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第4讲 细胞膜的结构和功能、
细胞核的结构和功能
第二单元 细胞的基本结构与物质的输入和输出
课标要求 1.概述细胞都由质膜包裹，质膜将细胞与其生活环境分开，能控制物质进出，并参与细胞间的信息交流
2.阐明遗传信息主要贮存在细胞核中

考点一 细胞膜的结构和功能
1. 细胞膜的三大功能:
(1)将细胞与_________分隔开，保障细胞_________的相对稳定。
(2)控制物质_________，如图:
外界环境
内部环境
进出细胞
具有选择透过性
体现细胞膜的功能特性:
但细胞膜的控制作用是相对的, 对细胞有害的物质可能进入, 有些病毒、病菌也能侵入细胞。
(3)进行细胞间的信息交流:
①通过分泌的化学物质(如激素、神经递质)传递信息，如图:
②通过_______直接接触(如精卵细胞结合)传递信息，如右图:
细胞膜
③通过_________传递信息，如高等植物细胞的胞间连丝,如下图:
细胞通道
又如: 靶细胞和细胞毒性T细胞的接触
注意:高等植物细胞之间通过胞间连丝进行交流时,不需要细胞膜上的受体。因此, 细胞膜上的受体并不是细胞间信息交流所必需的结构。
【检测】下图是细胞间的三种信息交流方式，据图回答下列问题:
(1)植物细胞间的胞间连丝、人体内胰岛素的作用过程、精子和卵细胞之间的识别和结合分别属于图中的哪种方式？
分别属于图C、图A、图B。
【检测】下图是细胞间的三种信息交流方式，据图回答下列问题:
(2)图中受体的化学本质是什么？受体和信号分子的结合有没有特异性？
(3)是否所有信号分子的受体都在细胞膜上？请举例说明。
糖蛋白
具有特异性
有些受体位于细胞膜上，而有些受体位于细胞质内或细胞核内，如甲状腺激素受体位于细胞核中。
不是
2. 对细胞膜成分的探索
(1)1895年，欧文顿对植物细胞的通透性进行实验。
①现象:________________，容易穿过细胞膜。
②结论: 细胞膜是由________组成的。
(2)科学家利用哺乳动物的红细胞制备出细胞膜，进行化学分析，得知组成细胞膜的脂质有_____________，其中________含量最多。
溶于脂质的物质　
脂质
磷脂和胆固醇
磷脂
亲水头部
疏水尾部
磷脂分子结构式
【思考】磷脂分子在水中将会如何分布？
脂质体
脂单分子层
微团
(3)1925年，两位荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取________，在空气—水界面上铺展成单分子层。
①现象: 其面积是红细胞表面积的________倍。
②结论: 细胞膜中的磷脂分子必然排列为________________。
(4)1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。
①现象: 发现细胞的表面张力明显________油—水界面的表面张力。
②结论: 细胞膜除含脂质分子外，可能还附有____________。
脂质
2
连续的两层
低于
蛋白质
3. 细胞膜的成分
(1)细胞膜的成分
(2)细胞膜成分与功能的关系:
功能越复杂的细胞膜，__________的种类与数量就越多。
脂质
磷脂
蛋白质
糖类
蛋白质
:主要在细胞膜外侧,与蛋白质(脂质)结合形成糖蛋白(糖脂),判断膜内、外的依据
注意: 1.细胞膜上含少量胆固醇(针对动物细胞);
2.癌细胞的恶性增殖和扩散与癌细胞膜成分的改变有关, 膜上糖蛋白减少, 产生甲胎蛋白,癌胚抗原等物质
(P45图3-5)
4. 对细胞膜结构的探索
(1)1959年，罗伯特森
①现象: 细胞膜呈现清晰的____________的三层结构。
