第1節(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)1．舉例說(shuō)出細(xì)胞膜的功能。(重點(diǎn))2．說(shuō)出細(xì)胞膜的化學(xué)組成。(重點(diǎn))3．了解細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探究歷程和方法。4．簡(jiǎn)述細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型的內(nèi)容。(重點(diǎn))1．通過(guò)對(duì)細(xì)胞膜的功能、化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，形成結(jié)構(gòu)與功能適應(yīng)的生命觀念。2．通過(guò)對(duì)細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型學(xué)習(xí)，養(yǎng)成模型與建模的科學(xué)思維方式。一、細(xì)胞膜的功能1．將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開(kāi)使細(xì)胞成為相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，保障細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定。2．控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞3．進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流(1)通過(guò)化學(xué)物質(zhì)交流。如：激素的作用。(2)通過(guò)細(xì)胞膜相互接觸交流。如：精子和卵細(xì)胞之間的識(shí)別和結(jié)合。(3)通過(guò)通道交流。如：植物細(xì)胞的胞間連絲。二、對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索1．細(xì)胞膜的成分2．對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索歷程時(shí)間科學(xué)家或?qū)嶒?yàn)結(jié)論19世紀(jì)末歐文頓膜是由脂質(zhì)組成的20世紀(jì)初膜的分離實(shí)驗(yàn)?zāi)さ闹饕煞质侵|(zhì)和蛋白質(zhì)1925年脂質(zhì)的提取實(shí)驗(yàn)細(xì)胞膜中的磷質(zhì)分子必然排列為連續(xù)的兩層1959年羅伯特森所有的生物膜都由蛋白質(zhì)－脂質(zhì)－蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成1970年熒光標(biāo)記的小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)細(xì)胞膜具有流動(dòng)性1972年辛格和尼科爾森生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型三、生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型1．化學(xué)組成：主要是磷脂分子和蛋白質(zhì)。2．結(jié)構(gòu)模型(1)圖中①eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(名稱：磷脂雙分子層,作用：膜的基本支架,特點(diǎn)：具有流動(dòng)性))(3)圖中③eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(名稱：糖蛋白，又叫糖被,位置：細(xì)胞膜的外表面,作用：保護(hù)、潤(rùn)滑和細(xì)胞識(shí)別等))3．結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：具有一定的流動(dòng)性。1．細(xì)胞間的信息交流都是通過(guò)細(xì)胞膜的直接接觸來(lái)完成的。 ()2．細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)種類和數(shù)量多少?zèng)Q定了細(xì)胞膜功能的復(fù)雜程度。 ()3．構(gòu)成膜的脂質(zhì)主要是磷脂、脂肪和膽固醇。 ()4．變形蟲(chóng)和草履蟲(chóng)的細(xì)胞膜基本組成成分不同。 ()5．生物膜具有流動(dòng)性是由于磷脂分子可以運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)了膜上的蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng)。 ()6．細(xì)胞膜上的糖類都和蛋白質(zhì)結(jié)合形成了具有識(shí)別作用的糖蛋白。 ()7．羅伯特森提出的“三明治模型”的一大缺點(diǎn)就是認(rèn)為膜是靜止不動(dòng)的。 ()8．科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步在生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型建立過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。 ()提示：1．×細(xì)胞間的信息交流也可通過(guò)化學(xué)物質(zhì)和通道交流。2．√3．×脂肪不是構(gòu)成細(xì)胞膜的成分。4．×變形蟲(chóng)和草履蟲(chóng)的細(xì)胞膜基本組成成分相同。5．×蛋白質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)并不是磷脂分子運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)的。6．×有些糖類和脂質(zhì)結(jié)合形成糖脂。7．√8.√細(xì)胞膜的功能[問(wèn)題探究]1．生長(zhǎng)在水底淤泥中的蓮藕“出淤泥而不染”。蓮藕“出淤泥而不染”的事例說(shuō)明細(xì)胞膜具有什么功能？這種功能的具體體現(xiàn)是什么？提示：控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能。主要體現(xiàn)在對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收及有害廢物的排出，防止病菌、病毒的侵入等方面。2．植物傳粉后，同種和不同種的花粉都會(huì)落到雌蕊的柱頭上，同種的花粉能萌發(fā)，異種的花粉不能萌發(fā)。雌蕊和花粉是通過(guò)什么相識(shí)別的？這體現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)的什么功能？提示：通過(guò)細(xì)胞膜相識(shí)別，體現(xiàn)了細(xì)胞膜進(jìn)行細(xì)胞間信息交流的功能。3．實(shí)驗(yàn)室中用紅墨水染色的方法就能知道種子的死活，你能解釋它的原理嗎？提示：活種子細(xì)胞的細(xì)胞膜具有控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能，所以活種子不會(huì)被染色，而死種子細(xì)胞的細(xì)胞膜失去這個(gè)功能而被染成紅色。[歸納總結(jié)]1．細(xì)胞膜的功能圖解2．細(xì)胞間信息交流的三種方式(1)一些細(xì)胞如分泌細(xì)胞分泌一些物質(zhì)如激素，通過(guò)血液的傳遞運(yùn)送到作用部位的細(xì)胞(靶細(xì)胞)，被靶細(xì)胞的細(xì)胞膜上的受體(成分為糖蛋白)識(shí)別，引起靶細(xì)胞的生理反應(yīng)(圖示如下)。eq\x(內(nèi)分泌細(xì)胞)eq\o(→,\s\up14(產(chǎn)生))eq\x(激素)eq\o(→,\s\up14(體液),\s\do12(運(yùn)輸))eq\x(靶細(xì)胞)(2)相鄰兩個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞膜直接接觸，通過(guò)糖蛋白識(shí)別，將信息從一個(gè)細(xì)胞傳遞給另一個(gè)細(xì)胞(圖示如下)。(3)植物細(xì)胞間的識(shí)別主要是通過(guò)植物細(xì)胞間的胞間連絲來(lái)實(shí)現(xiàn)的(圖示如下)。易錯(cuò)提醒：細(xì)胞間信息交流的兩個(gè)提醒1三種信息交流方式均發(fā)生于細(xì)胞與細(xì)胞之間，而不是細(xì)胞內(nèi)的信息交流。2通過(guò)化學(xué)物質(zhì)傳遞信息和通過(guò)細(xì)胞膜接觸傳遞信息都依賴于細(xì)胞膜上的受體蛋白。1．水溶性染色劑(PI)能與核酸結(jié)合而使細(xì)胞核著色，可將其應(yīng)用于細(xì)胞死活的鑒別。細(xì)胞浸泡于一定濃度的PI中，僅有死亡細(xì)胞的核會(huì)被染色，活細(xì)胞則不著色，但將PI注射到活細(xì)胞中，則細(xì)胞核會(huì)著色。利用PI鑒別細(xì)胞死活的基本原理是()A．死細(xì)胞與活細(xì)胞的核酸結(jié)構(gòu)不同B．死細(xì)胞與活細(xì)胞的核酸含量不同C．活細(xì)胞能分解染色劑PID．活細(xì)胞的細(xì)胞膜能阻止PI的進(jìn)入D[活細(xì)胞的細(xì)胞膜可選擇出入細(xì)胞的物質(zhì)，以維持正常的生命活動(dòng)。水溶性染色劑(PI)不是細(xì)胞所需物質(zhì)，因而不能通過(guò)活細(xì)胞的細(xì)胞膜。細(xì)胞死亡后，細(xì)胞膜及其他生物膜的選擇透過(guò)性喪失，溶于水中的物質(zhì)(如PI)都可以通過(guò)，從而使細(xì)胞核著色。]2．如圖為細(xì)胞間信息交流的一種方式，下列有關(guān)敘述不正確的是()A．圖中反映了細(xì)胞膜具有細(xì)胞間信息交流的功能B．