2024-2025學年新教材高中生物第3章細胞的基本結構第1節(jié)細胞膜的結構和功能學案新人教版必修1

PAGE18-第1節(jié)細胞膜的結構和功能學問點一細胞膜的功能[新知導學]細胞膜的功能(1)將細胞與外界環(huán)境分隔開。(2)限制物質進出細胞(3)進行細胞間的信息溝通1．生長在水底淤泥中的蓮藕“出淤泥而不染”，它能從水和淤泥中汲取所需的養(yǎng)分物質，并排出代謝廢物，而蓮藕不須要的物質卻不會輕易進入蓮藕細胞。蓮藕“出淤泥而不染”的事例說明細胞膜具有什么功能？這種功能的詳細體現(xiàn)是什么？提示：限制物質進出細胞的功能。主要體現(xiàn)在對養(yǎng)分物質的汲取及有害廢物的排出，防止病菌、病毒的侵入等方面。2．細胞膜主要由脂質和蛋白質組成，同時還含有少量的糖蛋白(即蛋白質分子上連接有短的糖鏈)，這些糖蛋白是細胞之間相互識別的物質基礎。細胞識別體現(xiàn)了細胞膜的什么功能？提示：進行細胞間信息溝通。[重難探究]細胞膜的功能分析1．將細胞與外界環(huán)境分隔開(1)對細胞的作用：保障了細胞內部環(huán)境的相對穩(wěn)定。(2)對進化的意義：將生命物質與外界環(huán)境分隔開，產生了原始的細胞，并成為相對獨立的系統(tǒng)。2．限制物質進出細胞(1)細胞膜選擇性地限制物質進出細胞，從而保證細胞正常生命活動的進行。(2)細胞膜限制物質進出的作用具有相對性，如圖：圖中①②③體現(xiàn)了細胞膜限制物質進出的普遍性，④體現(xiàn)了其相對性。3．細胞間信息溝通的方式(1)一些細胞(如內分泌細胞)分泌一些物質(如激素)，通過血液的傳遞運輸?shù)阶饔貌课坏募毎?靶細胞)，被靶細胞的細胞膜表面的受體(成分為糖蛋白)識別，引起靶細胞的生理反應(圖示如下)。(2)相鄰兩個細胞的細胞膜干脆接觸，通過糖蛋白識別，將信息從一個細胞傳遞給另一個細胞(圖示如下)。(3)高等植物細胞間的識別主要是通過胞間連絲來實現(xiàn)的(圖示如下)。4．細胞膜功能圖解細胞膜行使正常功能的前提條件是保持細胞活性，若細胞失去活性，細胞膜限制物質進出等眾多功能將丟失。[典題演練]1．下列關于細胞膜的敘述正確的是(D)A．細胞膜在光學顯微鏡下清晰可見B．細胞膜將細胞與外界環(huán)境分隔開，確保細胞內部環(huán)境恒定不變C．細胞膜限制物質進出細胞，有害物質無法進入細胞D．細胞間的信息溝通，大多與細胞膜的結構和功能有關解析：細胞膜在光學顯微鏡下視察不到；細胞膜將細胞與外界環(huán)境分隔開，保持細胞內部環(huán)境的相對穩(wěn)定；細胞膜限制物質進出細胞具有相對性，在肯定條件下，有害物質也可能進入細胞。2．下圖表示細胞膜的功能模式圖。據(jù)圖分析，下列說法不正確的是(B)A．功能①在生命起源過程中具有重要作用B．功能②表示進入細胞的物質對細胞都有利C．胰島素調控生命活動可用圖中③表示D．相鄰的植物細胞可通過功能④進行信息溝通解析：功能①表示細胞膜將細胞與外界環(huán)境分隔開，在生命起源過程中具有重要作用，將生命物質與外界環(huán)境分隔開，產生了原始的細胞，并成為相對獨立的系統(tǒng)，A正確；功能②表示物質進出細胞，一般是汲取有利物質，但有些有害物質也能進入細胞，說明限制物質進出細胞是相對的，B錯誤；功能③表示進行細胞間的信息溝通，激素通過與靶細胞膜上相應物質識別來調控生命活動，C正確；相鄰的植物細胞可通過功能④進行信息溝通，D正確。(1)細胞膜對物質的限制作用是相對的，一些對細胞有害的物質也可能進入細胞。(2)高等植物細胞間通過胞間連絲進行信息溝通，胞間連絲是一種相鄰植物細胞間形成的通道。學問點二對細胞膜結構的探究歷程[新知導學]1．早期經驗2.1970年熒光標記細胞膜試驗3．1972年辛格和尼科爾森在新的視察和試驗證據(jù)的基礎上，提出為大多數(shù)人所接受的流淌鑲嵌模型。