学年高中生物第4章细胞的物质输入和输出第2节生物膜的流动镶嵌模型学案新人教版必修1.docx

学年高中生物第4章细胞的物质输入和输出第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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学年高中生物第4章细胞的物质输入和输出第2节生物膜的流动镶嵌模型学案新人教版必修1

第2节　生物膜的流动镶嵌模型

[学习导航]　1.阅读教材内容，体会科学家建立生物膜模型的过程。

2.结合教材图4—6，概述生物膜流动镶嵌模型的基本内容。

[重难点击]　生物膜流动镶嵌模型的基本内容。

方式一　是谁，隔开了原始海洋的动荡，

是谁，为我日夜守边防，

是谁，为我传信报安康。

没有你，我——一个小小的细胞

会是何等模样？

同学们，诗中的“你”是指什么呢？

这幅图代表什么呢？

方式二　将大量的人体的卵细胞和精子混合在一起，会发现只有卵细胞和精子能结合，卵细胞之间、精子之间却不会发生结合现象。

植物的花粉四处飞扬，却只有落在同种植物的柱头上才会萌发，落到其他植物的柱头上不会萌发。

经研究发现，以上事实是由于细胞之间存在着识别作用，这与细胞膜有关。

一、对生物膜结构的探索历程

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

细胞膜中的脂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

桑格和尼克森

提出生物膜的流动镶嵌模型

1.磷脂分子是由甘油、脂肪酸和磷酸等组成的，磷酸“头部”是亲水的，脂肪酸“尾部”是疏水的，如图所示。

请思考以下两个问题：

（1）将磷脂放入盛有水的容器中，下列能正确反映其分布的是哪一项？

__________。

答案　A

（2）细胞膜中的磷脂是连续的两层，试分析细胞膜中的两层磷脂分子最可能的排列方式是哪一种？

________________________________________________________________________。

答案　A

2.下图是人—鼠细胞融合的实验，请分析：

（1）人—鼠细胞的两种荧光最终均匀分布的原因是什么？

答案　细胞膜上的蛋白质是可以运动的。

（2）在人—鼠细胞融合的实验中，将温度维持在0℃，与37℃相比，实验现象有什么变化？

答案　两种荧光不能均匀分布，或者需要更长的时间才能分布均匀，因为温度降低影响了蛋白质运动的速度。

知识整合　磷脂分子的性质使它在水－空气界面上总是以亲水的头部朝向水，而在水溶液中，疏水的尾部相互结合形成双层结构才能稳定存在；细胞膜上的蛋白质是可以运动的，一定范围内温度升高，这种运动会加快。

1.下列说法正确的是（　　）

A.欧文顿通过化学分析的方法提出了“膜是由脂质组成的”

B.生物膜的“蛋白质—脂质—蛋白质”静态结构模型不能解释溶于脂质的物质能够优先通过细胞膜

C.流动镶嵌模型是由桑格和罗伯特森共同提出的

D.在建立生物膜模型过程中，实验技术的进步起了关键性的推动作用

答案　D

解析　欧文顿通过实验提出了“膜是由脂质组成的”，20世纪初才经化学分析表明膜的主要成分是脂质和蛋白

质；静态结构模型不能解释细胞的生长、变形虫的变形运动等；流动镶嵌模型是由桑格和尼克森提出的。

2.人的成熟红细胞没有细胞核和众多的细胞器，在溶血后，只剩下一层细胞膜外壳，称血影。

如果将血影中的脂类抽提出来，在水面上铺展开，并用板条将其推挤到一块，则测得的脂类面积约是红细胞表面积的（　　）

A.

