生物新航标导学人教必修1第4章细胞的物质输入与输出 42.docx
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生物新航标导学人教必修1第4章细胞的物质输入与输出42
第2节 生物膜的流动镶嵌模型
课前自主预习案
一、对生物膜结构的探索历程
1．早期历程[填表]
时间（人物）
实验依据
结论或依据
19世纪末欧文顿
对植物细胞的通透性进行实验，发现脂溶性物质更容易通过细胞膜
膜是由脂质组成的
20世纪初
对哺乳动物红细胞膜进行化学分析
膜的主要成分是脂质和蛋白质
1925年荷兰科学家
从红细胞中提取的脂质铺成单分子层，其面积是红细胞表面积的2倍
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
电子显微镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的结构
所有生物膜都由蛋白质—脂质—蛋白质构成，是一种静态的统一结构
2．荧光标记细胞膜实验[填图]
3．桑格和尼克森的结论
在新的观察和实验证据的基础上，提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。
二、生物膜的流动镶嵌模型
1．结构模型[据图填空]
（1）
（2）
（3）
2．结构特点
生物膜的结构特点是具有一定的流动性。
1.判断下列叙述的正误
（1）不同细胞的形态相对固定，主要是由细胞膜决定的，因为构成细胞膜的蛋白质和磷脂分子都是相对固定不动的（ ）
（2）不同细胞膜的磷脂分子是相同的，而蛋白质分子是不同的（ ）
（3）哺乳动物成熟的红细胞吸收葡萄糖时，需要载体蛋白协助，可以逆浓度梯度进行（ ）
（4）甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜（ ）
答案：
（1）×
（2）√ （3）× （4）×
2．下列关于生物膜结构探索历程的叙述，不正确的是（ ）
A．最初的探索是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统一结构
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
解析：
罗伯特森提出的三层结构模型认为生物膜结构是蛋白质—脂质—蛋白质，电镜下观察到的中间亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子，认为蛋白质的分布是均匀的、固定的。
答案：
D
课堂互动探究案
【课程标准】
新课标未做要求
【素养达成】
1．结合生物膜的结构模型，掌握流动镶嵌模型的基本内容。
（社会责任）
2．通过生物膜模型的构建过程，理解生物膜的结构和功能相适应。
（生命观念）
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？
探究点一 生物膜结构的探索历程
【师问导学】
细胞膜具有选择透过性，是什么样的结构决定了这种特性呢？
请结合下列材料进行分析：
1．从生理功能入手的科学研究
（1）材料 19世纪末，欧文顿用500多种化学物质对植物细胞进行的通透性实验，发现可以溶于脂质的物质更容易通过细胞膜。
结论：
膜是由脂质组成的。
根据相似相溶原理，苯（非极性）和Na＋（极性）中，苯更容易通过细胞膜。
（2）材料 科学研究磷脂分子的结构如下图1
水是一种极性溶剂，根据磷脂分子的结构特点在图2画出它在水—空气界面上的分布情况（用●表示磷脂分子）。
图1 图2
（3）材料 1925年两位荷兰科学家从细胞膜中提取的脂质铺成的单分子层面积是细胞膜表面积的2倍。
结论：
细胞膜中的脂质为连续的两层。
答案：
（2）
2．三明治模型的提出
材料 1959年罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构（如图）
罗伯特森提出蛋白质—脂质—蛋白质的结构模型。
结论：
生物膜为静态的统一结构。
该模型缺点：
认为生物膜是一个静态结构，无法解释细胞生长、变形虫运动、摄食等现象。
【智涂笔记】
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。
【师说核心】
3.新技术带来新模型
（1）材料 1970年，弗雷和埃迪登分别用绿色和红色荧光染料标记两种细胞的蛋白质，并将两细胞融合，发现荧光均匀分布。
结论：
细胞膜具有流动性。
①在人—鼠细胞融合的实验中，如果温度维持在0℃与37℃相比，有什么变化？
②下列现象中哪些体现了生物膜的流动性a、b、c、d。
a．细胞融合 b．质壁分离过程中细胞膜面积减小，厚度增加 c．内质网出芽形成囊泡 d．变形虫伸出伪足
e．水稻细胞吸收硅离子比钙离子多
