最新高中生物生物膜的流动镶嵌模型和物质跨膜运输的.docx

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最新高中生物生物膜的流动镶嵌模型和物质跨膜运输的

细胞膜的成分和功能

自主梳理

一、细胞膜的成分

细胞是最基本的生命系统，其边界是细胞膜。

（1）主要成分是脂质和蛋白质，另外还有少量的糖类。

（2）细胞膜成分中含量最多的是脂质，该成分含量最丰富的是磷脂。

（3）与细胞膜功能复杂程度有关的是蛋白质的种类和数量。

二、细胞膜的制备

1．选材：

哺乳动物成熟的红细胞。

2．原理：

红细胞放入清水中，水会进入红细胞，导致红细胞胀破，使细胞膜内的物质流出来，从而得到细胞膜。

3．过程

（1）将红细胞稀释液制成临时装片。

（2）在高倍镜下观察，在盖玻片一侧滴加蒸馏水，另一侧用吸水纸吸引。

（3）红细胞凹陷消失，体积增大，最后导致细胞破裂。

（4）利用差速离心法，获得纯净细胞膜。

感悟拓展

在用红细胞制备细胞膜时，为什么要稀释？

稀释的时候为什么用生理盐水？

[提示]　稀释可以减少血液中的血浆蛋白等杂物。

用生理盐水是为了保持渗透压，防止在稀释的时候发生细胞破裂。

三、细胞膜的功能

1．将细胞与外界环境分隔开，保障了细胞内部环境的相对稳定。

2．控制物质进出细胞：

对进出细胞的物质进行严格的“检查”。

（1）细胞需要的营养物质进入细胞，细胞不需要或有害的物质不能进入。

（2）细胞产生的抗体、激素和废物排到细胞外，但细胞内的核酸等重要成分不会流失到细胞外。

（3）细胞膜的控制作用是相对的，环境中一些对细胞有害的物质如有些病毒、病菌等也能侵入细胞，使生物体患病。

3．进行细胞间的信息交流

（1）作用：

多细胞生物的各个细胞之间保持功能的协调，不仅依赖于物质和能量交换，也有赖于信息的交流。

细胞间的信息交流，大多与细胞膜的结构和功能有关。

（2）细胞间信息交流的方式

①通过细胞分泌的化学物质间接传递信息，如受体与靶细胞的细胞膜表面的激素结合，将信息传递给靶细胞。

②通过相邻两细胞的细胞膜直接接触传递信息，如精子和卵细胞的识别和结合。

③通过相邻两细胞形成通道进行信息交流，如高等植物之间通过胞间连丝连接，也有信息交流的作用。

四、植物细胞壁的成分和作用

1．化学成分：

主要是纤维素和果胶。

2．作用：

支持和保护。

[互动探究]　1.细胞膜上与功能密切相关的成分为什么是蛋白质？

2．植物细胞等有细胞壁，在细胞最外层，为什么说细胞膜是边界呢？

[提示]　1.磷脂双分子层是作为细胞膜的骨架，而蛋白质则负责细胞膜的信号传导、物质运输等功能，不仅仅是在细胞膜上，整个细胞的各种功能都是通过蛋白质来完成的，蛋白质的种类很多，可以组成各种不同的结构来完成不同的功能。