倍B.1倍C.2倍D.4倍

答案　C

解析　细胞膜中的磷脂排列成双层，铺开后变为单层，其面积约为细胞表面积的2倍。

二、流动镶嵌模型的基本内容

1.生物膜的化学组成

生物膜主要由磷脂和蛋白质组成。

2.流动镶嵌模型

（1）磷脂双分子层构成了膜的基本支架。

磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性。

（2）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，有的横跨整个磷脂双分子层，大多数蛋白质分子也是可以运动的。

（3）在细胞膜的外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，叫做糖被。

它与细胞表面的识别有密切关系。

另外，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。

3.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。

下图是细胞膜的亚显微结构示意图，请分析回答下列问题：

1.图中的4是哪种成分？

为什么在细胞膜中是两层的？

答案　4是磷脂分子。

因为细胞膜两侧都是水溶液，磷脂分子头部亲水，尾部疏水，只有形成双分子层结构，才能稳定。

2.图中2、5、6在4上的存在方式有什么不同？

答案　2、5、6分别镶在、贯穿、嵌入磷脂双分子层中。

3.A、B中哪面是细胞膜的外侧，判断的依据是什么？

答案　A是细胞膜的外侧，因为具有糖蛋白（糖被）。

4.试举几个能够体现细胞膜具有一定流动性的实例？

答案　细胞融合、变形虫变形运动、白细胞吞噬病菌等。

知识整合　细胞膜的基本骨架是磷脂双分子层，蛋白质分子镶嵌或者横跨磷脂双分子层中；细胞膜的外侧具有糖被；细胞膜的弯曲、折叠、融合都能体现其流动性。

3.下列选项中不符合生物膜的流动镶嵌模型观点的是（　　）

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大多能运动

D.膜中的磷脂和蛋白质之间没有联系，所以才具有流动性

答案　D

解析　膜中的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的。

但生物膜是一个整体，组成它的各种分子相互作用，密切联系才维持了生物膜的整体性。

题后归纳　细胞膜流动性和选择透过性的关系

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，蛋白质分子充当载体，只有蛋白质分子运动了，才能运输物质。

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蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成的

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

答案　D

解析　科学家通过荧光标记膜蛋白证明了细胞膜的流动性。

2.关于动物细胞膜的叙述，错误的是（　　）

A.细胞膜含有糖脂和糖蛋白

B.细胞融合与细胞膜的流动性有关

C.细胞膜内外两侧的蛋白质均匀分布且种类相同

D.细胞膜上的大多数蛋白质是可以运动的

答案　C

解析　细胞膜内外两侧的蛋白质分布不均匀且种类不同。

3.对某动物细胞进行荧光标记实验，如图所示，其基本过程：

①用某种荧光染料标记该动物细胞，细胞表面出现荧光斑点。

②用激光束照射该细胞表面的某一区域，该区域荧光淬灭（消失）。

③停止激光束照射一段时间后，该区域的荧光逐渐恢复，即又出现了斑点。

上述实验不能说明的是（　　）

A.细胞膜具有流动性

B.荧光染料能与细胞膜组成成分结合

C.根据荧光恢复的速率可推算出物质跨膜运输的速率

D.根据荧光恢复的速率可推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率

答案　C

解析　本实验是细胞膜具有一定流动性的经典实验，可根据荧光恢复的速率推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率，但是不能反映物质跨膜运输的速率。

停止激光束照射后，该区域中又出现斑点，说明其他区域的被标记的物质移动到该区域里来，体现了细胞膜的流动性。

4.下列有关膜的叙述，错误的是（　　）

A.细胞膜主要由蛋白质分子和磷脂分子组成

B.核膜和内质网膜在结构上密切联系

C.线粒体膜和叶绿体膜中的蛋白质分子是相同的

D.细胞膜中的大多数蛋白质分子和磷脂分子不是静止的

答案　C

解析　细胞膜主要是由磷脂双分子层及蛋白质分子组成，且磷脂分子和大多数蛋白质分子都是可以运动的，各种膜在结构和功能上具有一定的联系，但不同的膜功能是不同的，这主要取决于膜上的蛋白质种类和数量。

