【高中化学】细胞膜的结构和功能 2023-2024学年高一生物上学期（人教版2019必修1）

第3章细胞的基本结构必修一分子与细胞我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更为精巧。——引自翟中和院士等主编的《细胞生物学》细胞膜的结构和功能第3章第1节目录

一、新课导入二、任务探究

三、课堂小结

四、课堂练习

1.从系统与环境关系的角度，简述细胞膜作为系统的边界所具有的功能。2.分析细胞膜组成成分与结构的关系，说明细胞膜结构的物质基础，概述流动镶嵌模型的主要内容。3.学习细胞膜成分与结构的探索历程，认同科学理论的形成是一个科学精神、科学思维和技术手段结合下不断修正与完善的过程。学习目标用台盼蓝染液染色后的死细胞和活细胞（放大200倍）鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。讨论：1、为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？2、据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？问题探讨新课导入用台盼蓝染液染色后的死细胞和活细胞（放大200倍）鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。讨论：1、为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？问题探讨新课导入活细胞的细胞膜具有选择透过性，染料台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜，因此活细胞不被染色。死细胞的细胞膜失去控制物质出入细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。用台盼蓝染液染色后的死细胞和活细胞（放大200倍）鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。讨论：2、据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？问题探讨新课导入细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能。一、细胞膜的功能【任务一】阅读课本P40-41，勾画重点内容，并思考讨论以下问题：1.细胞膜的功能是什么？2.细胞膜对于物质进出细胞有什么特点？3.细胞膜对物质进出的控制作用是绝对的吗？任务探究原始地球环境产生了原始的细胞膜的出现是生命起源过程中至关重要阶段（保障细胞内部环境的相对稳定）1.将细胞与外界环境分隔开营养物质代谢废物分泌物（抗体、激素等）病菌、病毒控制的相对性2.细胞膜能控制物质进出细胞选择透过性一、细胞膜的功能【任务一】阅读课本P40-41，勾画重点内容，并思考讨论以下问题：1.细胞膜的功能是什么？2.细胞膜对于物质进出细胞有什么特点？3.细胞膜对物质进出的控制作用是绝对的吗？内分泌细胞激素受体靶细胞血液间接交流分泌细胞激素靶细胞3.进行细胞之间的交流一、细胞膜的功能【任务一】阅读课本P40-41，勾画重点内容，并思考讨论以下问题：1.细胞膜的功能是什么？2.细胞膜对于物质进出细胞有什么特点？3.细胞膜对物质进出的控制作用是绝对的吗？内分泌细胞靶细胞激素血管靶细胞发出信号的细胞靶细胞与膜结合的信号分子高等植物细胞之间通过胞间连丝进行信息交流分泌细胞（分泌激素）通过体液与靶细胞之间的联系精子和卵细胞之间直接识别胞间连丝脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？3.进行细胞之间的交流一、细胞膜的功能【任务一】阅读课本P40-41，勾画重点内容，并思考讨论以下问题：1.细胞膜的功能是什么？2.细胞膜对于物质进出细胞有什么特点？3.细胞膜对物质进出的控制作用是绝对的吗？二、细胞膜结构的探索【任务二】1.阅读课本P42，勾画各实验结论，并思考讨论以下问题。最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取和检测？根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气-水界面上铺展成单分子层？科学家是如何推导出“脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层”这一结论的？磷脂分子在水中能自发地形成双分子层，你如何解释这一现象？由此，你能否就细胞膜是由磷脂双分子层构成的原因作出分析？如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂分子将如何分布？1895年E.OvertonE.Overton用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，推测膜是由脂质组成的。科学家利用哺乳动物成熟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，得知组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇。

1925年荷兰科学家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，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。

