在流 动（脂，蛋白质），谁被镶嵌了（蛋白质以各种方式被镶嵌），此模型能解决很多问题）
蔬水口螺旋得胎模整金新白A：流动镶嵌模型示意图B：生物膜结构示意图ExtracellularlayertanKnifePlasmaCytoplasmicmembranelayerExtracellularlaysr（随着技术的深入，人们又发现了很多模型；脂筱，脂质溶液中的一种特殊的结构域。脂筱大小不一，分布不均，承载了不同的蛋白质）1988年K.Simons等人提出脂筱模型。即在以甘油磷脂为主体的生物膜上，胆固醇、鞘磷脂等形成相对有序的脂相，如同漂浮在脂双层上的“脂筱”一样载着执行某些特定生物学功能的各种膜蛋白。脂筱结构比周围脂质结构厚一些，运载的蛋白质也不同。研究发现，脂筱结构与信号传导、免疫反应等相关，关键看其运载什么样的蛋白质。脂栈糖脂糖蛋白花指行
3 （随着技术的深入，人们又发现了很多模型；脂筏，脂质溶液中的一种特殊的结构域。脂筏大小不一， 分布不均，承载了不同的蛋白质） 1988 年 K.Simons 等人提出脂筏模型。即在以甘油磷脂为主体的生物膜上，胆固醇、鞘磷脂等形成相 对有序的脂相，如同漂浮在脂双层上的“脂筏”一样载着执行某些特定生物学功能的各种膜蛋白。脂 筏结构比周围脂质结构厚一些，运载的蛋白质也不同。研究发现，脂筏结构与信号传导、免疫反应等 相关，关键看其运载什么样的蛋白质
Nature.1997Jun5:387(6633):569-72Functionalrafts incellmembranes.SImons K.IkonenEAbstractAnewaspect ofcellmembrane structure is presented,based on thedynamic clusteringof sphingolipidsand cholesterol toformrafts thatmove withirthefuidbilayer.it isproposedthattheseraftsfunctionasplatformsfortheattachmentofproteinswhenmembranesaremovedaroundinsidethecelland during signal transduction.500nm（原子力显微镜下，黑色部分代表脂质，红色部分代表脂筱，棕色的尖峰代表脂筏上运载的特殊蛋白（特殊碱性磷酸酶，一种GPI的锚定蛋白））（GPI：glycosylphosphatidylinositol-anchoredprotein糖基化磷脂酰肌醇）JBiol Chem.2002Jul 26;277(30):26966-70.Epub2002May14.Placental alkaline phosphatase is efficiently targeted to rafts in supported lipid bilayers.SaslowskyDE',LawrenceJ,Ren X,ErownDA,Henderson RM,Ediwardson JM.目前对生物膜的认识根据已有的实验结果，生物膜具有如下共同特征：①膜的基本结构由脂双分子层镶嵌蛋白质构成，双层脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相。②蛋白质分子以不同的方式镶嵌在脂双分子层中或结合在其表面，其分布的不对称性和与脂分子的协同作用使生物膜具有各自的特性与功能。（蛋白质功能：转运、酶、连接、受体）③生物膜可看成是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。④生物膜在三维空间上可出现弯曲、折叠、延伸等改变，处于不断的动态变化中病毒囊膜病毒核衣壳细胞质膜100nm4
4 （原子力显微镜下，黑色部分代表脂质，红色部分代表脂筏，棕色的尖峰代表脂筏上运载的特殊蛋白 （特殊碱性磷酸酶，一种 GPI 的锚定蛋白））（GPI：glycosylphosphatidylinositol-anchored protein 糖 基化磷脂酰肌醇） 目前对生物膜的认识 根据已有的实验结果，生物膜具有如下共同特征：①膜的基本结构由脂双分子层镶嵌蛋白质构成， 双层脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相。②蛋白质分子以不同的方式镶嵌在脂双分子层中 或结合在其表面，其分布的不对称性和与脂分子的协同作用使生物膜具有各自的特性与功能。（蛋白 质功能：转运、酶、连接、受体）③生物膜可看成是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。④生物膜在 三维空间上可出现弯曲、折叠、延伸等改变，处于不断的动态变化中