②结论: 所有的细胞膜都由______________________三层结构构成，是一种________的统一结构。
(2)1970年，人鼠细胞融合实验
①方法: ________标记法。
②结论: 细胞膜具有____________。
(3)1972年，辛格和尼科尔森
①方法: 新的观察和实验证据。
②结果: 提出为大多数人所接受的_______________。
暗—亮—暗　
蛋白质—脂质—蛋白质　
静态
荧光
流动性
流动镶嵌模型
注意: 不能解释细胞的生长、质壁分离、变形虫运动、胞吞和胞吐、白细胞的吞噬作用等。
5. 流动镶嵌模型的基本内容
(1)流动镶嵌模型的基本内容
磷脂双分子层
蛋白质分子
糖类
糖蛋白
磷脂分子
磷脂双分子层
基本支架　
疏水端
屏障作用
水溶性分子或离子
侧向
蛋白质
镶
嵌入
贯穿于　
物质运输
运动的
(2)细胞膜的结构特点: ____________。
外表面
糖被
糖脂
细胞表面的识别
细胞间的信息传递
流动性
选择透过性
(3)细胞膜的功能特性: ________________。
影响因素是
温度: 一定范围内，温度升高，膜流动性______
加快
影响因素是
内因是生物膜(如细胞膜)上载体的种类和数量；
外因主要是温度、O2、pH等影响呼吸作用的因素。
糖蛋白
【注意】膜蛋白与磷脂分子一样，有水溶性部分和脂溶性部分
6. 细胞膜成分的三点提醒
(1)不同细胞膜的成分种类相似，但各组分的含量可能不同，这与细胞的功能有关，功能复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量多。
(2)细胞膜的组分并不是不可变的，如细胞癌变过程中，细胞膜组分发生变化，糖蛋白含量下降。
(3)糖类与蛋白质或脂质结合形成的糖蛋白或糖脂，都与细胞识别作用有关。
【教材隐性知识】①源于必修1P44“科学方法”:细胞膜结构模型的探索过程,反映了科学方法——提出假说的作用。科学家首先根据已有的知识和信息提出 的一种假说,再用进一步的 对已建立的假说进行 。
解释某一生物学问题
观察与实验
修正和补充
【教材隐性知识】①源于必修1P45“旁栏思考”:虽然细胞膜内部分是疏水的,水分子仍能跨膜运输的原因:
一是 ;
二是 。
②源于必修1P46“练习与应用·拓展应用”:由磷脂分子构成的脂质体,它可以作为药物的运载体,将其运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中,能在水中结晶的药物被包在 中,脂溶性的药物被包在 之间。由于脂质体是 构成的,到达细胞后可能会与细胞的细胞膜发生 ,也可能会以 的方式进入细胞,从而使药物在细胞内发挥作用。
胞吞
水分子极小,可以通过由于磷脂分子运动而产生的间隙
细胞膜上存在水通道蛋白,水分子可以通过其而通过细胞膜
磷脂双分子层
两层磷脂分子
磷脂双分子层
融合
【典例】下图是由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中，能在水中结晶的药物被包在双分子层中，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。
(1)脂质体表面抗体的作用是什么？
可用激素替代吗？
作为引导物,能特异性与靶器官结合。
由于激素也能作用于特定的靶器官或靶细胞,因此也可以用激素替代。
(2)为什么两类药物的包裹位置各不相同？
两层磷脂分子之间的部分是疏水的，脂溶性药物能被稳定地包裹在其中；脂质体的内部是亲水的，能在水溶性药物可被稳定地包裹在其中。
【典例】下图是由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中，能在水中结晶的药物被包在双分子层中，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。
