高中生物2023年高考生物一轮复习（新人教新高考） 第2单元 第1课时　细胞膜的结构和功能

第1课时细胞膜的结构和功能课标要求概述细胞都由细胞膜包裹，细胞膜将细胞与其生活环境分开，能控制物质进出，并参与细胞间的信息交流。1．细胞膜的功能2．细胞膜的成分(1)细胞膜成分的探索科学家实验方法或现象实验结论欧文顿溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜；不溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜推测细胞膜是由脂质组成的－利用哺乳动物的红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜，进行化学分析组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多戈特和格伦德尔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，测得单层分子的面积为红细胞表面积的2倍推断细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层丹尼利和戴维森细胞的表面张力明显低于油－水界面的表面张力推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质思维发散不同动物的红细胞比较(2)细胞膜成分组成源于必修1P42：磷脂是一种由甘油、脂肪酸、磷酸等组成的分子，磷酸“头部”是亲水的，两个脂肪酸一端为疏水的“尾”部。3．细胞膜的结构(1)对细胞膜结构的探索(连线)源于必修1P44“科学方法”：细胞膜结构模型的探索过程，反映了科学方法——提出假说的作用。科学家首先根据已有的知识和信息提出解释某一生物学问题的一种假说，再用进一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充。(2)流动镶嵌模型示意图①源于必修1P45“正文小字部分”：细胞膜外表面与蛋白质或脂质结合的糖类分子叫作糖被，其与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有关。②源于必修1P45“旁栏思考”：虽然细胞膜内部分是疏水的，水分子仍能跨膜运输的原因：一是水分子极小，可以通过由于磷脂分子运动而产生的间隙；二是细胞膜上存在水通道蛋白，水分子可以通过通道蛋白通过细胞膜。③源于必修1P46“练习与应用·拓展应用”：由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中，能在水中结晶的药物被包在双分子层中，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。由于脂质体是磷脂双分子层构成的，到达细胞后可能会与细胞的细胞膜发生融合，也可能会以胞吞的方式进入细胞，从而使药物在细胞内发挥作用。(3)细胞膜的结构和功能特点4．植物细胞的细胞壁(不是植物细胞“系统的边界”)提醒不同生物细胞壁的主要成分不同，植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖，而真菌细胞壁的主要成分是几丁质。溶菌酶可以水解肽聚糖而不能水解几丁质，所以溶菌酶能杀死细菌，却对真菌基本没作用。考向一细胞膜的成分、结构和功能1．人肺上皮细胞的细胞膜上有与新冠病毒结合的蛋白受体。研究人员将此细胞膜套在纳米粒子(一种可降解的高分子有机物)外，研制出一种可以“吸走”新冠病毒的细胞纳米海绵。实验显示新冠病毒无法区分细胞纳米海绵和人肺上皮细胞。这一结果体现细胞膜具有()A．流动性 B．选择透过性C．屏障作用 D．信息交流作用答案D2．膜蛋白是细胞膜的重要组成部分，下图所示为膜上各种蛋白及其功能。下列相关叙述不正确的是()A．跨膜蛋白的疏水区和亲水区分别位于磷脂双分子层内部和两侧B．转运蛋白协助各种物质进出细胞，此过程均需消耗能量C．膜蛋白的种类和含量决定了细胞膜功能的复杂程度D．