2024-2025学年新教材高中生物第3章细胞的基本结构第1节细胞膜的结构和功能学案新人教版必修1

PAGE18-第1节细胞膜的结构和功能学问点一细胞膜的功能[新知导学]细胞膜的功能(1)将细胞与外界环境分隔开。(2)限制物质进出细胞(3)进行细胞间的信息沟通1．生长在水底淤泥中的莲藕“出淤泥而不染”，它能从水和淤泥中汲取所需的养分物质，并排出代谢废物，而莲藕不须要的物质却不会轻易进入莲藕细胞。莲藕“出淤泥而不染”的事例说明细胞膜具有什么功能？这种功能的详细体现是什么？提示：限制物质进出细胞的功能。主要体现在对养分物质的汲取及有害废物的排出，防止病菌、病毒的侵入等方面。2．细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，同时还含有少量的糖蛋白(即蛋白质分子上连接有短的糖链)，这些糖蛋白是细胞之间相互识别的物质基础。细胞识别体现了细胞膜的什么功能？提示：进行细胞间信息沟通。[重难探究]细胞膜的功能分析1．将细胞与外界环境分隔开(1)对细胞的作用：保障了细胞内部环境的相对稳定。(2)对进化的意义：将生命物质与外界环境分隔开，产生了原始的细胞，并成为相对独立的系统。2．限制物质进出细胞(1)细胞膜选择性地限制物质进出细胞，从而保证细胞正常生命活动的进行。(2)细胞膜限制物质进出的作用具有相对性，如图：图中①②③体现了细胞膜限制物质进出的普遍性，④体现了其相对性。3．细胞间信息沟通的方式(1)一些细胞(如内分泌细胞)分泌一些物质(如激素)，通过血液的传递运输到作用部位的细胞(靶细胞)，被靶细胞的细胞膜表面的受体(成分为糖蛋白)识别，引起靶细胞的生理反应(图示如下)。(2)相邻两个细胞的细胞膜干脆接触，通过糖蛋白识别，将信息从一个细胞传递给另一个细胞(图示如下)。(3)高等植物细胞间的识别主要是通过胞间连丝来实现的(图示如下)。4．细胞膜功能图解细胞膜行使正常功能的前提条件是保持细胞活性，若细胞失去活性，细胞膜限制物质进出等众多功能将丢失。[典题演练]1．下列关于细胞膜的叙述正确的是(D)A．细胞膜在光学显微镜下清晰可见B．细胞膜将细胞与外界环境分隔开，确保细胞内部环境恒定不变C．细胞膜限制物质进出细胞，有害物质无法进入细胞D．细胞间的信息沟通，大多与细胞膜的结构和功能有关解析：细胞膜在光学显微镜下视察不到；细胞膜将细胞与外界环境分隔开，保持细胞内部环境的相对稳定；细胞膜限制物质进出细胞具有相对性，在肯定条件下，有害物质也可能进入细胞。2．下图表示细胞膜的功能模式图。据图分析，下列说法不正确的是(B)A．功能①在生命起源过程中具有重要作用B．功能②表示进入细胞的物质对细胞都有利C．胰岛素调控生命活动可用图中③表示D．相邻的植物细胞可通过功能④进行信息沟通解析：功能①表示细胞膜将细胞与外界环境分隔开，在生命起源过程中具有重要作用，将生命物质与外界环境分隔开，产生了原始的细胞，并成为相对独立的系统，A正确；功能②表示物质进出细胞，一般是汲取有利物质，但有些有害物质也能进入细胞，说明限制物质进出细胞是相对的，B错误；功能③表示进行细胞间的信息沟通，激素通过与靶细胞膜上相应物质识别来调控生命活动，C正确；相邻的植物细胞可通过功能④进行信息沟通，D正确。(1)细胞膜对物质的限制作用是相对的，一些对细胞有害的物质也可能进入细胞。(2)高等植物细胞间通过胞间连丝进行信息沟通，胞间连丝是一种相邻植物细胞间形成的通道。学问点二对细胞膜结构的探究历程[新知导学]1．早期经验2.1970年荧光标记细胞膜试验3．1972年辛格和尼科尔森在新的视察和试验证据的基础上，提出为大多数人所接受的流淌镶嵌模型。3．用两种颜色的荧光染料标记的小鼠细胞和人细胞融合试验是在37℃条件下进行的。融合后经40min，融合的细胞膜上两种颜色匀称分布。