【学霸笔记:同步精讲】06 第二章 第二节 细胞膜控制细胞与周围环境的联系 讲义 生物浙科版 高中必修一 (学生版+教师版)

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【学霸笔记:同步精讲】06 第二章 第二节 细胞膜控制细胞与周围环境的联系 讲义 生物浙科版 高中必修一 (学生版+教师版)

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第二节 细胞膜控制细胞与周围环境的联系
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.通过模拟实验探究膜的透过性。 1.建构细胞膜模型,阐明细胞膜的结构与功能。(生命观念、科学思维) 2.通过模拟实验探究膜的透过性,厘清原理与操作流程。(科学思维、科学探究)
一、细胞膜的位置与功能
1.位置
细胞膜也称质膜,是围绕在细胞外层,将细胞与周围环境区分开的结构。
2.功能
细胞膜是细胞对外界环境的屏障,控制着物质的进出,保证了细胞内部环境的相对稳定,使细胞内的生命活动有序进行。
二、活动 通过模拟实验探究膜的透过性
1.半透膜
一些膜具有一定大小的孔径,水等小分子和离子可以自由通过,而蛋白质、淀粉等大分子则无法通过,这种膜称为半透膜。透析膜就是一种半透膜。
2.提出问题
将淀粉溶液和葡萄糖溶液分别装入透析袋里,观察两者通透情况是否相同?推测细胞膜是否具有类似特性?
3.方法步骤
(1)取A、B两个透析袋,将等量的淀粉溶液和葡萄糖溶液分别装入A、B透析袋中。透析袋两端用细线系紧。
(2)将透析袋一端的细线绑在玻璃棒中央,透析袋置于烧杯内,玻璃棒横置于烧杯上方。
(3)向烧杯内注入等量蒸馏水,直至淹没透析袋。向A组透析袋外面的蒸馏水中加入适量碘-碘化钾溶液。
(4)静置12 h。观察A组实验现象;取B组透析袋外面的蒸馏水2 mL,加入2_mL本尼迪特试剂,热水浴2~3 min,观察颜色变化。
4.结果分析
葡萄糖分子和碘可以通过透析膜,而淀粉分子无法通过。所以,透析膜对分子的进出具有半透性。
5.对细胞膜的推测
细胞膜是细胞的边界,将细胞内与外界环境分隔开,是外界物质进入细胞的屏障。所以,可以推测细胞膜对物质的进出具有选择透过性。
三、细胞膜的功能特性与结构组成
1.细胞膜具有选择透过性
细胞膜可以控制物质进出,选择性地吸收营养物质和排出代谢产物,保持细胞内生化反应有序进行。这一特性称为细胞膜的选择透过性。
2.细胞膜主要由磷脂和蛋白质构成
细胞膜主要由磷脂和蛋白质组成,除此之外,还含有少量糖类。动物细胞膜中还含一定量的胆固醇。
(1)磷脂
①元素组成:含有C、H、O、P四种元素,有些磷脂还含有N元素。
②分子特性:两性分子。其一端含有P元素,形成磷脂的“头”,具有亲水性,也称极性;另一端含有2条长长的脂肪酸链,形成磷脂的2个“尾”,具有疏水性,也称非极性。
③磷脂双分子层的形成:在水中,不同磷脂分子疏水性的尾部相对排列,内部形成一个疏水的环境;而亲水性的头部则朝向外侧,与水接触。所以,磷脂分子在水中可形成双层结构,称为磷脂双分子层,构成了细胞膜的基本骨架。
(2)膜蛋白
①概念与特性:细胞膜上的蛋白质统称为膜蛋白。膜蛋白也和磷脂分子一样,有水溶性部分和脂溶性部分。
②膜蛋白的功能:通常细胞的功能越多,其膜蛋白的种类和数量就越多。有些膜蛋白选择性地吸收或排出特定物质,控制其进出细胞,这类膜蛋白称为转运蛋白。有些膜蛋白催化特定化学反应,例如,小肠上皮细胞的某些膜蛋白可促进食物中营养物质的消化分解。同一组织的相邻细胞间通过某些膜蛋白紧密连接在一起。某些膜蛋白接收外界信息或刺激,激活细胞内相应生理生化反应,在细胞与外界的信息交流和细胞识别中发挥重要作用。
(3)胆固醇
①分布:存在于动物细胞膜中,占细胞膜所有脂质的10%~30%。植物细胞膜一般不含胆固醇。
②存在部位:胆固醇分子主要位于磷脂双分子层的疏水环境中,具有一个很小的亲水基团,与磷脂头部连接。
③功能:在动物细胞中,胆固醇能保持细胞膜的稳定性。胆固醇对细胞膜中磷脂分子的活动具有双重调节作用。一方面,胆固醇通过与磷脂脂肪酸链的相互作用,具有限制其运动、增加其有序性的作用;另一方面,也能将磷脂分子分隔开以增强其运动性。这种双重的调节作用取决于环境和胆固醇的数量。
3.生物膜
(1)生物膜的概念
除细胞膜外,细胞内还存在其他的膜结构,它们构成了细胞核等多种结构的边界。细胞内所有的膜称为生物膜。
(2)生物膜的特点:虽然细胞内不同部位的膜功能有所不同,但它们都具有相似的物质组成和空间结构。
四、生物膜具有流动性
1.生物膜的结构特点——生物膜具有流动性。
人鼠细胞融合实验表明:细胞膜的蛋白质是呈流动状态的。
2.流动镶嵌模型
(1)建立者:辛格和尼克尔森根据多个实验的证据提出生物膜的流动镶嵌模型。
(2)理论要点
①磷脂双分子层构成了生物膜的基本骨架。
②蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面,有的全部或部分嵌入磷脂双子层中,有的贯穿于整个磷脂双分子层,体现了膜内外结构的不对称性。
③磷脂和蛋白质位置不是固定的,生物膜具有一定流动性。
(3)生物膜具有流动性的原因及与生物膜的功能关系
①原因:磷脂双分子层中间的疏水层通常情况下呈液态,磷脂分子在膜中的位置并不固定,使得磷脂分子及附着于其上的蛋白质分子发生运动。