受体能结合某些激素分子实现细胞间的信息交流答案B解析协助扩散也需要转运蛋白的协助，不需要消耗能量，B错误。归纳总结常考的“膜蛋白”3．近年来，科研人员对多种细胞膜结构进行了系统深入研究，统一了多种模型观点，阐明细胞膜的多种特征，如磷脂双分子层结构、流动镶嵌性、内外膜非对称性、不同功能细胞膜的差异性等。下图为科研人员提出的哺乳动物组织的细胞膜模型，研究发现，哺乳动物有核组织细胞膜外多了一层致密的蛋白层，而细胞膜内侧相对粗糙，下列相关叙述不正确的是()A．图中③为该模型的基本支架，具有一定的流动性B．图中a侧为细胞膜的外侧，该侧还应该含有糖类分子C．图中①为通道蛋白，是部分离子和小分子物质自由进出细胞的通道D．哺乳动物有核组织的细胞膜与红细胞膜在结构上可能存在差异答案C解析细胞膜具有选择透过性，离子和小分子物质不能自由进出细胞，C错误。考向二细胞膜的结构特点和功能特性4．光脱色恢复技术是细胞学上研究膜蛋白或膜的特性的基本实验技术之一。用荧光素标记细胞膜蛋白或膜脂，然后用激光束照射细胞表面某一区域，使被照射区的荧光淬灭变暗形成一个漂白斑。一段时间后，淬灭区域的亮度逐渐增加，最后恢复到与周围的荧光强度相等。下列相关说法错误的是()A．该技术与荧光标记的人－鼠细胞融合实验都能证明细胞膜具有流动性B．根据荧光恢复的速度可以推算出细胞膜蛋白扩散速度，且改变温度，不会影响实验结果C．若用药物抑制细胞能量转换而对荧光恢复速度没有影响，则说明细胞膜蛋白的运动不需要细胞代谢提供能量D．若用荧光抗体标记特异的细胞膜蛋白，则有的漂白斑可以恢复亮度，有的不能答案B5．下图为细胞膜上承担物质运输的两类蛋白质及其功能示意图。两类蛋白质结构或功能的不同是()A．氨基酸种类、数目、排列顺序B．结构贯穿细胞膜内外C．进行离子的跨膜运输D．具有选择透过性答案A解析从题图中得出，二者均为贯穿膜内外的蛋白，B不符合题意；钠钾泵运输钠、钾离子，钾通道运输钾离子，均可进行离子跨膜运输，C不符合题意；二者均只能运输特定离子，体现了选择透过性，D不符合题意。

重温高考真题演练1．(2021·浙江6月选考，4改编)细胞膜的流动镶嵌模型如图所示。下列叙述正确的是()A．磷脂和糖脂分子形成的磷脂双分子层是完全对称的B．胆固醇镶嵌或贯穿在膜中利于增强膜的流动性C．物质进出细胞方式中的被动运输过程与膜蛋白无关D．有些膜蛋白能识别并接受来自细胞内外的化学信号答案D解析磷脂双分子层不包括膜蛋白，是在有水的环境中自发形成的，由磷脂分子的物理性质和化学性质决定的，但具有识别作用的糖脂分子只分布在细胞膜的外侧，故磷脂双分子层是不完全对称的，A错误；磷脂的尾部与胆固醇一起存在于磷脂双分子层的内部，而非镶嵌或贯穿在膜中，且由于胆固醇是“刚性的”，会限制膜的流动性，B错误；物质进出细胞方式中的被动运输包括自由扩散和协助扩散，其中协助扩散需要转运蛋白，即与膜蛋白有关，C错误。2．(2018·天津，3)生物膜上不同类型的蛋白质行使不同的功能。下表中依据膜蛋白功能，对其类型判断错误的是()选项膜蛋白的位置、功能膜蛋白的类型A位于突触后膜，识别并结合神经递质受体B位于靶细胞膜，识别并结合激素载体C位于类囊体薄膜，催化ATP合成酶D位于癌细胞膜，引起特异性免疫抗原答案B解析膜蛋白的功能多种多样，位于突触后膜上的受体可识别并结合神经递质；位于靶细胞膜上的受体可以识别并结合激素；位于类囊体薄膜上的酶可以催化ATP的合成；位于癌细胞膜上的抗原可以引发机体产生特异性免疫。3．(2016·全国Ⅲ，1)下列有关细胞膜的叙述，正确的是()A．细胞膜两侧的离子浓度差是通过自由扩散实现的B．细胞膜与线粒体膜、核膜中所含蛋白质的功能相同C．分泌蛋白分泌到细胞外的过程存在膜脂的流动现象D．膜中的磷脂分子是由胆固醇、脂肪酸和磷酸组成的答案C解析主动运输可以使离子从低浓度一侧向高浓度一侧运输，以保证活细胞能够按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，所以细胞膜两侧的离子浓度差是通过主动运输实现的，A项错误；细胞膜与线粒体膜、核膜中所含蛋白质的功能不完全相同，例如细胞膜上有糖蛋白，线粒体膜上有与有氧呼吸有关的酶等，B项错误；膜中的磷脂分子是由甘油、脂肪酸和磷酸等组成的，胆固醇属于固醇类物质，固醇与磷脂都属于脂质，D项错误。