3．用兩種顏色的熒光染料標記的小鼠細胞和人細胞融合試驗是在37℃條件下進行的。融合后經40min，融合的細胞膜上兩種顏色勻稱分布。假如這個試驗是在20℃條件下進行，請預料融合后細胞膜上兩種顏色分布勻稱所需時間的長短，并說明你的預料理由。提示：若在20℃條件下進行，兩種顏色勻稱分布所用的時間應長于40min，因為低溫下分子的運動速度會減慢。4．為什么磷脂在空氣—水界面上鋪展成單分子層？科學家如何從這一現(xiàn)象推導出“脂質在細胞膜中必定排列為連續(xù)的兩層”這一結論的？提示：磷脂是一種兼性分子，既有由磷酸構成的極性“頭部”，具有親水性；又有由兩條脂肪酸長鏈構成的非極性“尾部”，具有疏水性。所以，在水—空氣界面上磷脂分子是“頭”部向下與水面接觸，“尾”部朝向空氣一面?？茖W家因測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍，才得出“膜中的脂質在細胞膜中必定排列為連續(xù)的兩層”的結論。[重難探究]流淌鑲嵌模型與蛋白質一脂質一蛋白質三層結構模型的比較項目蛋白質—脂質—蛋白質三層結構模型(單位膜模型)流淌鑲嵌模型圖像不同點認為蛋白質勻稱分布在脂雙層的兩側認為蛋白質在膜中的分布是不勻稱的認為生物膜是靜止結構強調組成膜的分子是運動的相同點都認為組成細胞膜的主要物質是脂質和蛋白質[典題演練]3．下列關于生物膜結構的探究歷程的說法，不正確的是(D)A．最初通過對現(xiàn)象的推理分析得出細胞膜是由脂質組成的B．三層結構模型認為生物膜為靜態(tài)的結構C．流淌鑲嵌模型認為構成生物膜的磷脂分子和大多數(shù)蛋白質分子可以運動D．三層結構模型和流淌鑲嵌模型都認為蛋白質分子在膜中的分布是不勻稱的解析：三層結構模型認為生物膜是由蛋白質—脂質—蛋白質三層結構構成的，認為蛋白質是勻稱的、固定的。故選D。4．人、鼠細胞融合試驗，是用帶有不同熒光染料的抗體標記兩種細胞的膜蛋白，一段時間后兩種膜蛋白能在雜種細胞膜上勻稱分布形成嵌合體。如圖是相關試驗記錄，據(jù)此不能得到的結論是(D)A．當溫度增加到15℃以上，膜質的流淌性發(fā)生變更B．該試驗證明膜蛋白能夠在膜上運動C．溫度對膜蛋白的運動有影響D．圖中數(shù)據(jù)說明融合時間越長形成的嵌合體越多解析：由圖示可知，在低溫時形成嵌合體的比例較小，溫度相宜時比例較高；15℃以上時膜質的流淌性明顯發(fā)生變更；融合比例與時間沒有詳細關系。學問點三細胞膜的流淌鑲嵌模型[新知導學]1．化學組成：主要是磷脂分子和蛋白質。2．結構模型(1)圖中①eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(名稱：磷脂雙分子層,作用：膜的基本支架,特點：具有流淌性))(2)圖中②eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(名稱：蛋白質分子,\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(三種,位置))\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a.鑲在磷脂雙分子層表面,b.部分或全部嵌入磷脂雙分子層中,c.貫穿于整個磷脂雙分子層)),特點：大多數(shù)蛋白質分子是可以運動的))(3)圖中③eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(名稱：糖蛋白，又叫糖被,位置：細胞膜的外表面,作用：愛護、潤滑和細胞識別等))3．結構特點：具有肯定的流淌性。5．有人在試驗時發(fā)覺：在肯定溫度下，細胞中的脂質分子均垂直排列于膜表面；當溫度上升到肯定程度時，細胞膜中的脂質分子有75%排列不整齊，細胞膜的厚度變小，表面積擴大，對離子和分子的通透性提高。