②与生物膜的功能关系:与生物膜进行能量转换、物质转运、信息传递和分裂等功能密切相关。
五、细胞壁是植物、真菌和大多数原核细胞的外层结构
1.分布
细胞壁是植物、真菌和大多数原核细胞的最外层结构。
2.成分
植物的细胞壁主要由纤维素组成,此外,植物细胞壁还含有果胶等多种物质。真菌和大多数原核细胞同样具有细胞壁,但组成物质和结构与植物不同。动物细胞没有细胞壁。
(正确的打“√”,错误的打“×”)
1.透析膜就是选择透过性膜。 (  )
2.动植物细胞膜成分完全相同。 (  )
3.环境温度较低时,胆固醇有助于保持细胞膜的柔韧性。 (  )
4.肥皂的主要成分与磷脂结构类似,是一端具有亲水性,另一端具有疏水性的两性分子。 (  )
5.细胞吸收离子,葡萄糖、氨基酸等营养物质都需要通过特定的受体蛋白来完成。 (  )
6.细胞外被又称糖萼,存在于细胞膜外表面,由多糖与细胞膜中的蛋白质或脂质结合而成。 (  )
提示:1.× 透析膜就是半透膜,生物膜才是选择透过性膜。
2.× 动物细胞的细胞膜中含一定量的胆固醇,植物的细胞膜中没有。
3.√ 4.√
5.× 由转运蛋白来完成。
6.√
 细胞膜的功能特性与分子组成
1.半透膜和选择透过性膜的区别
(1)半透膜是指某些物质可以通过,而另一些物质不能通过的多孔性薄膜。物质能否通过取决于分子的大小,如常见的半透膜有动物的膀胱膜、肠衣、鸡蛋的蛋壳膜等。水、葡萄糖等较小的分子可以通过,而蔗糖、蛋白质等较大的分子不能通过。
(2)选择透过性膜是指细胞膜等具有活性的生物膜。它具有半透膜的物理特性,更重要的是具有主动选择性,对物质的吸收与否及吸收的多少取决于膜上载体蛋白的种类与数量,因此不能将生物膜看作单纯的半透膜。
2.细胞膜的成分
3.四种“膜蛋白”及其功能的区分
(1)糖蛋白:信号分子(如激素、淋巴因子、神经递质)的受体蛋白。
(2)载体蛋白:协助跨膜运输(易化扩散和主动转运)。
(3)具催化作用的酶:如好氧型细菌其细胞膜上可附着与需氧呼吸相关的酶,此外,细胞膜上还可存在ATP水解酶(催化ATP水解,用于主动转运等)。
(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)。
下面是对细胞膜成分的科学探索,结合所学的知识回答相关问题。
(1)1895年,欧文顿的研究
①方法:对植物细胞的通透性进行实验。
②现象:脂溶性物质更容易通过细胞膜。
③推测:膜是由________组成的。
(2)对磷脂的研究
磷脂的一端为________的头,两个脂肪酸链一端为________的尾,多个磷脂分子在水中总是自发地形成________。
(3)1925年,戈特和格兰德尔的发现
①方法:用有机溶剂从人的红细胞中提取脂质,将其在空气-水界面上铺展成单分子层。
②现象:单分子层的面积为红细胞表面积的两倍。
③结论:细胞膜中的脂质分子排列为________。
(4)1935年,丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力
①现象:细胞膜的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。
②已有发现: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:细胞膜除含脂质分子外,可能________。
提示:(1)脂质 (2)亲水 疏水 双分子层 (3)连续的两层 (4)还附有蛋白质
1.在“通过模拟实验探究膜的特性”活动中,下列叙述正确的是(  )
A.活动中用细胞膜模拟透析膜
B.淀粉溶液变蓝色说明淀粉能透过透析膜
C.检测B烧杯中有没有葡萄糖使用双缩脲试剂 
D.实验的自变量是分子的大小(淀粉和葡萄糖)
D [该探究实验中是用透析膜模拟细胞膜,A错误;淀粉为大分子物质,不能通过透析膜,B错误;葡萄糖属于还原性糖,可用本尼迪特试剂检测;双缩脲试剂检测的是蛋白质,C错误;半透膜的特点是允许小分子物质通过,大分子物质不能通过,因此该实验的自变量是分子的大小(淀粉和葡萄糖),D正确。]
2.将大量磷脂分子放入清水中,搅拌后,不可能出现的现象是(  )
A     B    C     D
A [磷脂分子由亲水的“头”部和疏水的“尾”部构成,把大量磷脂分子放入清水中,如果磷脂分子是单层排布的,亲水的“头”部向外,疏水的“尾”部向内,如C项,如果磷脂分子是双层排布的,同样是亲水“头”部在外侧,如B、D项。]
3.下列各项中,对生物膜化学成分的表述,最全面的是(  )
A.蛋白质、糖类、脂肪    B.糖蛋白、脂肪
C.蛋白质、糖类、脂质 D.脂质、蛋白质
C [脂肪不是细胞膜的组成成分,A、B错误;生物膜的主要成分是脂质和蛋白质,此外细胞膜的外侧还含有少量的糖类,C正确;脂质和蛋白质是细胞膜的组成成分,但是不全面,D错误。]
4.细胞的膜蛋白具有物质运输、信息传递、免疫识别等重要的生理功能。下列图中,可正确表示不同细胞的膜蛋白及其相应功能的是(  )
A          B
C          D
D [血红蛋白存在于红细胞的内部,不属于膜蛋白,A项错误;抗体主要分布于血清中,T细胞膜上没有抗体,B项错误;胰高血糖素应该与胰岛B细胞膜上的胰高血糖素受体结合,C项错误。]
 细胞膜的结构特性与流动镶嵌模型的建立
1.细胞膜的结构特点与功能特性的比较
项目 细胞膜的结构特点 细胞膜的功能特性
内容 具有一定的流动性 选择透过性