4．(2021·辽宁，18改编)肝癌细胞中的M2型丙酮酸激酶(PKM2)可通过微囊泡的形式分泌，如下图所示。微囊泡被单核细胞摄取后，PKM2进入单核细胞内既可催化细胞呼吸过程中丙酮酸的生成，又可诱导单核细胞分化成为巨噬细胞。巨噬细胞分泌的各种细胞因子进一步促进肝癌细胞的生长增殖和微囊泡的形成。下列有关叙述不正确的是()A．微囊泡的形成依赖于细胞膜的流动性B．单核细胞分化过程中进行了基因的选择性表达C．PKM2主要在单核细胞的线粒体基质中起催化作用D．细胞因子促进肝癌细胞产生微囊泡属于正反馈调节答案C解析微囊泡是细胞膜包裹PKM2形成的囊泡，该过程依赖于细胞膜的流动性，A正确；分化的实质为基因的选择性表达，B正确；PKM2可催化细胞呼吸过程中丙酮酸的生成，故主要在单核细胞的细胞质基质中起催化作用，C错误。一、易错辨析1．在细胞膜的控制下，对细胞有害的物质都不能进入细胞(×)2．生物膜的特定功能主要由膜蛋白决定(√)3．细胞膜的成分是恒定不变的(×)4．细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构(×)5．细胞膜上的大多数蛋白质是可以运动的(√)6．胰岛B细胞分泌胰岛素依赖于细胞膜的流动性(√)二、填空默写1．(必修1P40～41)细胞膜的功能：将细胞与外界环境分隔开；控制物质进出细胞；进行细胞间的信息交流。2．(必修1P43)细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外还有少量糖类；功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类与数量越多。3．(必修1P45)细胞膜的结构特点是具有流动性，主要表现为构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动。4．(必修1P45)糖被：细胞膜的外表面与蛋白质或脂质结合的糖类分子，其与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系。课时精练一、选择题1．下图是细胞膜部分功能模式图。据图分析，下列说法错误的是()A．功能①保障细胞内部环境的相对稳定且在生命起源过程中具有关键作用B．功能②表示进入细胞的物质对细胞有利，而且细胞膜对物质进出细胞的控制是绝对的C．激素调控生命活动有一部分可用功能③表示，如胰高血糖素D．相邻的植物细胞可通过功能④进行信息交流答案B解析功能②表示细胞膜控制物质进出细胞，一般是吸收有利物质，但有些有害物质也能进出细胞，说明控制物质进出细胞是相对的，B错误。2．下列关于细胞膜结构和功能的叙述，不正确的是()A．哺乳动物成熟的红细胞是制备细胞膜的良好材料B．功能越复杂的细胞膜，其上蛋白质的种类和数量越多C．细胞膜的功能之一是作为系统的边界，维持细胞内部环境的稳定D．科研上鉴别死细胞和活细胞常用台盼蓝染色法，活的动物细胞会被染成蓝色答案D解析活细胞的细胞膜具有选择透过性，台盼蓝不能进入活细胞中，而死亡细胞没有选择透过性，台盼蓝能进入死细胞中，因此用台盼蓝染色，活细胞不会被染色，死细胞会被染成蓝色，D错误。3．(2022·山东青岛市检测)外泌体是机体内大多数细胞能够分泌的一种微小膜泡，具有脂质双层膜，广泛分布于体液中，可通过其携带的蛋白质、核酸、脂类等物质调节靶细胞的代谢活动，形成了一种全新的细胞间信息传递系统。下列分析错误的是()A．外泌体膜蛋白与靶细胞膜蛋白结合，是完成细胞间信息传递的前提B．外泌体膜可与靶细胞膜直接融合，释放其所含的蛋白质、核酸、脂类等物质C．外泌体的功能取决于来源的细胞类型，分泌量在一定程度上反映出细胞的生理状况D．来源于肿瘤细胞的外泌体，能通过信息传递抑制肿瘤细胞的迁移与生长答案D解析来源于肿瘤细胞的外泌体，会调节靶细胞的代谢活动，不能抑制肿瘤细胞的迁移与生长，D错误。4．研究发现，衰老细胞的细胞膜中磷脂分子的脂肪酸尾被“冻结”，完全不能自由移动，使埋藏于其中的蛋白质也不能运动。