人教版高中生物同步學案 細胞膜的結構和功能

SANZHANG

第3章細胞的基本結構第1節(jié)細胞膜的結構和功能

課標要求核心素養(yǎng)

1.概述細胞膜的主要功能。

1.生命觀念——通過對細胞膜的學習建立生命的結構

2.分析細胞膜結構的探索過程，與功能觀。

領悟科學的過程和方法。

2.科學探究一一領悟細胞膜結構探索過程的科學方法。

3.了解流動鑲嵌模型的基本內

3.科學思維一一流動鑲嵌模型及其解讀。

谷。

L將細胞與外界環(huán)境分隔開?

―1功能1-—1控制物質進出細胞

1—1進行細胞間的信息交流1

一對細胞膜成分和結構的探索過程1

知識

導圖

L|少量糖類1

廠細胞膜的結構1

一〔流動鑲嵌模型的蛙內容〔一一結構特閔

一|功能特點1

新知預習?雙基夯實

一、細胞膜的功能

1.將細胞與外界環(huán)境分隔開,保障細胞內部環(huán)境的相對穩(wěn)定。

2.控制物質進出細胞。

3.進行細胞間的信息交流

(1)通過化學物質傳遞信息。

(2)通過細胞膜直接接觸傳遞信息。

(3)通過細胞通道傳遞信息。

二、細胞膜的成分

1.對細胞膜成分的探索

(1)1895年歐文頓發(fā)現(xiàn)細胞膜對不同物質的通透性不一樣：溶于脂質的物質更容易穿過細胞膜,

據此推測細胞膜是由脂質組成的。

(2)科學家利用哺乳動物的紅細胞制備出細胞膜,得知組成細胞膜的脂質有磷脂和膽固醇，其中一

磷脂含量最多。

(3)1925年,荷蘭科學家發(fā)現(xiàn),細胞膜中的磷脂分子排列為連續(xù)的兩層。

(4)1935年,英國學者丹尼利和戴維森研究細胞膜的張力,發(fā)現(xiàn)細胞表面張力明顯低于油一水界面的表

面張力,據此推測細胞膜中除含有脂質分子外,可能還含有蛋白質。

2.細胞膜的成分

(1)細胞膜主要由脂質和蛋白質組成，此外，還有少量的糖類。在組成細胞膜的脂質中，磷脂

—最豐富,此外還有少量的膽固醇。

(2)蛋白質在細胞膜行使功能方面起重要作用,功能越復雜的細胞膜,蛋白質的種類與數量就

越多。

三、對生物膜結構的探索

時間實例(實驗)結論(假說)

電鏡下細胞膜呈清晰的羅伯特森認為所有的細胞膜都由蛋白質一脂質一

1959年

暗一亮一暗的三層結構蛋白質三層結構構成

1970年人、鼠細胞融合實驗細胞膜具有流動性

1972年流動鑲嵌模型辛格和尼科爾森提出「細胞膜的流動鑲嵌模型

四、流動鑲嵌模型的基本內容

1.結構模型

.名稱：磷脂雙分子層

(1)圖中a〈地位：細胞膜的基本支架

.特點：具有流動性

，名稱：蛋白質分子

鑲在磷脂雙分子層的表面

(2)圖中位置，部分或全部嵌入磷脂雙分子層中

貫穿于整個磷脂雙分子層

、特點：大多數蛋白質分子是可以運動的

'名稱：糖蛋白

(3)圖中c,位置：細胞膜的外表面

.作用：保護、潤滑和細胞識別等

2.結構特點：具有一定的流動性。

II活學巧練■

(1)細胞膜上的受體是細胞間信息交流所必需的結構。(X)

(2)細胞間信息交流的方式只有三種。(義)

(3)細胞間的信息交流大多與細胞膜的結構與功能有關。(J)

(4)植物細胞之間的胞間連絲具有物質運輸的作用。(J)

(5)細胞膜是細胞的保護性屏障。(J)

(6)細胞膜可以控制物質進出，任何細胞不需要的物質都不能進入細胞。(X)

(7)靜態(tài)結構模型不能解釋細胞的生長、變形蟲的運動、質壁分離及其復原等現(xiàn)象。(J)