由于脂质体是磷脂双分子层构成的，到达细胞后可能会与细胞的细胞膜发生融合，也可能会被细胞以胞吞的方式进入细胞，从而使药物在细胞内发挥作用。
(3)请推测: 脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞内发挥作用？
【检测】判断关于细胞膜成分、结构和功能说法的正误
(1)细胞膜的成分中含有脂质、蛋白质和糖类。(　　)
(2)在组成细胞膜的脂质中，胆固醇最丰富。(　　)
(3)生物膜的特定功能主要由膜蛋白决定。(　　)
(4)细胞膜的成分是恒定不变的。(　　)
(5)细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构。(　　)
(6)细胞膜上的大多数蛋白质是可以运动的。(　　)
(7)细胞膜的流动性与温度没有关系。(　　)
(8)动物细胞间的黏着性与细胞膜上的糖蛋白有关。(　　)
√
×
√
×
×
√
×
√
磷脂
并不是恒定不变的
高等植物细胞之间通过胞间连丝进行交流时,不需要细胞膜上的受体。
一定范围内，温度升高，膜流动性加快。
【检测】(2022·河北邯郸月考) 下图为某同学根据所学知识绘制的细胞膜流动镶嵌模型，有关叙述正确的是(　　)
A. ①与细胞表面识别、细胞
间的信息传递等功能无关
B. ②构成了细胞膜的基本支
架，其内部亲水、外表疏水
C. 细胞膜具有流动性，膜上的蛋白质都可以自由移动
D. 科学家通过研究细胞膜的表面张力，推测细胞膜中含有蛋白质
D
有关
糖被
密切相关
内部疏水、外表亲水
膜中的蛋白质大多也能运动，但并不是所有蛋白质都可以运动(比如锚定蛋白)
发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。
项　目 设计思路
细胞膜磷脂双分子层的鉴定 提取细胞膜中的磷脂分子，铺在水面上，测得磷脂单分子层占有面积，与细胞膜表面积对比分析
细胞膜流动性的鉴定 取A、B两种动物细胞，分别用红、绿色荧光染料标记两种动物细胞膜上的蛋白质，进行融合实验，观察在细胞融合过程中两种颜色的荧光在细胞膜上的分布情况
细胞膜成分、结构和功能相关的实验设计思路
项　目 设计思路
细胞膜识别作用探究 将大量的同种生物和亲缘关系较远的生物的精子和卵细胞混合在一起，观察精子和卵细胞结合情况
细胞膜控制物质进出细胞探究 可利用有颜色的植物组织，将其放入无色溶液中，然后用高温、强酸或强碱处理，观察处理前后溶液颜色是否发生变化
7. 五种常考的“膜蛋白”
(1)受体蛋白: 信号分子(如激素、细胞因子、神经递质)的受体蛋白(属糖蛋白)。
(2)载体蛋白: 协助跨膜运输(协助扩散和主动运输)。
(3)具催化作用的酶: 如好氧型细菌的细胞膜上可附着与有氧呼吸相关的酶,此外,细胞膜上还存在ATP水解酶(催化ATP水解,用于主动运输等)。
(4)识别蛋白: 用于细胞与细胞间相互识别的糖蛋白(如精卵细胞间的识别、免疫细胞对抗原的特异性识别等)。
(5)通道蛋白: 通过打开或关闭通道(改变蛋白质构象)控制物质通过,如水通道蛋白;神经冲动传导时，Na+、K+离子通道蛋白等
选项 膜蛋白的位置、功能 膜蛋白的类型
A 位于突触后膜，识别并结合神经递质 受体
B 位于靶细胞膜，识别并结合激素 载体
C 位于类囊体薄膜，催化ATP合成 酶
D 位于癌细胞膜，引起特异性免疫 抗原
【典例】(2018·天津高考改编)生物膜上不同类型的蛋白质行使不同的功能。下表中依据膜蛋白功能，对其类型判断错误的是( )
B
受体
A. MTT是可以通过细胞膜的一种染料
B. 检测MTT结晶的量一般可间接反映活细胞数量
C. MTT与台盼蓝检测细胞是否存活的原理相同
