3.1细胞膜的结构和功能（解析版）

3.1细胞膜的结构和功能学习目标学习目标课程标准学习目标1.生命观念——结构和功能观：依据细胞膜的化学组成、所处位置理解其是细胞的边界，与其控制物质进出、进行细胞间信息交流等作用。2.科学思维一一演绎与推理：蛋白质是生命活动的主要承担者，所以细胞膜上蛋白质含量越丰富，其功能就越复杂。3.科学探究一一能够选择合适的实验材料和方法制备纯净的细胞膜，理解材料选择和实验操作方法的理论依据。从系统与环境关系的角度阐释细胞膜作为系统的边界所具有的功能。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分析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和完善的过程。002教材详解（一）基础知识梳理识必备1．制备细胞膜最好材料是：哺乳动物成熟的红细胞，因为其没有细胞壁、细胞核和各种细胞器。制备细胞膜的方法：细胞吸水(蒸馏水)涨破。2．细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质，此外，还有少量的糖类。3．功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。4．细胞膜结构特点具有流动性。5．细胞膜的功能有：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。(P40)6．细胞膜的功能特点是具有选择透过性。7．细胞间信息交流方式主要有：(1)通过信息分子传递交流，常见的信息分子有激素、递质；(2)通过细胞接触交流，如精子和卵细胞之间的识别和结合；(3)通过细胞通道交流，如高等植物细胞间的胞间连丝。8．20世纪40年代，曾经有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质。1959年，罗伯特森(J.D.Robertson)在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗三层结构，他结合其他科学家的工作，大胆地提出了细胞膜模型的假说：所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。他把细胞膜描述为静态的统一结构。（二）课前聚焦抓重点1、细胞膜有哪些主要功能？答案：细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜，也叫质膜。（1）将细胞与外界环境分隔开。保障细胞内部环境的相对稳定。（2）控制物质进出细胞。（体现了细胞膜的选择透过性。控制物质进出具有普遍性：①细胞需要的营养物质可进入细胞。②抗体、激素等物质在细胞内合成后，分泌到细胞外。③细胞产生的代谢废物排到细胞外。具有相对性：对细胞有害的物质有可能进入细胞，如病毒、细菌。）（3）进行细胞间的信息交流。①化学物质传递，如激素、递质。②接触传递，如精卵结合、靶细胞与细胞毒性T细胞接触。③通道传递，如胞间连丝。2、细胞膜成分和结构的探索过程？答案：（1）细胞膜成分探索过程：①发现溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜；不溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜；推测细胞膜由脂质组成。②利用哺乳动物成熟红细胞，通过一定方法制备出纯净细胞膜，进行化学分析；推测组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。③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，测得単分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。推测细胞膜中的磷脂分子层必然排列为连续的两层。④细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。由于人们已经发现油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低。推测细胞膜除了含脂质分子外，还可能附有蛋白质。细胞膜成分：①脂质：主要是磷脂，动物细胞膜还有胆固醇。②蛋白质：与膜的功能有关，功能越复杂的膜，蛋白质的含量和种类越多。③糖类（少量）：主要在细胞膜外侧，与蛋白质（脂质）结合形成糖蛋白（糖脂）。