假如这个试验是在20℃条件下进行，请预料融合后细胞膜上两种颜色分布匀称所需时间的长短，并说明你的预料理由。提示：若在20℃条件下进行，两种颜色匀称分布所用的时间应长于40min，因为低温下分子的运动速度会减慢。4．为什么磷脂在空气—水界面上铺展成单分子层？科学家如何从这一现象推导出“脂质在细胞膜中必定排列为连续的两层”这一结论的？提示：磷脂是一种兼性分子，既有由磷酸构成的极性“头部”，具有亲水性；又有由两条脂肪酸长链构成的非极性“尾部”，具有疏水性。所以，在水—空气界面上磷脂分子是“头”部向下与水面接触，“尾”部朝向空气一面。科学家因测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，才得出“膜中的脂质在细胞膜中必定排列为连续的两层”的结论。[重难探究]流淌镶嵌模型与蛋白质一脂质一蛋白质三层结构模型的比较项目蛋白质—脂质—蛋白质三层结构模型(单位膜模型)流淌镶嵌模型图像不同点认为蛋白质匀称分布在脂双层的两侧认为蛋白质在膜中的分布是不匀称的认为生物膜是静止结构强调组成膜的分子是运动的相同点都认为组成细胞膜的主要物质是脂质和蛋白质[典题演练]3．下列关于生物膜结构的探究历程的说法，不正确的是(D)A．最初通过对现象的推理分析得出细胞膜是由脂质组成的B．三层结构模型认为生物膜为静态的结构C．流淌镶嵌模型认为构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动D．三层结构模型和流淌镶嵌模型都认为蛋白质分子在膜中的分布是不匀称的解析：三层结构模型认为生物膜是由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成的，认为蛋白质是匀称的、固定的。故选D。4．人、鼠细胞融合试验，是用带有不同荧光染料的抗体标记两种细胞的膜蛋白，一段时间后两种膜蛋白能在杂种细胞膜上匀称分布形成嵌合体。如图是相关试验记录，据此不能得到的结论是(D)A．当温度增加到15℃以上，膜质的流淌性发生变更B．该试验证明膜蛋白能够在膜上运动C．温度对膜蛋白的运动有影响D．图中数据说明融合时间越长形成的嵌合体越多解析：由图示可知，在低温时形成嵌合体的比例较小，温度相宜时比例较高；15℃以上时膜质的流淌性明显发生变更；融合比例与时间没有详细关系。学问点三细胞膜的流淌镶嵌模型[新知导学]1．化学组成：主要是磷脂分子和蛋白质。2．结构模型(1)图中①eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(名称：磷脂双分子层,作用：膜的基本支架,特点：具有流淌性))(2)图中②eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(名称：蛋白质分子,\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(三种,位置))\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a.镶在磷脂双分子层表面,b.部分或全部嵌入磷脂双分子层中,c.贯穿于整个磷脂双分子层)),特点：大多数蛋白质分子是可以运动的))(3)图中③eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(名称：糖蛋白，又叫糖被,位置：细胞膜的外表面,作用：爱护、润滑和细胞识别等))3．结构特点：具有肯定的流淌性。5．有人在试验时发觉：在肯定温度下，细胞中的脂质分子均垂直排列于膜表面；当温度上升到肯定程度时，细胞膜中的脂质分子有75%排列不整齐，细胞膜的厚度变小，表面积扩大，对离子和分子的通透性提高。据有关内容说明上述现象。提示：细胞膜具有肯定的流淌性，温度可影响膜的流淌性。6．