原因 构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子不是静止不动的,而是运动的 遗传性载体种类、数量选择性
实例 变形虫的变形运动、细胞融合 植物根部细胞对离子的选择性吸收
2.流动镶嵌模型的构建
1.细胞膜流动性的实验探究
操作及现象:标记小鼠细胞与人细胞表面的蛋白质分子,做如图实验。
(1)该实验的方法是什么?
提示:荧光标记法。
(2)实验结果说明了什么?
提示:细胞膜上蛋白质分子具有一定的流动性。
2.下图为生物膜的结构模型示意图,据图回答下列问题。
(1)A侧是细胞的外侧,判断依据是什么?
提示:A侧有糖蛋白。
(2)细胞中的其他生物膜均有与此相似的结构,但执行的具体功能却有很大区别,其主要原因是什么?
提示:其主要原因是膜结构中的蛋白质的种类和数量不同。
1.对某动物细胞进行荧光标记实验,如下示意图所示,其基本过程:①用某种荧光材料标记该动物细胞,细胞表面出现荧光斑点。②用激光束照射该细胞表面的某一区域,该区域荧光淬灭(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膜中蛋白质或脂质的流动速率
C [该过程说明细胞膜具有流动性、荧光染料能与细胞膜组成成分结合,根据荧光恢复的速率可推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率,但不能根据荧光恢复的速率推算出物质跨膜运输的速率,因为该过程中没有发生物质跨膜运输。所以C不正确。]
2.细胞膜的亚显微结构模式如图甲,图甲细胞膜的磷脂分子结构模式如图乙,下列有关叙述错误的是(  )
图甲       图乙
A.将图乙平展在水面上,a部分与水面接触
B.图乙分子可识别“自己”和“非己”的成分
C.图甲中②与细胞的选择吸收有关
D.图甲中的①②③共同为细胞的生命活动提供相对稳定的内部环境
B [图乙中的a部分表示亲水端,b部分表示疏水端,因此将磷脂分子平展在水面上,a部分与水面接触,A正确;图乙分子为磷脂分子,不能识别“自己”和“非己”的成分,B错误;图甲中②是蛋白质,可作为物质进入细胞的载体,与细胞的选择吸收有关,C正确;图甲中的①②③构成的细胞膜共同为细胞的生命活动提供相对稳定的内部环境,D正确。]
3.细胞膜的特性和功能是由其结构决定的,下列相关叙述错误的是(  )
A.由于磷脂分子层内部是疏水的,因此水分子难以通过细胞膜
B.细胞膜的蛋白质分子有物质运输的功能
C.细胞膜的脂质结构使溶于脂质的物质容易通过细胞膜
D.细胞的生长现象不支持细胞膜的静态结构模型
A [水分子可以通过扩散方式通过细胞膜,A错误;细胞膜的蛋白质分子具有物质运输功能,如载体蛋白,B正确;细胞膜的脂质结构使溶于脂质的物质更容易通过细胞膜,C正确;细胞的生长现象说明细胞膜具有流动性,其不支持细胞膜的静态结构模型,D正确。]
 细胞膜的组成成分、结构与功能之间的相互关系的归纳
1.珊瑚是一种海洋无脊椎动物,大部分珊瑚都是雌雄同体。珊瑚虫一次可以排出成千上万的卵子和数亿的精子。而且同一海域的同种珊瑚通常都会同时排精卵,通过这样的方式来提高受精率和存活率。珊瑚群排出的精子与卵子混合在一起,但只有来自不同珊瑚株的才会结合到一起。
2.据报道一种聚联乙炔细胞膜识别器已问世,它是通过物理力把类似于细胞膜上具有分子识别功能的物体镶嵌到聚联乙炔囊泡中,组装成纳米尺寸的生物传感器。它在接触细菌、病毒时可以发生颜色变化,用于检测细菌、病毒等。
阅读情境材料,分析细胞膜的功能,结合细胞膜的结构,建立细胞膜结构与功能间的联系,培养生命观念。
(1)上述两则材料体现了细胞膜的什么功能?(生命观念)
提示:识别功能。
(2)该功能的实现依赖于细胞膜上的什么结构?(生命观念)
提示:多糖与蛋白质或脂质结合而成的细胞外被。
(3)如何根据细胞膜的流动镶嵌模型判断细胞膜的内侧和外侧?(生命观念)
提示:有糖蛋白的一侧为外侧。
[课堂小结]
1.细胞膜可以控制物质进出,选择性地吸收营养物质和排出代谢产物,保持细胞内生化反应的有序进行。这一特性称为细胞膜的选择透过性。
2.细胞膜主要由磷脂和蛋白质组成,除此之外,还含有少量糖类。动物细胞膜中还含一定量的胆固醇。
(1)磷脂:其一端含有P元素,形成磷脂的“头”,具有亲水性;另一端含有2条长长的脂肪酸链,形成磷脂的2个“尾”,具有疏水性。在水中,不同磷脂分子疏水性的尾部相对排列,内部形成一个疏水的环境;而亲水性的头部则朝向外侧,与水接触。形成双层结构,称为磷脂双分子层。
(2)膜蛋白:细胞膜上的蛋白质统称为膜蛋白。通常细胞的功能越多,其膜蛋白的种类和数量就越多。
(3)胆固醇:存在于动物细胞膜中,植物细胞膜一般不含胆固醇。在动物细胞中,胆固醇能保持细胞膜的稳定性。胆固醇对细胞膜中磷脂分子的活动具有双重调节作用。
3.生物膜:除细胞膜外,细胞内还存在其他的膜结构,它们构成了细胞核等多种结构的边界。细胞内所有的膜称为生物膜。
4.流动镶嵌模型:磷脂双分子层构成了生物膜的基本骨架;蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面,有的全部或部分嵌入磷脂双子层中,有的贯穿于整个磷脂双分子层,体现了膜内外结构的不对称性;磷脂和蛋白质位置不是固定的,生物膜具有一定的流动性。
5.细胞壁:细胞壁是植物、真菌和大多数原核细胞的最外层结构。植物的细胞壁主要由纤维素组成,此外,植物细胞壁还含有果胶等多种物质。
1.下列有关细胞膜的叙述错误的是(  )
A.细胞膜含有糖脂和糖蛋白