5.一种嗅觉受体细胞只拥有一种类型的气味受体。

气味受体有多少，就有多少类型的嗅觉受体细胞。

每一种受体能探测到有限数量的气味物质。

当气味物质分子流动到我们的鼻端黏膜处的嗅觉受体细胞处时，气味物质分子可以黏附在细胞膜上的特殊气味受体上；人体基因的3%被用来编码嗅觉受体细胞膜上的不同气味受体。

如图为嗅觉受体细胞膜模式图（局部），请据图回答下列问题：

（1）A代表________分子，C代表________。

（2）气味物质分子首先要与图中[　]________结合，才有产生嗅觉的可能。

（3）某些有机溶剂如苯酚，可溶解B造成膜的损伤，使嗅觉分辨能力下降，B的完整化学名称是____________________________________________。

答案　

（1）蛋白质　多糖　

（2）A　气味受体　（3）磷脂双分子层

解析　细胞膜结构的基本支架是磷脂双分子层。

A表示蛋白质，B表示磷脂双分子层，C表示多糖。

细胞膜的结构特点是具有一定的流动性。

课时作业

[学考达标]

1.借助电子显微镜观察细胞膜，可以看到两条暗带中间夹着一条明带，那么关于这两条暗带和一条明带的化学成分的说法最准确的是（　　）

A.两条暗带的成分是蛋白质，明带的成分是磷脂

B.明带的成分是蛋白质，两条暗带的成分是磷脂

C.两条暗带的主要成分是蛋白质，明带的主要成分是磷脂

D.明带的主要成分是蛋白质，两条暗带的主要成分是磷脂

答案　C

解析　在电镜下看到细胞膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，看上去是暗—明—暗。

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，电镜下看到的中间亮层是脂质分子，两边暗层是蛋白质分子。

这一观点的局限性最主要在于（　　）

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

答案　D

解析　罗伯特森构建的模型是静态刚性的，而变形虫的变形体现了膜是动态的。

3.动物细胞表面有一种物质，就好比是细胞与细胞之间或者细胞与其他大分子之间互相联络用的文字或语言，这种物质是（　　）

A.磷脂B.糖脂

C.糖蛋白D.蛋白质

答案　C

解析　糖蛋白具有细胞识别作用。

4.科学家在实验中发现，脂溶性物质能够优先通过细胞膜，并且细胞膜会被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶水解，这些事实说明了组成细胞膜的物质中有（　　）

A.糖类和脂质B.糖类和蛋白质

C.蛋白质和脂质D.蛋白质和核酸

答案　C

解析　根据“相似相溶”原理以及酶具有专一性的特性，得知细胞膜中含有脂质和蛋白质，C正确。

5.异体器官移植手术往往很难成功，最大的障碍就是异体细胞间的排斥，这主要是由于细胞膜具有识别作用，这种生理功能的结构基础是（　　）

A.细胞膜具有选择透过性

B.细胞膜具有一定的流动性

C.细胞膜的主要成分是蛋白质和磷脂

D.细胞膜的外表面有糖蛋白

答案　D

解析　细胞膜外表面上的糖蛋白与细胞识别有关。

6.下列关于细胞膜流动性的叙述，错误的是（　　）

A.科学家用红、绿两种颜色的荧光染料分别标记人与小鼠细胞膜上的蛋白质，然后再将两种细胞融合成一个细胞，最终发现细胞膜上红、绿荧光染料均匀分布，体现了细胞膜的流动性

B.膜的流动性与温度有关，在一定范围内，温度越高，膜的流动性越大

C.细胞膜的流动性决定了大部分的物质能够自由地通过细胞膜

D.细胞膜的流动性对于完成各种生理功能，如物质的透过、膜内外信息的传递等非常重要

答案　C

解析　由题干信息可知，用红色荧光染料标记人细胞膜上的蛋白质与用绿色荧光染料标记鼠细胞膜上的蛋白质在融合细胞中分布均匀，说明细胞膜的蛋白质分子是可以运动的，体现了细胞膜具有流动性特点，A正确；膜的流动性与温度有关，在一定范围内，温度越高，膜的流动性越大，但超过一定温度，膜会失去活性，B正确；细胞膜的选择透过性，决定了大部分的物质能够通过细胞膜，C错误；细胞膜的流动性对于完成各种生理功能，如物质的透过、膜内外信息的传递等非常重要，D正确。

