1. 细胞膜的结构与物质跨膜运输

2. 一、对生物膜结构的探索历程
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 . O ve rto n ）
实验： 溶于脂质的物质
●
不溶于脂质的物质
细胞膜
细胞膜的通透性实验
膜中含脂质。
E . O ve rto n 的推测：

3. 资料 2 ：磷脂分子结构
A ：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
B ：根据磷脂分子的结构特点，展开你的想像力
，尝试画出磷脂分子在 水 — 空气界面中的排布方
式？

4. 空气
水

5. 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 . G o rte r 和 F . G re nd e l
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
结论 细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层！
恰为红细胞表面积的 2 倍。
：

6. • 如果膜的化学成分仅由脂质组成，结
合膜的功能进行思考，你认为这种结
构模型有无完善的必要？

7. 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

8. • 随着化学分析技术的成熟，人们利用
化学分析表明：膜的主要成分是脂质
和蛋白质。

9. 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。
1959 年，罗
伯特森
（ J . D . Ro b e rts e n
）超薄切片技术获
得的细胞膜照片 ( 见 超薄切片技术获得的细胞膜照
片
罗伯特森的 “ 单位膜 ” 模型认为：生物膜是由 “ 蛋
右图 )
白质 — 脂质 — 蛋白质 ” 构成的三层静态统一结构

10. 资料 6
冰冻蚀刻 ( 冰冻断裂 ) 。标本用
干冰等冰冻。后用冷刀断开，升温后暴
露断裂面。
蛋白质在膜中的分布是不对称的
蛋白质镶在、嵌入、横跨在磷脂双分子层中
。

11. 资料 7
时间： 1970 年
人物：弗雷和埃迪登 ( F rye 和
E d id in )
人细胞
实验： 杂交细胞
红色荧
光染料
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
结论：
细胞膜具有流动性（蛋白质）

12. 资料 8
时间： 1972 年
人物：桑格和尼克森（ S . J . S ing e r & G .
Nic o ls o n ）
假说： 流动镶嵌模型
生物膜结构模型示意图

13. 小组讨论：
问题 1 ：请你谈谈流动镶嵌模型的基本
内容是什么 ? 请从组成物质、物质的排
布方式以及结构上的特点三方面进行考
虑。
问题 2 ：在生物膜模型的建立和完善过
程中，你在科学研究方法上受到哪些启
示?
问题 3 ：在生物膜模型的建立和完善过
程中，你对科学研究的认识有哪些体会
?

14. 二、流动镶嵌模型的基本内容
1 、膜的基本支架——磷脂双分子层。（磷脂分
子是可以运动的，具有流动性。）
2 、蛋白质分子有的镶、有的嵌入、有的横跨在
磷脂双分子层。（体现膜结构内外的不对称性和
流动性）
3 、膜在结构特性上具有流动性

15. 小组讨论
：
问题 1 ：请你谈谈流动镶嵌模型的基本
内容是什么 ? 生物膜在结构上有什么样
的特点 ?
问题 2 ：在生物膜模型的建立和完善过
程中，你在科学研究方法上受到哪些启
示?
问题 3 ：在生物膜模型的建立和完善过
程中，你对科学研究的认识有哪些体会
?

16. 问题 2 ：在生物膜模型的建立和完善过程
中，你在科学研究方法上受到哪些启示 ?
建模的基本方法
根据现象 用观察和实 实
和已有知 验对假说或 践
识提出假 模型进行检 检
说或模型 验、修正和 验
补充

17. 小组讨论
：
问题 1 ：请你谈谈流动镶嵌模型的基本
内容是什么 ? 生物膜在结构上有什么样
的特点 ?
问题 2 ：在生物膜模型的建立和完善过
程中，你在科学研究方法上受到哪些启
示?
问题 3 ：在生物膜模型的建立和完善过
程中，你对科学研究的认识有哪些体会
?

18. 列表总结：生物膜结构的探究历程
时间和人 历史事件 历史结论
物
19 世纪
多种物质对膜通透性实验 膜含脂质
末
欧文顿
20 世纪初 对红细胞膜化学分析 膜中含脂质和蛋白
质
1925 年 红细胞膜的脂质铺展成
， 单层分子的面积是原膜 脂质双层结构
两位荷兰 表面积的两倍
科学家
1959 年， 电镜下膜呈 “ 暗 — 亮 — 暗
罗伯特森 ” 三层结构 蛋白质 — 脂质 — 蛋白
质
1970 年 人、鼠细胞融合实验 膜具流动性
。
1972 ，桑 新的观察和实验证据的基
格和尼克森 础上，提出分子结构模型 流动镶嵌模型

19. 生物膜的流动镶嵌模型是否
已完美无缺了呢？

20. • 1972 年美国 S ing e r 和 Nic o ls o n 提出生物膜的流体
镶嵌模型 , 虽然已经历了 30 年 , 一般认为它在基本方
面仍然是正确的。但当时并未对生物膜结构的不均匀性
给以足够的考虑。 1997 年美国 S imo ns 提出的脂筏和
质膜微囊的概念，这是由鞘脂和胆固醇组成的生物膜的
一种微区结构。通过脂筏和质膜微囊的发现和反复鉴定 ,
表明生物膜应视为由脂质、蛋白质和糖组成的一个不均
匀的超分子体系 , 膜脂以甘油磷脂为主体 , 以鞘脂和胆
固醇为主要成分的大小不一的微区分散在主体中 , 因此
, 整个膜犹如很多微区组成的马赛克，无论主体还是微
区都含数量不等的膜蛋白。因而， S ing e r 和 Nic o ls o n
原来提出的流体镶嵌模型需要有一个较大的修正。鉴于
脂筏和质膜微囊都很小 , 不易在位研究 , 又难以分离纯
化 , 这就需要引进与创立新的方法才能将这方面的研究
引向深入 , 国际上已经尝试将单分子技术等引入脂质微
区的研究 , 这方面需要大力加强。

21. • 科学探究没有止境。
• 科学探究需要质疑。
• 科学探究需要技术发展
。
• 科学探究需要不断实验
。
• ……

22. 物质跨膜运输
• 被动运输（自由扩散，协助扩散）
• 主动运输（主要方式）
• 胞吞与胞吐
• 细胞膜的功能特点：选择透过性膜