圖中乙細(xì)胞表示靶細(xì)胞C．圖中a表示信號(hào)分子(如激素)D．圖中b表示細(xì)胞膜上的信號(hào)分子D[題圖為細(xì)胞間進(jìn)行信息交流的間接傳遞方式。甲細(xì)胞為發(fā)出信號(hào)的細(xì)胞，乙細(xì)胞為靶細(xì)胞，圖中b表示細(xì)胞膜上的受體，其化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)。]對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探究歷程[問(wèn)題探究]1．仔細(xì)觀察教材P42[思考與討論]中磷脂分子圖示，思考并討論下列問(wèn)題：(1)磷脂分子含有哪些元素？提示：C、H、O、N、P。(2)磷脂分子具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？提示：磷脂分子是由磷酸組成的親水的“頭”部和甘油、脂肪酸組成的疏水的“尾”部所構(gòu)成的。(3)結(jié)合磷脂分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，試以示意圖的形式畫(huà)出多個(gè)磷脂分子在水—空氣界面的排布狀態(tài)和在細(xì)胞膜上的排布狀態(tài)，并分析其原因。提示：分析：①水—空氣界面：因?yàn)榱字肿拥摹邦^部”親水，“尾部”疏水，所以在水—空氣界面上磷脂分子“頭部”向下與水面接觸，“尾部”則朝向空氣一面。②細(xì)胞膜上：因細(xì)胞膜內(nèi)外均為水環(huán)境，依據(jù)磷脂分子“頭部”親水，“尾部”疏水的特點(diǎn)，故呈現(xiàn)如上圖所示狀態(tài)。2．結(jié)合教材P43圖3－4，思考討論下列問(wèn)題：(1)人、鼠細(xì)胞膜蛋白最終均勻分布說(shuō)明什么問(wèn)題？提示：膜蛋白是運(yùn)動(dòng)的，即細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。(2)若適當(dāng)降低溫度，膜蛋白最終均勻分布的時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，由此說(shuō)明什么？提示：溫度能影響膜的流動(dòng)性。3．結(jié)合你所學(xué)習(xí)的知識(shí)，思考哪些實(shí)例還能說(shuō)明膜具有流動(dòng)性？提示：變形蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)、分泌蛋白由轉(zhuǎn)運(yùn)小泡的轉(zhuǎn)運(yùn)和分泌小泡的分泌、質(zhì)壁分離過(guò)程中原生質(zhì)層的收縮。[歸納總結(jié)]1．構(gòu)成生物膜的磷脂分子分析(1)結(jié)構(gòu)：由磷酸、甘油和脂肪酸構(gòu)成，其中磷酸作為親水性的“頭部”、脂肪酸作為疏水性的“尾部”。(2)排列方式：“尾部”相對(duì)、“頭部”朝外構(gòu)成磷脂雙分子層(如圖)，作為生物膜的支架。磷脂分子的這種排列方式符合生物膜兩側(cè)均為水環(huán)境的事實(shí)。2．人鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)分析(3)結(jié)論：細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，膜具有一定的流動(dòng)性。3．溫度、膜流動(dòng)性與細(xì)胞生命活動(dòng)的關(guān)系(1)溫度高時(shí)，膜流動(dòng)性大，有利于生命活動(dòng)的進(jìn)行，但溫度過(guò)高，膜的流動(dòng)性過(guò)大，甚至破壞了膜的結(jié)構(gòu)，反而不利于生命活動(dòng)的正常進(jìn)行。(2)溫度低時(shí)，膜的流動(dòng)性下降，膜的運(yùn)輸功能下降或完全喪失。1．科學(xué)家用兩種熒光染料分別標(biāo)記人和小鼠細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子，將這兩種標(biāo)記細(xì)胞進(jìn)行融合。細(xì)胞剛發(fā)生融合時(shí)，兩種熒光染料在融合細(xì)胞表面對(duì)等分布(各占半邊)，最后在融合細(xì)胞表面均勻分布。這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象支持的結(jié)論是()A．膜蛋白能自主翻轉(zhuǎn)B．細(xì)胞膜具有流動(dòng)性C．細(xì)胞膜具有選擇透過(guò)性 D．膜蛋白可以作為載體蛋白B[兩種熒光染料標(biāo)記細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子，細(xì)胞剛?cè)诤蠒r(shí)，兩種熒光染料在細(xì)胞表面對(duì)等分布，最后在細(xì)胞表面均勻分布，說(shuō)明細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。