(8)在生物膜結構的探索歷程中，人們最初認識到細胞膜是由脂質組成的，是通過對膜成分的提取和鑒

定實現(xiàn)的。(X)

(9)膜成分和結構的初步闡明，都是通過實驗觀察直接證實的。(X)

(10)在建立生物膜模型的過程中，結構與功能相適應的觀點始終引導人們不斷實踐、認識、再實踐、

再認識。(J)

思考：

1.細胞膜的成分提取出來后,根據前面所學習的知識,可以用哪些方法來分析細胞膜的化學成分？

提示：用雙縮版試劑檢測細胞膜是否含有蛋白質；用斐林試劑檢測細胞膜中是否含有還原糖；用蘇丹

口檢測細胞膜中是否含有脂肪。

2.取兩種不同的海綿動物細胞，使其分散成單個,然后摻在一起混合培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)只有同種的細胞才能融

合,這一現(xiàn)象體現(xiàn)了細胞膜的什么功能？

提示：進行細胞間的信息交流。

3.溫度影響細胞膜物質運輸功能的原因是什么？

提示：溫度影響磷脂分子的運動；溫度影響細胞膜上蛋白質的活性；溫度影響細胞呼吸，從而影響細

胞膜的物質運輸功能。

4.變形蟲依靠偽足進行運動,這依賴細胞膜的什么特性？簡要說明其在細胞生命活動中的作用。

提示：依賴細胞膜的流動性。流動性具有重要的生理意義，與物質運輸、細胞識別、細胞融合等有關。

學霸記憶?素養(yǎng)積累

重點呈現(xiàn)

1.細胞膜的主要組成成分是脂質和蛋白質，還含少量糖類。

2.細胞膜是細胞的邊界，不僅將細胞與外界環(huán)境分隔開，還具有控制物質進出、進行細胞間的信息交

流等作用。

3.流動鑲嵌模型認為：磷脂雙分子層構成膜的基本支架，蛋白質分子鑲在或嵌入或貫穿于磷脂雙分子

層。

4.細胞膜的結構特點是具有一定的流動性，功能特性是具有選擇透過性。

5.糖蛋白只分布于細胞膜的外表面,與細胞識別作用有關。

課內探究?名師點睛

知識點

細胞膜的功能

1.將細胞與外界環(huán)境分隔開

生物體的生命活動都是以細胞為基本單位進行的，一切細胞均由保持細胞系統(tǒng)完整的細胞膜圍護著,

沒有細胞膜，細胞的生存是不可能的。細胞膜確定了細胞成為生命的基本單位。它使每個細胞與周圍環(huán)境

隔離開,維持著相對穩(wěn)定的細胞內部環(huán)境,并且具有保護細胞的作用。

2.控制物質進出細胞

細胞膜具有控制物質進出細胞的功能，包括吸收、分泌、排泄。我們常說的新陳代謝是指生物與外界

交換物質和能量，以及生物體內的物質和能量的轉換。細胞膜控制物質進出細胞就是一種新陳代謝現(xiàn)象。

3.進行細胞間的信息交流

(1)通過細胞分泌的化學物質來完成間接交流。如內分泌細胞分泌的激素通過血液運輸到靶細胞，與靶

細胞的細胞膜表面的受體特異性結合，將信息傳遞給靶細胞。

(2)通過相鄰兩個細胞的細胞膜接觸來完成直接交流。如精子和卵細胞之間的識別和結合。

(3)通過相鄰兩個細胞間形成的通道來完成信息交流。如高等植物細胞之間通過胞間連絲來實現(xiàn)植物

細胞間的識別。

特別提醒：(1)細胞膜的功能是復雜多樣的，教材中介紹的三方面功能只是其中的一部分,如細胞膜還

具有保護細胞的作用，參與細胞的運動、分泌等；(2)細胞膜的復雜多樣的生理功能是由其結構決定的，尤

其是與細胞膜上的蛋白質分子有關。

II典例剖析■

例1下列關于細胞膜功能的敘述，不正確的是(C)

A.功能越復雜的細胞膜，蛋白質的種類和數量越多

B.細胞間的信息交流使生物體作為一個整體完成生命活動

C.相鄰兩個細胞的信息交流全靠細胞膜的接觸

D.細胞膜能控制物質進出細胞,這種功能是相對的

解析：細胞間信息交流的方式多種多樣，高等植物細胞間的信息交流可通過胞間連絲來完成。

u變式訓練?

