第二節(jié)細(xì)胞——生命活動(dòng)的基本單位第1課時(shí)細(xì)胞質(zhì)膜將細(xì)胞與外界環(huán)境分開重點(diǎn)疑難·全突破主題一細(xì)胞質(zhì)膜的成分和結(jié)構(gòu)1.對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)和功能的探索:(1)對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜成分的探索:時(shí)間(人物)探究過程重要結(jié)論或發(fā)現(xiàn)1895年歐文頓溶于脂質(zhì)的物質(zhì)容易穿過細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)膜是由_____構(gòu)成的1925年戈特和格倫德爾用丙酮從人的紅細(xì)胞中提取脂質(zhì),將其在空氣—水界面上鋪展成單分子層,發(fā)現(xiàn)其面積是紅細(xì)胞表面積的2倍細(xì)胞質(zhì)膜中的脂質(zhì)呈雙分子層排布脂質(zhì)細(xì)胞質(zhì)膜是由磷脂雙分子層和蛋白質(zhì)組成的,其中主要的脂類是______。細(xì)胞質(zhì)膜的這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)其行使正常生理功能有什么意義?請(qǐng)結(jié)合其結(jié)構(gòu)組成和流動(dòng)鑲嵌模型進(jìn)行分析。解析:細(xì)胞質(zhì)膜的主要脂類成分是磷脂。磷脂分子由親水的頭部和疏水的尾部組成,在細(xì)胞質(zhì)膜中形成雙分子層結(jié)構(gòu)。磷脂雙分子層是細(xì)胞質(zhì)膜的基本骨架,具有一定的流動(dòng)性,使整個(gè)細(xì)胞質(zhì)膜呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化。同時(shí),蛋白質(zhì)鑲嵌于磷脂雙分子層,根據(jù)流動(dòng)鑲嵌模型,這些蛋白質(zhì)可以在膜上橫向移動(dòng),進(jìn)行不同功能的組合,增加細(xì)胞質(zhì)膜功能的靈活性和多樣性。雙分子層的疏水區(qū)阻礙水溶性物質(zhì)自由通過,是細(xì)胞質(zhì)膜具有選擇透過性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。因此,細(xì)胞質(zhì)膜的磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)以及動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn),是其行使正常生理功能如物質(zhì)跨膜運(yùn)輸、信息傳遞、細(xì)胞識(shí)別等的重要基礎(chǔ)。(2)對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的探索:時(shí)間(人物)方法現(xiàn)象結(jié)論1959年伯特森在電鏡下觀察細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)膜呈現(xiàn)清晰的___________的三層結(jié)構(gòu)所有的細(xì)胞質(zhì)膜都由_____________________三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成,是一種_____的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)1970年人、鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)熒光標(biāo)記法開始:一半發(fā)綠色熒光,另一半發(fā)紅色熒光。在37℃下經(jīng)過40min后兩種顏色的熒光_________細(xì)胞質(zhì)膜具有_______1972年辛格和尼科爾森物理模型構(gòu)建新的觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù)的出現(xiàn)為大多數(shù)人所接受的_____________暗—亮—暗蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)靜態(tài)均勻分布流動(dòng)性流動(dòng)鑲嵌模型下列關(guān)于細(xì)胞質(zhì)膜的敘述,正確的是______。(多選)A.細(xì)胞質(zhì)膜是由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成的復(fù)合膜B.細(xì)胞質(zhì)膜對(duì)物質(zhì)具有選擇透過性C.細(xì)胞質(zhì)膜是細(xì)胞生命活動(dòng)的場(chǎng)所D.