生物膜结构的探索历程: 1、19世纪末,欧文顿发现凡是可以溶于脂质的物质,比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞,于是他提出:膜是由脂质组成的。
2、20世纪初,科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来,化学分析表明,膜的主要成分是脂质和蛋白质。
3、1925年,两位荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质,在空气一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。由此他们得出的结论是细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层。
4、1959年,罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗一亮一暗的三层结构,并大胆地提出生物膜的模型是所有的生物膜都由蛋白质--脂质--蛋白质三层结构构成,电镜下看到的中间的亮层是脂质分子,两边的暗层是蛋白质分子,他把生物膜描述为静态的统一结构。
5、1970年,科学家用荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合的实验,以及相关的其他实验证据表明细胞膜具有流动性。
6、1972年,桑格和尼克森提出的为流动镶嵌模型大多数人所接受。
生物膜的流动镶嵌模型:
1、生物膜的流动镶嵌模型图解:
①糖蛋白(糖被):细胞识别、保护、润滑、免疫等。
②蛋白质分子:膜功能的主要承担着。
③磷脂双分子层:构成膜的基本支架。
2、基本内容
(1)脂质:构成细胞膜的主要成分是磷脂,磷脂双分子层构成膜的基本骨架。
①磷脂分子的状态:亲水的“头部”排在外侧,疏水的“尾部”排在内侧。
②结构特点:一定的流动性。
(2)蛋白质:膜的功能主要由蛋白质承担,功能越复杂的细胞膜,其蛋白质的含量越高,种类越多。
①蛋白质的位置:有三种。镶在磷脂双分子层表面;嵌入磷脂双分子层;贡穿于磷脂双分子层。
②种类: a.有的与糖类结合,形成糖被,有识别、保护、润滑等作用。 b.有的起载体作用,参与主动运输过程,控制物质进出细胞。 c.有的是酶,起催化化学反应的作用。
(3)特殊结构——糖被
①位置:细胞膜的外表。
②本质:细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白。
③作用:与细胞表面的识别有关;在消化道和呼吸道上皮细胞表面的还有保护和润滑作用。
(4) 细胞膜的特征:
①结构特征:具有一定的流动性。
②功能特征:具有选择透过性。
细胞膜的流动性与选择透过性的区分方法:
1.结构特点:具有一定的流动性。
(1)原因:膜结构中的蛋白质分子和脂质分子是可以运动的。
(2)表现:变形虫的变形运动、细胞融合、胞吞、胞吐及载体对相应物质的转运等。
(3)影响因素:主要受温度影响,适当温度范围内,随外界温度升高,膜的流动性增强,但温度超过一定范围,则导致膜的破坏。
2.功能特性:具有选择透过性。
(1)表现:植物根对矿质元素的选择性吸收,神经细胞对K
+的吸收和对Na
+的排出,肾小管的重吸收和分泌,小肠的吸收等。
(2)原因:遗传性决定载体种类、数量决定选择性。
3.二者的区别与联系
(1)区别:流动性是细胞膜结构方面的特性,选择透过性体现了细胞功能方面的特性,主动运输能充分说明选择透过性。
(2)联系:细胞膜的流动性是表现其选择透过性的结构基础。因为只有细胞膜具有流动性,细胞才能完成其各项生理功能,才能表现出选择透过性。相反,如果细胞膜失去了选择透过性,细胞可能已经死亡了。
易错点拨:
1、位于细胞膜外侧面的糖蛋白形成糖被,它是识别图中细胞膜内外侧的标志。
2、载体蛋白属于嵌入或贯穿磷脂双分子层的蛋白质。载体具有饱和现象,当细胞膜上的载体全部参与物质的运输时,细胞吸收该物质的速度不再随物质的浓度增大而增大。
3、磷脂双分子层数、生物膜层数与磷脂分子层数:磷脂双分子层数=生物膜层数=磷脂分子层数的一半 。
例 血浆中的1个葡萄糖分子进入组织细胞被彻底氧化分解,需要穿过几层磷脂分子( )
A.5层 B.3层 C.6层 D.4层
思路点拨:葡萄糖首先要穿过毛细血管壁进入组织液,至少要跨毛细血管壁的一层上皮细胞,即穿过2层细胞膜,再进入组织细胞共穿过3层细胞膜,生物膜都是由磷脂双分子构成,故本题穿越的磷脂分子层数是6。答案C
捕获光能的色素和结构:
1、捕获光能的结构——叶绿体
名称 |
叶绿体 |
分布 |
主要存在于绿色植物的叶肉细胞和幼茎的皮层细胞中 |
形态 |
扁平的椭球形或球形 |
结构 |
双层膜内含有几个到几十个基粒(由许多类囊体堆叠而成),基粒之间充满了基质 |
主要成分 |
类囊体的薄膜上分布有色素和酶,基质中有进行光合作用所需的酶、少量的DNA.RNA和核糖体等 |
功能 |
叶绿体中的色素吸收、传递、转换光能,叶绿体是进行光合作用的场所 |
2、叶绿体功能的验证
(1)实验过程及现象
(2)实验结论
①叶绿体是进行光合作用的场所。
②O2是由叶绿体释放的。
3、捕获光能的色素
色素种类 |
叶绿素(3/4) |
类胡萝卜素(1/4) |
叶绿素a |
叶绿素b |
胡萝卜素 |
叶黄素 |
蓝绿色 |
黄绿色 |
橙黄色 |
黄色 |
分布 |
叶绿体基粒的囊状结构薄膜上 |
吸收光谱 |
A为叶绿素,主要吸收红光和蓝紫光;B为类胡萝卜素,主要吸收蓝紫光 |
化学特性 |
不溶于水,能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂 |
色素与叶片颜色 |
正常绿色 |
正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的比例为3:1,且对绿光吸收最少,所以正常叶片总是呈现绿色 |
叶色变黄 |
寒冷时,叶绿素分子易被破坏,类胡萝卜素较稳定,显示出类胡萝卜素的颜色,叶子变黄 |
叶色变红 |
秋天降温时,植物体为适应寒冷,体内积累了较多的可溶性糖,有利于形成红色的花青素,而叶绿素因寒冷逐渐降解,叶子呈现红色 |
思维拓展:
1、由类囊体堆叠而成的基粒,增大了膜面积,增加了反应面积。
2、无色大棚膜与有色大棚膜:日光中各种颜色的光均能透过无色大棚膜,光合效率高;有色大棚膜主要透过同色光,吸收其他颜色的光,光能有损失,只在为得到特殊品质的产物时才使用。