D. MTT法不能检测哺乳动物成熟红细胞是否存活
【典例】(2022·沈阳模拟) MTT法是一种检测细胞是否存活的方法, MTT是一种接受氢离子的染料，活细胞内线粒体中的琥珀酸脱氢酶能将淡黄色的MTT还原为蓝紫色的结晶，而死细胞无此功能。下列有关叙述错误的是( )
C
MTT法则是活细胞内线粒体中的琥珀酸脱氢酶将淡黄色的MTT还原为蓝紫色的结晶，而死细胞不着色，二者鉴别细胞死活的原理不同，C项错误
用台盼蓝染色，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不着色，利用的是细胞膜的选择透过性；
◎思维延伸◎
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，死亡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。这项技术所利用的是细胞膜的哪种功能？
台盼蓝不是细胞需要的大分子物质, 活细胞的细胞膜具有选择透过性, 台盼蓝不能进入活细胞中, 而死细胞的细胞膜没有选择透过性, 台盼蓝能进入死细胞中, 这体现了细胞膜控制物质进出的功能。
【检测】科学家利用细胞融合技术研究细胞膜的结构特性,进行了下列实验。(1)细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质。将连接了荧光染料的抗体与融合细胞在一定条件下培养，抗体与融合细胞的膜蛋白(抗原)特异性结合，其目的是标记膜蛋白，以便于显微镜观察。用荧光显微镜观察融合细胞表面荧光的颜色和________，开始时，鼠的细胞为绿色，人的细胞为红色，两种颜色不混合；
一段时间后，可观察到红绿荧
光交替分布的“嵌合体”。统
计__________________，结果
如下图所示:
分布
嵌合体比例
(2)科学家据此提出两种假说解释嵌合体的形成。
假说一: 融合细胞合成了新的膜蛋白。
假说二: 原有膜蛋白在细胞膜平面上运动。
①使用__________________抑制剂和ATP合成抑制剂分别处理融合细胞，对嵌合体形成均没有显著影响，这个结果否定了假说 。
②在15 ℃、20 ℃和26 ℃的培养温度下重复上述实验，这些实验的结果为________________________________，为假说 提供了证据支持。
蛋白质合成
随着温度升高，嵌合体比例增加(或随着温度降低，嵌合体比例降低)
一
二
8.植物细胞的细胞壁(不是植物细胞“系统的边界”)
纤维素
支持与保护
【提醒】不同生物细胞壁的主要成分不同，植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，细菌细胞壁的主要成分是 ，而真菌细胞壁的主要成分是 。溶菌酶可以水解肽聚糖而不能水解几丁质，所以溶菌酶能杀死细菌，却对真菌基本没作用。
肽聚糖
几丁质
考点二 细胞核的结构和功能
1. 细胞核的结构和功能
核膜
RNA　
核糖体
核孔
DNA和蛋白质
存在状态
遗传信息库
代谢和遗传
DNA是遗传信息的载体；
染色质是遗传物质的主要载体，次要:线粒体和叶绿体
【注意】细胞核并非细胞代谢的中心，细胞代谢的中心是细胞基质。
①染色质/染色体易被碱性染料染成深色;
②染色质和染色体是同一物质在细胞不同时期的两种存在状态。
③染色体上的DNA贮存着遗传信息。
染色质与染色体
2. 走出对细胞核认识的四个误区
误认为物质进出细胞核都要通过核孔 指正
误认为所有物质都能通过核孔 指正
①核孔是蛋白质(如RNA聚合酶、DNA聚合酶)，RNA等大分子进出细胞核的通道
②离子和水分子等小分子物质可通过核膜进出细胞核
核孔是由多种蛋白质构成的复合结构，表现出明显的选择性，如细胞核中的DNA不能通过核孔进入细胞质
(主动运输)
(被动运输)