不能說(shuō)明膜蛋白能在細(xì)胞內(nèi)外翻轉(zhuǎn)，也不能說(shuō)明細(xì)胞膜的物質(zhì)運(yùn)輸功能。]2．下列關(guān)于生物膜結(jié)構(gòu)探索歷程的說(shuō)法中，不正確的是()A．最初通過(guò)對(duì)現(xiàn)象的推理分析得出細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的B．三層結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為生物膜為靜態(tài)的結(jié)構(gòu)C．流動(dòng)鑲嵌模型認(rèn)為構(gòu)成生物膜的磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動(dòng)的D．三層結(jié)構(gòu)模型和流動(dòng)鑲嵌模型都認(rèn)為蛋白質(zhì)分子在膜中的分布是不均勻的D[三層結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為生物膜結(jié)構(gòu)由蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，認(rèn)為蛋白質(zhì)是均勻的、固定的。]流動(dòng)鑲嵌模型[問(wèn)題探究]1．根據(jù)辛格和尼科爾森構(gòu)建的流動(dòng)鑲嵌模型，思考它是對(duì)稱模型嗎？為什么？如何判斷細(xì)胞膜的外側(cè)和內(nèi)側(cè)？提示：不對(duì)稱。因?yàn)闃?gòu)成生物膜的蛋白質(zhì)分子的分布不均勻。根據(jù)糖蛋白的分布情況，有糖蛋白的一側(cè)為膜的外側(cè)，無(wú)糖蛋白的一側(cè)為膜內(nèi)側(cè)。2．實(shí)驗(yàn)表明，將兩種不同的海綿動(dòng)物的細(xì)胞分散成單個(gè)的細(xì)胞，然后將這些細(xì)胞摻在一起混合培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)只有同種的細(xì)胞才能結(jié)合，在這里起識(shí)別作用的是細(xì)胞膜上的何種物質(zhì)？提示：糖蛋白。[歸納總結(jié)]1．流動(dòng)鑲嵌模型(1)細(xì)胞膜中的脂質(zhì)除磷脂外，還有一些糖脂和膽固醇。(2)糖脂和糖蛋白都分布于細(xì)胞膜的外表面。(3)脂質(zhì)和蛋白質(zhì)分子并不是均勻分布的，而是呈不對(duì)稱性分布。2．細(xì)胞膜兩大特點(diǎn)的比較(1)區(qū)別項(xiàng)目結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——流動(dòng)性功能特點(diǎn)——選擇透過(guò)性基礎(chǔ)磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子都是運(yùn)動(dòng)的膜上具有載體蛋白意義保證細(xì)胞的物質(zhì)需要、信息交流、分裂和融合等生命活動(dòng)的進(jìn)行控制物質(zhì)進(jìn)出表現(xiàn)分泌蛋白的分泌、變形蟲(chóng)的變形、吞噬細(xì)胞的吞噬有些物質(zhì)可進(jìn)入細(xì)胞，有些物質(zhì)不能進(jìn)入(2)聯(lián)系②分析：細(xì)胞膜的流動(dòng)性是其選擇透過(guò)性的基礎(chǔ)，具有流動(dòng)性才能表現(xiàn)出選擇透過(guò)性。例如，載體蛋白可以運(yùn)動(dòng)是其能運(yùn)輸物質(zhì)的基礎(chǔ)。易錯(cuò)提醒：有關(guān)生物膜結(jié)構(gòu)的三點(diǎn)提醒1分析實(shí)例體現(xiàn)的特點(diǎn)時(shí)，一定要看清要求是體現(xiàn)出“功能特點(diǎn)”還是“結(jié)構(gòu)特點(diǎn)”。2只有活細(xì)胞的生物膜才能體現(xiàn)選擇透過(guò)性，因此可以利用此原理判斷細(xì)胞的死活。3生物膜中的糖類不是全部和蛋白質(zhì)結(jié)合形成糖蛋白，有的和脂質(zhì)結(jié)合形成糖脂，作為細(xì)胞表面的標(biāo)志物質(zhì)，部分參與細(xì)胞間的信息交流。1．下圖為細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型，有關(guān)敘述不正確的是()A．具有①的一側(cè)是細(xì)胞膜的外側(cè)B．①與細(xì)胞識(shí)別有關(guān)C．②構(gòu)成細(xì)胞膜的基本支架D．細(xì)胞膜的選擇透過(guò)性與①的種類和數(shù)量有關(guān)D[圖中①為糖蛋白，其只分布在細(xì)胞膜的外側(cè)；糖蛋白具有識(shí)別功能，與細(xì)胞識(shí)別有關(guān)；②為磷脂雙分子層，構(gòu)成了細(xì)胞膜的基本支架；細(xì)胞膜的選擇透過(guò)性與③蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量有關(guān)。]