B.细胞膜上蛋白质的种类和数量越多,功能越复杂
C.细胞膜具有物质运输、能量转换、信息传递的功能
D.细胞膜的流动性决定了大部分的物质能够自由地通过细胞膜
D [细胞膜上含有糖脂和糖蛋白,糖蛋白有识别功能,故A正确;蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用,因此,功能越复杂的细胞膜,蛋白质的种类和数量越多,故B正确;细胞膜具有物质运输、能量转换、信息传递的功能,故C正确;细胞膜的选择透过性决定了大部分的物质能够自由地通过细胞膜,故D错误。]
2.下列最能正确表示细胞膜结构的是(  )
A     B    C     D
C [细胞膜主要由磷脂双分子层和蛋白质分子组成。磷脂分子的亲水头部向外排列,疏水尾部向内排列。糖蛋白只在细胞膜的一侧(外侧)分布。]
3.用台盼蓝对细胞染色,被染成蓝色的是死细胞,不着色的是活细胞。做出以上判断主要是依据细胞膜的哪种功能(  )
A.将细胞与外界环境分隔开
B.控制物质进出细胞
C.控制细胞的代谢和遗传
D.实现细胞与外界环境的能量转换
B [台盼蓝是细胞不需要的大分子,活细胞细胞膜具有选择透过性,台盼蓝不能进入活细胞中,而死亡细胞的细胞膜选择透过性丧失,大分子的台盼蓝能进入死细胞中,体现细胞膜的控制物质进出功能,B正确。]
4.下列有关植物细胞壁的说法,不正确的是(  )
A.主要由纤维素组成
B.不具有选择透过性
C.具有支撑和保护作用
D.可控制物质进出细胞
D [植物细胞壁的成分主要由纤维素组成,对植物细胞起到支撑和保护作用,属于全透性的结构,不能控制物质进出细胞。]
5.下图为嗅觉受体细胞膜模式图(局部):
根据以上材料和模式图回答下列问题。
(1)A代表______________分子;C代表______________。
(2)气味物质分子首先要与________________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。
(4)某些有机溶剂如苯酚,可溶解B造成膜的损伤,使嗅觉分辨能力下降,B的完整化学名称是________________。
解析:(1)分析题图可知,A代表蛋白质分子,C代表多糖,具有识别、润滑和保护作用,B是细胞膜的磷脂双分子层,构成了细胞膜的基本骨架。
(2)气味物质分子首先要与气味受体结合,才有产生嗅觉的可能。
(3)图中A是蛋白质,蛋白质具有特异性的直接原因是组成蛋白质的氨基酸的种类、数量、排列顺序及肽链的空间结构不同,这种特异性最终是由DNA(或基因、遗传物质)来决定的。
(4)某些有机溶剂如苯酚,可溶解B造成膜的损伤,使嗅觉分辨能力下降,B的完整化学名称是磷脂双分子层,是构成细胞膜的基本骨架。
答案:(1)蛋白质 多糖 (2)气味受体 (3)DNA(或基因、遗传物质) (4)磷脂双分子层
课时分层作业(5) 细胞膜控制细胞与周围环境的联系
题组一 探究膜的透过性与细胞膜的功能
1.已知物质X与物质Y能产生蓝色反应,用X、Y的溶液作为材料来探究物质能否通过半透膜,下列实验的现象和结论对应错误的是(  )
选项 烧杯内盛有X溶液 漏斗内盛有Y溶液 结论
A 变蓝 不变蓝 Y能通过半透膜,而X不能
B 不变蓝 不变蓝 X能通过半透膜,而Y不能
C 变蓝 变蓝 X和Y都能通过半透膜
D 不变蓝 变蓝 X能通过半透膜,而Y不能
B [若烧杯内盛有的X溶液变蓝,漏斗内盛有的Y溶液不变蓝,说明漏斗内的Y物质能通过半透膜进入烧杯内,但烧杯内的X物质则不能通过半透膜进入漏斗内,A正确;若烧杯内盛有的X溶液与漏斗内盛有的Y溶液都不变蓝,说明漏斗内的Y物质不能通过半透膜进入烧杯内,烧杯内的X物质也不能通过半透膜进入漏斗内,B错误;若烧杯内盛有的X溶液与漏斗内盛有的Y溶液都变蓝,说明漏斗内的Y物质能通过半透膜进入烧杯内,烧杯内的X物质也能通过半透膜进入漏斗内,C正确;若烧杯内盛有的X溶液不变蓝,漏斗内盛有的Y溶液变蓝,说明漏斗内的Y物质不能通过半透膜进入烧杯内,但烧杯内的X物质则能通过半透膜进入漏斗内,D正确。]
2.下列关于生物膜和半透膜的说法,正确的是(  )
A.半透膜是生物膜的一种
B.植物细胞发生质壁分离时,细胞膜相当于半透膜
C.生物膜和半透膜的主要成分都是脂质和蛋白质
D.半透膜可以让离子和小分子通过,生物膜只可以让部分离子和部分小分子通过
D [生物膜具有选择透过性,属于半透膜的一种,故A错误;在质壁分离过程中,原生质层相当于半透膜,故B错误;生物膜的组成成分主要是脂质和蛋白质,而半透膜不一定是生物膜,故C错误;生物膜的选择透过性允许需要的离子和小分子通过,不需要的离子和小分子不能通过,而分子直径小于半透膜小孔的均能通过,故D正确。]
题组二 细胞膜的功能特性与分子组成
3.下列有关细胞膜结构和功能的叙述,错误的是(  )
A.膜蛋白和磷脂都有水溶性部分和脂溶性部分
B.在电镜下可以看到细胞膜的流动镶嵌模型
C.选择透过性与膜蛋白和磷脂双分子层都有关
D.胆固醇对磷脂分子的活动具有双重调节作用
B [细胞膜上的蛋白质统称为膜蛋白,膜蛋白也和磷脂分子一样,有水溶性部分和脂溶性部分,A正确;细胞膜的流动镶嵌模型是一种物理模型,不是细胞膜本身的结构,在电镜下不可以看到细胞膜的流动镶嵌模型,B错误;膜蛋白中的载体蛋白与细胞膜的选择透过性密切相关,而细胞膜的通透性和磷脂双分子层有关,因此选择透过性与膜蛋白和磷脂双分子层都有关,C正确;一方面,胆固醇通过与磷脂的脂肪酸链的相互作用,具有限制其运动、增加其有序性的作用,另一方面,也能将磷脂分子隔开以增强其运动性,D正确。]
