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第4讲
细胞膜的结构和功能
考情分析
新旧教材对比 增：①确定细胞膜中脂质成分实验；②提出细胞膜成分中还含有少量胆固醇； ③明确提出磷脂双分子层和蛋白质的作用。
改：①体验制备细胞膜的方法；②癌细胞膜成分变化的验血报告单。
删：细胞膜的结构与功能和流动镶嵌模型内容进行了重新整合。
考点 由高考知核心知识点 预测
细胞膜和细胞核 考点一：细胞膜的结构和功能 （3年7次，全国卷3年2次） （2024·山东） 细胞膜的结构 （2023·海南）细胞膜和细胞器的成分和功能 （2023·山东） 细胞膜的结构 （2022·河北）细胞膜的组成成分 （2022·浙江）膜蛋白的种类和功能 （2022·浙江）流动镶嵌模型 题型：选择题
内容：
①常结合课本内其他科学史综合考查
②常结合生物膜系统相关知识综合考查
③常与细胞器相关知识综合考查细胞的结构基础
④常细胞核的功能，细胞器等综合考查
考点二：细胞核的结构和功能 （3年2次，全国卷3年1次） （2023·江苏）细胞核的结构和功能 （2023·山东）细胞核的结构 （2022·浙江）细胞核的结构和功能 （2022·广东）核孔 （2022·海南）细胞核结构与功能 （2022·浙江）细胞核结构与功能 希望我们一轮复习能够持续精进！—— 自主梳理课本（必修一）3.1
1.总结细胞膜的三条功能？
2.细胞分泌抗体、激素，台盼蓝染色法判断动物细胞的死活分别体现了细胞膜的什么功能？
3.细胞间信息交流的3种方式分别是什么？ 激素受体都位于细胞膜上吗？
4.简述细胞膜成分的探索历程和细胞膜结构的探索历程（科学家？成果？）。
5.如果将磷脂分子置于水一苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布
6.细胞膜的成分？主要成分？功能越复杂的细胞膜，哪种成分越多？由成分推断：细胞膜的组成元素？
7.1972年桑格和尼克森在什么基础上提什么观点？
8. 流动镶嵌模型3条基本内容：①基本支架？②蛋白质分布？③结构特点？ ④功能特点？⑤糖蛋白分布？⑥糖被的功能？
动物细胞模式图
植物细胞模式图
动物细胞
细胞膜
细胞质
细胞核
植物细胞
细胞壁
细胞膜
细胞质
细胞核
思考：细胞的边界是细胞壁还是细胞膜呢？
大肠杆菌模式图
思考：为什么细胞壁不是细胞的边界？
1.分布：植物、真菌及大多数原核细胞
3.功能：支持、保护作用
细胞壁与细胞膜结构示意图
植物：纤维素和果胶
细菌：肽聚糖
真菌：几丁质
细胞壁对要进出细胞的物质没有选择性即全透性，它不能保证细胞内部的稳定。
2.成分
合成场所：
去除方法：
(溶菌酶)
形成时期：
怎么制备细胞膜？
1.选材：
2.理由：
3.原理：
4.分离方法：
实验设计：
哺乳动物红细胞在低渗溶液中能迅速吸水涨破，有人推测这可能与水通道蛋白有关。请设计实验，验证这个推测是正确的。
实验思路：_____________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________。
预期实验结果：______________________________________。
将同种哺乳动物成熟红细胞等分成甲、乙两组，破坏甲组红细胞膜中的蛋白质，乙组红细胞不做处理，然后将两组细胞同时置于蒸馏水中，测定两组细胞吸水破裂所需的时间
乙组吸水破裂所需时间短，说明推测正确
a.将细胞与外界环境分隔开
b.控制物质进出细胞
c.进行细胞间的信息交流
保障细胞内部环境的相对稳定
普遍性
相对性
功能特点：具有选择透过性
病毒、病菌
营养物质
废物
分泌物
物质传递、接触传递、通道传递
一、细胞膜的功能
糖蛋白
胞间连丝
【拓展延伸】教材中生命系统信息传递的三类主体（常考点）
生态
系统
胞内
胞间
信号分子
激素、神经递质等
直接接触
精、卵细胞识别等
胞间连丝
存在于植物细胞间
遗传信息
第二信使
第三信使
DNA、RNA
cAMP、cGMP
核内外信号转导的物质
化学信息
物理信息
行为信息
有机酸、生物碱、性外激素等
动物特定的行为动作