細(xì)胞質(zhì)膜的主要脂質(zhì)成分是磷脂解析:A正確,細(xì)胞質(zhì)膜是由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成的生物膜,屬于復(fù)合膜;B正確,細(xì)胞質(zhì)膜可允許某些物質(zhì)通過而阻止另一些物質(zhì)通過,對(duì)物質(zhì)具有選擇透過性;C正確,細(xì)胞質(zhì)膜是許多生命活動(dòng)如物質(zhì)運(yùn)輸、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞、細(xì)胞識(shí)別等的主要場(chǎng)所;D正確,細(xì)胞質(zhì)膜中脂質(zhì)以磷脂為主,磷脂分子形成雙分子層,是細(xì)胞質(zhì)膜的基本骨架。綜上,本題選ABCD。2.細(xì)胞質(zhì)膜的成分:成分所占比例在細(xì)胞質(zhì)膜構(gòu)成中的作用脂質(zhì)約50%其中_____是構(gòu)成細(xì)胞質(zhì)膜的重要成分,另外動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜含有膽固醇蛋白質(zhì)約40%細(xì)胞質(zhì)膜的功能主要由其上的_______來行使,功能越復(fù)雜的膜,其蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多糖類2%～10%與膜蛋白或膜脂結(jié)合成_______或糖脂,分布在細(xì)胞質(zhì)膜的外表面,與細(xì)胞的信息交流有關(guān)磷脂蛋白質(zhì)糖蛋白流動(dòng)鑲嵌模型最能說明細(xì)胞質(zhì)膜的______。A.親水性B.屏障作用C.流動(dòng)性D.選擇透過性解析:流動(dòng)鑲嵌模型是對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的描述,強(qiáng)調(diào)膜上磷脂分子和蛋白質(zhì)分子可在膜平面方向上發(fā)生移動(dòng),整個(gè)細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化,從而說明了細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性。故本題選C。3.細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的流動(dòng)鑲嵌模型:(1)模型結(jié)構(gòu):實(shí)驗(yàn)證明,如用苯等有機(jī)溶劑處理紅細(xì)胞,可使其發(fā)生溶血。發(fā)生溶血的原因是______破壞了紅細(xì)胞膜的完整性。A.蛋白質(zhì)和脂質(zhì)相互作用B.脂質(zhì)的疏水性C.蛋白質(zhì)的變性D.磷脂的親水性解析:有機(jī)溶劑如苯、乙醚等可溶解細(xì)胞質(zhì)膜中的磷脂,破壞磷脂雙分子層的完整性,導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)膜的通透性改變,使紅細(xì)胞發(fā)生溶血。因此,發(fā)生溶血的直接原因是有機(jī)溶劑破壞了細(xì)胞質(zhì)膜中磷脂的疏水區(qū)。選項(xiàng)B正確。蛋白質(zhì)和脂質(zhì)相互作用、蛋白質(zhì)的變性、磷脂的親水性改變都不是直接導(dǎo)致溶血的原因,ABC錯(cuò)誤。故本題選B。下列關(guān)于細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)與功能的敘述,錯(cuò)誤的是______。A.脂雙層使細(xì)胞質(zhì)膜具有流動(dòng)性B.蛋白質(zhì)使細(xì)胞質(zhì)膜具有一定的韌性C.糖類使細(xì)胞質(zhì)膜具有識(shí)別功能D.細(xì)胞質(zhì)膜的完整性是細(xì)胞存活的基礎(chǔ)解析:A正確,細(xì)胞質(zhì)膜中的磷脂雙分子層構(gòu)成液態(tài)的基礎(chǔ),使整個(gè)細(xì)胞質(zhì)膜具有流動(dòng)性;B錯(cuò)誤,細(xì)胞質(zhì)膜一定的機(jī)械強(qiáng)度主要是由膽固醇等脂類物質(zhì)維持的,而非蛋白質(zhì);C正確,細(xì)胞質(zhì)膜表面的糖類形成糖被,與膜蛋白形成糖蛋白,參與細(xì)胞識(shí)別;D正確,細(xì)胞質(zhì)膜的完整對(duì)維持細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境穩(wěn)定至關(guān)重要,是細(xì)胞生存和功能正常發(fā)揮的前提。故本題選B。(2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):有關(guān)細(xì)胞質(zhì)膜的敘述,正確的是______。