4.细胞膜上的蛋白质统称为膜蛋白,与细胞膜的功能息息相关,关于膜蛋白的叙述错误的是(  )
A.膜蛋白也是一种两性分子,有水溶性部分和脂溶性部分
B.细胞膜的功能与膜蛋白的种类和数量有关
C.癌细胞膜上黏连蛋白增多,便于在组织间转移
D.有些膜蛋白可以起生物催化作用
C [蛋白质与磷脂一样具有水溶性和脂溶性部分,水溶性部分位于膜两侧,脂溶性部分位于脂双层内,A正确;细胞膜的功能与膜蛋白的种类和数量有关,膜蛋白的种类和数量越多,细胞膜的功能越复杂,B正确;癌细胞膜上糖蛋白减少,黏着性下降,细胞容易转移和扩散,C错误;细胞膜上的蛋白质功能具有多样性,有些膜蛋白是酶,可以起到生物催化作用,D正确。]
5.细胞膜功能的复杂程度,主要取决于膜上的(  )
A.磷脂含量 B.蛋白质的种类和数量
C.糖的种类 D.水含量
B [由分析可知,蛋白质是生命活动的主要承担者和体现者,细胞膜的功能复杂程度与蛋白质的种类和数量有关,其功能的复杂程度主要取决于膜上蛋白质的种类和数量。]
6.下列关于细胞膜的叙述,错误的是(  )
A.脂双层两层中的磷脂分子含量不同
B.细胞之间的识别主要取决于磷脂分子
C.膜中磷脂和蛋白质分子是不断运动的
D.质膜上存在能起生物催化作用的蛋白质
B [脂双层两层中的磷脂分子含量不同,A正确;细胞之间的识别主要取决于细胞膜表面的糖蛋白,B错误;膜中磷脂和蛋白质分子是不断运动的,因此膜具有一定的流动性,C正确;质膜上存在能起生物催化作用的蛋白质,D正确。]
题组三 细胞膜的结构特性与流动镶嵌模型
7.下图是某动物细胞膜的结构模式图,①~③表示物质。下列有关叙述错误的是(  )
A.①与细胞间的信息交流功能有密切关系
B.②的种类与数量与细胞膜的功能有关
C.③是两性分子,内外两层是完全相同的
D.①②③在细胞膜上都不是静止的
C [①糖蛋白与细胞间的信息交流功能有密切关系,A正确;②蛋白质的种类与数量越多,细胞膜的功能越复杂,B正确;③磷脂分子是两性分子,脂双层的两层并不是完全相同的,C错误;细胞膜具有流动性特点,指在细胞膜上的这些组成分子都是可以运动的,D正确。]
8.下图表示细胞膜的结构模型示意图,请据图回答下列问题。
(1)图中[B]________的基本组成单位是________。构成细胞膜基本骨架的结构是[ ]________。
(2)与细胞膜的识别功能有关的结构是[ ]________。
(3)吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了细胞膜具有________的特点。
(4)不同细胞的细胞膜的生理功能不同,主要取决于细胞膜上的哪些结构的不同?________(填字母)。
(5)该种细胞膜的结构模型被称为________。
解析:A代表的是多糖,B代表的是蛋白质,E代表的是具有识别功能的糖蛋白,C和D分别是指磷脂分子和磷脂双分子层。组成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子都是可以运动的,决定了其具有一定的流动性;吞噬细胞吞噬细菌的结构基础是膜结构具有一定的流动性。蛋白质是生命活动的主要承担者,因此不同的细胞膜其蛋白质的种类和数量也不相同。
答案:(1)蛋白质 氨基酸 D 磷脂双分子层 (2)E 糖蛋白 (3)一定的流动性 (4)B、E (5)流动镶嵌模型
9.蜜蜂将一株油菜的花粉带到另一株油菜花的柱头上后,即可发生花粉萌发、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.进行细胞间的信息交流
D [根据题意“蜜蜂将一株油菜的花粉带到另一株油菜花的柱头上后,会发生受精作用产生种子;若带到一朵桃花的柱头上则不会发生这一系列反应”说明细胞膜进行精卵结合时能进行物种识别,体现了细胞间的信息传递,即细胞直接接触交流信息,故D项正确。]
10.如图表示各种细胞膜的成分及含量,图示不能说明的是(  )
A.构成细胞膜的主要成分是蛋白质和脂质
B.细胞膜中脂质主要是磷脂
C.细胞膜中都含有蛋白质、脂质和糖类
D.不同细胞膜中脂质和蛋白质的比例不同
B [由图示数据可知,在各种细胞膜中都含有蛋白质、脂质和糖类,但是蛋白质和脂质的含量相对较高,因此构成细胞膜的主要成分是蛋白质和脂质,然而不同细胞膜中蛋白质和脂质的比例不同;图中所给数据并不能显示出构成细胞膜的脂质主要是磷脂。]
11.下图表示细胞膜部分功能结构模式图。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重要作用
B.功能②进入细胞的物质对细胞都有利
C.激素调控生命活动与图中功能③有一定关系
D.相邻的植物细胞可通过功能④进行通讯
B [功能①将细胞与外界环境分隔开,在原始海洋中保障了细胞内部的相对稳定,在生命起源过程中具有重要作用,A正确;功能②控制物质进出细胞,细胞膜的控制作用是相对的,环境中的一些有害物质有可能进入细胞,B错误;激素的调控作用是通过传递信息的方式进行的,与细胞膜上的糖蛋白的识别作用③有关,C正确;相邻的高等植物细胞间通过胞间连丝相互连接,有信息交流的作用,D正确。]
易错点 不能正确区分半透膜和选择透过性膜
12.下列关于半透膜和细胞膜的描述中,错误的是(  )
A.半透膜是允许一部分物质通过,不允许另一部分物质通过的膜
