同步新教材人教生物必修一新突破讲义第3章 第1节 细胞膜的结构和功能.docx

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同步新教材人教生物必修一新突破讲义第3章第1节细胞膜的结构和功能

第1节　细胞膜的结构和功能

学习目标

核心素养

1．举例说出细胞膜的功能。

（重点）

2．说出细胞膜的化学组成。

（重点）

3．了解细胞膜结构的探究历程和方法。

4．简述细胞膜的流动镶嵌模型的内容。

（重点）

1．通过对细胞膜的功能、化学组成和结构的学习，形成结构与功能适应的生命观念。

2．通过对细胞膜的流动镶嵌模型学习，养成模型与建模的科学思维方式。

一、细胞膜的功能

1．将细胞与外界环境分隔开

使细胞成为相对独立的系统，保障细胞内部环境的相对稳定。

2．控制物质进出细胞

3．进行细胞间的信息交流

（1）通过化学物质交流。

如：

激素的作用。

（2）通过细胞膜相互接触交流。

如：

精子和卵细胞之间的识别和结合。

（3）通过通道交流。

如：

植物细胞的胞间连丝。

二、对细胞膜结构的探索

1．细胞膜的成分

2．对细胞膜结构的探索历程

时间

科学家或实验

结论

19世纪末

欧文顿

膜是由脂质组成的

20世纪初

膜的分离实验

膜的主要成分是脂质和蛋白质

1925年

脂质的提取实验

细胞膜中的磷质分子必然排列为连续的两层

1959年

罗伯特森

所有的生物膜都由蛋白质－脂质－蛋白质三层结构构成

1970年

荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验

细胞膜具有流动性

1972年

辛格和尼科尔森

生物膜的流动镶嵌模型

三、生物膜的流动镶嵌模型

1．化学组成：

主要是磷脂分子和蛋白质。

2．结构模型

（1）图中①

（3）图中③

3．结构特点：

具有一定的流动性。

1．细胞间的信息交流都是通过细胞膜的直接接触来完成的。

（　　）

2．细胞膜上的蛋白质种类和数量多少决定了细胞膜功能的复杂程度。

（　　）

3．构成膜的脂质主要是磷脂、脂肪和胆固醇。

（　　）

4．变形虫和草履虫的细胞膜基本组成成分不同。

（　　）

5．生物膜具有流动性是由于磷脂分子可以运动，从而带动了膜上的蛋白质运动。

（　　）

6．细胞膜上的糖类都和蛋白质结合形成了具有识别作用的糖蛋白。

（　　）

7．罗伯特森提出的“三明治模型”的一大缺点就是认为膜是静止不动的。

（　　）

8．科学技术的进步在生物膜的流动镶嵌模型建立过程中发挥了重要作用。

（　　）

提示：

1．×　细胞间的信息交流也可通过化学物质和通道交流。

2．√

3．×　脂肪不是构成细胞膜的成分。

4．×　变形虫和草履虫的细胞膜基本组成成分相同。

5．×　蛋白质分子的运动并不是磷脂分子运动带动的。

6．×　有些糖类和脂质结合形成糖脂。

7．√　8.√

细胞膜的功能

[问题探究]

1．生长在水底淤泥中的莲藕“出淤泥而不染”。

莲藕“出淤泥而不染”的事例说明细胞膜具有什么功能？

这种功能的具体体现是什么？

提示：

控制物质进出细胞的功能。

主要体现在对营养物质的吸收及有害废物的排出，防止病菌、病毒的侵入等方面。

2．植物传粉后，同种和不同种的花粉都会落到雌蕊的柱头上，同种的花粉能萌发，异种的花粉不能萌发。

雌蕊和花粉是通过什么相识别的？

这体现了该结构的什么功能？

提示：

通过细胞膜相识别，体现了细胞膜进行细胞间信息交流的功能。

3．实验室中用红墨水染色的方法就能知道种子的死活，你能解释它的原理吗？

提示：

活种子细胞的细胞膜具有控制物质进出细胞的功能，所以活种子不会被染色，而死种子细胞的细胞膜失去这个功能而被染成红色。

[归纳总结]