光、声、电、磁、温度、湿度等
一、细胞膜的功能
活细胞的细胞膜可控制物质进出细胞，台盼蓝染料是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜。因此活细胞不能被染色，死细胞的细胞膜不能控制物质进出细胞，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。
【拓展应用】如何用“染色排除法”鉴别死细胞和活细胞？
功能特点：
代谢废物
(CO2、尿素)
抗体、激素
等分泌物
核酸等重要成分
病毒、细菌
有害物质
不需要物质
营养物质
具有选择透过性
1、表现：水分子、被选择的离子和小分子可以通过，大分子、不被选择的离子和小分子不能通过
（具有相对性）
2、原因：转运蛋白种类、数量或转运蛋白空间结构的变化
3、影响因素：
内因：膜上蛋白质的种类和数量
外因：温度、pH、O2、浓度等
一、细胞膜的功能
1.如图是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图
中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
功能①是指细胞膜具有将细胞与外界环境分隔开的功能，在生命起源过程中具有关键作用
进入细胞的物质对细胞不一定都有利
③表示细胞膜上的受体与相应的信号分子结合完成信息传递的过程，胰岛素调控生命活动可用图中③表示
相邻的高等植物细胞可通过功能④(如胞间连丝)进行信息交流
一、对细胞膜的成分和结构的探索
提出问题：细胞膜的成分和结构是什么？
科学探究：
②20世纪，从 哺乳动物成熟的红细胞 中分离出细胞膜→组成细胞膜的脂质有_____________，其中 含量最多
③1925年，荷兰科学家戈特和格伦德尔从红细胞中提取脂质，在空气--水界面铺展开成单分子层，其面积恰好为红细胞表面的2倍。
磷脂和胆固醇
磷脂
①1895年，欧文顿植物细胞通透性实验：溶于脂质的物质容易穿过细胞，反之则不容易通过。
提出假说：
细胞膜是由脂质组成的
进一步提出问题：脂质如何组成细胞膜结构呢？
提出假说：
细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层
一、对细胞膜的成分和结构的探索
提出问题：细胞膜的成分和结构是什么？
科学探究：
提出假说：
细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层
一、对细胞膜的成分和结构的探索
亲水“头”部
（磷酸头）
疏水“尾”部
（脂肪酸尾）
△磷脂的结构
磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸等组成的分子
一、对细胞膜的成分和结构的探索
用丙酮从人的胰岛B细胞中提取脂质，在空气和水的界面铺展成单层，测得单分子层的面积应 （“大于”、“等于”或“小于”）胰岛B细胞表面积的2倍。原因是？
大于
提示　胰岛B细胞中除细胞膜外，还有核膜和各种细胞器膜，它们的膜中都含有磷脂分子。
还有哪些细胞和红细胞一样？
一、对细胞膜的成分和结构的探索
提出问题：细胞膜的成分和结构是什么？
科学探究：
④1935年，丹尼利和戴维森发现细胞表面张力明显低于油水界面的表面张力，而已知如果在油脂滴表面吸附有蛋白质，则其表面张力会降低。
完善假说：
细胞膜中除含脂质分子外，可能还附有蛋白质
成分 所占比例 在细胞膜中的作用
脂质 约50% 其中 是细胞膜的基本支架；______
是动物细胞膜的重要成分
蛋白质 约40% 承担细胞膜的主要功能，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的 越多
糖类 2%～10% 被称作 ，与细胞膜上的 结合形成_____________
磷脂双分子层
胆固醇
种类和数量
糖被
蛋白质或脂质
糖蛋白或糖脂
(外表面）
1.成分
一、对细胞膜的成分和结构的探索
细胞膜的成分是一成不变的吗？
不是，如癌变的细胞，细胞膜表面糖蛋白减少， 甲胎蛋白和癌胚抗原增加
一、对细胞膜的成分和结构的探索
