3.1细胞膜的结构和功能高一生物学案（人教版2019必修1分子与细胞）原卷版

3.1细胞膜的结构和功能学习目标学习目标1.通过体验卵黄膜及资料分析，概述细胞膜作为系统边界的功能。2.通过“细胞膜结构模型”的建构和分析，能基于事实和证据进行推理、论证，加深对“模型与建模”的理解，感悟科学在质疑与创新中不断发展。3.通过“脂质体药物模型”的构建和分析，体会科学知识与解决实问题之间的密切联系，增强社会责任感。学习重难点学习重难点重点：1.细胞膜的功能；2.流动镶嵌模型的主要内容。难点：1.细胞膜的结构与其组成成分的内在联系；2.对细胞膜结构的探索过程。预习新知预习新知（一）细胞膜的功能1.将细胞与_________分隔开：保障了细胞内部环境的__________。2.__________进出细胞：（1）________的物质可以从外界进入细胞；___________的物质不容易进入细胞。（2）抗体、激素等物质在_________合成后，分泌到细胞外，细胞产生的_______也要排到细胞外；细胞内的________不会轻易流失到细胞外。（3）细胞膜的控制作用是__________的，环境中一些_________有可能进入；有些__________也能侵入细胞，使生物体惠病。3.进行细胞间的_________：多细胞生物体间的协调不仅依赖于__________，也有赖于__________。（1）内分泌腺分泌的激素通过________运输到全身各处，与_______细胞的细胞膜表面的_______结合，将信息传递给靶细胞。（2）相邻两个细胞的______________，信息从一个细胞传递到另一个细胞。如：_________和____________之间的识别和结合。（3）相邻两个细胞之间形成__________，携带的信息的___________通过通道进入另一个细胞。如：高等植物细胞通过__________相互连接。（二）对细胞膜结构的探索1.资料一：时间：19世纪末1895年人物：欧文顿（E.Overton）实验：用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现脂质更容易通过细胞膜。欧文顿的结论是。2.资料二：20世纪初科学家第一次将膜从_______________中分离出来。化学分析表明：膜的脂质有______________和__________。3.资料三：时间：1925年人物：荷兰科学家Gorter和Grendel实验：用丙酮从人的红细胞的细胞膜中提取脂质（磷脂），在空气—水界面上铺成单层分子，发现单分子层面积是细胞膜表面积的2倍。结论：______________________________________________________________。5.对细胞膜成分的研究发现,细胞膜主要是由_______和_______组成的。此外,还有少量的糖类。其中脂质约占细胞膜总质量的_______,蛋白质约占_______,糖类占_______。在组成细胞膜的脂质中,_______最丰富,此外还有少量的胆固醇。蛋白质在细胞膜行使功能方面起着重要的作用,因此功能越_______的细胞膜,蛋白质的种类与数量就越多。6.资料四：时间：二十世纪50年代，电子显微镜的诞生，1959年，科学家用它观察细胞膜人物：罗伯特森（J.D.Robertsen）实验：在电镜下看到细胞膜暗—亮—暗的三层结构，大胆提出生物膜的模型：所有的生物膜________。他把生物膜描述为结构。又称三明治结构。这一模型的直接证据来自电子显微镜的观察,但这一模型解释不了膜的许多生理功能。7.资料六：时间：1970年人物：LarryFrye等实验：将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布。提出假说：细胞膜具有________。8.资料七：时间：1972年人物：桑格和尼克森提出：细胞膜结构的_____模型。（三）流动镶嵌模型的基本内容1、化学组成：主要是分子和分子。