据此分析，下列叙述错误的是()A．磷脂分子的流动性能影响膜蛋白的功能B．衰老细胞细胞膜的物质运输功能下降C．衰老细胞细胞膜的信息交流功能不受影响D．在机械刺激或压迫下，衰老细胞的细胞膜易破裂答案C5．下列有关细胞膜结构或功能的分析，正确的是()A．膜中多糖水解产物能与斐林试剂生成砖红色沉淀，说明膜中多糖的单体是葡萄糖B．在生物体的不同细胞中，细胞膜功能的多样性决定了细胞膜结构的多样性C．由于细胞膜对Na＋具有选择透过性，所以细胞膜上帮助Na＋跨膜的蛋白质只有一种D．膜的选择透过性既与其中磷脂分子对水的亲疏有关，又与蛋白质的种类和结构有关答案D解析膜中多糖水解产物能与斐林试剂生成砖红色沉淀，说明膜中多糖的水解产物是还原糖，但不能说明其单体是葡萄糖，A错误；在生物体的不同细胞中，细胞膜中蛋白质的种类和数目多种多样决定了细胞膜功能的多样，B错误；细胞膜上帮助Na＋跨膜的蛋白质可能是载体蛋白，也可能是通道蛋白，C错误。6．膜蛋白是一类结构独特的蛋白质，它镶嵌于膜脂的特性使这一蛋白处于细胞与外界的交界部位，是细胞膜执行各种功能的物质基础。下图为细胞膜上3种膜蛋白与磷脂双分子层之间的直接相互作用模式。下列相关叙述，错误的是()A．蛋白A和B的跨膜区段的氨基酸很可能具有较强的亲水性B．如膜蛋白A具有信息传递功能，则该蛋白可能是促性腺激素的受体C．如蛋白B具有运输功能，其运输物质的过程中可能消耗ATPD．如蛋白C具有催化功能，其活性的高低受温度、pH等因素的影响答案A解析磷脂双分子层内部是疏水性的，所以A与B两种蛋白的跨膜区段的氨基酸可能具有较强的疏水性，A错误。7．(2022·长治市高三质检)科学家设计的仅1纳米宽的分子转子，与特定的靶细胞结合后，该转子可由紫外光驱动，能以每秒200～300万的转速进行旋转，从而在单个细胞的膜上钻孔。下列分析不合理的是()A．通过分子转子，有望将治疗试剂运送到癌细胞诱导其凋亡B．分子转子通过改变细胞膜分子的排列而完成钻孔C．能否成为分子转子的靶细胞，很可能与细胞表面的糖蛋白有关D．通过分子转子得到的细胞膜上的钻孔功能与通道蛋白完全相同答案D8．下图所示脂质体是一种人工膜，主要由磷脂组成，下列说法不正确的是()A．脂质体表面交联抗体是为利用其高度特异性B．脂质体的形成与磷脂头的亲水性和磷脂尾的疏水性有关C．a和b均为极性的水溶性药物D．利用脂质体转运药物利用了膜的流动性答案C9．生物膜是由脂类、蛋白质以及糖等组成的超分子体系，膜蛋白是生物膜功能的主要体现者，膜蛋白可分为外周膜蛋白和内在膜蛋白，内在膜蛋白部分或全部嵌入膜内，有的跨膜分布，如受体、载体、通道、离子泵、酶等，外周膜蛋白是指通过与膜脂的极性头部或内在膜蛋白的离子相互作用、形成氢键，与膜的内、外表面弱结合的膜蛋白。下列分析错误的是()A．内在膜蛋白分布在膜的内侧，与膜结合紧密；外周膜蛋白分布在膜外，结合弱B．膜蛋白是生物膜功能的主要体现者，其功能主要由内在膜蛋白体现C．为证明细胞膜具有流动性，1970年科学家用荧光标记法标记人和小鼠细胞表面的膜蛋白D．载体、通道、离子泵等膜蛋白的存在，是细胞膜具有选择透过性的重要原因答案A解析根据题干信息可知，内在膜蛋白并不是分布在膜的内侧，内在膜蛋白部分或全部嵌入膜内，有的跨膜分布，外周膜蛋白是指通过与膜脂的极性头部或内在膜蛋白的离子相互作用、形成氢键，与膜的内、外表面弱结合的膜蛋白，A错误；内在膜蛋白包含了受体、通道、酶等，与细胞膜的控制物质进出细胞、细胞间信息传递等功能有关，B正确；科学家用荧光标记的方法，证明细胞膜具有流动性，C正确。10．在流动镶嵌模型提出后，研究人员又提出了脂筏模型：脂筏是细胞膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域，其中的胆固醇就像胶水一样，对鞘磷脂亲和力很高，并特意吸收或排除某些蛋白质，形成一些特异蛋白聚集的区域，结构模型如下图所示，下列叙述不正确的是()A．细胞膜的基本支架是磷脂双分子层B．脂筏的存在不影响膜的流动性C．破坏胆固醇会导致脂筏结构解体D．脂筏可能与细胞间的信息传递有关答案B11．哺乳动物成熟红细胞没有细胞核和具膜的细胞器，是研究膜结构功能的常用材料。