2．由细胞膜的屏障功能所决定，细胞膜不但有保护作用还具有选择透过性，而细胞壁是全透性的。

要点归纳

一、细胞膜的成分和功能

1．细胞膜的成分

含量

概念

在细胞膜构成中的作用

脂质

约50%

其中磷脂是构成细胞膜的重要成分

蛋白质

约40%

蛋白质是生命活动的主要承担者，细胞膜的功能主要由其上的蛋白质来行使

糖类

约2%~10%

与膜蛋白或膜脂结合成糖蛋白或糖脂，分布在细胞膜的外表面

2.细胞膜的功能

（1）将细胞与外界环境分隔开

细胞膜将细胞与外界环境隔开，保障了细胞内环境的相对稳定。

①对于原始生命，膜的出现起到至关重要的作用，它将生命物质与非生命物质分隔开，成为相对独立的系统。

②对于原生生物，如草履虫，它属于单细胞生物，它与外界环境的分界面也是细胞膜。

（2）控制物质进出细胞

包括细胞膜控制作用的普遍性和控制作用的相对性两个方面，如图所示：

感悟拓展

1．各种膜所含蛋白质与脂质的比例同膜的功能有关，功能越复杂的膜，其蛋白质含量和种类越多。

2．糖蛋白（也叫糖被）有保护和润滑作用，还与细胞识别作用有密切关系。

3．正常细胞癌变后，细胞膜上产生甲胎蛋白和癌胚抗原等物质，以此可以作为细胞是否癌变的指标之一。

4．细胞膜的组成元素有C、H、O、N、P。

5．能否通过细胞膜，并不是取决分子大小，而是根据细胞生命活动是否需要。

如木糖分子比葡萄糖分子小，但细胞能吸收葡萄糖不能吸收木糖。

典例导悟

1下列关于细胞膜的叙述，不正确的是（　　）

A．细胞膜主要由脂质和蛋白质组成

B．不同功能的细胞，其细胞上蛋白质的种类和数量相同

C．组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富

D．癌细胞的恶性增殖和转移与癌细胞膜成分的改变有关

解析　研究发现，细胞主要由脂质和蛋白质组成；在组成细胞的脂质中，磷脂最丰富；蛋白质在细胞行使功能时起重要作用，功能越复杂的细胞膜，其蛋白质的种类和数量越多；癌细胞的恶性增殖和转移与细胞膜成分的改变有关。

答案　B

下列哪一项不属于细胞膜的生理功能（　　）

A．保护性屏障B．控制物质进出细胞

C．信息的接收和传递D．能量的储存和释放

答案　D

解析　细胞膜将细胞与外界环境分隔开，保证了细胞内部环境的相对稳定，起到了保护性屏障的作用，能控制物质进出细胞，进行细胞间的信息交流，能量的储存和释放不属于细胞膜的功能。

二、体验制备生物膜的方法

1．实验中选用哺乳动物成熟的红细胞作为实验材料的原因

（1）哺乳动物成熟的红细胞无细胞壁。

（2）哺乳动物成熟的红细胞无各种细胞器（膜）和细胞核（核膜），所提取到的膜都是非常纯净的细胞膜。

（3）红细胞单个存在，便于制成悬浮液。

2．实验中利用吸水胀破使红细胞破裂。

因为细胞非常微小，利用常规的方法是不行的，如果实验在试管中进行，细胞破裂后，还需差速离心才能获得较为纯净的细胞膜。

3．红细胞稀释液的制备：

将少量新鲜血液注入生理盐水中，摇匀。

4．实验步骤

选材：

猪（或牛、羊、人）的新鲜的红细胞稀释液

制作装片：

用滴管取一滴红细胞稀释液滴在载玻片上，盖上盖玻片

↓

观察：

用显微镜观察红细胞形态（由低倍―→高倍）

↓

滴清水：

在盖玻片的一侧滴，在另一侧用吸水纸吸引

↓

观察：

持续观察细胞的变化

↓

结果：

凹陷消失，体积增大，细胞破裂，内容物流出，获得细胞膜

感悟拓展

我们一般选择哺乳动物成熟的红细胞作为制备细胞膜的材料，原因有二：

（1）动物细胞外面没有细胞壁，制备细胞膜相对比较容易。

①避免了分离细胞壁与细胞膜的麻烦。

②没有细胞壁的保护、支持，动物细胞易吸水涨破，将细胞内容物流出，即可得到细胞膜。

（2）哺乳动物的成熟红细胞具有以下优点：

①细胞内无细胞核和各种具有膜的细胞器，避免了细胞膜与细胞器膜的分离所带来的麻烦，经过离心就可得到较纯净的细胞膜。

②红细胞的数量多，材料易得。

典例导悟

2下列可以作为制备纯净的细胞膜的材料的是（　　）

A．神经细胞B．洋葱根尖分生区细胞C．洋葱鳞片叶表皮细胞D．人的成熟红细胞

解析　植物细胞具有细胞壁，细胞壁与细胞膜紧贴在一起不易分离，因此洋葱根尖分生区细胞、洋葱鳞片叶表皮细胞不能作为实验材料。

神经细胞里有细胞核和许多细胞器，它们的膜与细胞膜混在一起，不易分开，因此神经细胞不可以作为制备纯净的细胞膜的材料。

答案　D

科学家常用哺乳动物的红细胞作为材料来研究细胞膜的组成，这是因为（　　）

A．哺乳动物红细胞容易得到

B．哺乳动物红细胞在水中容易涨破

C．哺乳动物成熟的红细胞内没有核膜、线粒体膜等

D．哺乳动物红细胞的细胞膜在光学显微镜下容易观察到

答案　C

解析　研究细胞膜的组成时，大都用动物细胞、红细胞、神经髓质等作为研究材料。

哺乳动物红细胞在发育成熟的过程中，核膜逐渐退化，并从细胞中排出，因此成熟的红细胞中没有核膜，同时红细胞中线粒体膜等膜结构缺乏，使红细胞的结构比较简单，用蒸馏水处理后容易得到成分较单一的细胞膜。