2、模型结构名称：图中④地位：细胞膜的特点：磷脂分子可以名称：镶在磷脂双分子层的表面（如②）图中②⑤⑥位置部分或全部嵌入中（如）贯穿于整个磷脂双分子层（如）特点：大多数可以运动名称：，其中的⑦叫做（3）图中③糖被位于细胞膜表面，故侧是细胞膜外侧作用：与细胞识别、信息间的信息传递有关（4）图①中名称：易错提示易错提示一、(1)不同种类的细胞，细胞膜的组成成分及其含量不完全相同，如癌细胞表面的糖蛋白含量较少。(2)细胞在不同时期，细胞膜的组成成分及其含量也会发生变化。(3)各种细胞膜所含蛋白质与脂质的比例与细胞膜的功能有关，功能越复杂的细胞膜，蛋白质种类和数量越多，如肾小管上皮细胞与口腔上皮细胞相比，前者细胞膜中蛋白质的含量高。(4)各种蛋白质在膜上的分布是不对称的，不同的细胞膜，内外两侧蛋白质分布有差异。二、细胞膜的组成和结构的注意事项(1)组成的三个注意事项①细胞膜中的脂质并不全为磷脂，动物细胞膜中除了磷脂外还有胆固醇。②细胞膜外表面的糖类分子并不都与蛋白质分子结合形成糖蛋白，还可以与脂质结合形成糖脂。③糖蛋白只分布于细胞膜的外表面，与细胞识别作用有关。(2)细胞膜结构的三个注意事项①结构决定功能：细胞膜的流动性是选择透过性的基础，只有膜具有流动性，才能表现出选择透过性。②只有活细胞的细胞膜才具有选择透过性，死细胞的细胞膜不具有选择透过性。③影响细胞膜流动性的因素：温度、pH等。三、组成细胞膜的基本支架：是磷脂双分子层而不是蛋白质。四、各种膜所含蛋白质与脂质比例同膜的功能有关：功能越复杂的细胞膜，其蛋白质的种类和数量越多。五、不同种类的细胞，细胞膜的成分及含量不完全相同六、细胞膜的成分并不是不可变的：如细胞癌变的过程中，细胞膜的成分发生变化，糖蛋白含量下降。七、糖类主要与蛋白质和脂质结合形成糖蛋白和糖脂，都与细胞识别作用有关。深化探究深化探究探究一：细胞膜的功能活动一：问题探讨科学家用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞，却不能逸出细胞。说明细胞作为一个完整的系统，它是有的2、科研上鉴别死细胞和活细胞，常用“染色排除法”。例如，用台盼蓝染色，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色，从而判断细胞是否死亡。、你能解释“染色排除法”的原理吗？3、决定细胞膜功能的是什么？探究二：细胞膜的结构活动一：探索生物膜的结构讨论最初对细胞膜成分的认识，是通过对现像的推理分析，还是通过对膜成分的提取与检测？2根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气一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？3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4.如果将磷脂分子置于水一苯的混合客剂中，磷脂分子将会如何分布？探究三：流动镶嵌模型的内容1、绘制细胞膜的流动镶嵌模型图并注明各部分的名称流动镶嵌模型的特点是什么3、什么是糖被？有什么作用？探究四：科学方法：归纳法：提出假说1、怎么提出假说？2、什么样的假说会被肯定？3、本节中的各个科学家分别提出什么假说？最后都被接受了吗探究五．细胞膜的成分提取出来后，根据前面所学习的知识，可以用哪些方法来分析细胞膜的化学成分？提示：用双缩脲试剂检测细胞膜是否含有蛋白质；用斐林试剂检测细胞膜中是否含有还原糖；用苏丹Ⅲ检测细胞膜中是否含有脂肪。探究六．取两种不同的海绵动物细胞，使其分散成单个，然后掺在一起混合培养，发现只有同种的细胞才能融合，这一现象体现了细胞膜的什么功能？提示：进行细胞间的信息交流。探究七．温度影响细胞膜物质运输功能的原因是什么？提示：温度影响磷脂分子的运动；温度影响细胞膜上蛋白质的活性；温度影响细胞呼吸，从而影响细胞膜的物质运输功能。探究八．变形虫依靠伪足进行运动，这依赖细胞膜的什么特性？简要说明其在细胞生命活动中的作用。提示：依赖细胞膜的流动性。流动性具有重要的生理意义，与物质运输、细胞识别、细胞融合等有关。课后作业课后作业1．血管紧张素Ⅱ受体是一种膜蛋白。当血液中的血管紧张素Ⅱ与该受体结合时，可激活细胞内的第二信使Ca2+等，进而调节细胞的代谢活动，例如使血管壁平滑肌收缩，导致血压升高。这所体现的细胞膜的功能是（