（2）1972年桑格和尼克森在新的观察和实验证据基础上提出流动镶嵌模型。
答案：
（1）①两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。
【检测反馈】
1．生物膜的“蛋白质—脂质—蛋白质”静态结构模型不能解释下列哪种现象（ ）
A．细胞膜是细胞的边界
B．溶于脂质的物质能够优先通过细胞膜
C．变形虫的变形运动
D．细胞膜中的磷脂分子呈双层排列在膜中
解析：
这种模型的主要不足在于认为蛋白质和脂质都是固定不变的，是静态的，这种结构无法解释细胞膜具有的多种功能，如细胞生长、膜的扩大、变形虫的变形运动等。
答案：
C
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
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。
答案：
C
探究点二 生物膜的流动镶嵌模型
【师问导学】
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。
【智涂笔记】
膜的内、外侧判断技巧：
根据糖蛋白的分布情况，有糖蛋白的一侧为膜的外侧，无糖蛋白的一侧则为膜的内侧。
生物膜的结构除了具有流动性的特点外，还具有：
（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。
（2）不对称性：
膜两侧的分子性质和结构不相同，如糖被只存在于外表面。
【师说核心】
1．生物膜的流动镶嵌模型
（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．生物膜的结构特点——具有一定的流动性
（1）结构基础：
构成膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是运动的。
（2）实例证明：
质壁分离与复原、变形虫运动、胞吞和胞吐、白细胞的吞噬作用等。
（3）膜的流动性受温度影响，在一定温度范围内，随温度升高，膜的流动性加快。
3．结构特点和功能特性的关系
【检测反馈】
1．如图表示细胞膜的流动镶嵌模型，下列有关叙述不正确的是（ ）
A．具有①的一侧为细胞膜的外侧
B．①与细胞表面的识别有关
C．②是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
解析：
图中①是糖蛋白，②是磷脂双分子层，③是蛋白质分子。
糖蛋白主要与细胞的信息交流和识别有关，磷脂双分子层构成生物膜的基本支架，蛋白质是生物膜中的功能分子，细胞膜的选择透过性主要与膜上的蛋白质有关。
答案：
D
2．下列关于细胞膜的叙述中，不正确的是（ ）
A．细胞膜的结构特点对它完成各种生理功能非常重要
B．细胞膜表面的糖蛋白具有特异性
C．细胞膜与细胞内其他膜结构有结构和功能上的联系
D．细胞膜的功能特性是具有流动性
解析：
细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，该特点与细胞分泌蛋白的分泌等生理功能有关。
细胞膜表面的糖蛋白具有识别作用，具有特异性。
细胞膜与内质网膜可以直接相互转化，细胞膜与高尔基体膜之间可以通过囊泡进行间接转化。
细胞膜的功能特性是具有选择透过性。
答案：
D
【网络建构】
【主干落实】
1．脂溶性物质能优先通过细胞膜，说明细胞膜中含有脂质。
2．流动镶嵌模型认为：
磷脂双分子层构成膜的基本支架，蛋白质分子覆盖、镶嵌或贯穿于磷脂双分子层中。
3．细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，功能特性是具有选择透过性。
4．糖蛋白一般只分布于细胞膜的外表面，具有细胞识别作用。
►问题探讨·教材P65
1．提示：
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，相对好一些。
当然，这几种材料的特点与真实的细胞膜之间还有不小的差距。
2．提示：
有条件的话，使用微孔塑胶或利用激光给气球打上微孔都可以作为模型的细胞膜。
使用透析袋也可以。
如果制作临时使用的模型，利用猪或其他动物的膀胱做细胞膜更加理想。
►思考与讨论1·教材P66
1．提示：
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．提示：
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．提示：
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。
►思考与讨论2·教材P67
1．提示：
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．提示：