2．下列不符合生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的說(shuō)法的是()A．磷脂雙分子層是輕油般的流體，具有流動(dòng)性B．每個(gè)磷脂分子的疏水端都向內(nèi)C．嵌入磷脂雙分子層的蛋白質(zhì)分子大多能運(yùn)動(dòng)D．生物膜中的磷脂分子和蛋白質(zhì)分子之間沒(méi)有聯(lián)系，所以才具有流動(dòng)性D[生物膜中的磷脂分子和蛋白質(zhì)分子大都能運(yùn)動(dòng)，這使整個(gè)生物膜具有流動(dòng)性。生物膜是一個(gè)整體，它上面的各種分子相互作用、密切聯(lián)系才維持了生物膜的整體性。][課堂小結(jié)]知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心語(yǔ)句背誦1．細(xì)胞膜的主要功能：(1)將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開(kāi)；(2)控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞；(3)進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流。2.細(xì)胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成。3.功能越復(fù)雜的細(xì)胞膜，蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多。4.脂溶性物質(zhì)優(yōu)先通過(guò)細(xì)胞膜，說(shuō)明細(xì)胞膜中含有脂質(zhì)。5.磷脂雙分子層構(gòu)成生物膜的基本支架。6.構(gòu)成生物膜的磷脂和蛋白質(zhì)分子大多數(shù)是可以運(yùn)動(dòng)的。7.糖蛋白只分布于細(xì)胞膜的外表面，與細(xì)胞識(shí)別作用有關(guān)。8.細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特性是具有一定的流動(dòng)性，功能特性是具有選擇透過(guò)性。1．透析型人工腎的關(guān)鍵材料是一種人工合成的膜材料——血液透析膜，當(dāng)病人的血液流經(jīng)人工腎時(shí)，血液透析膜把病人的代謝廢物透析掉，然后干凈的血液返回病人體內(nèi)。這是模擬的細(xì)胞膜的什么功能()A．將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開(kāi)B．控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞C．免疫作用 D．進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流B[由題意可知，透析型人工腎的作用是把病人血液中的代謝廢物透析掉，其他物質(zhì)保留在血液內(nèi)，這模擬了細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能。]2．羅伯特森的關(guān)于生物膜模型的構(gòu)建：所有的生物膜都由蛋白質(zhì)－脂質(zhì)－蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，電鏡下看到的中間的亮層是脂質(zhì)分子，兩邊的暗層是蛋白質(zhì)分子。這一觀點(diǎn)的局限性主要在于()A．不能解釋生物膜的化學(xué)組成B．不能解釋生物膜成分的相似性C．不能解釋脂質(zhì)類物質(zhì)較容易跨膜運(yùn)輸D．不能解釋變形蟲(chóng)的變形運(yùn)動(dòng)D[三層結(jié)構(gòu)膜型認(rèn)為生物膜為靜態(tài)結(jié)構(gòu)。]3．以下關(guān)于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的敘述中不正確的是()A．膜兩側(cè)物質(zhì)分子的排列是不對(duì)稱的B．組成膜的物質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)使膜具有一定的流動(dòng)性C．磷脂具有保護(hù)、潤(rùn)滑、識(shí)別和信息傳遞的作用D．磷脂排列成雙分子層C[細(xì)胞膜上的糖蛋白具有保護(hù)、潤(rùn)滑、識(shí)別和信息傳遞的作用，磷脂雙分子層是構(gòu)成細(xì)胞膜的基本支架。]4．下列過(guò)程中，不直接依賴細(xì)胞膜的流動(dòng)性就能完成的是()A．液泡失水皺縮B．氨基酸在核糖體上進(jìn)行脫水縮合C．變形蟲(chóng)的變形D．人鼠細(xì)胞融合B[核糖體不具有膜結(jié)構(gòu)。]5．根據(jù)圖解回答下面的問(wèn)題：(1)圖中反映的是細(xì)胞膜的________功能。(2)圖中甲表示的是_____