1.（2020?安陽三十六中高一期中）據最新研究發(fā)現(xiàn)，內皮素在皮膚中分布不均,是造成色斑的主要原

因。內皮素拮抗劑進入皮膚,可以和黑色素細胞膜的受體結合,使內皮素失去作用,這為美容研究機構帶來

了福音。上述材料體現(xiàn)了細胞膜的哪項功能（D）

A.細胞膜中磷脂含量越高，功能越復雜

B.細胞膜作為系統(tǒng)的邊界,嚴格控制物質進出細胞

C.細胞膜的組成成分主要為磷脂和蛋白質

D.細胞膜具有信息交流的功能

解析：根據題干信息“肉皮素拮抗劑進入皮膚，可以和黑色素細胞膜的受體結合，使內皮素失去作用”

可知，內皮素只有與細胞膜上相應的受體結合后才能發(fā)揮作用，體現(xiàn)了細胞膜具有信息交流的功能，故D正

確。

知識點

細胞膜的成分

1.細胞膜各成分的含量及在細胞膜中的作用

成分占細胞膜總量的比例在細胞膜中的作用

磷脂是構成細胞膜的重要成分，此外還含有少量

脂質約50%

的膽固醇

蛋白質是生命活動的主要承擔者，在細胞膜行使

蛋白質約40%

功能時起重要作用

與膜蛋白或膜脂結合成糖蛋白或糖脂，分布在細

糖類2%—10%

胞膜的外表面，糖蛋白具有識別、保護等功能

2.對細胞膜成分、結構的探索

時間（人物）實驗依據結論或假說

世紀末

19可以溶于脂質的物質，比不能溶于脂質

細胞膜是由脂質組成的

（歐文頓）的物質更易通過細胞膜進入細胞

將細胞膜從哺乳動物的紅細胞中分離出組成細胞膜的脂質有磷脂和

20世紀初

來,并進行化學分析膽固醇，其中磷脂含量最多

用丙酮從人的紅細胞中提取脂質，在空

1925年（兩位細胞膜中的磷脂分子必然排

氣一水界面上鋪展成單分子層，測得單

荷蘭科學家）列為連續(xù)的兩層

分子層的面積恰為紅細胞表面積的兩倍

1935年（丹尼細胞的表面張力明顯低于油一水界面的細胞膜除含脂質分子外，可能

利和戴維森）表面張力還附有蛋白質

年

1959電鏡下細胞膜呈清晰的暗一亮一暗的三所有的細胞膜都由蛋白質一

（羅伯特森）層結構脂質一蛋白質三層結構構成

1970年熒光標記的小鼠細胞和人細胞融合實驗細胞膜具有流動性

1972年（辛格提出了為大多數人所接受的

新的觀察和實驗證據

和尼科爾森）細胞膜的流動鑲嵌模型

特別提醒：（1）不同種類的細胞,細胞膜的組成成分及其含量不完全相同，如癌細胞表面的糖蛋白含量

較少。

（2）細胞在不同時期，細胞膜的組成成分及其含量也會發(fā)生變化。

（3）各種細胞膜所含蛋白質與脂質的比例與細胞膜的功能有關,功能越復雜的細胞膜，蛋白質種類和數

量越多，如腎小管上皮細胞與口腔上皮細胞相比，前者細胞膜中蛋白質的含量高。

（4）各種蛋白質在膜上的分布是不對稱的,不同的細胞膜，內外兩側蛋白質分布有差異。

II典例剖析■

??I■典例2下列關于細胞膜成分的敘述，正確的是（A）

A.細胞在癌變的過程中，細胞膜的成分發(fā)生改變

B.細胞膜的功能主要取決于膜中磷脂的含量和種類

C.糖蛋白和糖脂分別位于細胞膜的內外兩側

D.脂類物質能優(yōu)先通過細胞膜與膜中蛋白質的種類有關

解析：細胞膜的成分與其功能有關，細胞癌變過程中,細胞膜的成分會發(fā)生相應的改變,A正確；細胞膜

的功能主要取決于膜中蛋白質的種類與數量,B錯誤；糖蛋白和糖脂分布于細胞膜的外側,C錯誤；脂類物