[高考提能]

7.植物的花粉四处飞扬，却只有落在同种植物的柱头上才会萌发，落到其他植物的柱头上不会萌发。

经研究发现，以上事实是由于细胞之间存在着识别作用，这种识别作用与细胞膜的哪种成分有关（　　）

A.糖蛋白B.磷脂

C.糖脂D.胆固醇

答案　A

解析　糖蛋白与细胞膜的识别作用相关。

8.用丙酮从口腔上皮细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺成单分子层，测得单分子层面积为S1，设细胞膜表面积为S2，则S1与S2关系最恰当的是（　　）

A.S1＝2S2B.S1>2S2

C.S1<2S2D.S2

答案　B

解析　磷脂双分子层构成生物膜的基本支架，因此细胞膜铺成单分子层后是表面积的2倍。

口腔上皮细胞还有具膜的细胞器和细胞核，因此口腔上皮细胞生物膜铺成单分子层后大于细胞膜表面积S2的2倍。

9.人、鼠细胞融合实验，是用带有不同荧光染料的抗体标记两种细胞的膜蛋白，一段时间后两种膜蛋白能在杂种细胞膜上均匀分布形成嵌合体。

如图是相关实验记录，据此不能得到的结论是（　　）

A.当温度增加到15℃以上，细胞膜的流动性发生变化

B.该实验证明膜蛋白能够在膜表面运动

C.温度对膜蛋白的扩散有影响

D.图中数据说明融合时间越长形成的嵌合体越多

答案　D

解析　由图示可知，在低温时形成嵌合体的比例较小，温度适宜时比例较高；15℃以上时细胞膜的流动性明显发生变化；从图中无法得出融合比例与时间的具体关系。

10.磷脂是组成细胞膜的重要成分，这与磷脂分子的头部亲水、尾部疏水的性质有关。

某研究小组发现植物种子细胞以小油滴的方式贮油，每个小油滴都由磷脂膜包被着，该膜最可能的结构是（　　）

A.由单层磷脂分子构成，磷脂的尾部向着油滴内

B.由单层磷脂分子构成，磷脂的头部向着油滴内

C.由两层磷脂分子构成，结构与细胞膜完全相同

D.由两层磷脂分子构成，两层磷脂的头部相对

答案　A

解析　磷脂分子头部亲水，尾部疏水，且油滴内部贮油，所以磷脂的尾部向着油滴内，头部向着油滴外，由单层磷脂分子构成。

11.如图所示细胞膜亚显微结构模式图，请据图回答下列问题：

（1）图中B________的基本组成单位是________。

构成细胞膜基本支架的结构是[　　]______________。

（2）与细胞膜的识别功能有关的结构是[　　]________。

（3）吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了细胞膜具有________性，这是因为________________。

（4）不同细胞细胞膜的生理功能不同，主要取决于细胞膜上的哪一结构？

________（填字母）。

（5）细胞膜的外侧是________（填“M”或“N”）侧，判断的依据是_________________。

（6）细胞膜的这种结构模型被称为______________________________________。

答案　

（1）蛋白质　氨基酸　D　磷脂双分子层　

（2）E　糖蛋白　（3）流动　组成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的　（4）B　（5）M　M侧有多糖与蛋白质结合形成的糖蛋白，糖蛋白位于细胞膜外侧　（6）流动镶嵌模型

解析　细胞膜由磷脂双分子层构成基本支架，蛋白质覆盖、镶嵌或贯穿于磷脂双分子层中。

磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的。

细胞膜的生理功能主要由其上的蛋白质决定。

糖蛋白位于细胞膜的外侧，具有识别作用。

12.用不同的荧光染料标记的抗体，分别与人细胞和小鼠细胞的细胞膜上的一种抗原物质结合，使两类细胞分别产生绿色和红色荧光。

当这两种细胞融合成一个细胞时，开始一半呈绿色，一半呈红色。

但在37℃下保温0.5h后，两种颜色的荧光点就呈均匀分布。

请据图回答下列问题：

（1）人和小鼠细胞膜表面的抗原属于构成膜结构的__________物质。

（2）融合细胞表面的两类荧光染料分布的动态变化，表明了组成细胞膜的____________分子是可以运动的，由此可以证实与细胞膜结构“模型”相关的__________________的观点是成立的。