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，脂双层中有蛋白质颗粒分布，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。
►练习·教材P69
基础题
1．提示：
细胞膜太薄了，光学显微镜下看不见，而19世纪时还没有电子显微镜，学者们只好从细胞膜的生理功能入手进行探究。
2．提示：
脂质和蛋白质。
3．提示：
这两种结构模型都认为，组成细胞膜的主要物质是脂质和蛋白质，这是它们的相同点。
不同点是：
（1）流动镶嵌模型提出蛋白质在膜中分布是不均匀的，有些横跨整个脂双层，有些部分或全部嵌入脂双层，有些则镶嵌在脂双层的内外两侧表面；而三层结构模型认为蛋白质均匀分布在脂双层的两侧。
（2）流动镶嵌模型强调组成膜的分子是运动的；而三层结构模型认为生物膜是静态结构。
4．提示：
D 生物膜的结构特点是具有一定的流动性，是指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。
拓展题
1．提示：
生物膜结构的研究历史反映了科学研究的艰辛历程，也告诉我们建立模型的一般方法。
科学家根据观察到的现象和已有的知识提出解释某一生物学问题的假说或模型，用观察和实验对假说或模型进行检验、修正和补充。
一种模型最终能否被普遍接受，取决于它能否与以后的观察和实验结果相吻合，能否很好地解释相关现象，科学就是这样一步一步向前迈进的。
2．提示：
生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。
人类对自然界的认识永无止境，随着实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型。
课后分层检测案13 生物膜的流动镶嵌模型
授课提示：
对应学生用书152页
【基础巩固练】
1．将两种海绵动物的细胞分散成单个，再进行混合培养，发现只有同种的细胞才能结合。
与这种现象密切相关的细胞膜成分是（ ）
A．蛋白质B．磷脂分子
C．糖蛋白D．糖脂
解析：
将两种细胞融合时发现只有同种的细胞才能结合，说明细胞之间能够识别其他细胞是同种还是异种细胞，而与细胞之间的识别有关的物质是细胞膜表面的糖蛋白。
答案：
C
2．下列关于细胞膜结构的流动镶嵌模型的论述中，错误的是（ ）
A．磷脂排列成双分子层
B．蛋白质分子覆盖、镶嵌或贯穿在磷脂双分子层中
C．膜物质是固定不动的
D．膜物质的运动使其具有流动性
解析：
在细胞膜结构的流动镶嵌模型的论点中，磷脂排列成双分子层，蛋白质分子覆盖、镶嵌或贯穿在磷脂双分子层中，构成生物膜的磷脂和蛋白质的运动使其具有流动性。
答案：
C
3．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．细胞膜由磷脂分子和蛋白质分子构成
B．细胞膜的外表面有糖蛋白
C．细胞膜具有一定的流动性
D．细胞膜具有选择透过性
解析：
细胞识别与细胞膜上的糖蛋白密切相关。
答案：
B
4．人体白细胞能进行变形运动，穿出毛细血管壁，吞噬侵入人体的病菌，这个过程的完成依靠细胞膜的（ ）
A．选择透过性B．保护作用
C．流动性D．扩散
解析：
变形运动是由结构特点决定的，结构特点主要指流动性。
答案：
C
5．将一个细胞中的磷脂成分全部提取出来，并将其在空气—水界面上铺成单分子层，结果测得单分子层的表面积相当于原来细胞膜表面积的两倍。
用下列细胞作实验材料，与此结果最相符的是（ ）
A．人的肝细胞
B．蛙的红细胞
C．洋葱鳞片叶表皮细胞
D．大肠杆菌细胞
解析：
大肠杆菌细胞中只有细胞膜，没有其他膜结构，磷脂在细胞膜中呈双层排列，因此形成单层膜时表面积相当于原来细胞膜表面积的两倍。
而人的肝细胞、蛙的红细胞、洋葱鳞片叶表皮细胞除细胞膜外还有核膜、各种细胞器膜。
答案：
D
6．一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____________________。
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，D表示糖蛋白。
细胞膜的结构特点是具有一定的流动性。
答案：
（1）蛋白质 多糖
（2）D 气味受体 （3）磷脂双分子层
【能力提升练】
7．据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素D等物质较容易优先通过细胞膜，这是因为（ ）
A．细胞膜具有一定的流动性
B．细胞膜是选择透过性膜
C．细胞膜以磷脂双分子层为基本支架
D．细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子
解析：