（2）细胞膜结构探过程：①罗伯特森：电镜下观察到暗—亮—暗的三层结构，提出所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，把细胞膜描述为静态的统一结构。②科学家用荧光标记人细胞膜和小鼠细胞膜表面的蛋白质分子，做细胞融合实验，证明细胞膜具有流动性，细胞膜表面的蛋白质分子能运动。③辛格和尼克尔森提出流动镶嵌模型。3、流动镶嵌模型的基本内容是什么？答案：流动镶嵌模型认为，细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质构成。①磷脂双分子层是细胞膜的基本支架，内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过。②蛋白质分子以不同的方式镶嵌在磷脂双分子层中：有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部镶嵌在磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。③细胞膜具有流动性，主要表现在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细胞膜上与蛋白质和脂质结合的糖类分子称为糖被，与细胞膜表面的识别、细胞间的信息传递等功能有关。003知识精讲知识点01细胞膜的功能细胞的边界是细胞膜，也叫质膜。（植物细胞的边界也是细胞膜）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——选择透过性(功能特点)进行细胞间的信息交流3、细胞膜的控制作用是相对的，环境中对细胞有害的物质也有可能进入4、信息交流的3种方式：5、细胞间的信息交流，大多与细胞膜的结构有关。6、细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的。7、用哺乳动物成熟的红细胞制备纯净的细胞膜的原因：哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和众多的细胞器，故没有核膜和细胞器膜脂质（含量最多，且主要是磷脂）蛋白质脂质（含量最多，且主要是磷脂）蛋白质糖类（少量）1.细胞膜的成分2、功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多3、罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。提出假说：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态的统一结构（假说错误）缺陷：不能解释细胞膜的流动性，如细胞的生长，变形虫的变形运动荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合的实验及相关的其他实验证明：细胞膜具有流动性细胞膜的结构模型：辛格和尼科尔森提出的流动镶嵌模型知识点03流动镶嵌模型的基本内容1.膜的基本支架：磷脂双分子层其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，具有屏障作用；2.蛋白质分子的分布：①有的镶在磷脂双分子层表面②有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中③有的贯穿于整个磷脂双分子层3.细胞膜的结构特点：具有一定的流动性细胞膜具有流动性的结构基础：构成膜的磷脂分子可侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动。细胞膜的具有流动性的意义，保证了细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能。4.细胞膜外表面有少量糖类：①在细胞膜的外表面，与蛋白质、脂质结合形成糖蛋白、糖脂，这些糖类叫做糖被；②糖被与细胞识别、胞间信息传递等功能有密切关系5.1层膜=1层磷脂双分子层=2层磷脂分子004考点突破考法01细胞膜的功能知识点：1．细胞膜组成成分的鉴定方法细胞膜成分鉴定试剂(方法)结果磷脂脂溶剂处理细胞膜被溶解磷脂酶处理细胞膜被破坏脂溶性物质透过实验脂溶性物质优先通过蛋白质双缩脲试剂紫色蛋白酶处理细胞膜被破坏2.控制物质进出细胞功能的验证(1)染色剂进入实验(2)色素透出实验3．进行细胞间信息交流功能的验证eq\x(\a\al(只有同种生物的精子,和卵细胞才能结合))eq\o(→,\s\up7(验证))eq\x(\a\al(细胞膜具有识别作用,（糖蛋白的作用）))【题型示例1】下图为细胞膜部分功能模式图。