自主梳理

一、细胞核的结构

1．核膜：

双层膜，具有核孔，作用是把核内物质与细胞质分开，使核既保持相对独立，又实现核质之间的物质交换和信息交流。

2．核孔：

实现核质之间频繁的物质交换和信息交流。

3．核仁：

与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。

4．染色质

（1）组成：

DNA和蛋白质。

（2）功能：

其中的DNA是遗传信息的载体。

（3）形态：

染色质

染色体。

二、细胞核的功能

1．资料分析

（1）黑白两种美西螈实验说明：

细胞核控制体色遗传。

（2）蝾螈受精卵横缢实验说明：

细胞核控制细胞分裂和分化。

（3）变形虫切割实验说明：

变形虫的分裂、生长、再生、应激性是由细胞核控制。

（4）伞藻嫁接实验说明：

伞帽的形状是由细胞核控制的。

2．细胞核的功能归纳

（1）细胞核是真核细胞最重要的细胞结构，细胞核控制着细胞的代谢和遗传，是细胞的“控制中心”。

（2）是遗传物质储存和复制的主要场所，是遗传信息库。

[互动探究]　既然物质可以通过核孔进出细胞核，那核膜还具有选择透过性吗？

[提示]　具有。

通过核孔进出的物质只是某些大分子物质，如蛋白质和mRNA等，离子和小分子物质仍通过跨膜运输进出细胞核，因此，核膜仍具有选择透过性。

三、模型建构

1．模型：

为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。

2．描述特点：

定性的、定量的、具体实物或其他形象化手段、抽象形式等。

3．类型：

物理模型、概念模型、数学模型等。

四、细胞在生命系统中的地位

细胞作为基本的生命系统，其结构复杂而精巧；各组分之间分工合作成为一个整体，使生命活动能在变化的环境中自我调控、高度有序地进行。

细胞既是生物体结构的基本单位，也是生物体代谢和遗传的基本单位。

[互动探究]　细胞为什么是最基本的生命系统？

[提示]　因为所有的生命都是以细胞为基础，细胞是所有生命的结构和功能的基本单位，就连没有细胞结构的病毒，也不得不依靠活的细胞来生存。

要点归纳

1．结构及相应功能

2．染色质与染色体的关系

染色质

染色体

同种

物质

成分相同

主要是DNA和蛋白质

特性相同

易被碱性染料染成深色

功能相同

遗传物质的主要载体

不同时期

分裂间期

分裂期

两种形态

细长的丝

光镜下能看到呈圆柱状或杆状结

同种物质在不同时期细胞中的两种状态，变化如下：

染色质（间、末期）

染色体（前、中、后期）

3．核仁、核膜在细胞周期中的变化在细胞分裂前期消失，末期重现。

4．细胞核的功能

细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。

（1）细胞核是遗传物质（DNA）储存和复制的场所，DNA携带遗传信息，并通过复制由亲代传给子代，保证了遗传信息的连续性。

（2）细胞核控制着物质合成、能量转换和信息交流，使生物体能够进行正常的细胞代谢。

DNA可以控制蛋白质的合成，从而决定生物的性状。

[提醒]　①凡是无核细胞，既不能生长也不能分裂，如哺乳动物和人的成熟红细胞（植物的筛管细胞）；人工去核的细胞一般也不能存活太久。

②有些细胞不只具有一个细胞核，如双小核草履虫有两个细胞核，人的骨骼肌细胞中细胞核多达数百个。

感悟拓展

1．转录的产物RNA和在核糖体上合成但到细胞核内发挥作用的蛋白质，一般都是大分子物质。

因为通过核孔进出细胞核，不经核膜，故通过0层膜。

2．关于伞藻嫁接与核移植实验分析

（1）图甲解读

①将A中的伞帽1、1′去掉得B。

②将B中的伞柄2、2′交换位置移植得C。

③继续培养C得D。

[提醒]　细胞核控制伞帽的形状，与伞柄无关。

（2）图乙解读

①将F的伞帽和细胞核去掉。

②将E的细胞核取出，并移植到F中去。

③继续培养移植核后的F得G。

说明　伞藻的伞帽形状由细胞核控制，与伞柄无关。

总结　①图乙是对图甲实验的补充，进一步验证细胞核的功能；②生物体形态结构的构建，主要与细胞核有关。

典例导悟

3下列关于细胞核的叙述正确的是（　　）

A．真核细胞的核膜上有大量的多种酶，有利于多种化学反应的顺利进行

B．在显微镜下观察分裂间期的真核细胞，可以看到细胞核的主要结构有核膜、核仁和染色体

C．真核细胞的核膜上有核孔，脱氧核糖核酸等大分子物质可以通过核孔进入细胞质

D．原核细胞的拟核除没有核膜外，其他方面与真核细胞的细胞核没有差别

解析　B中用显微镜无法观察到核膜，在间期遗传物质以染色质状态存在，不能观察到染色体；C中脱氧核糖核酸即DNA不能出来；D中原核细胞既无核膜又无核仁。

答案　A

如图所示为再生能力很强的原生动物喇叭虫（图中a.纤毛；b.大核；c.根部），将之切成①②③三截，能再生成喇叭虫的是（　　）

A．①　　　

B．②

C．③

D．①、②和③

答案　B