A.細(xì)胞質(zhì)膜是固態(tài)鑲嵌結(jié)構(gòu)B.細(xì)胞質(zhì)膜對(duì)物質(zhì)的通透性具有選擇性C.糖類在細(xì)胞質(zhì)膜上含量最多D.細(xì)胞質(zhì)膜可由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)生成解析:A錯(cuò)誤,根據(jù)流動(dòng)鑲嵌模型,細(xì)胞質(zhì)膜是流態(tài)鑲嵌結(jié)構(gòu),磷脂分子、蛋白質(zhì)分子等在膜上可流動(dòng);B正確,細(xì)胞質(zhì)膜可允許某些物質(zhì)通過而阻止另一些物質(zhì)通過,對(duì)物質(zhì)的通透性具有選擇性;C錯(cuò)誤,細(xì)胞質(zhì)膜上含量最多的是蛋白質(zhì)和脂質(zhì),糖類含量相對(duì)較少;D錯(cuò)誤,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)雖與細(xì)胞質(zhì)膜有物質(zhì)交換,但不能直接形成細(xì)胞質(zhì)膜。故本題選B。小思考1.最初對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜成分的認(rèn)識(shí),是怎樣得到的?提示:最初對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜成分的認(rèn)識(shí),是通過對(duì)現(xiàn)象的推理分析得出的。2.選取哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞作為制備細(xì)胞質(zhì)膜實(shí)驗(yàn)材料的理由?提示:①動(dòng)物細(xì)胞沒有細(xì)胞壁。②哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞沒有細(xì)胞器和細(xì)胞核。③紅細(xì)胞數(shù)量多,材料易得。對(duì)于細(xì)胞質(zhì)膜組分與結(jié)構(gòu)的描述,錯(cuò)誤的是______。(多選)A.磷脂分子在細(xì)胞質(zhì)膜中的排列方式稱為"磷脂雙分子層"B.蛋白質(zhì)是鑲嵌在磷脂雙分子層上的結(jié)構(gòu)蛋白C.膽固醇分子可增加膜的韌性和穩(wěn)定性D.膜表面的糖被參與細(xì)胞的生物學(xué)識(shí)別E.細(xì)胞質(zhì)膜的脂質(zhì)部分決定了膜的流動(dòng)性解析:A正確,磷脂分子的親水頭部朝向細(xì)胞內(nèi)外水環(huán)境,疏水尾部相互靠攏,在細(xì)胞質(zhì)膜上形成磷脂雙分子層結(jié)構(gòu);B錯(cuò)誤,鑲嵌在磷脂雙分子層上的是功能蛋白如載體蛋白、受體蛋白等,而非結(jié)構(gòu)蛋白;C正確,膽固醇分子可嵌入磷脂分子之間,起到"定型劑"的作用,增強(qiáng)細(xì)胞質(zhì)膜的韌性和穩(wěn)定性;D正確,膜表面含有少量寡糖,形成糖被,構(gòu)成細(xì)胞表面的"指紋",參與細(xì)胞間的識(shí)別;E錯(cuò)誤,細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性主要取決于磷脂雙分子層的性質(zhì),但也受溫度、膽固醇含量等因素影響。本題錯(cuò)誤的有BE,故選BE。點(diǎn)易錯(cuò)1.不同種類的細(xì)胞,細(xì)胞質(zhì)膜的成分和含量不完全相同:如動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)膜中含有一定量的膽固醇,而植物細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)膜中沒有。2.細(xì)胞質(zhì)膜的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型不能解釋的現(xiàn)象:細(xì)胞的生長(zhǎng);變形蟲的變形運(yùn)動(dòng);受精時(shí)精子、卵細(xì)胞的融合;白細(xì)胞吞噬病菌等。為探究溫度對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜流動(dòng)性的影響,某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn):取兩份紅細(xì)胞懸液,一份置于37℃恒溫箱中,另一份置于冰浴中,預(yù)處理30分鐘后觀察細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性。請(qǐng)預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析其原因。