也是离子和水分子等小分子物质进出细胞核的通道
误认为核仁是遗传物质的储存场所 指正
误认为核孔的数量和核仁大小是固定的 指正
2. 走出对细胞核认识的四个误区
核仁参与rRNA的合成及核糖体的形成，细胞核中的遗传物质分布于染色体(染色质)上
核孔的数量、核仁的大小与细胞代谢强度有关，如代谢旺盛、蛋白质合成量大的细胞，核孔数多，核仁较大
【注意】有些细胞不只具有一个细胞核，如双小核草履虫有两个细胞核，人的骨骼肌细胞中细胞核多达数百个。
【延伸应用】
核孔复合体
(1)核孔复合体是核质交换的双向选择性亲水通道，是一种特殊的跨膜运输的蛋白质复合体。
(2)双功能:
①离子和水分子等小分子物质可以通过被动运输通过核孔复合体；
②大分子通过自身的核定位信号和核孔复合体上的受体蛋白结合而实现主动运输过程，而且核孔对大分子的进入具有选择性。
(3)双向性:
既介导蛋白质的入核运输，又介导RNA等出核运输。
11.(2021·成都模拟)核孔复合体主要由核被膜、中央栓和核质侧的“核篮”结构组成,如图1所示。据图回答下列问题:
小本P13
(1)细胞质中的物质可通过甲、乙、丙三种方式进入细胞核,这三种方式中属于被动运输的是　　　
　。
甲、乙
(2)亲核蛋白主要通过丙方式进入细胞核。进核之前,亲核蛋白首先需要与　　　　结合,然后在　　　　　　的参与下完成运输。
中央栓蛋白
受体
3. 细胞核功能的探究
(1)黑白美西螈核移植实验
①实验过程:
②实验结论: 美西螈皮肤颜色的遗传受________控制。
核移植
黑色美西螈
细胞核
该实验无对照组, 可将白色美西螈胚胎细胞核移植到黑色美西螈去核卵细胞进行培养作为对照, 增强实验的说服力。
③实验分析:
正常
细胞核　
细胞分裂、分化
该实验既有相互对照(无核与有核对照),又有自身前后对照(对无核者重新挤入核)
③实验分析:
(对照组)
(实验组)
(3)变形虫切割实验
①实验过程:
②实验结论: 变形虫的分裂、生长、再生、对刺激的反应等生命活动受________控制。
细胞核
该实验既有相互对照(无核与有核对照),又有自身前后对照(进行核移植)
③实验分析:
(4)伞藻嫁接与核移植实验
①伞藻嫁接实验过程
菊花
细胞核
④实验分析:
伞藻核移植实验可排除 的作用,从而证明是 控制伞藻“帽”
的形状。
假根中其他物质
细胞核
【检测】科学家在单细胞伞藻幼体嫁接的实验中，将甲的伞柄嫁接到乙的假根上，长出了乙的伞帽。下列有关评价合理的是(　　)
A.该实验证明了细胞核是遗传的控制中心
B.该实验证明了细胞核是代谢的调控中心
C.欲证明细胞核的功能，需进一步进行实验
D.该实验证明了细胞质是遗传的控制中心
解析: 假根中既有细胞核，也有细胞质，该实验不能排除细胞质的影响。应该进一步进行伞藻核移植实验，可排除假根中其他物质的作用，从而证明是细胞核控制伞藻“帽”的形状。
C
【教材中的隐性知识】源于必修1 P57“科学方法”: 模型分为____________(如DNA双螺旋结构模型)、____________(如概念图)和____________(如“J”形曲线、“S”形曲线，公式、表格等)。
物理模型
概念模型
数学模型
[特别提醒]电镜下拍出的细胞亚显微结构的照片是真实的，不是物理模型。
【检测】判断下列说法的正误
(1)核膜上的核孔可以让蛋白质和RNA自由进出。(　　)
(2)染色体和染色质只是形态不同，而成分完全相同。(　　)
(3)细胞核是细胞代谢的控制中心，也是细胞代谢的中心。(　　)
(4)所有的真核细胞都有细胞核，且只有一个核。(　　)
(5)蓝细菌无细胞核，也无核糖体。(　　)
(6)细胞是生物体代谢和遗传的基本单位。(　　)
(7)细胞核是细胞的控制中心，所以要在细胞的最中央。(　　)
×
√
×
×
×
√
×
×