）A．分隔细胞与环境 B．信息交流C．控制物质的进出 D．具有流动性2．如图为细胞膜流动镶嵌模型示意图，①~③表示物质，下列说法不正确的是（）

A．③与细胞表面的识别和细胞间信息传递有关B．①具有流动性，而②是固定不动的C．细胞膜的蛋白质有物质运输的功能D．细胞膜的元素组成主要有C、H、O、N、P3．下图是构成细胞的某些化合物的元素组成情况。对①、②、③所表示的物质及其生理功能的推测，错误的是（

）

A．①可能是叶绿素，与光合作用有关B．①、②、③必为同一类物质C．③可能是磷脂，是细胞膜的组成成分D．②可能是血红蛋白，有运输氧的作用4．用丙酮从鸡的红细胞中提取脂质，在空气水界面上铺成单分子层，测得单分子层面积为S1，设细胞膜表面积为S2，则S1与S2关系最恰当的是（）A．S1＝2S2 B．S1＞2S2C．S1＜2S2 D．S2＜S1＜2S25．细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。下列有关这一功能的理解，不正确的是（）A．细胞需要的物质可以进入细胞B．细胞不需要或对细胞有害的物质一般不能进入细胞C．细胞中的成分如核酸等一般不会流失到细胞外D．由于细胞膜的存在，致病的病毒、细菌等绝对不能进入细胞6．根据磷脂分子特性，将细胞膜上的磷脂提取后放入盛有水的容器中，图示能正确反映其分布的是（

）A． B． C． D．7．细胞膜在细胞的生命活动中具有重要作用。下列相关叙述正确的是（）A．细胞膜的选择透过性保证了对细胞有害的物质都不能进入细胞B．细胞膜上的受体是细胞间进行信息交流的必需结构C．一切细胞均具有以磷脂双分子层为骨架的细胞膜D．不同生物膜的膜蛋白种类和含量不同，但脂质的种类和含量相同8．如图为细胞膜的结构模型示意图，A、B表示细胞膜的两侧。下列有关说法错误的是（）A．细胞膜因具有图中1表示的基本支架而具有对称性B．动物细胞吸水时，图中1的厚度会变小C．图中A侧具有糖蛋白，是细胞膜的外侧D．细胞膜具有流动性与图中1、3都有关9．对细胞膜成分和结构的探索经历了漫长的过程，下列说法正确的是（

）A．丹尼利和戴维森发现，细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力，由此推测细胞膜可能还附有蛋白质B．欧文顿发现溶于脂质的物质容易穿过细胞膜，推测细胞膜上含有大量磷脂C．罗伯特森利用光学显微镜观察到的细胞膜暗一亮一暗三层结构是一种静态模型D．科学家用荧光标记物质标记了细胞膜上的磷脂分子，完成了人鼠细胞杂交实验10．下列有关细胞膜的叙述中，错误的是（

）A．动物细胞膜中不仅含有磷脂，还有少量的胆固醇B．功能越复杂的细胞膜，其蛋白质的种类和数量越多C．细胞膜能严格控制物质的进出，有毒有害物质和病毒细菌无法进入细胞D．多细胞生物细胞间物质和能量的交换以及信息交流大多与细胞膜的结构和功能有关11．春天，很多植物同时开花，花粉在空气中传播后，也很容易黏附到其他植物的柱头上，但这些花粉不能萌发，而落到同种植物柱头上的花粉可以萌发。这依赖于（

）A．细胞分泌物的信息传递B．花粉与柱头细胞间的胞间连丝C．花粉与柱头细胞中核酸的一致性D．花粉和柱头细胞的细胞膜之间信号分子与受体的识别12．实验员让哺乳动物成熟红细胞在清水中吸水涨破得到“血影”，下列对“血影”的描述，错误的是（

）A．“血影”由纤维素和果胶组成B．“血影”主要由脂质和蛋白质组成C．“血影”中有磷脂双分子层作基本支架D．“血影”可使细胞成为一个相对独立的系统13．如图为不同温度下胆固醇对人工膜（人工合成的脂双层膜）微粘度影响的曲线，膜的微粘度与膜的流动性呈负相关。据图分析，下列关于胆固醇对膜流动性的作用的分析，正确的是（）