如何推断膜的内侧和外侧？提示：依据糖蛋白的分布状况，有糖蛋白的一侧为膜的外侧，无则为膜内侧。[重难探究]教材重要图形分析——细胞膜的结构模型1．三种组成成分及功能(1)磷脂双分子层(a)：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(功能：构成膜的基本支架,结构：磷脂分子由磷酸、甘油、脂肪酸组成，磷酸“头部”,是亲水性的，脂肪酸“尾部”是疏水性的,排列方式：“尾”相对、“头”朝外，这符合细胞内外均为,有水环境的事实))(2)蛋白质分子(b)①功能：膜的功能性物质，蛋白质种类、数量越多，膜的功能越困难。②存在形式：镶嵌或贯穿于整个磷脂双分子层，大多数蛋白质分子也是可以运动的。(3)糖蛋白(c)：或具有爱护和润滑作用，或与细胞识别亲密相关。2．细胞膜的结构特性——流淌性(1)结构基础：图中的a磷脂分子和b蛋白质分子是可以运动的。(2)生理意义：保证了细胞的物质运输、信息沟通、分裂和融合等正常生命活动的进行。(3)表现：分泌蛋白的分泌、细胞膜厚度的变更、动物细胞吸水膨胀、失水皱缩、变形虫的运动等，都体现了细胞膜的流淌性。3．功能特性——选择透过性(1)结构基础：膜上具有载体蛋白。(2)生理意义：限制物质进出细胞。(3)缘由：某些离子和分子不能透过细胞膜的磷脂双分子层，与细胞膜上载体蛋白的专一性有关。4．结构特点和功能特性的关系细胞膜的流淌性是其选择透过性的基础。具有流淌性才能表现出选择透过性。例如，蛋白质分子充当载体，只有蛋白质分子运动了，才能运输物质。(1)可以通过细胞膜的选择透过性来推断细胞的死活，若大分子染料(健那绿除外)进入细胞则细胞已经死亡。(2)蛋白质的种类和数量的多少，反映了膜功能的困难程度。因为蛋白质是物质运输的载体或是信息沟通的受体，确定了细胞与外界进行物质交换和信息沟通。[典题演练]5．下图为细胞膜的流淌镶嵌模型示意图，有关叙述正确的是(D)A．细胞膜上的③多数是不行以运动的B．组成细胞膜的基本支架是②C．细胞膜的选择透过性与②的种类和数量有关D．细胞膜表面①的含量通常较其他生物膜多解析：由图可知①是糖被，②是磷脂分子，③是蛋白质，细胞膜上的蛋白质多数是可以运动的，故A错误；组成细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，而不是一层磷脂，故B错误；细胞膜的选择透过性与蛋白质的种类和数量有关，故C错误；细胞膜具有识别作用，其表面的糖蛋白的含量比其他生物膜的多些，故D正确。6．以下关于细胞膜的论述，不正确的是(C)A．磷脂分子排列成双分子层B．膜两侧物质分子排列不对称C．蛋白质分子只镶在磷脂双分子层表面D．组成膜的物质的运动使膜具有肯定的流淌性解析：蛋白质分子有的镶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；细胞膜的外侧有糖蛋白，物质分子排列不对称；组成膜的磷脂与蛋白质分子都能运动，使膜具有肯定的流淌性。

课题调研1：信息推断类题目——细胞膜的结构与功能[典范例题]科学家在进行细胞膜化学成分分析时，采纳哺乳动物或人的红细胞作为试验材料。将其特别处理使细胞裂开发生溶血现象，一些物质溶出，再将溶出细胞外的物质洗掉，即可得到纯净的细胞膜(又称血影)。有的科学家将“血影”中的脂质提取出来，使其在空气和水界面上铺展成单分子层，所形成的薄膜面积是原来细胞表面积的二倍。(1)如何处理红细胞才能使其发生溶血现象？________________。(2)红细胞溶血后，溶出细胞外的红色物质主要是____________。(3)“血影”中主要化学成分是____________。(4)脂质单分子层的面积是细胞表面积的二倍，这说明白________________________________________________________。