3.细胞膜的主要功能

细胞膜对于细胞整个结构的完整性以及细胞的正常生命活动都是至关重要的。其功能概括起来有以下几个方面。

(1)细胞的界膜这是细胞膜最重要的功能。无论是真核细胞还是原核细胞，都必定有一个由一定膜结构形成的界膜，不然的话就不会有细胞存在。细胞膜的出现使生命起源到了细胞的形式，也保证了细胞生命活动的正常进行。细胞膜的出现使各种生物大分子集中到一个相对稳定的微环境中，这样有利于细胞的物质和能量代谢，也有利于细胞的生长发育。

(2)物质的跨膜运输膜的存在使细胞成为一个相对独立的系统，但细胞不是一个封闭的系统，细胞的生存、生长和发育依赖于细胞内外的物质交流。膜对于物质的运输具有选择性，只有在需要时，物质才会被运转。物质既可以从浓度高的一侧转运到浓度低的一侧，也可以从浓度低的一侧转运到浓度高的一侧。前者属被动运输，不需要细胞提供代谢能量；后者属主动运输，需要细胞提供代谢能量。对于大分子的运输，细胞采用的是内吞与外排的方式，通过将物质包裹在囊泡中进行转运。

(3)信号转导膜上的某些蛋白属于信号受体蛋白，这些蛋白与胞外信号分子相结合被激活，然后将信号转入胞内，再通过胞内信号转导分子沿信号通路传递，最终产生特定的生物学效应。例如，某些信号分子激活细胞膜上的受体后，可促进细胞增殖。

(4)胞间连接与通讯多细胞生物体内，细胞通过细胞膜进行细胞间的多种相互作用。动物细胞间有多种连接方式，概括起来为：紧密连接、锚定连接和间隙连接，植物细胞间主要是通过细胞壁连接在一起。有些细胞连接方式主要是为细胞间的通讯提供结构基础，如动物细胞的间隙连接，在相邻细胞间形成孔道结构；植物细胞间的胞间连丝，也成为细胞间物质转运和信息交流的通道。

(5)胞间的识别识别是指细胞对同种或异种细胞、同源或异源细胞以及对自己或异己分子的认识和鉴别。通过细胞表面受体与胞外信号分子的选择性相互作用，导致一系列的生理生化反应，从而实现信号传递。细胞识别是细胞发育和分化过程中一个十分重要的环节，细胞通过识别和黏着形成不同类型的组织。

2.细胞膜成分与分析方法

组成细胞膜的成分可分为三大类，即膜脂、膜蛋白和糖类。几种成分所占的比例，依据膜类型的不同，细胞类型的不同，生物类型的不同以及细胞不同的发育时期而发生变化，如肝细胞膜中蛋白质与脂质的比例明显高于红细胞。

膜脂是细胞膜的基本成分，约占膜成分的50%，它又包括三大类脂质分子，即磷脂、糖脂和胆固醇。磷脂含有极性的磷酸基团，以及非极性的烃链，即包括极性的头部和非极性的尾部，属双型性分子。糖脂也是双型性分子，它的结构与鞘磷脂很相似，仅由一个或多个糖基代替了磷脂酰胆碱。胆固醇分子包括三部分：作为极性头部的羟基、类固醇环和一个非极性的碳氢尾部。

膜蛋白是构成细胞膜的重要组分，膜的大部分功能主要由膜蛋白完成。膜蛋白约占膜成分的40%。根据膜蛋白与膜脂的结合方式，膜蛋白可分为内在蛋白(或称跨膜蛋白)和外周蛋白。

膜中的糖类约占膜成分的2%-10%，它们通常与膜脂结合形成糖脂，或与蛋白结合形成糖蛋白。其中的糖类分子有单糖，也有多糖。

对于组成细胞膜的基本成分，最初是通过用脂质溶剂和蛋白酶处理细胞膜来确定的。用脂质溶剂处理细胞，发现细胞膜被溶解，脂质分子进入到溶剂中，说明膜中含有脂质分子；用蛋白酶处理细胞也能破坏膜结构，说明细胞膜的化学组成中除了脂质还有蛋白质。对于一些具体的组成成分，可采用相应酶的处理来确定。例如，用卵磷脂酶处理细胞，可破坏细胞膜，证明膜中有卵磷脂的存在。对于膜中某种蛋白质功能的分析，有很多方法，其中一种是将这种蛋白质分离纯化出来，将它掺入到磷脂小泡中，形成只含一种蛋白质的磷脂小泡，然后检测蛋白质的功能。

1.细胞膜和细胞器的分离提纯方法

细胞中的膜结构是整个细胞及多种细胞器的界膜，对于保持细胞和细胞器的独立性是必不可少的，同时很多重要的功能是在膜结构上完成的。为了研究细胞膜和细胞器的结构与功能，首先要分离出形态与结构完整的、具有生物活性的、纯度高的样品。在研究工作中，分离细胞膜和细胞器可以用以下方法。

首先是制备一定量的细胞，细胞的来源可以是培养细胞，也可以是某种组织。培养细胞的收集相对简单一些，直接用胰酶将细胞从培养瓶上消化下来，制成细胞悬浮液。比较易碎的组织细胞的收集如肝、脾等，可采用匀浆的方法，稍加研磨就可制成细胞悬液。有些结缔组织，直接研磨不易分离出细胞，可先用适量的胶原酶处理。