據(jù)有關內容說明上述現(xiàn)象。提示：細胞膜具有肯定的流淌性，溫度可影響膜的流淌性。6．如何推斷膜的內側和外側？提示：依據(jù)糖蛋白的分布狀況，有糖蛋白的一側為膜的外側，無則為膜內側。[重難探究]教材重要圖形分析——細胞膜的結構模型1．三種組成成分及功能(1)磷脂雙分子層(a)：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(功能：構成膜的基本支架,結構：磷脂分子由磷酸、甘油、脂肪酸組成，磷酸“頭部”,是親水性的，脂肪酸“尾部”是疏水性的,排列方式：“尾”相對、“頭”朝外，這符合細胞內外均為,有水環(huán)境的事實))(2)蛋白質分子(b)①功能：膜的功能性物質，蛋白質種類、數(shù)量越多，膜的功能越困難。②存在形式：鑲嵌或貫穿于整個磷脂雙分子層，大多數(shù)蛋白質分子也是可以運動的。(3)糖蛋白(c)：或具有愛護和潤滑作用，或與細胞識別親密相關。2．細胞膜的結構特性——流淌性(1)結構基礎：圖中的a磷脂分子和b蛋白質分子是可以運動的。(2)生理意義：保證了細胞的物質運輸、信息溝通、分裂和融合等正常生命活動的進行。(3)表現(xiàn)：分泌蛋白的分泌、細胞膜厚度的變更、動物細胞吸水膨脹、失水皺縮、變形蟲的運動等，都體現(xiàn)了細胞膜的流淌性。3．功能特性——選擇透過性(1)結構基礎：膜上具有載體蛋白。(2)生理意義：限制物質進出細胞。(3)緣由：某些離子和分子不能透過細胞膜的磷脂雙分子層，與細胞膜上載體蛋白的專一性有關。4．結構特點和功能特性的關系細胞膜的流淌性是其選擇透過性的基礎。具有流淌性才能表現(xiàn)出選擇透過性。例如，蛋白質分子充當載體，只有蛋白質分子運動了，才能運輸物質。(1)可以通過細胞膜的選擇透過性來推斷細胞的死活，若大分子染料(健那綠除外)進入細胞則細胞已經死亡。(2)蛋白質的種類和數(shù)量的多少，反映了膜功能的困難程度。因為蛋白質是物質運輸?shù)妮d體或是信息溝通的受體，確定了細胞與外界進行物質交換和信息溝通。[典題演練]5．下圖為細胞膜的流淌鑲嵌模型示意圖，有關敘述正確的是(D)A．細胞膜上的③多數(shù)是不行以運動的B．組成細胞膜的基本支架是②C．細胞膜的選擇透過性與②的種類和數(shù)量有關D．細胞膜表面①的含量通常較其他生物膜多解析：由圖可知①是糖被，②是磷脂分子，③是蛋白質，細胞膜上的蛋白質多數(shù)是可以運動的，故A錯誤；組成細胞膜的基本支架是磷脂雙分子層，而不是一層磷脂，故B錯誤；細胞膜的選擇透過性與蛋白質的種類和數(shù)量有關，故C錯誤；細胞膜具有識別作用，其表面的糖蛋白的含量比其他生物膜的多些，故D正確。6．以下關于細胞膜的論述，不正確的是(C)A．磷脂分子排列成雙分子層B．膜兩側物質分子排列不對稱C．蛋白質分子只鑲在磷脂雙分子層表面D．組成膜的物質的運動使膜具有肯定的流淌性解析：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；細胞膜的外側有糖蛋白，物質分子排列不對稱；組成膜的磷脂與蛋白質分子都能運動，使膜具有肯定的流淌性。

課題調研1：信息推斷類題目——細胞膜的結構與功能[典范例題]科學家在進行細胞膜化學成分分析時，采納哺乳動物或人的紅細胞作為試驗材料。將其特別處理使細胞裂開發(fā)生溶血現(xiàn)象，一些物質溶出，再將溶出細胞外的物質洗掉，即可得到純凈的細胞膜(又稱血影)。有的科學家將“血影”中的脂質提取出來，使其在空氣和水界面上鋪展成單分子層，所形成的薄膜面積是原來細胞表面積的二倍。(1)如何處理紅細胞才能使其發(fā)生溶血現(xiàn)象？________________。(2)紅細胞溶血后，溶出細胞外的紅色物質主要是____________。