1．细胞膜的功能图解

2．细胞间信息交流的三种方式

（1）一些细胞如分泌细胞分泌一些物质如激素，通过血液的传递运送到作用部位的细胞（靶细胞），被靶细胞的细胞膜上的受体（成分为糖蛋白）识别，引起靶细胞的生理反应（图示如下）。

（2）相邻两个细胞的细胞膜直接接触，通过糖蛋白识别，将信息从一个细胞传递给另一个细胞（图示如下）。

（3）植物细胞间的识别主要是通过植物细胞间的胞间连丝来实现的（图示如下）。

易错提醒：

细胞间信息交流的两个提醒

（1）三种信息交流方式均发生于细胞与细胞之间，而不是细胞内的信息交流。

（2）通过化学物质传递信息和通过细胞膜接触传递信息都依赖于细胞膜上的受体蛋白。

1．水溶性染色剂（PI）能与核酸结合而使细胞核着色，可将其应用于细胞死活的鉴别。

细胞浸泡于一定浓度的PI中，仅有死亡细胞的核会被染色，活细胞则不着色，但将PI注射到活细胞中，则细胞核会着色。

利用PI鉴别细胞死活的基本原理是（　　）

A．死细胞与活细胞的核酸结构不同

B．死细胞与活细胞的核酸含量不同

C．活细胞能分解染色剂PI

D．活细胞的细胞膜能阻止PI的进入

D　[活细胞的细胞膜可选择出入细胞的物质，以维持正常的生命活动。

水溶性染色剂（PI）不是细胞所需物质，因而不能通过活细胞的细胞膜。

细胞死亡后，细胞膜及其他生物膜的选择透过性丧失，溶于水中的物质（如PI）都可以通过，从而使细胞核着色。

]

2．如图为细胞间信息交流的一种方式，下列有关叙述不正确的是（　　）

A．图中反映了细胞膜具有细胞间信息交流的功能

B．图中乙细胞表示靶细胞

C．图中a表示信号分子（如激素）

D．图中b表示细胞膜上的信号分子

D　[题图为细胞间进行信息交流的间接传递方式。

甲细胞为发出信号的细胞，乙细胞为靶细胞，图中b表示细胞膜上的受体，其化学本质为蛋白质。

]

对细胞膜结构的探究历程

[问题探究]

1．仔细观察教材P42[思考与讨论]中磷脂分子图示，思考并讨论下列问题：

（1）磷脂分子含有哪些元素？

提示：

C、H、O、N、P。

（2）磷脂分子具有怎样的结构特点？

提示：

磷脂分子是由磷酸组成的亲水的“头”部和甘油、脂肪酸组成的疏水的“尾”部所构成的。

（3）结合磷脂分子的结构特点，试以示意图的形式画出多个磷脂分子在水—空气界面的排布状态和在细胞膜上的排布状态，并分析其原因。

提示：

分析：

①水—空气界面：

因为磷脂分子的“头部”亲水，“尾部”疏水，所以在水—空气界面上磷脂分子“头部”向下与水面接触，“尾部”则朝向空气一面。

②细胞膜上：

因细胞膜内外均为水环境，依据磷脂分子“头部”亲水，“尾部”疏水的特点，故呈现如上图所示状态。

2．结合教材P43图3－4，思考讨论下列问题：

（1）人、鼠细胞膜蛋白最终均匀分布说明什么问题？

提示：

膜蛋白是运动的，即细胞膜具有流动性。

（2）若适当降低温度，膜蛋白最终均匀分布的时间会延长，由此说明什么？

提示：

温度能影响膜的流动性。

3．结合你所学习的知识，思考哪些实例还能说明膜具有流动性？

提示：

变形虫的运动、分泌蛋白由转运小泡的转运和分泌小泡的分泌、质壁分离过程中原生质层的收缩。

[归纳总结]