细胞制备出来后，进行匀浆处理。匀浆的方法有多种，如用高速打碎机破碎，低渗，玻璃珠与细胞共振荡，冻融法，超声波打碎等。可根据实验需要和实验室条件来选择。无论选择哪种方法，都要尽可能保持膜的完整性。整个操作过程要避免过于激烈，pH、离子强度和渗透压等条件要适中，一般常用中性和等渗溶液。

匀浆产生的细胞裂解物，可通过一系列差速离心再加上一个梯度离心来分离细胞膜与细胞器，梯度是根据细胞器的大小、密度和沉降特性来设计的。匀浆分步分离的第一步是差速离心，在一系列的离心过程中离心力逐渐加大，并且将细胞器加入到具有密度梯度的介质中离心，常用的分离介质有蔗糖、甘油、葡聚糖等。由于每种细胞器的大小和沉降特性不同，因此可被分离出来。如果只是分离细胞中的某种细胞器，可直接根据那种细胞器所对应的相对离心力，在细胞匀浆后进行离心分离。哺乳动物红细胞的结构比较简单，其细胞膜可用低渗离心的方法分离出来。如果是独特的细胞膜，可根据表面电荷的密度采用电泳的方法分离，也可根据大小采用凝胶过滤的方法分离。

(三)练习

基础题

1.C。　 2.A。　 3.C。

拓展题

1.提示：把细胞膜与窗纱进行类比，合理之处是说明细胞膜与窗纱一样具有容许一些物质出入，阻挡其他物质出入的作用。这样类比也有不妥当的地方。例如，窗纱是一种简单的刚性的结构，功能较单纯；细胞膜的结构和功能要复杂得多。细胞膜是活细胞的重要组成部分，活细胞的生命活动是一个主动的过程；而窗纱是没有生命的，它只是被动地在起作用。

2.提示：“染色排除法”利用了活细胞的细胞膜能够控制物质进出细胞的原理。台盼蓝染色剂是细胞不需要的物质，不能通过细胞膜进入细胞，所以活细胞不被染色。而死的动物细胞的细胞膜不具有控制物质进出细胞的功能，所以台盼蓝染色剂能够进入死细胞内，使其被染色。

(二)实验

提示：细胞破裂后细胞内物质流出，细胞膜和细胞质中的其他结构质量不一样，可以采用不同转速离心的方法将细胞膜与其他物质分开，得到较纯的细胞膜。

(一)问题探讨

1.提示：气泡是光亮的，里面只有空气。细胞是一个具有细胞膜、细胞核和细胞质的复杂结构，而且是一个立体的结构，在显微镜下，通过调节焦距可以观察到细胞的不同层面。光学显微镜下不能看见细胞膜，但是能够观察到细胞与外界环境之间是有界限的。

2.提示：在电子显微镜诞生之前，科学家已经能够确定细胞膜的存在了。依据的实验事实主要有：进入活细胞的物质要通过一道选择性的屏障，并不是所有的物质都能进入细胞；用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞，却不能很快逸出细胞；在光学显微镜下看到，用微针触碰细胞表面时，细胞表面有弹性，可以伸展；用微针插入细胞内，细胞表面有一层结构被刺破；如果细胞表面结构受损面过大，细胞会死亡。

3.利用视频图像，帮助学生展开想像的翅膀，拓展思维的空间，认同细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义。

生命起源是生物科学的重要研究领域，在初中生物课程标准和教材中介绍了生命起源的主要观点。在介绍细胞膜的功能时，涉及了原始细胞的产生。对这个问题的认识会让学生感到思维的跨度太大，因此利用视频图像不受时空限制的优势，帮助学生构建起生命起源与细胞膜形成之间的联系，认识细胞膜对于生命系统的重要意义。

教师还可以利用视频图像将“控制物质进出细胞”、“进行细胞间的信息交流”等细胞膜的功能形象直观地介绍给学生。如果没有现代信息技术的支持，也可以利用板图、幻灯片，目的是使学生能够将抽象的语言与图解结合起来，加深对细胞膜功能的理解，为第4章学习细胞的物质输入和输出做好铺垫。

2.利用已知，获取新知，提高学习能力。

在第2章《组成细胞的分子》中，学生知道了蛋白质、糖类和脂质是重要的化合物，但是对于这些物质的存在位置还不清楚，因此在本章的教学中，应指导学生将细胞的物质组成与细胞的结构有机地联系起来，对细胞形成系统的认识。如引导学生从生命系统的结构基础角度，认识“蛋白质是生命活动的主要承担者”，原因之一是它承担了组成细胞基本结构的功能，它是细胞膜的主要成分之一，约占细胞膜总量的40%。再如，引导学生回忆“细胞中的脂质”提出的“磷脂是构成细胞膜的重要成分”，再提出细胞膜结构中脂质约占总量的50%，使学生将前后知识建立起有机的联系，同时，为“生物膜的流动镶嵌模型”的学习奠定基础。

1.以“问题探讨”中的动物细胞的显微镜物像和第1章实验“使用高倍镜观察几种细胞”为基础，完成“体验制备细胞膜的方法”的实验，感知细胞膜的存在。

学生在“使用高倍镜观察几种细胞”时，已经观察到细胞与细胞之间是有“界限”的。基于初中有关细胞内容的学习，学生知道细胞是由细胞膜、细胞质和细胞核组成的。因此本节要利用学生的学习经验进行“问题探讨”，之后安排实验“体验制备细胞膜的方法”。使学生在观察的基础上，练习制备细胞膜的技能和方法，尤其要重视实验材料的选择。通过上述活动进一步提高学生动手操作和使用显微镜的技能。

2.教学难点

(1)用哺乳动物红细胞制备细胞膜的方法。

(2)细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义。