(3)“血影”中主要化學成分是____________。(4)脂質單分子層的面積是細胞表面積的二倍，這說明白________________________________________________________。[模板構建·思路導引]eq\a\vs4\al(關鍵信息)本題以文字為信息載體考查細胞膜的組成成分，其關鍵信息為提取出脂質鋪成單層，其面積為細胞表面積的二倍。eq\a\vs4\al(分析推理)細胞膜的主要成分是脂質和蛋白質，其脂質主要是磷脂，單層的磷脂面積是細胞表面積的二倍。eq\a\vs4\al(得出結論)細胞膜中的磷脂分子兩層排布，即細胞膜由兩層磷脂分子組成。[規(guī)范答案·警示失誤](1)將紅細胞浸泡在蒸餾水中(2)血紅蛋白(3)脂質和蛋白質錯答：蛋白質錯因：沒有細致審題，不清晰“血影”是什么物質，由題干信息可知，血影就是純凈的細胞膜。(4)細胞膜由兩層脂質(磷脂)分子組成錯答：細胞膜含有脂質錯因：不能正確處理、分析題中相關信息，只留意到“脂質”，而忽視了“二倍”關系。課題調研2：有關細胞膜的組成成分的試驗設計[典范例題]人們已經通過化學試驗證明白細胞膜中含有磷脂分子。現(xiàn)在請你設計一個試驗驗證細胞膜中含有蛋白質成分。(1)試驗課題：___________________________________________。(2)試驗目的：體驗用化學試劑檢測細胞膜中蛋白質的方法和過程。(3)試驗原理：___________________________________________。(4)試驗材料：細胞膜樣液、蒸餾水、干凈試管、滴管、________試劑等。(5)試驗步驟：第一步：取干凈的試管兩支，___________________。其次步：______________________________________________。第三步：向甲、乙兩試管中各注入__________________________。(6)試驗現(xiàn)象：甲試管中液體呈紫色；乙試管中液體無紫色變更。(7)試驗結論：__________________________________________。[模板構建·思路導引]eq\a\vs4\al(審題)本題是試驗驗證題，因此課題為檢測或驗證其結果或現(xiàn)象。試驗設計時應遵循比照原則，選取的試劑應是常用的和試驗現(xiàn)象明顯的。eq\a\vs4\al(找詞)由試驗現(xiàn)象“試管中紫色的有無”可知試劑為雙縮脲試劑，試驗的關鍵步驟是分別將含蛋白質的細胞膜和不含蛋白質的蒸餾水設置比照。eq\a\vs4\al(答案)分析驗證性試驗的設計思路，遵守的原則，試劑的應用，檢測方法，從而確定細胞膜所含成分。[規(guī)范答案·警示失誤](1)驗證細胞膜中含有蛋白質成分(3)蛋白質遇雙縮脲試劑呈現(xiàn)紫色反應(4)雙縮脲錯答：蘇丹Ⅳ染液錯因：沒有理解此試驗的目的是利用化學試劑檢測蛋白質或對在檢測各種物質所運用試劑理解記憶不清。(5)編號甲、乙向甲試管中滴加2mL的細胞膜樣液，向乙試管中滴加2mL的蒸餾水雙縮脲試劑A液1mL，振蕩搖勻，再各滴加4滴雙縮脲試劑B液，搖勻后，視察顏色變更錯答：在各試驗步驟中，不進行分組編號或試劑的用量不同。錯因：忽視了試驗設計應遵循比照原則，不理解試驗組與比照組的作用。(7)細胞膜中含有蛋白質成分一、選擇題1．任何系統(tǒng)都有邊界，邊界對系統(tǒng)的穩(wěn)定至關重要。細胞作為一個基本的生命系統(tǒng)，它的邊界是(B)A．細胞壁 B．細胞膜C．細胞核 D．細胞膜表面的蛋白質解析：細胞的邊界是細胞膜；細胞壁對進出的物質沒有選擇性，不能作為邊界。2．下列關于細胞膜的敘述，不正確的是(B)A．細胞膜主要由脂質和蛋白質組成B．不同功能的細胞，其細胞膜上蛋白質的種類和數(shù)量相同C．組成細胞膜的脂質中，磷脂最豐富D．