[模板构建·思路导引]eq\a\vs4\al(关键信息)本题以文字为信息载体考查细胞膜的组成成分，其关键信息为提取出脂质铺成单层，其面积为细胞表面积的二倍。eq\a\vs4\al(分析推理)细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质，其脂质主要是磷脂，单层的磷脂面积是细胞表面积的二倍。eq\a\vs4\al(得出结论)细胞膜中的磷脂分子两层排布，即细胞膜由两层磷脂分子组成。[规范答案·警示失误](1)将红细胞浸泡在蒸馏水中(2)血红蛋白(3)脂质和蛋白质错答：蛋白质错因：没有细致审题，不清晰“血影”是什么物质，由题干信息可知，血影就是纯净的细胞膜。(4)细胞膜由两层脂质(磷脂)分子组成错答：细胞膜含有脂质错因：不能正确处理、分析题中相关信息，只留意到“脂质”，而忽视了“二倍”关系。课题调研2：有关细胞膜的组成成分的试验设计[典范例题]人们已经通过化学试验证明白细胞膜中含有磷脂分子。现在请你设计一个试验验证细胞膜中含有蛋白质成分。(1)试验课题：___________________________________________。(2)试验目的：体验用化学试剂检测细胞膜中蛋白质的方法和过程。(3)试验原理：___________________________________________。(4)试验材料：细胞膜样液、蒸馏水、干净试管、滴管、________试剂等。(5)试验步骤：第一步：取干净的试管两支，___________________。其次步：______________________________________________。第三步：向甲、乙两试管中各注入__________________________。(6)试验现象：甲试管中液体呈紫色；乙试管中液体无紫色变更。(7)试验结论：__________________________________________。[模板构建·思路导引]eq\a\vs4\al(审题)本题是试验验证题，因此课题为检测或验证其结果或现象。试验设计时应遵循比照原则，选取的试剂应是常用的和试验现象明显的。eq\a\vs4\al(找词)由试验现象“试管中紫色的有无”可知试剂为双缩脲试剂，试验的关键步骤是分别将含蛋白质的细胞膜和不含蛋白质的蒸馏水设置比照。eq\a\vs4\al(答案)分析验证性试验的设计思路，遵守的原则，试剂的应用，检测方法，从而确定细胞膜所含成分。[规范答案·警示失误](1)验证细胞膜中含有蛋白质成分(3)蛋白质遇双缩脲试剂呈现紫色反应(4)双缩脲错答：苏丹Ⅳ染液错因：没有理解此试验的目的是利用化学试剂检测蛋白质或对在检测各种物质所运用试剂理解记忆不清。(5)编号甲、乙向甲试管中滴加2mL的细胞膜样液，向乙试管中滴加2mL的蒸馏水双缩脲试剂A液1mL，振荡摇匀，再各滴加4滴双缩脲试剂B液，摇匀后，视察颜色变更错答：在各试验步骤中，不进行分组编号或试剂的用量不同。错因：忽视了试验设计应遵循比照原则，不理解试验组与比照组的作用。(7)细胞膜中含有蛋白质成分一、选择题1．任何系统都有边界，边界对系统的稳定至关重要。细胞作为一个基本的生命系统，它的边界是(B)A．细胞壁 B．细胞膜C．细胞核 D．细胞膜表面的蛋白质解析：细胞的边界是细胞膜；细胞壁对进出的物质没有选择性，不能作为边界。2．下列关于细胞膜的叙述，不正确的是(B)A．细胞膜主要由脂质和蛋白质组成B．不同功能的细胞，其细胞膜上蛋白质的种类和数量相同C．组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富D．癌细胞的膜成分发生了变更解析：本题主要考查细胞膜的成分，解答本题应从以下几点分析：①细胞膜的组成成分。②细胞膜各种成分的作用。