高中生物 第4章 第2节 生物膜的流动镶嵌模型学案 新人教版必修1.docx

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高中生物第4章第2节生物膜的流动镶嵌模型学案新人教版必修1

2019-2020年高中生物第4章第2节生物膜的流动镶嵌模型学案新人教版必修1

　　学习目标

1．简述生物膜的结构。

（重点）

2．探讨在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步所起的作用。

3．探讨建立生物膜模型的过程中如何体现结构与功能相适应的观点。

（难点）,　

知识结构

对生物膜结构的探索历程

1．对生物膜结构探索的历程

2．膜静态结构模型不能解释的现象

（1）细胞的生长。

（2）变形虫的变形运动。

（3）受精时细胞的融合过程。

（4）白细胞吞噬病菌。

（5）质壁分离及其复原实验。

（1）欧文顿提出膜是由脂质组成的理论依据是相似相溶原理，即结构相似的物质可以相互溶解。

（2）冰冻蚀刻技术是将组织细胞放在液氮中快速冷冻，然后用冰刀使样品断裂分割，利用金属复型技术，就能在电镜下观察样品断裂表面的细胞膜或生物膜内部超微结构。

冰冻蚀刻技术的研究结果为细胞膜的流动镶嵌模型提供了有力的证据。

教材第65～66页参考答案

问题探讨

1．三种材料比较，弹力布更能体现细胞膜的柔变性和一定的通透性，相对较好。

这几种材料的特点与真实的细胞膜之间还有差距。

2．有条件的话，使用微孔塑胶或用激光给气球打上微孔都可以作为模型的细胞膜，也可以使用透析袋。

如果制作临时使用的模型，利用动物的膀胱做细胞膜是较理想的实验材料。

思考与讨论

1．最初认识到细胞膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析得出的。

2．有必要。

仅靠推理得出的结论不一定准确，还应通过科学实验进行检验和修正。

3．因为磷脂分子的“头部”亲水，所以在水—空气界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，“尾部”则朝向空气的一面。

科学家因测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。

教材第67页参考答案

思考与讨论

1．在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到了关键性的推动作用。

如电子显微镜的诞生使人们终于看到了膜的存在；冰冻蚀刻技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外两侧并不对称。

荧光标记小鼠细胞与人细胞的融合实验又证明了膜的流动性等。

没有这些技术的支持，人类的认识便不能发展。

2．在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点

始终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识，使人类一步步接近生物膜结构的真相。

例如，不同生物膜的功能是有差异的。

在生命系统中，一般来说，功能的不同常伴随着结构的差异，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，这显然与不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。

还有不同膜的厚度也不完全一样，由此促进学者们重新研究脂质和蛋白质相互作用的问题。

一些学者使用了更加先进的技术，运用红外光谱等技术证明，膜蛋白主要为球形结构。

冰冻蚀刻电镜技术又证明，磷脂双分子层中分布有蛋白质颗粒，这样又发展了生物膜模型。

生物膜中存在不同种类的蛋白质，以及蛋白质在生物膜中的不同分布情况，恰能较好地解释不同结构的生物膜具有不同的生理功能。

【例1】　下列说法中，与生物膜发现史不一致的是（　　）

A．欧文顿在实验基础上提出，膜是由脂质组成的

B．荷兰科学家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，测得单分子层面积为红细胞表面积的2倍。

他们由此得出结论：

细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层

C．罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构，提出所有的生物膜都是由磷脂—蛋白质—磷脂三层结构构成的

D．科学家将不同荧光染料标记的人细胞和鼠细胞的磷脂分子进行融合，证明了细胞膜的流动性

解析：

欧文顿通过易溶于脂质的物质容易通过细胞膜，提出了细胞膜是由脂质组成的；荷兰科学家通过测定红细胞单分子层的面积是红细胞面积的2倍，提出细胞膜中有2层磷脂分子；罗伯特森对在电镜下看到的细胞膜暗—亮—暗的结构，提出了细胞膜静态的蛋白质—脂质—蛋白质模型；科学家通过荧光标记人和小鼠细胞膜中蛋白质的方法，证明了细胞膜的流动性。

答案：

D

点拨：

本题主要考查了生物膜结构模型的建构历程，解答此类问题时应明确以下几点：

（1）每项结论与科学家的对应关系。

（2）科学家与研究方法的对应关系。

（3）每个结论的进步意义及局限性。

（4）解答此类题的基本思路为：

由相关科学家研究方法相应的生物膜结构。

流动镶嵌模型的基本内容

1．细胞膜的分子结构（如图421所示）

磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架，蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。

2．细胞膜的成分分析

（1）磷脂分子

（2）蛋白质

①位置

（3）糖类

①位置：

有的糖类与某些蛋白质结合构成糖蛋白，有的糖类与脂质分子结合成糖脂，在细胞膜外侧。

②作用：

糖蛋白具有识别、保护、润滑、免疫等作用。

流动镶嵌模型点明了细胞膜的特性

（1）镶嵌性：

膜的基本结构是由磷脂双分子层镶嵌蛋白质构成的。

膜的功能主要由蛋白质承担，细胞的功能越复杂，其细胞膜上蛋白质的含量越高，种类越多。

细胞膜上载体蛋白具有专一性，在一定程度上决定膜的选择透过性。

（2）流动性：

膜结构中的蛋白质和脂类分子在膜中可做多种形式的移动，因此膜整体结构也具有流动性。

流动性的重要生理意义：

物质运输、细胞识别、细胞融合、细胞表面受体功能调节等。

（3）不对称性：

膜两侧的分子性质和结构不相同。

【例2】　如图422是桑格与尼克森在1972年提出的关于生物膜分子结构的流动镶嵌模型，下列相关叙述错误的是（　　）

A．图中a与细胞识别有关，细胞的识别是信息传递的过程

B．图中c分子具有亲水的磷酸“头部”和疏水的脂肪酸“尾部”