癌細胞的膜成分發(fā)生了變更解析：本題主要考查細胞膜的成分，解答本題應從以下幾點分析：①細胞膜的組成成分。②細胞膜各種成分的作用。該題主要考查了細胞膜的成分，逐項分析如下：選項推斷緣由分析A項正確細胞膜主要由脂質和蛋白質組成，還含有少量的糖類，其中脂質約占50%，蛋白質約占40%，糖類占2%～10%B項錯誤蛋白質是細胞膜功能的擔當者，膜的種類不同，則功能不同，其上蛋白質的種類和數(shù)量也不相同C項正確在組成細胞膜的脂質中，磷脂最豐富，此外還有少量膽固醇D項正確細胞在癌變的過程中，細胞膜的成分發(fā)生變更，有的產生甲胎蛋白、癌胚抗原等物質3.下列關于細胞間信息溝通的敘述，不正確的是(C)A．信號分子與靶細胞的識別和結合具有專一性B．與不同激素分子結合的受體是不同的C．與胰島素和甲狀腺激素結合的受體可能相同D．細胞間的信息溝通，大多與細胞膜的結構和功能有關解析：信號只與靶細胞上特定的受體結合，這樣才能引起正常的生理行為。不同激素分子的結構不同，與其結合的受體也不同，且其受體的位置也不同。胰島素的受體與甲狀腺激素的受體是不同的，具有專一性。細胞間信息溝通主要依靠于細胞膜表面的糖蛋白的識別功能。故選C。4．磷脂是組成細胞膜的重要成分，這與磷脂分子的頭部親水、尾部疏水的性質有關。某探討小組發(fā)覺植物種子細胞以小油滴的方式貯存油，每個小油滴都由磷脂膜包被著，該膜最可能的結構是(A)A．由單層磷脂分子構成，磷脂的尾部向著油滴內B．由單層磷脂分子構成，磷脂的頭部向著油滴內C．由兩層磷脂分子構成，結構與細胞膜完全相同D．由兩層磷脂分子構成，兩層磷脂的頭部相對解析：磷脂是膜的主要成分之一，磷脂分子有親水的頭部和疏水的尾部，若用磷脂分子包被油滴，則磷脂分子的頭部應朝外，而尾部朝向油滴內。5．下列有關細胞膜性質的說法，錯誤的是(B)A．具有流淌性和選擇透過性B．蛋白質勻稱分布于磷脂雙分子層上C．脂質小分子易通過膜是由于膜的基本支架是磷脂雙分子層D．磷脂雙分子層內外表面都親水解析：磷脂雙分子層構成膜的基本支架，這是脂質小分子易通過膜的主要緣由；流淌性是膜的結構特點，選擇透過性是膜的功能特點。蛋白質在磷脂雙分子層上的分布是不對稱的，有的鑲在表面，有的部分或全部嵌入，有的貫穿于磷脂雙分子層。6．對某動物細胞進行熒光標記試驗，如圖所示，其基本過程：①用某種熒光染料標記該動物細胞，細胞表面出現(xiàn)熒光斑點。②用激光束照耀該細胞表面的某一區(qū)域，該區(qū)域熒光淬滅(消逝)。③停止激光束照耀一段時間后，該區(qū)域的熒光漸漸復原，即又出現(xiàn)了斑點。上述試驗不能說明的是(C)A．細胞膜具有流淌性B．熒光染料能與細胞膜組成成分結合C．依據(jù)熒光復原的速率可推算出物質跨膜運輸?shù)乃俾蔇．依據(jù)熒光復原的速率可推算出膜中蛋白質或脂質的流淌速率解析：題干所述過程可以說明熒光染料能與細胞膜組成成分結合，同時說明細胞膜具有流淌性；依據(jù)熒光復原的速率可推算出膜中蛋白質或脂質的流淌速率。但該過程沒有發(fā)生物質跨膜運輸，故不能依據(jù)熒光復原的速率推算物質跨膜運輸?shù)乃俾省６?、非選擇題7．如圖表示細胞膜的亞顯微結構模式圖，請據(jù)圖回答：(1)圖中[B]蛋白質的基本組成單位是氨基酸。構成細胞膜基本支架的結構是[D]磷脂雙分子層。(2)與細胞膜的識別功能有關的結構是[E]糖蛋白。(3)吞噬細胞吞噬細菌的過程體現(xiàn)了細胞膜具有流淌性。這是因為組成細胞膜的蛋白質分子和磷脂分子都不是靜止不動的，而是可以運動的。(4)不同細胞細胞膜的生理功能不同，主要取決于細胞膜上的哪些結構？B(填寫標號)。(5)細胞膜的外側是M(M、N)側，推斷的依據(jù)是M側有多糖與蛋白質結合形成的糖蛋白，糖蛋白位于細胞膜外側。(6)細胞膜的這種結構模型被稱為流淌鑲嵌模型。解析：該題主要考查了細胞膜亞顯微結構的識別及流淌鑲嵌模型