1．构成生物膜的磷脂分子分析

（1）结构：

由磷酸、甘油和脂肪酸构成，其中磷酸作为亲水性的“头部”、脂肪酸作为疏水性的“尾部”。

（2）排列方式：

“尾部”相对、“头部”朝外构成磷脂双分子层（如图），作为生物膜的支架。

磷脂分子的这种排列方式符合生物膜两侧均为水环境的事实。

2．人鼠细胞融合实验分析

（3）结论：

细胞膜上的蛋白质是运动的，膜具有一定的流动性。

3．温度、膜流动性与细胞生命活动的关系

（1）温度高时，膜流动性大，有利于生命活动的进行，但温度过高，膜的流动性过大，甚至破坏了膜的结构，反而不利于生命活动的正常进行。

（2）温度低时，膜的流动性下降，膜的运输功能下降或完全丧失。

1．科学家用两种荧光染料分别标记人和小鼠细胞表面的蛋白质分子，将这两种标记细胞进行融合。

细胞刚发生融合时，两种荧光染料在融合细胞表面对等分布（各占半边），最后在融合细胞表面均匀分布。

这一实验现象支持的结论是（　　）

A．膜蛋白能自主翻转　　

B．细胞膜具有流动性

C．细胞膜具有选择透过性

D．膜蛋白可以作为载体蛋白

B　[两种荧光染料标记细胞表面的蛋白质分子，细胞刚融合时，两种荧光染料在细胞表面对等分布，最后在细胞表面均匀分布，说明细胞膜具有流动性。

不能说明膜蛋白能在细胞内外翻转，也不能说明细胞膜的物质运输功能。

]

2．下列关于生物膜结构探索历程的说法中，不正确的是（　　）

A．最初通过对现象的推理分析得出细胞膜是由脂质组成的

B．三层结构模型认为生物膜为静态的结构

C．流动镶嵌模型认为构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的

D．三层结构模型和流动镶嵌模型都认为蛋白质分子在膜中的分布是不均匀的

D　[三层结构模型认为生物膜结构由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，认为蛋白质是均匀的、固定的。

]

流动镶嵌模型

[问题探究]

1．根据辛格和尼科尔森构建的流动镶嵌模型，思考它是对称模型吗？

为什么？

如何判断细胞膜的外侧和内侧？

提示：

不对称。

因为构成生物膜的蛋白质分子的分布不均匀。

根据糖蛋白的分布情况，有糖蛋白的一侧为膜的外侧，无糖蛋白的一侧为膜内侧。

2．实验表明，将两种不同的海绵动物的细胞分散成单个的细胞，然后将这些细胞掺在一起混合培养，发现只有同种的细胞才能结合，在这里起识别作用的是细胞膜上的何种物质？

提示：

糖蛋白。

[归纳总结]

1．流动镶嵌模型

（1）细胞膜中的脂质除磷脂外，还有一些糖脂和胆固醇。

（2）糖脂和糖蛋白都分布于细胞膜的外表面。

（3）脂质和蛋白质分子并不是均匀分布的，而是呈不对称性分布。

2．细胞膜两大特点的比较

（1）区别

项目

结构特点——流动性

功能特点——选择透过性

基础

磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的

膜上具有载体蛋白

意义

保证细胞的物质需要、信息交流、分裂和融合等生命活动的进行

控制物质进出

表现

分泌蛋白的分泌、变形虫的变形、吞噬细胞的吞噬

有些物质可进入细胞，有些物质不能进入

（2）联系

②分析：

细胞膜的流动性是其选择透过性的基础，具有流动性才能表现出选择透过性。

例如，载体蛋白可以运动是其能运输物质的基础。

易错提醒：

有关生物膜结构的三点提醒

（1）分析实例体现的特点时，一定要看清要求是体现出“功能特点”还是“结构特点”。

（2）只有活细胞的生物膜才能体现选择透过性，因此可以利用此原理判断细胞的死活。

（3）生物膜中的糖类不是全部和蛋白质结合形成糖蛋白，有的和脂质结合形成糖脂，作为细胞表面的标志物质，部分参与细胞间的信息交流。

1．下图为细胞膜的流动镶嵌模型，有关叙述不正确的是（　　）

A．具有①的一侧是细胞膜的外侧

B．①与细胞识别有关

C．②构成细胞膜的基本支架

D．细胞膜的选择透过性与①的种类和数量有关

D　[图中①为糖蛋白，其只分布在细胞膜的外侧；糖蛋白具有识别功能，与细胞识别有关；②为磷脂双分子层，构成了细胞膜的基本支架；细胞膜的选择透过性与③蛋白质的种类和数量有关。

