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
反射:
1、反射:神经调节的基本方式,即在中枢神经系统参与下,动物体或人体对内外环境变化作出的规律行应答。(如膝跳反射)
2、反射的结构基础:反射弧
组成:感受器→传入神经→神经中枢(分析综合作用)→传出神经→效应器(运动神经末梢+肌肉或腺体)
3.兴奋:指动物体或人体内的某些组织(如神经组织)或细胞感受外界刺激后,南相对静止状态变为显著活跃状态的过程。
区分条件反射与非条件反射:条件反射和非条件反射足反射的两种类型,条件反射是高级神经活动的方式,主要区别见下表。
比较项目 |
非条件反射 |
条件反射 |
区别 |
形成过程 |
先天具有的 |
后天形成的 |
刺激 |
非条件刺激 |
条件刺激(信号刺激) |
神经联系 |
永久性的 |
暂时性的(可变的) |
神经中枢 |
大脑皮层以下中枢 |
大脑皮层 |
联系 |
条件反射建立在非条件反射的基础上,没有非条件反射,就没有条件反射 |
知识拓展:
1、反射活动需要经过完整的反射弧来实现,如果感受器、传人神经或神经中枢受损,机体既没有感觉,也不能产生反射活动;如果传出神经或效应器受损,机体可产生感觉,但仍不能产生反射活动。
2、刺激传出神经,效应器作出应答,这不是反射活动,因为没有经过完整的反射弧。
3、传人神经的判断方法
①有神经节的为传入神经。
②灰质在横切面上呈“H”形,一侧灰质前部扩大,称为前角,后部狭细,称为后角,与前角相连的为传出神经,与后角相连的为传入神经。如图:
神经冲动的产生和传导:1、神经元:是一种高度特化的细胞,是神经系统的基本结构和功能单位之一,它具有感受刺激和传导兴奋的功能。神经细胞呈三角形或多角形,可以分为树突、轴突和胞体这三个区域。
2、神经元按照用途分为三种:传入神经,传出神经,和连体神经。
3、根据神经元的功能又可分:
①感觉神经元(sensoryneuron),或称传入神经元(afferentneuron)多为假单极神经元,胞体主要位于脑脊神经节内,其周围突的末梢分布在皮肤和肌肉等处,接受刺激,将刺激传向中枢。
②运动神经元(motorneuron),或称传出神经元(efferentneuron)多为多极神经元,胞体主要位于脑、脊髓和植物神经节内,它把神经冲动传给肌肉或腺体,产生效应。
③中间神经元(interneuron),介于前两种神经元之间,多为多极神经元。动物越进化,中间神经元越多,人神经系统中的中间神经元约占神经元总数的99%,构成中枢神经系统内的复杂网络。
4、兴奋在神经纤维上的传导:以电信号的形式沿着神经纤维的传导是双向的;
静息时膜内为负,膜外为正(外正内负);
兴奋时膜内为正,膜外为负(外负内正),兴奋的传导以膜内传导为标准。
5、兴奋在神经元之间的传递——突触
(1)突触的结构:
突触小体中有突触小泡,突触小泡中有神经递质,神经递质只能由突触前膜释放到突触后膜,使后膜产生兴奋(或抑制)所以是单向传递。(突触前膜→突触后膜,轴突→树突或胞体)
(2)从结构上来说,突触可以分为两大类:
A.轴突——树突表示为:
B.轴突——细胞体表示为:
(3)兴奋在神经元之间的传递
a、神经递质移动方向:突触小泡→突触前膜(释放递质)→突触间隙→突触后膜。
b、神经递质的种类:乙酰胆碱、多巴胺等。
c、神经递质的去向:迅速地分解或被重吸收到突触小体或扩散离开突触间隙,为下一次兴奋做好准备。
d、受体的化学本质为糖蛋白。
e、神经递质的释放过程体现了生物膜的结构特点——流动性。
f、传递特点:单向性,神经递质只能由突触前膜释放作用于突触后膜,引起下一个神经元的兴奋或抑制。
g、在突触传导过程中有电信号→化学信号→电信号的过程,所以比神经元之间的传递速度慢。
兴奋在神经纤维上的传导与突触传递的比较:
|
过程 |
特点 |
速度 |
神经纤维 |
刺激→电位差→局部电流→未兴奋区 |
双向传导 |
快 |
神经细胞间 |
突触小体→突触小泡→递质→突触(前膜→间隙→后膜)→下一个神经细胞的树突或细胞体 |
单向传递 |
慢 |
知识点拨: 1、在膜外,兴奋传导方向与局部电流方向相反。在膜内,兴奋传导方向与局部电流方向相同。
2、在一个神经元内有一处受到刺激产生兴奋,迅速传至整个神经元细胞,即在该神经元的任何部位均可测到生物电变化。
3、判断突触前膜、突触后膜的方法已知突触结构图时,膜内有突触小泡,则该膜为突触前膜,否则为后膜。
4、神经递质作用效果有两种:促进或抑制。递质释放的过程为胞吐,由突触后膜(下一神经元的细胞体或树突部分)糖蛋白识别。
知识拓展:
一、电流表指针偏转方向与次数的判断
1.在神经纤维上
(1)刺激a点,b点先兴奋,d点后兴奋,电流计发生两次方向相反的偏转。
(2)刺激c点(bc=cd),b点和d点同时兴奋,电流计不发生偏转
2.在神经元之间
(1)刺激b点,由于兴奋在突触间的传递速度小于在神经纤维上的传导速度,a点先兴奋,d点后兴奋,电流计发生两次方向相反的偏转。
(2)刺激c点,兴奋不能传至a点,a点不兴奋,d 点可兴奋,电流计只发生一次偏转。
二、兴奋的传导方向、特点的分析判断与设计
1.兴奋在完整反射弧中的传导方向判断与分析由于兴奋在神经元之间的传递是单向的,导致兴奋在完整反射弧中的传导也是单向的,只能由传入神经传人,由传出神经传出。
2.兴奋传导特点的设计验证
(1)验证冲动在神经纤维上的传导方法设计:电刺激图①处,观察A的变化,同时测量②处的电位有无变化。结果分析:若A有反应,且②处电位改变,说明冲动在神经纤维上的传导是双向的;若A有反应而②处无电位变化,则说明冲动在神经纤维上的传导是单向的。
(2)验证冲动在神经元之间的传递方法设计:先电刺激图①处,测量③处电位变化:再电刺激③处,测量①处的电位变化。结果分析:若两次实验的检测部位均发生电位变化,说明冲动在神经元间的传递是双向的;若只有一处电位改变,则说明冲动在神经元间的传递是单向的。