磷脂占细胞膜总量的50%左右，并形成双分子层构成细胞膜的基本支架。
磷脂与胆固醇、脂肪酸、维生素D等物质都属于脂质，具有相似的物理性质，根据相似相溶原理，脂质分子容易通过细胞膜。
答案：
C
8．如图是真核细胞膜的亚显微结构模式图，①～③表示物质。
下列有关说法，错误的是（ ）
A．①②③在细胞膜上大多不是静止的
B．细胞识别与①有关
C．②在细胞膜上的分布是不均匀的
D．③的单分子层面积等于该细胞所有膜面积的两倍
解析：
该图是细胞膜的结构模式图，③的单分子层面积等于该细胞的细胞膜面积的两倍，但细胞中除细胞膜外，还有核膜、线粒体膜、内质网膜等。
答案：
D
9．人、鼠细胞融合实验中，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
解析：
由图示可知，在低温时形成嵌合体的比例较小，温度适宜时形成嵌合体的比例较高；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。
答案：
D
10．脂质体是根据磷脂分子可在水中形成稳定的脂质双层膜的原理而制备的人工膜。
单层脂分子铺展在水面上时，极性端（亲水）与非极性端（疏水）排列是不同的，搅拌后形成双层脂分子的球形脂质体。
（如下图）
（1）将脂质体置于清水中，一段时间后发现，脂质体的形态、体积没有变化。
这一事实说明脂质体在结构上具有一定的________。
（2）下列图中能正确表示细胞膜的亚显微结构模式图的是（ ）
（3）由脂质体的形成原因及特点分析细胞膜的基本支架是________，同时也可推测水分子的跨膜运输不是真正的物质扩散，它最可能与膜上的________成分有关。
美国科学家阿格雷试图从人血红细胞上寻找这种蛋白质——CHIP28。
他以这种细胞为实验材料的最可能原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
脂质体形成的原理是磷脂分子具有亲水端和疏水端，单层脂质分子在水面上搅拌后就形成了球形脂质体。
答案：
（1）稳定性
（2）B （3）磷脂双分子层 蛋白质 成熟的红细胞除细胞膜外无其他的膜结构，便于获得纯净的细胞膜
【素养养成练】
11．为探究温度对膜透性的影响，取质量和形态相同的两块马铃薯进行对照实验，所得到的结果如下：
在40℃时，随着时间增加，马铃薯质量下降的主要原因是膜的通透性增大，细胞内容物外渗造成的。
请完成下列实验设计方案并回答问题：
实验原理：
随膜的通透性增大，细胞内容物外渗，会使外部溶液的电导度增大。
溶液电导度的大小可以用电导仪进行检测。
电导仪非常灵敏，空气中的CO2，温度会影响测量结果。
实验仪器与药品：
电导仪、恒温水浴锅、烧杯、量筒、洗瓶滤纸、蒸馏水。
实验步骤：
第一步：
取4只相同的烧杯，分别加入10mL蒸馏水，编号为A、B、C、D；
第二步：
取2块质量为10g且形态相同的马铃薯用蒸馏水反复冲洗三次，用滤纸将水吸干，再分别放入A、B两烧杯中，C、D两烧杯作为对照；
第三步：
________________________________________________________________________；
第四步：
1.5h后取出烧杯中的马铃薯，使烧杯中的溶液保持或恢复至20℃；
第五步：
________________________________________________________________________。
结果预测：
________________________________________________________________________。
讨论：
实验步骤中设计C、D组作为对照的目的是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）确定实验目的。
证明40℃时，马铃薯质量下降的主要原因是膜通透性增大导致细胞内容物外渗造成的。
（2）明确实验原理。
①膜通透性增大⇒细胞内容物外渗⇒外部溶液的电导度增大。
②电导度大小与外部溶液浓度成正相关，外部溶液浓度与膜通透性成正相关。
因此电导度大小可表示膜通透性大小。
（3）结果预测。
验证性实验的结果与实验目的一致。
由于空气中CO2也会影响电导度大小，因此实验结果预测时，应排除空气中CO2的影响。
答案：
第三步：
A和C烧杯置于20℃下；B和D烧杯置于50℃的恒温水浴中（只要答案合理即可）
第五步：
用电导仪分别测量溶液的电导度，并记录结果
结果预测：
B烧杯中溶液电导度减去D烧杯中溶液电导度的值大于A烧杯中溶液电导度减去C烧杯中溶液电导度的值（只要答案合理并与第三步的答案对应就可）
讨论：
排除空气中的CO2等因素对实验结果的干扰
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