同一物质在细胞不同时期的两种存在状态
细胞核并非细胞代谢的中心，细胞代谢的中心是细胞基质
【检测】(2021·日照期末)细胞核是遗传物质储存和复制的主要场所,也是细胞代谢的控制中心,核糖体是蛋白质合成的场所。下图是细胞核调控核糖体合成的示意图,相关叙述正确的是( )
A.核糖体蛋白质可自由通过核孔复合体,不需要消耗能量
B.核仁是合成 和蛋白质的场所
C
C.大亚基与小亚基的组装是在细胞质中完成的
D.图中有关核糖体的增殖发生在细胞分裂间期的DNA合成期
核糖体增殖是在细胞分裂间期中的 期完成的，
【检测】核孔是一组蛋白质以特定的方式排布形成的结构，被称为核孔复合物，它是细胞质与细胞核内物质输送活动的看护者。如图所示，该复合物由一个核心脚手架组成，其具有选择性的输送机制由大量贴在该脚手架内面的蛋白质组成，称为中央运输蛋白。有关分析正确的是( )
A. 人体成熟的红细胞中核孔数目较少 ，影响到物质的运输
B. 核孔复合物的存在，说明核膜也具有选择性
C. mRNA在细胞核内合成后通过核膜运出细胞核是不需要消耗能量的
D. 核膜由两层磷脂分子组成，核孔复合物与核膜内外的信息交流有关
B
无细胞核
需要
4层
【检测】下图为细胞核结构模式图，下列有关叙述正确的是(　　)
A.①是由DNA和蛋白质组成的环状结构
B.②是产生核糖体、mRNA和蛋白质的场所
C.核膜由两层磷脂分子组成，
蛋白质、DNA等生物大分子
可以穿过核膜进出细胞核
D.核孔对物质的运输具有选择性
D
【检测】(2016·全国卷Ⅲ)下列有关细胞膜的叙述,正确的是(　　)
A. 细胞膜两侧的离子浓度差是通过自由扩散实现的
B. 细胞膜与线粒体膜、核膜中所含蛋白质的功能相同
C. 分泌蛋白分泌到细胞外的过程存在膜脂的流动现象
D. 膜中的磷脂分子是由胆固醇、脂肪酸和磷酸组成的
C
B
【检测】 (2019·全国卷Ⅲ)下列与真核生物细胞核有关的叙述，错误的是( )
A. 细胞中的染色质存在于细胞核中
B. 细胞核是遗传信息转录和翻译的场所
C. 细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心
D. 细胞核内遗传物质的合成需要能量
【检测】亲核蛋白是指在细胞质内合成后,能够进入细胞核内发挥作用的一类蛋白质。亲核蛋白从细胞质输入细胞核的过程如下图所示,GTP是为细胞生命活动供能的一种高能磷酸化合物,结构式与ATP类似。分析回答:
(1)图中亲核蛋白通过
_________________________进入细胞核，代谢旺盛的细胞该结构数量较多，原因是__________________________
____________________________________________________
核孔(或核孔复合体)
(2)据图分析，亲核蛋白进入核内的运输方式为__________，判断依据是_______________________________________________。
主动运输
转运时既需要载体蛋白，又消耗GTP分解释放的能量
代谢越旺盛的细胞，核质间物质交换和信息交流越频繁，而核孔能实现核质之间的物质交换和信息交流
(3)亲核蛋白一般都含有特殊的氨基酸序列，这些序列因具有“定向”、“定位”作用而被称为核定位序列(NLS)。NLS中一个氨基酸的替换就会导致亲核蛋白在细胞质内不正常积累。据图分析，NLS的作用是_________________________________________________，由此说明核孔复合体具有类似于细胞膜_____________的功能特性。
与核孔复合体特异性结合，使亲核蛋白被运进细胞核
选择透过性

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