该题主要考查了细胞膜的成分，逐项分析如下：选项推断缘由分析A项正确细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，还含有少量的糖类，其中脂质约占50%，蛋白质约占40%，糖类占2%～10%B项错误蛋白质是细胞膜功能的担当者，膜的种类不同，则功能不同，其上蛋白质的种类和数量也不相同C项正确在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富，此外还有少量胆固醇D项正确细胞在癌变的过程中，细胞膜的成分发生变更，有的产生甲胎蛋白、癌胚抗原等物质3.下列关于细胞间信息沟通的叙述，不正确的是(C)A．信号分子与靶细胞的识别和结合具有专一性B．与不同激素分子结合的受体是不同的C．与胰岛素和甲状腺激素结合的受体可能相同D．细胞间的信息沟通，大多与细胞膜的结构和功能有关解析：信号只与靶细胞上特定的受体结合，这样才能引起正常的生理行为。不同激素分子的结构不同，与其结合的受体也不同，且其受体的位置也不同。胰岛素的受体与甲状腺激素的受体是不同的，具有专一性。细胞间信息沟通主要依靠于细胞膜表面的糖蛋白的识别功能。故选C。4．磷脂是组成细胞膜的重要成分，这与磷脂分子的头部亲水、尾部疏水的性质有关。某探讨小组发觉植物种子细胞以小油滴的方式贮存油，每个小油滴都由磷脂膜包被着，该膜最可能的结构是(A)A．由单层磷脂分子构成，磷脂的尾部向着油滴内B．由单层磷脂分子构成，磷脂的头部向着油滴内C．由两层磷脂分子构成，结构与细胞膜完全相同D．由两层磷脂分子构成，两层磷脂的头部相对解析：磷脂是膜的主要成分之一，磷脂分子有亲水的头部和疏水的尾部，若用磷脂分子包被油滴，则磷脂分子的头部应朝外，而尾部朝向油滴内。5．下列有关细胞膜性质的说法，错误的是(B)A．具有流淌性和选择透过性B．蛋白质匀称分布于磷脂双分子层上C．脂质小分子易通过膜是由于膜的基本支架是磷脂双分子层D．磷脂双分子层内外表面都亲水解析：磷脂双分子层构成膜的基本支架，这是脂质小分子易通过膜的主要缘由；流淌性是膜的结构特点，选择透过性是膜的功能特点。蛋白质在磷脂双分子层上的分布是不对称的，有的镶在表面，有的部分或全部嵌入，有的贯穿于磷脂双分子层。6．对某动物细胞进行荧光标记试验，如图所示，其基本过程：①用某种荧光染料标记该动物细胞，细胞表面出现荧光斑点。②用激光束照耀该细胞表面的某一区域，该区域荧光淬灭(消逝)。③停止激光束照耀一段时间后，该区域的荧光渐渐复原，即又出现了斑点。上述试验不能说明的是(C)A．细胞膜具有流淌性B．荧光染料能与细胞膜组成成分结合C．依据荧光复原的速率可推算出物质跨膜运输的速率D．依据荧光复原的速率可推算出膜中蛋白质或脂质的流淌速率解析：题干所述过程可以说明荧光染料能与细胞膜组成成分结合，同时说明细胞膜具有流淌性；依据荧光复原的速率可推算出膜中蛋白质或脂质的流淌速率。但该过程没有发生物质跨膜运输，故不能依据荧光复原的速率推算物质跨膜运输的速率。二、非选择题7．如图表示细胞膜的亚显微结构模式图，请据图回答：(1)图中[B]蛋白质的基本组成单位是氨基酸。构成细胞膜基本支架的结构是[D]磷脂双分子层。(2)与细胞膜的识别功能有关的结构是[E]糖蛋白。(3)吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了细胞膜具有流淌性。这是因为组成细胞膜的蛋白质分子和磷脂分子都不是静止不动的，而是可以运动的。(4)不同细胞细胞膜的生理功能不同，主要取决于细胞膜上的哪些结构？B(填写标号)。(5)细胞膜的外侧是M(M、N)侧，推断的依据是M侧有多糖与蛋白质结合形成的糖蛋白，糖蛋白位于细胞膜外侧。(6)细胞膜的这种结构模型被称为流淌镶嵌模型。解析：该题主要考查了细胞膜亚显微结构的识别及流淌镶嵌模型