B.细胞膜是一层选择透过性膜,除H2O、CO2、O2等可以自由通过外,其他被选择的小分子、离子也能通过,具有生物活性
C.细胞膜不能相当于半透膜
D.半透膜包括物理性的半透膜和生物性的选择透过性膜
C [半透膜是允许一部分物质通过,不允许另一部分物质通过的膜,A正确;细胞膜是一层选择透过性膜,对H2O、CO2、O2等可以自由通过外,其他被选择的小分子、离子也能通过,具有生物活性,B正确;细胞膜属于半透膜,C错误;半透膜包括物理性的过滤膜(只与分子直径大小有关)和生物性的选择透过性膜,D正确。]
19/19第二节 细胞膜控制细胞与周围环境的联系
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.通过模拟实验探究膜的透过性。 1.建构细胞膜模型,阐明细胞膜的结构与功能。(生命观念、科学思维) 2.通过模拟实验探究膜的透过性,厘清原理与操作流程。(科学思维、科学探究)
一、细胞膜的位置与功能
1.位置
细胞膜也称________,是围绕在细胞外层,将细胞与周围环境区分开的结构。
2.功能
细胞膜是细胞对外界环境的屏障,控制着________,保证了细胞内部环境的______,使细胞内的生命活动有序进行。
二、活动 通过模拟实验探究膜的透过性
1.半透膜
一些膜具有一定大小的孔径,水等小分子和离子可以________,而蛋白质、淀粉等大分子则________,这种膜称为半透膜。透析膜就是一种________。
2.提出问题
将淀粉溶液和葡萄糖溶液分别装入透析袋里,观察两者通透情况是否相同?推测细胞膜是否具有类似特性?
3.方法步骤
(1)取A、B两个透析袋,将________的淀粉溶液和葡萄糖溶液分别装入A、B透析袋中。透析袋两端用细线系紧。
(2)将透析袋一端的细线绑在玻璃棒中央,透析袋置于烧杯内,玻璃棒横置于烧杯上方。
(3)向烧杯内注入__________,直至淹没透析袋。向A组透析袋外面的蒸馏水中加入适量____________。
(4)静置12 h。观察A组实验现象;取B组透析袋外面的蒸馏水2 mL,加入________________,热水浴2~3 min,观察颜色变化。
4.结果分析
葡萄糖分子和碘可以通过透析膜,而淀粉分子无法通过。所以,透析膜对分子的进出具有________。
5.对细胞膜的推测
细胞膜是细胞的边界,将细胞内与外界环境分隔开,是外界物质进入细胞的屏障。所以,可以推测细胞膜对物质的进出具有__________。
三、细胞膜的功能特性与结构组成
1.细胞膜具有选择透过性
细胞膜可以控制物质进出,选择性地吸收营养物质和排出代谢产物,保持细胞内生化反应有序进行。这一特性称为细胞膜的__________。
2.细胞膜主要由磷脂和蛋白质构成
细胞膜主要由__________组成,除此之外,还含有少量________。动物细胞膜中还含一定量的________。
(1)磷脂
①元素组成:含有__________四种元素,有些磷脂还含有________元素。
②分子特性:两性分子。其一端含有P元素,形成磷脂的“头”,具有________性,也称极性;另一端含有2条长长的脂肪酸链,形成磷脂的2个“尾”,具有______性,也称非极性。
③磷脂双分子层的形成:在水中,不同磷脂分子疏水性的尾部________排列,内部形成一个疏水的环境;而亲水性的________则朝向外侧,与水接触。所以,磷脂分子在水中可形成双层结构,称为磷脂双分子层,构成了细胞膜的________。
(2)膜蛋白
①概念与特性:细胞膜上的蛋白质统称为__________。膜蛋白也和磷脂分子一样,有________部分和________部分。
②膜蛋白的功能:通常细胞的功能越多,其膜蛋白的__________就越多。有些膜蛋白选择性地吸收或排出特定物质,控制其进出细胞,这类膜蛋白称为________。有些膜蛋白催化________________,例如,小肠上皮细胞的某些膜蛋白可促进食物中营养物质的消化分解。同一组织的相邻细胞间通过某些膜蛋白________在一起。某些膜蛋白接收外界信息或刺激,激活细胞内相应生理生化反应,在细胞与外界的________和________中发挥重要作用。
(3)胆固醇
①分布:存在于________细胞膜中,占细胞膜所有脂质的10%~30%。________细胞膜一般不含胆固醇。
②存在部位:胆固醇分子主要位于磷脂双分子层的________环境中,具有一个很小的亲水基团,与__________连接。
③功能:在动物细胞中,胆固醇能保持细胞膜的________。胆固醇对细胞膜中磷脂分子的活动具有________作用。一方面,胆固醇通过与磷脂脂肪酸链的相互作用,具有________其运动、增加其__________的作用;另一方面,也能将磷脂分子分隔开以增强其________性。这种双重的调节作用取决于环境和胆固醇的________。
3.生物膜
(1)生物膜的概念
除细胞膜外,细胞内还存在其他的膜结构,它们构成了细胞核等________的边界。细胞内所有的膜称为________。
(2)生物膜的特点:虽然细胞内不同部位的膜功能有所不同,但它们都具有相似的________和________。
四、生物膜具有流动性
1.生物膜的结构特点——生物膜具有_________________________________。
人鼠细胞融合实验表明:细胞膜的________________。
2.流动镶嵌模型
(1)建立者:辛格和尼克尔森根据多个实验的证据提出生物膜的流动镶嵌模型。