C．图中d的分布状态有两种：

镶在表面或贯穿于整个磷脂双分子层

D．d体现膜的功能具有不对称性

解析：

图中a为糖蛋白，与细胞的识别有关；b为磷脂双分子层，构成膜的基本支架；c是磷脂分子，有亲水的“头部”和疏水的“尾部”；d为蛋白质，在膜上呈不对称分布，有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。

答案：

C

点拨：

（1）细胞膜上有糖蛋白的是外侧，无糖蛋白的是内侧。

（2）磷脂分子“头部”亲水基朝向水层，“尾部”的疏水基朝向油层。

（3）蛋白质分子在细胞膜上呈不对称性分布。

生物膜的基本特点

1．组成特点

（1）相似性：

生物膜的化学组成相似，主要由脂质和蛋白质组成，还含有少量的糖类。

（2）差异性：

不同生物膜中各组成成分的含量不同，有的生物膜中不含糖类。

2．结构特点——流动性

（1）原因：

膜结构中的蛋白质分子和脂质分子可以运动。

（2）实验验证——细胞融合实验（如图423所示）。

（3）影响因素：

主要受温度影响。

适当温度范围内，随外界温度的升高，膜的流动性增强；但温度高出一定范围，则导致膜的破坏。

（4）实例

①质壁分离和复原实验；②变形虫捕食和运动时伪足的形成；③白细胞吞噬细菌；④胞吞与胞吐；⑤受精时细胞的融合过程。

3．功能特点——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：

遗传性载体种类、数量选择性。

流动性和选择透过性的关系

（1）区别：

流动性是生物膜的结构特点，选择透过性是生物膜的功能特性。

（2）联系：

流动性是选择透过性的基础，只有膜具有流动性，才能表现出选择透过性。

【例3】　如图424是细胞膜亚显微结构示意图，据图回答下列问题。

（1）从化学成分看，图中A是__________，B是__________。

（2）细胞膜的基本支架是[　]____________。

（3）细胞膜的结构特点是________，这种特点表现为图中A、B大都是可以________。

（4）细胞膜上物质运输的载体是[　]__________。

解析：

细胞膜是由脂质、蛋白质和少量糖类构成的，其中磷脂双分子层是细胞膜的基本骨架。

细胞膜具有流动性，蛋白质在物质进出细胞时起载体的作用。

答案：

（1）蛋白质　磷脂双分子层　

（2）B　磷脂双分子层　（3）具有流动性　运动的　（4）A　蛋白质

点拨：

解答本题的关键是熟练掌握组成细胞膜的各成分的位置及作用，以及细胞膜具有流动性的原因。

2019-2020年高中生物第4章第2节细胞膜的流动镶嵌模型典例精析新人教版必修1

细胞膜的结构

【例1】　如图425是细胞膜的亚显微结构模型示意图，关于细胞膜的流动镶嵌模型叙述错误的是（　　）

A．③是磷脂分子，构成了膜的基本骨架，这个支架不是静止的，具有流动性

B．①是糖蛋白，糖蛋白对所有细胞都具有保护和润滑作用

C．蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层

D．大多数蛋白质分子是可以运动的

解析：

消化道和呼吸道上皮细胞表面的糖蛋白有保护和润滑作用，而某些细胞表面的糖蛋白有识别作用。

答案：

B

点拨：

有关流动镶嵌模型的知识小结

（1）一层生物膜由两层磷脂分子构成，物质穿过一层膜是指穿过两层磷脂分子层。

（2）若用磷脂包被水滴则磷脂分子头部向着水滴，若用磷脂包被油滴，则磷脂分子尾部向着油滴。

（3）由于糖蛋白与识别、保护、润滑有关，因此其一般分布于细胞膜外侧。

变式拓展1　如图426是神经细胞的细胞膜结构模式图，正确的是（　　）

变式拓展2　构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子的排列有下述特点，其中描述细胞膜基本支架排列特征的是（　　）

A．膜两侧的分子结构和性质不尽相同

B．磷脂分子排布成双分子层

C．蛋白质分子覆盖、镶嵌或贯穿于磷脂双分子层之间

D．蛋白质分子和磷脂分子都具有一定的流动性

细胞膜的结构特点

【例2】　用不同的荧光染料标记的抗体能分别与人体细胞和小鼠细胞的细胞膜上的一种抗原物质结合，使两种细胞分别产生红色和绿色荧光。

当这两种细胞融合成一个细胞时，开始时一半呈绿色，一半呈红色。

在37℃下保温40min，两种颜色的荧光就呈均匀分布（如图427所示）。

（1）融合细胞表面的两种荧光染料分布的动态变化表明，组成细胞膜的__________是可以运动的。

由此可以证实，关于细胞膜的结构模型中，________________的观点是成立的。

（2）融合细胞表面的两种荧光染料最终均匀分布，这表明细胞膜的结构特点是具有________________。

（3）如果该融合实验在20℃条件下进行，则两种表面抗原均匀分布的时间将大大延长，这说明________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

（4）若在0℃下培养40min，则发现细胞仍然保持一半发红色荧光，另一半发绿色荧光，对这一现象的合理解释是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

温度影响细胞的活性，也能影响到细胞膜的流动性。

当温度较高时，细胞膜的流动性强；反之较弱，本题中，在0℃条件下培养一段时间后细胞膜上的荧光标记物质基本上还是原样，说明细胞膜的流动性受温度的影响较大。

答案：

（1）蛋白质分子等　膜上的物质分子能够运动　

（2）一定的流动性　（3）随着环境温度的降低，蛋白质分子和磷脂分子的运动速率