]

2．下列不符合生物膜的流动镶嵌模型的说法的是（　　）

A．磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性

B．每个磷脂分子的疏水端都向内

C．嵌入磷脂双分子层的蛋白质分子大多能运动

D．生物膜中的磷脂分子和蛋白质分子之间没有联系，所以才具有流动性

D　[生物膜中的磷脂分子和蛋白质分子大都能运动，这使整个生物膜具有流动性。

生物膜是一个整体，它上面的各种分子相互作用、密切联系才维持了生物膜的整体性。

]

[课堂小结]

知识网络构建

核心语句背诵

1．细胞膜的主要功能：

（1）将细胞与外界环境分隔开；

（2）控制物质进出细胞；（3）进行细胞间的信息交流。

2.细胞膜主要由脂质和蛋白质组成。

3.功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。

4.脂溶性物质优先通过细胞膜，说明细胞膜中含有脂质。

5.磷脂双分子层构成生物膜的基本支架。

6.构成生物膜的磷脂和蛋白质分子大多数是可以运动的。

7.糖蛋白只分布于细胞膜的外表面，与细胞识别作用有关。

8.细胞膜的结构特性是具有一定的流动性，功能特性是具有选择透过性。

1．透析型人工肾的关键材料是一种人工合成的膜材料——血液透析膜，当病人的血液流经人工肾时，血液透析膜把病人的代谢废物透析掉，然后干净的血液返回病人体内。

这是模拟的细胞膜的什么功能（　　）

A．将细胞与外界环境分隔开B．控制物质进出细胞

C．免疫作用D．进行细胞间的信息交流

B　[由题意可知，透析型人工肾的作用是把病人血液中的代谢废物透析掉，其他物质保留在血液内，这模拟了细胞膜控制物质进出细胞的功能。

]

2．罗伯特森的关于生物膜模型的构建：

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。

这一观点的局限性主要在于（　　）

A．不能解释生物膜的化学组成

B．不能解释生物膜成分的相似性

C．不能解释脂质类物质较容易跨膜运输

D．不能解释变形虫的变形运动

D　[三层结构膜型认为生物膜为静态结构。

]

3．以下关于细胞膜结构的叙述中不正确的是（　　）

A．膜两侧物质分子的排列是不对称的

B．组成膜的物质分子的运动使膜具有一定的流动性

C．磷脂具有保护、润滑、识别和信息传递的作用

D．磷脂排列成双分子层

C　[细胞膜上的糖蛋白具有保护、润滑、识别和信息传递的作用，磷脂双分子层是构成细胞膜的基本支架。

]

4．下列过程中，不直接依赖细胞膜的流动性就能完成的是（　　）

A．液泡失水皱缩

B．氨基酸在核糖体上进行脱水缩合

C．变形虫的变形

D．人鼠细胞融合

B　[核糖体不具有膜结构。

]

5．根据图解回答下面的问题：

（1）图中反映的是细胞膜的________功能。

（2）图中甲表示的是__________的细胞，乙表示的是__________细胞。

（3）图中①表示__________________，②表示__________细胞膜上的__________。

（4）细胞之间除了通过直接接触传递信息外，还可间接传递信息，如内分泌细胞将__________分泌出来后，由__________运输到全身各处，作用于远处的靶细胞。

（5）细胞膜除了具备图中所示功能外，还具有________________和________________的功能。

[答案]　

（1）信息交流　

（2）发出信号　靶

（3）与膜结合的信号分子　靶　受体

（4）激素　血液

（5）将细胞与外界环境分隔开　控制物质进出细胞