生物膜 蛋白质 （质量分数/%） 脂类 （质量分数/%） 糖类
（质量分数/%）
人红细胞膜 49 43 8
大鼠肝细胞核膜 59 35 2.9
内质网膜 67 33 含量很少
线粒体外膜 52 48 含量很少
线粒体内膜 76 24 含量很少

不同生物膜的组成成分不完全一样说明什么？
单位面积的线粒体内膜含有的蛋白质高于外膜，说明什么？
线粒体内膜功能较外膜复杂，功能越复杂的生物膜，其蛋白质的种类和数量越多
一、对细胞膜的成分和结构的探索
一、对细胞膜的成分和结构的探索
提出问题：细胞膜的成分和结构是什么？
科学探究：
证据1：电镜观察的亮带是3.5nm,刚好符合磷脂双分子层亲水头部之间的距离。
证据2：蛋白质对电子阻挡作用大、脂双层对电子阻挡作用小
⑤1959年，罗伯特森通过电镜观察到细胞膜清晰的暗-亮-暗的三层结构。
提出假说：
所有细胞膜都是由蛋白质-脂质-蛋白质三层构成的静态统一结构。
一、对细胞膜的成分和结构的探索
提出问题：细胞膜的成分和结构是什么？
科学探究：
提出假说：
所有细胞膜都是由蛋白质-脂质-蛋白质三层构成的静态统一结构。
提出质疑：
难以解释细胞的生长、变形等现象
进一步观察和实验：
⑥1970年，科学家对膜蛋白进行荧光染料标记后使膜融合
聚乙二醇、电融合法和灭活的病毒诱导法等
修正假说：
1972年， 桑格 ， 尼克森 提出 流动镶嵌 模型。
此实验中，若降低温度，细胞完全融合的时间会延长，为什么？
温度会影响分子运动，进而影响膜的流动性
生物膜的模型建立
一、对细胞膜的成分和结构的探索
源于必修1 P44“科学方法”：细胞膜结构模型的探索过程，反映了提出假说这一科学方法的作用。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
2.结构模型（流动镶嵌模型）
a.磷脂双分子层
→构成生物膜的基本支架
特点：可以侧向自由移动
功能：屏障作用——水溶性分子或离子不能自由通过
二、细胞结构模型-流动镶嵌模型
2.结构模型（流动镶嵌模型）
b.蛋白质
→镶、部分或全部嵌入、贯穿
特点：大多数蛋白质分子是可以运动的
功能：在物质运输等方面有重要作用
运输：载体/通道
催化：酶
信息交流：受体、信号分子
结构蛋白
… …
功能越复杂的细胞膜，其蛋白质的种类和数量越多。
二、细胞结构模型-流动镶嵌模型
①受体蛋白
与激素、淋巴因子、神经递质等信号分子特异性结合
归纳提升——5种常考的“膜蛋白”
②通道蛋白
协助扩散
水通道蛋白、
离子通道蛋白等
③载体蛋白
物质跨膜运输方式中:
协助扩散和主动运输
④酶蛋白
催化作用：呼吸酶、ATP水解酶等
⑤识别蛋白
精卵结合、免疫细胞对抗原的特异性识别等
2.结构模型（流动镶嵌模型）
c.糖被→位于细胞膜的外表面
功能：保护、润滑、识别、信息传递等
与脂质结合→糖脂
与蛋白质结合→糖蛋白
糖蛋白质和糖脂是在_______和_________中合成的(糖链被加上去)。
内质网
高尔基体
二、细胞结构模型-流动镶嵌模型
①细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的。
②磷脂双分子层是膜的基本支架 ，其内部是疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，具有屏障作用。
③蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中：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中。这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。
④细胞膜的外表面还有糖类分子，
与蛋白质结合→糖蛋白
与脂 质结合→糖脂
这类糖类分子称为糖被（分布在细胞膜外表面）
与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能密切相关。
二、细胞结构模型-流动镶嵌模型
必修一p44，p45
动物细胞膜还有胆固醇，如何分布呢？
胆固醇：调节膜的流动性，增加了膜的稳定性。
二、细胞结构模型-流动镶嵌模型