1935年丹尼利和戴维森推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。亲水端疏水端二、细胞膜结构的探索【任务二】1.阅读课本P42，勾画各实验结论，并思考讨论以下问题。二、细胞膜结构的探索最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取和检测？最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析得出的。二.根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气-水界面上铺展成单分子层？科学家是如何推导出“脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层”这一结论的？因为磷脂分子的“头部”亲水，尾部疏水，所以在水-空气的界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，“尾部”则朝向空气的一面。科学家因测得从红细胞中提取的脂质，铺成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。【任务二】1.阅读课本P42，勾画各实验结论，并思考讨论以下问题。二、细胞膜结构的探索三.磷脂分子在水中能自发地形成双分子层，你如何解释这一现象？由此，你能否就细胞膜是由磷脂双分子层构成的原因作出分析？由于磷脂分子有亲水的“头部”和疏水的“尾部”，在水溶液中，朝向水的是“头部”，“尾部”受水的排斥。当磷脂分子的内外两侧均是水环境时，磷脂分子的“尾部”相对排列在内侧，“头部”则分别朝向两侧水的环境，形成磷脂双分子层。细胞的内外环境都是水溶液，所以细胞膜磷脂分子的“头部”向着膜的内外两侧而“尾部”相对排在内侧，形成磷脂双分子层。四.如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂分子将如何分布？如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂的“头部”将与水接触，“尾部”与苯接触，磷脂分子分布成单层。【任务二】2.阅读课本P43第一段，总结细胞膜的成分有哪些？二、细胞膜结构的探索细胞膜主要由脂质和蛋白质组成的，此外还有少量的糖类。脂质（磷脂最丰富）大约占50%蛋白质大约占40%糖类大约占2%—10%

1959年罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗三层结构提出生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”构成的三层静态统一结构。电子显微镜用电子束照射被检样品。由于电子与不同物质发生碰撞而产生不同散射度。由于蛋白质电子密度高所以显暗带，磷脂分子则电子密度低呈亮带。【任务二】3.阅读课本P43第2-4段及图3-3和图3-4，总结细胞膜结构的探索历程。二、细胞膜结构的探索1970年荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验绿色荧光染料标记的膜蛋白红色荧光染料标记的膜蛋白细胞融合人细胞正在融合的细胞融合细胞37℃40min小鼠细胞【任务二】3.阅读课本P43第2-4段及图3-3和图3-4，总结细胞膜结构的探索历程。二、细胞膜结构的探索膜蛋白可以运动、细胞膜具有流动性。【任务三】阅读课本P44-45的流动镶嵌模型的基本内容，勾画重点内容，找到流动镶嵌模型的主要内容，同时思考细胞膜的结构特点。三、流动镶嵌模型流动镶嵌模型的基本内容