解析:實(shí)驗(yàn)可能得到以下結(jié)果:冰浴處理的紅細(xì)胞質(zhì)膜流動(dòng)性低于37℃恒溫箱中的紅細(xì)胞。分析原因如下:第一,細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性主要取決于磷脂雙分子層的性質(zhì)。磷脂分子的疏水尾部相互作用,決定了質(zhì)膜處于液態(tài)還是凝膠態(tài)。第二,磷脂分子的性質(zhì)受溫度影響。低溫下,磷脂分子的疏水基團(tuán)緊密排列,質(zhì)膜趨于凝膠態(tài),流動(dòng)性降低;高溫下,磷脂分子間作用力減弱,質(zhì)膜趨于液態(tài),流動(dòng)性增加。第三,37℃接近人體正常體溫,此溫度下紅細(xì)胞質(zhì)膜保持適度的流動(dòng)性;冰浴溫度接近0℃,此低溫會(huì)降低磷脂分子的運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致質(zhì)膜流動(dòng)性下降。綜上,溫度會(huì)影響細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性,高溫增加流動(dòng)性,低溫降低流動(dòng)性。小思考1.糖類主要與蛋白質(zhì)和脂質(zhì)結(jié)合形成糖蛋白和糖脂,它們的存在都有什么作用?提示:與細(xì)胞表面的識(shí)別和細(xì)胞間的信息傳遞等有關(guān)。2.圖示中細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)如何區(qū)分細(xì)胞膜的內(nèi)側(cè)和外側(cè)?提示:糖蛋白的多糖側(cè)鏈?zhǔn)桥袛嗌锬?nèi)、外側(cè)的依據(jù),多糖側(cè)鏈所在的一側(cè)為細(xì)胞質(zhì)膜外側(cè),另一側(cè)則為細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)側(cè)。研究發(fā)現(xiàn),不同細(xì)胞表面的糖蛋白組成具有特異性,對(duì)細(xì)胞具有"指紋"的作用。請(qǐng)問糖蛋白的這種特異性對(duì)機(jī)體有何重要意義?解析:糖蛋白分子組成的特異性對(duì)機(jī)體具有重要意義,主要體現(xiàn)在以下方面:第一,糖蛋白的特異性是細(xì)胞識(shí)別的基礎(chǔ)。不同細(xì)胞表面糖蛋白的組成差異,可使機(jī)體對(duì)"自我"和"非我"的細(xì)胞進(jìn)行識(shí)別,產(chǎn)生特異性免疫應(yīng)答,提高機(jī)體的免疫防御能力。第二,糖蛋白的特異性參與體液平衡調(diào)節(jié)。例如,腎小球?yàn)V過膜內(nèi)皮細(xì)胞表面含唾液酸化糖蛋白,帶負(fù)電荷,可阻止帶負(fù)電的血漿蛋白通過,對(duì)維持體液滲透壓平衡很重要。第三,糖蛋白的特異性影響細(xì)胞間粘附、遷移、信號(hào)傳導(dǎo)等過程。例如,白細(xì)胞表面的選擇素可與受損組織細(xì)胞表面特異性糖蛋白結(jié)合,介導(dǎo)白細(xì)胞遷移至炎癥部位。第四,糖蛋白組成的改變常與疾病相關(guān)。例如,腫瘤細(xì)胞表面的糖鏈結(jié)構(gòu)異常,可作為腫瘤標(biāo)志物,用于腫瘤的診斷和治療。綜上所述,細(xì)胞表面糖蛋白的特異性對(duì)機(jī)體正常生理活動(dòng)和疾病防治都具有重要意義。點(diǎn)易錯(cuò)1.誤認(rèn)為構(gòu)成細(xì)胞質(zhì)膜的磷脂分子具有流動(dòng)性,而蛋白質(zhì)是固定不動(dòng)的:大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動(dòng)的。2.細(xì)胞質(zhì)膜的脂質(zhì)結(jié)構(gòu)使溶于脂質(zhì)的物質(zhì)容易通過細(xì)胞質(zhì)膜:根據(jù)相似相溶原理,脂質(zhì)分子容易通過主要由脂質(zhì)構(gòu)成的細(xì)胞質(zhì)膜。細(xì)胞質(zhì)膜對(duì)不同物質(zhì)的選擇透過性是由哪些細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)和組分決定的?請(qǐng)結(jié)合流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容進(jìn)行分析和歸納。解析:細(xì)胞質(zhì)膜的選擇透過性由其脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組分共同決定。結(jié)合流動(dòng)鑲嵌模型,可從以下幾方面分析:第一,磷脂雙分子層的疏水區(qū)是細(xì)胞質(zhì)膜選擇透過性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。疏水區(qū)阻礙帶電荷的離子和極性分子通過,但允許疏水性分子自由通過。