A．在温度较高时，胆固醇可以降低膜的流动性B．在温度较低时，胆固醇可以降低膜的流动性C．胆固醇的存在会使膜的流动性偏向不稳定D．高浓度的胆固醇能使膜的流动性保持稳定14．下列有关质膜的流动镶嵌模型的叙述，正确的是（）A．质膜基本支架内部是磷脂的亲水端，水溶性分子或离子能自由通过B．质膜中的磷脂分子可以侧向自由移动，蛋白质可以正向自由运动C．质膜中糖被的分布是不对称的，糖被可参与细胞间的识别、信息传递D．水稻质膜上的胆固醇镶嵌或贯穿膜中有利于增强膜的流动性15．细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜。下列关于细胞膜的认知，正确的是（

）A．鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液染色，利用的是细胞膜具有控制物质进出细胞的功能B．罗伯特森通过观察电镜下细胞膜的结构，提出细胞膜都是由脂质—蛋白质—脂质三层结构构成C．构成细胞膜的磷脂分子具有流动性，而蛋白质分子大多是固定不动的D．细胞间进行信息交流通常与分布于细胞膜两侧的糖被密切相关16．结合案例分析细胞膜的功能：(1)在原始海洋中，生命起源过程中至关重要的阶段是膜的出现。这一提法的重要依据是什么？(2)生长在水底淤泥中的莲藕“出淤泥而不染”，它能从水和淤泥中吸收所需的营养物质，并排出代谢废物，而莲藕不需要的物质却不会轻易进入莲藕细胞。这一事例说明细胞膜具有什么功能？具体体现是什么？细胞膜的这种作用是绝对的吗？(3)最新研究发现，内皮素在皮肤中分布不均是产生色斑的主要原因。内皮素拮抗剂可以进入皮肤并和细胞膜上的黑色素受体结合，使内皮素失去作用。该研究说明细胞膜具有的功能。17．下图表示细胞膜的结构模型示意图，请据图回答：

(1)构成细胞膜基本骨架的结构是[

]。(2)吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了细胞膜具有的特点。(3)不同细胞的细胞膜的生理功能不同，主要取决于膜蛋白的和不同。(4)细胞膜的外侧是（选填“M”或“N”），判断依据是。该种细胞膜的结构模型被称为。(5)提取细胞膜的理想材料是哺乳动物（人）成熟红细胞，原因是。18．通过有关方法，测得多种生物膜的化学成分如下表所示。请分析表中数据并回答问题：膜的类别物质种类蛋白质/%脂质/%(主要是磷脂)糖类/%变形虫细胞膜54424小鼠肝细胞膜44524线粒体外膜5248含量很少线粒体内膜7624含量很少菠菜叶绿体类囊体膜7030含量很少从表中可以看出，各种生物膜在组成成分的种类和含量上有什么特点？19．阅读下列材料，并完成下列问题。材料11895年，欧文顿发现：凡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。(1)欧文顿根据实验结果得出了“”的推论。(2)如何进一步研究确定细胞膜的脂质成分的类型？材料21953年，丹尼利和戴维森研究细胞膜表面张力，发现细胞膜表面张力明显低于油—水界面的表面张力。由于人们发现油脂滴表面如果吸附蛋白质成分，则表面张力会降低。(3)推测：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有。材料3科学家陆续测定了不同细胞的生物膜的化学组成如下表：生物膜蛋白质/%脂类/%糖类/%人的CNS髓鞘2079少人的红细胞膜49438大鼠的肝细胞核膜59352.9内质网膜6733少线粒体外膜5248少线粒体内膜7624少(4)请概述细胞膜的组成成分？材料41917年，科学家朗缪尔把溶有膜脂的挥发性溶剂倾倒在水面上，溶剂挥发掉，而脂类分子可在水面上铺开成一层，并且测出脂分子的极性一端被吸附在水分子上，而非极性一端直立在水面上（如图）。(5)朗缪尔实验说明组成细胞膜的脂质有何特点？(6)细胞内外均为水环境，磷脂分子应如何分布？材料51925年，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，测得磷脂单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。(7)推论：细胞膜中的磷脂分子排列为。材料61959年，罗伯特森利用电子显微镜拍摄到了细胞膜的图像为暗—亮—暗的三层结构，测定细胞膜的厚度为7～8nm，恰好是单层磷脂膜厚度的两倍，而按照“三明治”模型，加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20nm。材料7物理科学家在低温下将细胞膜切开，升