質能優(yōu)先通過細胞膜與膜的基本支架一一磷脂雙分子層有關,D錯誤。

方法指導：解答此類試題需明確：

(1)細胞膜的基本組成成分：蛋白質、脂質、糖類，磷脂雙分子層是細胞膜的基本支架；

(2)細胞膜上蛋白質的種類和數量決定了細胞膜功能的復雜程變；

(3)不同細胞膜的組成成分基本相似，但每種成分的含量不完全相同；

(4)細胞代謝的變化往往伴隨著細胞膜成分的變化。

II變式訓練■

2.(不定項)下列關于細胞膜成分和結構的探索歷程的說法，正確的是(BCD)

A.歐文頓通過對膜成分的提取和鑒定,認識到細胞膜是由脂質組成的

B.科學家通過提取紅細胞中的脂質實驗，得出結論：細胞膜中的磷脂分子是雙層排列的

C.磷脂是甘油、脂肪酸和磷酸組成的，其中磷酸“頭”部是親水的,脂肪酸“尾”部是疏水的

D.在建立細胞膜結構模型的過程中，實驗技術起了關鍵的推動作用

解析：歐文頓通過對植物細胞的通透性進行研究實驗,發(fā)現(xiàn)溶于脂質的物質更容易通過細胞膜,從而提

出：細胞膜是由脂質組成的,A說法錯誤；科學家用丙酮從紅細胞中提取脂質，測得單分子層的面積是紅細

胞表面積的2倍，由此得出細胞膜中的磷脂分子是雙層排列的結論,B說法正確；磷脂分子是一種由甘油、

脂肪酸和磷酸等所組成的分子，磷酸“頭”部是親水的,脂肪酸“尾”部是疏水的,C說法正確；新的技術手

段不斷運用于細胞膜的研究,對建立細胞膜結構模型的過程起了關鍵的推動作用，D說法正確。

知識點

流動鑲嵌模型的基本內容

1.流動鑲嵌模型的基本內容

(1)磷脂雙分子層構成了細胞膜的基本支架;

(2)蛋白質分子有的鑲在磷脂雙分子層表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的貫穿于整個磷

脂雙分子層；

（3）磷脂雙分子層和大多數蛋白質是可以運動的。

2.細胞膜的結構和成分

細胞膜的主要成分是磷脂、蛋白質，還有少量糖類。

‘磷脂［狀態(tài)：雙分子層排列構成細胞膜的基本支架

分子1作用：脂質、脂溶性物質更易通過細胞膜

（鑲在磷脂雙分子層表面

位置《部分或全部嵌入磷脂雙分子層中

細蛋〔貫穿于整個磷脂雙分子層

胞v白V

質|■有的只參與細胞膜的構成

膜種類（有的起載體作用，參與主動運輸過程

［有的與糖類結合，形成糖被，有識別、保護、潤滑等作用

有的與蛋白質分子結合成糖蛋白

糖類

有的與脂質結合成糖脂

拓展

靜態(tài)模型不能解釋的現(xiàn)象

細胞膜的靜態(tài)結構模型不能解釋下列現(xiàn)象：細胞的生長、變形蟲的變形運動、吞噬細胞吞噬細菌、細

胞的融合、植物細胞質壁分離及復原等。這些現(xiàn)象的基礎都是細胞膜的流動性。

II典例剖析■

*?^^例3科學家在細胞膜成分和結構的探索過程中，運用了假說法，在學習了“細胞膜的流動鑲

嵌模型”一節(jié)后,某同學作出下列比喻，其中錯誤的是（B）

氣泡

小米

大棗

⑴棗糕的示意圖⑵正在煮著的粥的示意圖

A.把靜態(tài)的三維結構比作“三明治”或“三合板”

B.細胞膜的流動鑲嵌模型比作“棗糕”，如（1）所示

C.細胞膜的流動鑲嵌模型比作“正在煮著的粥"，如（2）所示

D.細胞膜外表面的糖蛋白比作”信號接收塔”