1972年S.J.Singer&G.Nicolson提出的流动镶嵌模型并被大多数人接受。

生物膜的组成：细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的。磷脂双分子层是膜的基本支架（亲水头部朝外，疏水尾部朝内），蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中。蛋白质分子有的镶嵌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，有的贯穿于整个磷脂双分子层。膜的结构特点：具有流动性（磷脂和大部分的蛋白质分子都是可以运动的）糖蛋白和糖脂，糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系。【任务三】阅读课本P44-45的流动镶嵌模型的基本内容，勾画重点内容，找到流动镶嵌模型的主要内容，同时思考细胞膜的结构特点。三、流动镶嵌模型不同种类的细胞，细胞膜的成分及其含量不完全相同，如动物细胞膜中含有一定量的胆固醇，而植物细胞膜中则没有，这与细胞的功能有关细胞膜的组分并不是不可变的，如在细胞癌变过程中，糖蛋白含量下降糖类可分别与蛋白质、脂质结合形成糖蛋白、糖脂，糖蛋白有识别作用功能越复杂的细胞膜，其蛋白质的种类和数量越多成分特点三、流动镶嵌模型磷脂双分子层磷脂分子+蛋白质分子+糖类流动性糖蛋白选择透过性信息交流（细胞识别）边界作用控制物质进出组成镶嵌、横跨分布部分物质基础组成可流动导致保证体现跨膜运输正常进行结构决定功能课堂小结课堂练习1.(2023·浙江省·期末考试)磷脂分子在水中可形成双层结构，是构成生物膜的基本骨架。下列叙述错误的是（）A.所有细胞均含有磷脂B.磷脂既有水溶性部分又有脂溶性部分C.磷脂和油脂均为脂质，都可被苏丹Ⅲ染成橙黄色D.细胞溶胶中的氧气进入线粒体，需要通过2层磷脂双分子层【解析】【分析】细胞膜的主要组成成分是蛋白质和脂质，其次还有少量糖类；脂质中主要是磷脂，磷脂双分子层构成膜的基本骨架。【详解】A、所有细胞都有细胞膜，细胞膜主要成分是磷脂和蛋白质，因此所有细胞均含有磷脂，A正确；B、磷脂分子由一分子甘油、两分子脂肪酸、一分子磷酸基团和一分子胆碱组成，包括亲水的头部和疏水的尾部，B正确；C、磷脂和油脂均为脂质，但油脂被苏丹Ⅲ染成橙黄色，磷脂不能，C错误；D、线粒体是双层膜，细胞溶胶中的氧气进入线粒体，需要通过2层膜结构，膜结构的基本骨架是磷脂双分子层，D正确。课堂练习2.(2023·陕西省·期末考试)图甲为细胞膜的亚显微结构模式图，图乙为磷脂分子结构模式图。下列有关描述正确的是（）

A.图乙分子可识别“自己”和“非己”的成分B.将图乙平展在水面上，b部分与水面接触C.图甲中的③是细胞膜的基本支架，具有屏障作用D.图甲中的③可作为气味分子的受体完成信息的传递课堂练习【解析】【分析】本题考查细胞膜的物质组成和结构及功能，意在考查用文字、图等多种表达形式准确地描述生物学方面的内容，及综合运用知识的能力。【解答】A.图乙为磷脂分子，不具有识别“自己”和“非己”的成分的功能，A错误；B.图乙中的a为磷脂分子亲水的头部、b为磷脂分子疏水的尾部，将磷脂分子平展在水面上，磷脂分子亲水的头部与水面接触，B错误；C.由图可知，①是多糖、②是蛋白质、③是磷脂双分子层，③是细胞膜的基本骨架，具有屏障作用，C正确；D.①②组成的糖蛋白可作为气味分子的受体并完成信息的传递，D错误。课堂练习3.(2023·山东省·单元测试)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，下列关于生物膜结构探索历程的说法，正确的是（）A.罗伯特森在电镜下看到了质膜（细胞膜）清晰的亮-暗-亮三层结构B.科学家用荧光染料标记磷脂的实验表明质膜（细胞膜）具有流动性C.桑格和尼克森认为组成生物膜的蛋白质分子都是可以运动的D.质膜（细胞膜）由两层磷脂分子组成，外表面的糖蛋白具有识别作用课堂练习【解析】【分析】本题考查生物膜结构探索历程，意在考查学生的识记和理解能力。难度适中。【解答】A.1959年，罗伯特森根据电镜下看到的细胞膜清晰的暗-亮-暗三层结构，A错误；B.科学家用荧光染料标记蛋白质的实验表明质膜（细胞膜）具有流动性，B错误；C.桑格和尼克森认为组成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以动运动的，C错误；D.质膜（细胞膜）由两层磷脂分子组成基本骨架，外表面的糖蛋白具有识别作用，D正确。课堂练习4.(2023·全国·专项测试)科学家经过研究提出了生物膜的流动镶嵌模型。请分析回答下列问题：（1）在流动镶嵌模型中，构成生物膜基本支架的是________，由于________的分布使生物膜的结构表现出不对称性。（2）用荧光抗体标记的人—鼠细胞融合的实验过程及结果如下图所示。此实验结果直接证明了细胞膜中的________，由此能较好地解释细胞膜结构的________性。（3）通过其他方法测得多种细胞膜的化学成分