小分子如水、二氧化碳等可通過磷脂分子間隙自由擴(kuò)散。第二,細(xì)胞質(zhì)膜上的蛋白質(zhì)分子是特異性物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的載體。跨膜蛋白可借助構(gòu)象變化搬運(yùn)特異性離子和極性分子,如載體蛋白、泵、離子通道蛋白等。膜表面的受體蛋白可識(shí)別并結(jié)合特異性配體。第三,蛋白質(zhì)分子在磷脂雙分子層上可發(fā)生橫向流動(dòng),進(jìn)行不同組合,使特異性物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)具有動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。例如,胰島素受體被激活后,會(huì)在膜上發(fā)生聚集,引發(fā)胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。主題二細(xì)胞質(zhì)膜的功能1.細(xì)胞質(zhì)膜控制著細(xì)胞與周圍環(huán)境的物質(zhì)交換:(1)①②③表明細(xì)胞質(zhì)膜的控制作用具有_____性:將細(xì)胞產(chǎn)生的廢物排出細(xì)胞;細(xì)胞需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以進(jìn)入細(xì)胞,細(xì)胞不需要或?qū)?xì)胞有害的物質(zhì)不易進(jìn)入細(xì)胞;將抗體或激素分泌到細(xì)胞外。(2)④表明細(xì)胞質(zhì)膜的控制作用具有_____性:環(huán)境中對(duì)細(xì)胞有害的物質(zhì)也有可能進(jìn)入細(xì)胞。普遍相對(duì)2.細(xì)胞間信息交流的方式:(1)行使細(xì)胞間信息交流功能的物質(zhì)是細(xì)胞質(zhì)膜上的_____________。(2)動(dòng)物細(xì)胞間信息交流的方式主要有兩種:①一些細(xì)胞如內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的一些物質(zhì)如激素,通過血液的傳遞運(yùn)送到作用部位的細(xì)胞(靶細(xì)胞),與靶細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)膜上的_____(成分為糖蛋白)結(jié)合,作用于_______。糖蛋白和糖脂受體靶細(xì)胞②相鄰兩個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)膜直接接觸,通過_______識(shí)別,將信息從一個(gè)細(xì)胞傳遞給另一個(gè)細(xì)胞。(3)植物細(xì)胞間的識(shí)別主要是通過植物細(xì)胞間的_________來實(shí)現(xiàn)的。糖蛋白胞間連絲在動(dòng)物體內(nèi),脂肪組織中脂肪細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)膜含有較多的不飽和脂肪酸,而腦細(xì)胞中神經(jīng)元細(xì)胞質(zhì)膜含有較多的膽固醇。請(qǐng)問這兩種細(xì)胞質(zhì)膜成分的差異各有什么生理意義?解析:脂肪細(xì)胞質(zhì)膜含較多不飽和脂肪酸,而神經(jīng)元質(zhì)膜含較多膽固醇,這種組分差異與兩種細(xì)胞的生理功能密切相關(guān)。脂肪組織中脂肪細(xì)胞的主要功能是合成、儲(chǔ)存和分解脂肪。細(xì)胞質(zhì)膜中不飽和脂肪酸含量高,使膜保持較高的流動(dòng)性,有利于甘油三酯等物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn),方便脂肪的合成與分解代謝。點(diǎn)易錯(cuò)1.細(xì)胞間的信息交流不一定需要細(xì)胞質(zhì)膜上的受體:細(xì)胞間的信息交流主要有三種方式:(1)通過化學(xué)物質(zhì)來傳遞信息;(2)通過細(xì)胞質(zhì)膜直接接觸傳遞信息;(3)通過細(xì)胞通道來傳遞信息,如高等植物細(xì)胞之間的胞間連絲。2.細(xì)胞分泌的化學(xué)物質(zhì)(如激素),隨血液到達(dá)全身各處,與靶細(xì)胞質(zhì)膜表面的受體結(jié)合,將信息傳遞給靶細(xì)胞。拓思維“荷花出淤泥而不染”,從細(xì)胞結(jié)構(gòu)的角度考慮,由于細(xì)胞質(zhì)膜具有控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能,所以淤泥中的有害物質(zhì)并不能輕易進(jìn)入細(xì)胞。情境應(yīng)用·提素養(yǎng)如圖是由磷脂分子構(gòu)成的脂質(zhì)體,它可以作為藥物的運(yùn)載體,將其運(yùn)