解析：靜態(tài)結構的內容是蛋白質一脂質一蛋白質，因此可以把靜態(tài)的三維結構比作“三明治”或“三

合板”，A正確；細胞膜的流動鑲嵌模型中的蛋白質在磷脂雙分子層中的分布是不對稱和不均勻的,膜結構

具有流動性，“棗糕”能體現(xiàn)細胞膜中蛋白質分布，但不能體現(xiàn)流動性,B錯誤；細胞膜的流動鑲嵌模型比作

“正在煮著的粥”，體現(xiàn)了膜的流動性,C正確；細胞膜外表面的糖蛋白具有識別功能,可比作“信號接收

塔”，D正確。

II變式訓練■

3.（不定項）（2019?四川成都外國語學校高一月考）如下圖所示為細胞膜的亞顯微結構模式圖,下列有

關敘述錯誤的是（D）

A.②在細胞鮮重中含量最多，其化學元素組成是C、H、0、N

B.②和③大都是運動的,所以細胞膜具有流動性和選擇透過性

C.②③構成細胞膜的基本支架，由雙層膜構成

D.①是糖分子與膜蛋白結合成的糖蛋白，在細胞膜外側

解析：由題圖可知，①是糖蛋白，②是蛋白質，③是磷脂雙分子層。細胞鮮重中含量最多的是水,A錯誤;

構成細胞膜的磷脂分子可以側向自由移動，膜中的蛋白質大多也能運動，體現(xiàn)了細胞膜具有流動性，但這不

是細胞膜具有選擇透過性的原因,B錯誤；細胞膜的基本支架是磷脂雙分子層,且細胞膜只有一層膜,可以控

制物質進出細胞,C錯誤；糖蛋白由糖分子和膜上蛋白質組成，位于細胞外側,具有識別功能,D正確。

指點迷津?撥云見日

1.細胞間信息交流的三種主要方式

通過信息分子間接交流細胞間直接交流經特殊通道交流

信息交

通過細胞分泌的化學物質通過相鄰兩個細胞的細通過相鄰兩個細胞之間

（如激素）間接傳遞信息胞膜直接接觸傳遞信息形成通道傳遞信息

流方式

內分泌細胞分泌的激素經精子和卵細胞之間的識高等植物細胞間通過胞

舉例

體液運輸作用于靶細胞別間連絲進行信息交流

*18???

發(fā)出信號的細胞犯細胞

圖示

與膜結合的

信號分子

能細施

■典例4細胞之間通過信息交流，保證細胞間功能的協(xié)調。下列關于細胞間信息交流的說法,錯

誤的是(D)

A.圖1是遠距離的細胞間信息交流，圖2是細胞直接接觸

B.圖2可以表示精子與卵細胞的識別

C.圖1表示內分泌細胞產生激素,通過血液循環(huán)最終作用于靶細胞

D.細胞膜上的受體是細胞間信息交流所必需的結構

解析：圖1表示通過體液運輸來完成的間接交流方式,A細胞產生的信號分子與B細胞上的受體結合,

完成信息交流。圖2表示細胞膜直接接觸完成細胞間的信息交流，精子與卵細胞間的識別屬于此種方式。

這兩種信息交流方式均需受體參與。細胞間形成通道也可以進行信息交流,不需要細胞膜上的受體參與。

2.驗證細胞膜控制物質進出細胞的方法

(1)利用紅墨水處理正常玉米種子和煮熟的玉米種子。煮熟的玉米種子細胞死亡,細胞膜喪失控制物質

進出細胞的功能,紅墨水中的色素分子可以大量進入細胞，使細胞呈紅色,正常種子的細胞不會變紅。

(2)將有顏色的植物組織放入清水中，然后分別用高溫、強酸、強堿處理,觀察實驗前后清水的顏色變

化。處理前清水無顏色變化,處理后植物組織細胞死亡,細胞膜失去控制物質進出的功能,清水呈現(xiàn)出植物

組織的顏色。

(3)臺盼藍染色法。臺盼藍染液是細胞活性染料,常用于檢測細胞膜的完整性。正常的活細胞，細胞膜

結構完整,能夠排斥臺盼藍，使之不能夠進入胞內；而喪失活性或細胞膜不完整的細胞,可被臺盼藍染成藍

色。

■典例5水溶性染色劑(PI)能與核酸結合而使細胞核著色，可將其應用于鑒別細胞的死活。將細

胞浸泡于一定濃度的PI中，僅有死細胞的細胞核會被染色,而活細胞的細胞核不著色。利用PI鑒別細胞死

活的原理是(D)