当成熟红细胞破裂时，仍然保持原本的基本形态和大小，这种结构称为红细胞影，其部分结构如图所示。下列有关叙述错误的是()A．构成红细胞膜的基本支架是磷脂双分子层B．红细胞膜上有多种蛋白质，其中B蛋白与多糖结合，与信息交流有关C．膜上G蛋白与跨膜运输有关，同时兼有催化功能D．大答案D解析红细胞通过主动运输排出Na＋吸收K＋，维持红细胞内高K＋低Na＋的离子浓度梯度，G蛋白的功能有两个，运输离子和催化ATP水解，C正确；当血浆中胆固醇浓度升高，会导致更多的胆固醇插入到红细胞膜上，使细胞膜流动性降低，变得刚硬易破，D错误。12．荧光漂白恢复技术在细胞生物学中具有重要的应用，包括三个步骤：绿色荧光染料与膜上的蛋白质结合，细胞膜上呈现一定强度的绿色；激光照射淬灭(漂白)膜上部分绿色荧光；检测淬灭部位荧光再现速率。实验过程如图甲，结果如图乙。下列说法不正确的是()A．该技术说明细胞膜具有流动性B．应用该技术可以测定膜上单个蛋白质的流动速率C．降低实验温度，漂白区域荧光强度恢复到F2的时间将延长D．理论分析，漂白区域恢复足够长的时间，荧光强度F2仍小于F1答案B解析淬灭部位荧光再现，是膜蛋白分子运动的综合表现，该技术不能测定膜上单个蛋白质的流动速率，B错误；激光照射淬灭(漂白)膜上部分绿色荧光，该部分荧光不可恢复，漂白区域恢复足够长的时间后，其荧光强度F2小于漂白前的荧光强度F1，D正确。二、非选择题13．(2022·青岛即墨区高三期中)细胞膜是富有弹性的半透性膜，膜厚8～10nm，结构功能复杂，是细胞生命系统的边界。请回答有关哺乳动物成熟红细胞膜的相关问题：(1)科学家用丙酮从成熟红细胞中提取所有磷脂并铺成单分子层，其面积正好为红细胞细胞膜面积的两倍。其原因是：①__________________________________________________________________________；②______________________________________________________________________。(2)科学家研究发现，红细胞膜的跨膜蛋白中，有一种与水的跨膜运输有关的水通道蛋白。从细胞膜的结构分析，由于____________________________________的原因，水分子自由扩散通过细胞膜时会受到一定的阻碍。现在研究确认，细胞膜上的水通道蛋白能帮助水分子从低渗溶液向高渗溶液方向跨膜运输，这种水分子跨膜运输的方式是_________________________________________________________________________________________________。(3)哺乳动物红细胞在低渗溶液中能迅速吸水涨破，有人推测这可能与水通道蛋白有关。请设计实验，验证这个推测是正确的。实验思路：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。预期实验结果：___________________________________________________________。答案(1)①哺乳动物成熟红细胞的膜结构只有细胞膜(或没有除细胞膜之外的其他膜结构)②细胞膜由双层磷脂分子构成(2)磷脂双分子层内部具有疏水性协助扩散(3)将同种哺乳动物成熟红细胞等分成甲、乙两组，破坏甲组红细胞膜中的蛋白质，乙组红细胞不做处理，然后将两组细胞同时置于蒸馏水中，测定两组细胞吸水破裂所需的时间乙组吸水破裂所需时间短，说明推测正确解析(2)水通道蛋白参与水分子的跨膜运输，且由水分子多向水分子少的方向运输，故属于协助扩散。(3)根据实验设计的单一变量原则和对照性原则分析，该实验的单一变量为是否有水通道蛋白发挥作用，因此实验必须设置两组，一组是不做处理的正常细胞作为对照组，另一组则需破坏水通道蛋白将其作为实验组，其他无关变量要保持相同且适宜。若推测正确，则在蒸馏水中有水通道蛋白的细胞吸水较快，细胞破裂所需时间短。14．小窝是细胞膜内陷形成的囊状结构(如图1)，与细胞的信息传递等相关。请据图分析回答下列问题：(1)小窝的主要成分是蛋白质