(2)理论要点
①__________构成了生物膜的基本骨架。
②蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面,有的全部或部分嵌入磷脂双子层中,有的贯穿于整个磷脂双分子层,体现了膜内外结构的________。
③磷脂和蛋白质位置不是固定的,生物膜具有__________。
(3)生物膜具有流动性的原因及与生物膜的功能关系
①原因:磷脂双分子层中间的疏水层通常情况下呈__________,磷脂分子在膜中的位置________,使得磷脂分子及附着于其上的蛋白质分子发生运动。
②与生物膜的功能关系:与生物膜进行________、________、________和分裂等功能密切相关。
五、细胞壁是植物、真菌和大多数原核细胞的外层结构
1.分布
细胞壁是植物、________和大多数________细胞的最外层结构。
2.成分
植物的细胞壁主要由________组成,此外,植物细胞壁还含有________等多种物质。真菌和大多数原核细胞同样具有细胞壁,但组成物质和结构与植物________。动物细胞________细胞壁。
(正确的打“√”,错误的打“×”)
1.透析膜就是选择透过性膜。 (  )
2.动植物细胞膜成分完全相同。 (  )
3.环境温度较低时,胆固醇有助于保持细胞膜的柔韧性。 (  )
4.肥皂的主要成分与磷脂结构类似,是一端具有亲水性,另一端具有疏水性的两性分子。 (  )
5.细胞吸收离子,葡萄糖、氨基酸等营养物质都需要通过特定的受体蛋白来完成。 (  )
6.细胞外被又称糖萼,存在于细胞膜外表面,由多糖与细胞膜中的蛋白质或脂质结合而成。 (  )
 细胞膜的功能特性与分子组成
1.半透膜和选择透过性膜的区别
(1)半透膜是指某些物质可以通过,而另一些物质不能通过的多孔性薄膜。物质能否通过取决于分子的大小,如常见的半透膜有动物的膀胱膜、肠衣、鸡蛋的蛋壳膜等。水、葡萄糖等较小的分子可以通过,而蔗糖、蛋白质等较大的分子不能通过。
(2)选择透过性膜是指细胞膜等具有活性的生物膜。它具有半透膜的物理特性,更重要的是具有主动选择性,对物质的吸收与否及吸收的多少取决于膜上载体蛋白的种类与数量,因此不能将生物膜看作单纯的半透膜。
2.细胞膜的成分
3.四种“膜蛋白”及其功能的区分
(1)糖蛋白:信号分子(如激素、淋巴因子、神经递质)的受体蛋白。
(2)载体蛋白:协助跨膜运输(易化扩散和主动转运)。
(3)具催化作用的酶:如好氧型细菌其细胞膜上可附着与需氧呼吸相关的酶,此外,细胞膜上还可存在ATP水解酶(催化ATP水解,用于主动转运等)。
(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)。
下面是对细胞膜成分的科学探索,结合所学的知识回答相关问题。
(1)1895年,欧文顿的研究
①方法:对植物细胞的通透性进行实验。
②现象:脂溶性物质更容易通过细胞膜。
③推测:膜是由________组成的。
(2)对磷脂的研究
磷脂的一端为________的头,两个脂肪酸链一端为________的尾,多个磷脂分子在水中总是自发地形成________。
(3)1925年,戈特和格兰德尔的发现
①方法:用有机溶剂从人的红细胞中提取脂质,将其在空气-水界面上铺展成单分子层。
②现象:单分子层的面积为红细胞表面积的两倍。
③结论:细胞膜中的脂质分子排列为________。
(4)1935年,丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力
①现象:细胞膜的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。
②已有发现: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:细胞膜除含脂质分子外,可能__________________________________。
1.在“通过模拟实验探究膜的特性”活动中,下列叙述正确的是(  )
A.活动中用细胞膜模拟透析膜
B.淀粉溶液变蓝色说明淀粉能透过透析膜
C.检测B烧杯中有没有葡萄糖使用双缩脲试剂
D.实验的自变量是分子的大小(淀粉和葡萄糖)
2.将大量磷脂分子放入清水中,搅拌后,不可能出现的现象是(  )
A     B    C     D
3.下列各项中,对生物膜化学成分的表述,最全面的是(  )
A.蛋白质、糖类、脂肪  B.糖蛋白、脂肪
C.蛋白质、糖类、脂质 D.脂质、蛋白质
4.细胞的膜蛋白具有物质运输、信息传递、免疫识别等重要的生理功能。下列图中,可正确表示不同细胞的膜蛋白及其相应功能的是(  )
A         B
C         D
 细胞膜的结构特性与流动镶嵌模型的建立
1.细胞膜的结构特点与功能特性的比较
项目 细胞膜的结构特点 细胞膜的功能特性
内容 具有一定的流动性 选择透过性
原因 构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子不是静止不动的,而是运动的 遗传性载体种类、数量选择性
实例 变形虫的变形运动、细胞融合 植物根部细胞对离子的选择性吸收
2.流动镶嵌模型的构建
1.细胞膜流动性的实验探究
操作及现象:标记小鼠细胞与人细胞表面的蛋白质分子,做如图实验。
(1)该实验的方法是什么?
                                    