A.死細胞與活細胞的細胞膜結構不同

B.活細胞能分解染色劑PI

C.死細胞與活細胞的細胞膜的成分和含量不同

D.活細胞的細胞膜能阻止PI的進入

解析：活細胞的細胞膜可控制物質出入細胞,維持正常的生命活動；水溶性染色劑(PI)不是細胞所需

物質，因而不能通過活細胞的細胞膜：細胞死亡后,細胞膜及其他生物膜的控制物質進出功能喪失,溶于水

中的物質(如PD都可以通過,而使細胞核著色。

解疑答惑

問題探討。P40

1.提示：因為活細胞有完整的細胞膜，細胞膜會阻止對細胞有害的物質，如染料通過。死細胞的細胞

膜控制物質進出的能力已喪失。

2.提示：將細胞與外界環(huán)境分隔開，保護細胞；控制物質進出細胞，為細胞生命活動提供營養(yǎng)，及時將

細胞的代謝廢物排出體外；通過細胞膜的相關結構與其他細胞建立聯(lián)系,進行信息交流,共同協(xié)調完成個體

的生命活動。

思考?討論”42

1.提示：最初對細胞膜成分的認識,是通過對現(xiàn)象的推理分析。

2.提示：在空氣一水界面中，水只在下側。磷脂分子頭親水而尾疏水，磷脂分子只會頭下尾上排列在

此界面中，因此只能鋪展成單分子層。

對于紅細胞來說，其膜結構只有細胞膜。從紅細胞中提取的脂質，全部來自細胞膜。這些脂質鋪成一層

的面積是細胞表面積的2倍，說明這些脂質把紅細胞表面圍了兩層。

3.提示：磷脂頭親水，尾疏水。那么在水中，磷脂分子的尾不接觸水才是最穩(wěn)定的形式。只有磷脂分

子尾尾相對時,磷脂分子的尾才能最大限度不接觸水。這也意味著,磷脂分子在水中能自發(fā)地形成頭朝外，

尾朝內的雙分子層。

對于細胞來講，其內部是水，外部也是水。包圍細胞的磷脂頭要朝內，也要朝外。根據前面所講,磷脂分

子在水中總是自發(fā)地形成尾尾相對,頭部朝向兩側的雙分子層。因此,細胞表面就形成了頭部朝向細胞內側

和外側,尾部相對的磷脂雙分子層。

4.提示：磷脂分子將集中分布于水一苯交界處。處于水一苯界面位置的磷脂分子,鋪展成單層。頭朝

水,尾朝向苯。

旁欄思考。P45

提示：因為膜內部分雖是疏水的，并非沒有空間，水分子可以通過氫鍵在其中形成類似冰的結構,從而

跨膜運輸。

練習與應用QP46

一、概念檢測

1.(l)x提示：構成細胞膜的蛋白質，大部分都是可以運動的。

(2)x提示：細胞膜控制物質進出的能力是有限的，一些有害的物質也可以進入細胞內。

(3)X提示：由于細胞膜具有流動性，不會造成空洞。

2.B水分子是小分子物質，可以通過磷脂分子間隙進出細胞。

二、拓展應用

1.提示：把細胞膜與窗紗進行類比，合理之處是說明細胞膜與窗紗一樣具有容許一些物質出入，阻擋

其他物質出入的作用。這樣類比也有不妥當的地方。例如，窗紗是一種簡單的剛性的結構,功能較單一；細

胞膜的結構和功能要復雜得多。細胞膜是活細胞的重要組成部分，活細胞的生命活動是一個主動的過程；

而窗紗是沒有生命的,它只是被動地在起作用。

2.(1)提示：因為兩類藥物的性質不同，脂質體內部是親水環(huán)境，適合攜帶水溶性藥物；兩層磷脂分子

之間是親脂環(huán)境,適合攜帶親脂藥物。

(2)提示：脂質體和細胞膜的結構相似,都含有磷脂分子,根據相似相溶的原理,藥物可隨著脂質體進入

細胞。

訓練鞏固?課堂達標

1.細胞膜對物質進出細胞的控制主要體現(xiàn)在