据图分析，下列说法不正确的是()A．功能①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都有利C．胰岛素调控生命活动可用上图③表示D．相邻的高等植物细胞可通过功能④进行信息交流解析：选B。细胞膜是生命系统的边界，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，一般是吸收有利物质，但一些有害物质也能进入细胞，如病毒、病菌，说明细胞膜控制物质进出细胞的作用是相对的，B错误；激素调控生命活动需要靶细胞进行信号检测，C正确；相邻的高等植物细胞之间可通过功能④(胞间连丝)进行信息交流，D正确。考法02对细胞膜结构的探索知识点：1．磷脂分子、磷脂双分子层和细胞膜的关系(1)结构关系(2)数量关系2．细胞膜的结构特性——流动性3．细胞膜的功能特性——选择透过性[温馨提醒]熟记细胞膜的“一、二、三”一模型：流动镶嵌模型。二特点：流动性、选择透过性。三功能：细胞边界、控制物质进出、进行信息交流。【题型示例2】下图是探究温度对细胞膜流动性的影响的实验，观察在40min内，两种颜色荧光膜蛋白融合情况，下列说法错误的是()A．该实验需设置一系列温度梯度的多个实验组进行B．该实验也可以观察两种颜色膜蛋白均匀融合所需时间C．图示膜蛋白因为是细胞膜的基本支架才能运动D．标记的绿色荧光蛋白与红色荧光蛋白的数量要相等答案：C005归纳总结1．细胞膜的主要功能有三点：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．细胞间信息交流的方式有三种：通过化学物质传递信息；通过细胞膜直接接触传递信息；通过细胞通道传递信息。3．流动镶嵌模型认为，磷脂双分子层是膜的基本支架，蛋白质分子镶在、嵌入或贯穿于磷脂双分子层中。4．细胞膜的结构特点是具有流动性，功能特点是具有选择透过性。5．糖蛋白一般分布于细胞膜的外表面，与细胞识别作用有关。6．功能越复杂的细胞膜中，蛋白质的种类和数量越多00601强化提升1．胰岛细胞和神经细胞在细胞膜上的不同主要体现在()A．磷脂的含量高低B．蛋白质的数量及种类不同C．糖类的含量及种类不同D．脂质的含量及种类不同解析：选B。蛋白质是生命活动的主要承担者，胰岛细胞和神经细胞的功能不同，其细胞膜上蛋白质的种类和数量不同。2．科学家发现了电压控制的钾通道，这些通道是负责K＋进出细胞的“看门”蛋白质，这一成果从另一侧面证明了细胞膜具有()A．免疫功能B．识别功能C．控制物质进出细胞的功能D．进行细胞间的信息交流的功能解析：选C。分析题意可知，K＋进出细胞需要借助蛋白质构成的专门通道，说明细胞膜具有控制物质进出细胞的功能，C符合题意。3.右图所示为某生理活动的一个过程，这一过程体现出细胞膜的功能是()A．控制物质进出细胞B．将细胞与外界环境分隔开C．细胞膜具有筛选的功能D．进行细胞间的信息交流答案：D4．据最新研究发现，内皮素在皮肤中分布不均是造成色斑的主要原因。内皮素拮抗剂进入皮肤可以和黑色素细胞膜的受体结合，使内皮素失去作用，这为美容研究机构带来了福音。请分析上述材料体现了细胞膜的哪项功能()A．细胞膜中磷脂含量越高，功能越复杂B．细胞膜作为系统的边界，严格控制物质进出细胞C．细胞膜具有信息交流的功能D．细胞膜的组成成分主要为磷脂和蛋白质解析：选C。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。细胞膜上的受体可接受外界信息，体现了细胞膜具有进行细胞间的信息交流的功能。细胞膜的主要组成成分为脂质和蛋白质，在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富，细胞膜的功能与成分是两个不同的概念，应注意区分。5．蝴蝶将一株油菜的花粉带到另一株油菜的花的柱头上后，会发生花粉萌发、花粉管伸长、释放精子、精卵融合等一系列生理反应；若蝴蝶将一株油菜的花粉带到一朵桃花的柱头上，则不会发生这一系列反应。该现象能很好地说明细胞膜()A．主要由脂质和蛋白质组成B．可将细胞与外界环境分隔开C．控制物质出入细胞的作用是相对的D．可进行细胞间的信息交流解析：选D。题干信息说明精子和卵细胞之间的相互识别与结合具有特异性，靠的是细胞膜上的受体及相对应的信号分子，这是一种信息交流过程，故A、B、C不符合题意，D符合题意。6．下列生理过程中，没有发生细胞之间信息交流的是()A．高等植物细胞之间通过胞间连丝交换物质B．红细胞放在0.09%的NaCl溶液中吸水膨胀甚至破裂C．