3.结构特点
结构特点：
生物膜具有一定的______
流动性
构成细胞膜的磷脂分子可以侧向自由移动、大多数蛋白质可以运动
对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能具有重要意义
原 因
生理 意义
细胞融合
分泌蛋白的传递分泌
二、细胞结构模型-流动镶嵌模型
影响因素
主要受温度影响，在适当的温度范围内，随外界温度升高，膜的流动性增强，但温度超出一定范围，会导致膜的结构被破坏。
二、细胞结构模型-流动镶嵌模型
下列能体现膜具有流动性的实例有(多选）
A. 质壁分离与复原 B. 变形虫利用伪足捕食
C. 兴奋在突触的传递 D. 动物细胞失水皱缩
E. 受精卵的形成 F. 载体对相应物质的运转
G. 分泌蛋白的分泌
H. 白细胞吞噬病菌
细胞膜的结构特点：
具有流动性。
△拓展（p46拓展应用）
脂质体是一种人工膜，是根据磷脂分子可在水中形成稳定磷脂双分子层的原理制成的，是很多药物的理想载体，其结构示意图如图所示。其中的胆固醇有比磷脂更长的尾部，可使膜的通透性降低，对于维持脂质体结构的稳定性有重要作用。
△拓展（p46拓展应用）
(1)能在水中结晶的药物和脂溶性药物分别被包裹在何处？两类药物的包裹位置不相同的原因是什么？
水溶性药物——包裹在磷脂双分子层内部（甲）
(2)若脂质体运送的药物是抗癌药物，则抗体的作用是什么？
脂质体膜上的抗体能够特异性识别癌细胞，从而将药物定向运送到癌细胞。
脂溶性药物——包裹在两层磷脂分子之间（乙）
（原理：抗原抗体特异性结合）
△拓展（p46拓展应用）
(3)脂质体到达靶细胞后，药物将如何进入细胞内发挥作用？该过程利用了膜的什么特点？
提示　脂质体与细胞膜结构相似，到达靶细胞后可能会与细胞膜发生融合，也可能以胞吞方式将携带的药物运入细胞。利用了膜的流动性。
△拓展
常考的膜蛋白
细胞膜上蛋白质种类很多，如具有①运输作用的转运蛋白；②识别作用的糖蛋白；③接受信号的受体蛋白（糖蛋白）；④具有催化作用的酶：【细胞膜上可存在ATP水解酶（催化ATP水解，用于主动运输等）；又如好养细菌其细胞膜上可附着与有氧呼吸相关的酶】
△拓展细胞膜成分的鉴定方法
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
细胞膜的成分
、结构和功能
细胞膜的成分
脂质
蛋白质
糖类（少量）
磷脂（主要）
胆固醇（动物细胞膜）
细胞膜的研究简史
膜成分的探索
①1895年，欧文顿关于细胞膜通透性的实验。
②利用哺乳动物成熟的红细胞分离提纯，进行化学分析。
③1925年，红细胞中的脂质在空气-水界面铺成单分子层与红细胞表面积关系的实验。
④1935年，细胞表面张力研究实验。
膜结构的探索
⑤1959年，罗伯特森在电镜下观察细胞膜的结构。
⑥1970年人鼠细胞融合实验。
⑦1972年，辛格和尼科尔森提出流动镶嵌模型。
细胞膜的结构
流动镶嵌模型的内容
特点
细胞膜的功能
结构决定功能
1.将细胞与外界环境分隔开
2、控制物质进出
3、进行细胞间的信息交流
构建概念图，整体把握核心考点
（2024·贵州·高考真题）将台盼蓝染液注入健康家兔的血管，一段时间后，取不同器官制作切片观察，发现肝和淋巴结等被染成蓝色，而脑和骨骼肌等未被染色。下列叙述错误的是（ ）
A．实验结果说明，不同器官中毛细血管通透性有差异
B．脑和骨骼肌等未被染色，是因为细胞膜能控制物质进出
C．肝、淋巴结等被染成蓝色，说明台盼蓝染液进入了细胞
D．靶向治疗时，需要考虑药物分子大小与毛细血管通透性
C
（2024·安徽·高考真题）在多细胞生物体的发育过程中，细胞的分化及其方向是由细胞内外信号分子共同决定的某信号分子诱导细胞分化的部分应答通路如图。下列叙述正确的是（ ）
A．细胞对该信号分子的特异应答，依赖于细胞内的相应受体
B．酶联受体是质膜上的蛋白质，具有识别、运输和催化作用
C．ATP水解释放的磷酸分子与靶蛋白结合，使其磷酸化而有活性
D．活化的应答蛋白通过影响基因的表达，最终引起细胞定向分化
D

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