（3）融合细胞表面的两类荧光染料最终均匀分布，原因是_______________________，这表明细胞膜的结构特点是具有____________________。

（4）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______________________________________。

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__________________。

答案　

（1）蛋白质　

（2）蛋白质等　膜物质分子能够运动　（3）构成膜结构的磷脂分子和蛋白质分子大都可以运动　一定的流动性　（4）随环境温度的降低，膜上蛋白质分子的运动速率减慢　细胞膜的流动性特点只有在适宜的条件下才能体现

解析　细胞膜的主要成分是蛋白质分子和磷脂分子，能与荧光染料标记的抗体结合的应是膜上的蛋白质分子，即题中所谓的“抗原”物质。

将融合细胞置于37℃下保温30min后，膜上的分子因流动而发生重新排列，表现出荧光点均匀分布的现象。

13.生物体细胞内的膜具有一定的选择透过性，即水分子可以自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他离子、小分子和大分子则不能通过。

请根据以下所提供的条件探究细胞膜的选择透过性。

实验材料和用具：

①新鲜的红色康乃馨，②烧杯，③玻璃铅笔，④质量分数为15%的盐酸，⑤清水，⑥量筒。

（1）简要说明膜的成分与选择透过性的关系。

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）康乃馨的红色部分是指细胞哪一结构？

________________________________________________________________________。

（3）完善下列实验设计，验证膜具有选择透过性。

第一步：

选两只大小相同的烧杯，用玻璃铅笔标上A和B。

第二步：

________________________________________________________________________。

第三步：

________________________________________________________________________。

结果预测：

____________________________________________________________

________________________________________________________________________。

原因分析：

____________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）此实验体现的最主要的实验思想是什么？

运用这一实验思想设计实验时应特别注意什么？

从实验结果分析，此实验中的自变量是什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）此实验主要验证了哪些膜的选择透过性？

________________________________________________________________________。

答案　

（1）膜的选择透过性主要取决于膜的组成成分中的载体蛋白

（2）康乃馨红色部分是指液泡

（3）第二步：

在A、B两只烧杯中，分别加入等量的15%的盐酸和清水

第三步：

选等量的红色康乃馨花瓣，分别放入A、B两只烧杯中，经过一段时间后观察

结果预测：

水中的花瓣仍为红色，水仍呈无色；盐酸中的花瓣红色逐渐变浅，而盐酸溶液变红

原因分析：

盐酸对活细胞具有很强的伤害作用，它可以将细胞杀死使其丧失选择透过性，而清水对活细胞无伤害作用

（4）体现的主要实验思想为对照实验设计的实验思想。

在设计对照实验时，要特别注意遵循等量原则，即向烧杯中加等量的盐酸和清水；选等量的康乃馨；处理相同时间。

此实验的自变量是用盐酸还是用清水处理康乃馨花瓣

（5）此实验主要验证了液泡膜和细胞膜的选择透过性

解析　康乃馨的红色部分位于其细胞的液泡中，正常情况下其色素分子是不能透过细胞膜的，若用盐酸处理其细胞，则细胞膜的选择透过性将改变，这是实验设计的出发点。

[真题体验]

14.（2016·海南，2）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（即各占半边），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

答案　B

解析　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。

15.

（1）（2013·江苏，29节选）细胞膜选择透过性的分子基础是____________________具有疏水性和膜转运蛋白具有专一性。

（2）（2009·广东，31节选）细胞膜对物质的转运具有__________________的特性。

答案　

（1）磷脂双分子层　

（2）选择透过性