同种动物的精子和卵细胞通过相互接触完成受精作用D．甲状腺激素通过血液运输，与靶细胞上的受体结合答案：B7．将一个细胞中的磷脂成分全部提取出来，并将其在空气—水界面上铺展成单分子层，结果测得单层分子的面积是原来细胞表面积的2倍。用下列细胞进行实验与此结果最相符的是()A．人的肝细胞 B．蛙的红细胞C．洋葱鳞片叶表皮细胞 D．大肠杆菌细胞解析：选D。人的肝细胞、蛙的红细胞、洋葱鳞片叶表皮细胞都是真核细胞，除了有细胞膜外，还有核膜、膜性细胞器的膜等，将它们的磷脂成分全部提取出来，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单层分子的面积大于细胞膜表面积的2倍，A、B、C不符合题意。大肠杆菌细胞是原核细胞，没有细胞核和众多的细胞器，只有细胞膜，没有其他膜结构，所以大肠杆菌细胞的单层分子的面积是细胞膜表面积的2倍，D符合题意。8．关于细胞膜的叙述，错误的是()A．两个相邻细胞的细胞膜接触可实现细胞间的信息传递B．细胞膜的完整性可用台盼蓝染色法进行检测C．细胞产生的激素与靶细胞膜上相应受体的结合可实现细胞间的信息传递D．植物细胞的胞间连丝不具有物质运输的作用答案：D9．观察下列三个图的信息交流类型，请思考并回答下列问题：(1)图甲、乙、丙分别通过______________________________实现信息交流。(2)精卵识别属于图________类型，激素调节属于图________类型，植物细胞的胞间连丝与图________方式相吻合。答案：(1)激素、细胞膜直接接触、细胞通道(2)乙甲丙10．一种嗅觉受体细胞只拥有一种类型的气味受体。气味受体有多少，就有多少种类型的嗅觉受体细胞。每一种受体能探测到有限数量的气味物质。当气味物质分子流动到我们的鼻端黏膜处的嗅觉受体细胞处时，气味物质分子可以黏附在细胞膜上的特殊气味受体上；人体基因的3%被用来编码嗅觉受体细胞细胞膜上的不同气味受体。下图为嗅觉受体细胞细胞膜模式图(局部)。请据图回答下列问题：(1)A代表________分子，C代表________。(2)气味物质分子首先要与图中[]__________结合，才有产生嗅觉的可能。(3)图中A具有特异性，这种特异性最终是由________决定的。解析：细胞膜的基本支架是磷脂双分子层。A代表蛋白质分子，B代表磷脂双分子层，C代表多糖。答案：(1)蛋白质多糖(2)A气味受体(3)DNA(或基因、遗传物质)11．糖脂普遍存在于细胞膜上，不同的细胞中糖脂的种类不同，下面是人红细胞表面的ABO血型糖脂的结构示意图，据图判断下列有关叙述错误的是()A．糖脂是由糖类和脂质分子结合而成的B．红细胞ABO血型的不同在于组成糖脂的糖的种类和排列顺序不同C．糖脂没有识别作用，糖蛋白具有识别作用D．糖脂位于细胞膜外表面解析：选C。糖类和脂质分子结合成为糖脂，A正确；图示红细胞ABO血型的不同在于组成糖脂的糖链不同，B正确；糖脂和糖蛋白都具有识别作用，C错误；糖脂位于细胞膜外表面，D正确。12．对某动物细胞进行荧光标记实验，如下图所示，其基本过程是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用激光束照射该细胞表现出荧光的某一区域，该区域荧光淬灭(即消失)；③停止激光束照射一段时间后，该区域的荧光逐渐恢复，即又出现了荧光斑点。上述实验不能说明的是()A．细胞膜具有流动性B．荧光染料能与细胞膜的组成成分结合C．根据荧光恢复的速率可推算出物质跨膜运输的速率D．根据荧光恢复的速率可推算出细胞膜中蛋白质或脂质的流动速率解析：选C。停止激光束照射一段时间后，该区域的荧光逐渐恢复，说明细胞膜具有流动性。细胞表面出现荧光斑点说明荧光染料能与细胞膜的组成成分结合。根据荧光恢复的速率可推算出细胞膜中蛋白质或脂质的流动速率，但不能根据荧光恢复速率推算出物质跨膜运输的速率。13．下图表示真核生物细胞膜的组成与结构，下列与此相关的叙述，不正确的是()A．图中物质甲表示蛋白质，物质乙表示多糖，物质丙表示磷脂B．具有①的一侧可能为细胞膜的外侧，也可能为细胞膜的内侧C．③在不同细胞的细胞膜中种类不完全相同D．②和大多数的③是可以运动的解析：选B。根据元素组成及细胞膜的成分可知，甲、乙、丙分别是蛋白质、多糖和磷脂，A正确；①为糖蛋白，具有糖蛋白的一侧一定是细胞膜的外侧，B错误；③为蛋白质，功能不同的细胞，其细胞膜中蛋白质的种类和数量不完全相同，C正确；②磷脂分子和大多数③蛋白质分子是可以运动的，D正确。14．生物体细胞内的膜具有选择透过性，即细胞要选择吸收的离子和小分子可以通过，而其他离子、小分子和大分子则不能通过。请根据以下所提供的条件探