                                    
                                    
(2)实验结果说明了什么?
                                    
                                    
                                    
2.下图为生物膜的结构模型示意图,据图回答下列问题。
(1)A侧是细胞的外侧,判断依据是什么?
                                    
                                    
(2)细胞中的其他生物膜均有与此相似的结构,但执行的具体功能却有很大区别,其主要原因是什么?
                                    
                                    
                                    
1.对某动物细胞进行荧光标记实验,如下示意图所示,其基本过程:①用某种荧光材料标记该动物细胞,细胞表面出现荧光斑点。②用激光束照射该细胞表面的某一区域,该区域荧光淬灭(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膜中蛋白质或脂质的流动速率
2.细胞膜的亚显微结构模式如图甲,图甲细胞膜的磷脂分子结构模式如图乙,下列有关叙述错误的是(  )
图甲       图乙
A.将图乙平展在水面上,a部分与水面接触
B.图乙分子可识别“自己”和“非己”的成分
C.图甲中②与细胞的选择吸收有关
D.图甲中的①②③共同为细胞的生命活动提供相对稳定的内部环境
3.细胞膜的特性和功能是由其结构决定的,下列相关叙述错误的是(  )
A.由于磷脂分子层内部是疏水的,因此水分子难以通过细胞膜
B.细胞膜的蛋白质分子有物质运输的功能
C.细胞膜的脂质结构使溶于脂质的物质容易通过细胞膜
D.细胞的生长现象不支持细胞膜的静态结构模型
 细胞膜的组成成分、结构与功能之间的相互关系的归纳
1.珊瑚是一种海洋无脊椎动物,大部分珊瑚都是雌雄同体。珊瑚虫一次可以排出成千上万的卵子和数亿的精子。而且同一海域的同种珊瑚通常都会同时排精卵,通过这样的方式来提高受精率和存活率。珊瑚群排出的精子与卵子混合在一起,但只有来自不同珊瑚株的才会结合到一起。
2.据报道一种聚联乙炔细胞膜识别器已问世,它是通过物理力把类似于细胞膜上具有分子识别功能的物体镶嵌到聚联乙炔囊泡中,组装成纳米尺寸的生物传感器。它在接触细菌、病毒时可以发生颜色变化,用于检测细菌、病毒等。
阅读情境材料,分析细胞膜的功能,结合细胞膜的结构,建立细胞膜结构与功能间的联系,培养生命观念。
(1)上述两则材料体现了细胞膜的什么功能?(生命观念)
                                    
                                    
                                    
(2)该功能的实现依赖于细胞膜上的什么结构?(生命观念)
                                    
                                    
                                    
(3)如何根据细胞膜的流动镶嵌模型判断细胞膜的内侧和外侧?(生命观念)
                                    
                                    
                                    
[课堂小结]
1.细胞膜可以控制物质进出,选择性地吸收营养物质和排出代谢产物,保持细胞内生化反应的有序进行。这一特性称为细胞膜的选择透过性。
2.细胞膜主要由磷脂和蛋白质组成,除此之外,还含有少量糖类。动物细胞膜中还含一定量的胆固醇。
(1)磷脂:其一端含有P元素,形成磷脂的“头”,具有亲水性;另一端含有2条长长的脂肪酸链,形成磷脂的2个“尾”,具有疏水性。在水中,不同磷脂分子疏水性的尾部相对排列,内部形成一个疏水的环境;而亲水性的头部则朝向外侧,与水接触。形成双层结构,称为磷脂双分子层。
(2)膜蛋白:细胞膜上的蛋白质统称为膜蛋白。通常细胞的功能越多,其膜蛋白的种类和数量就越多。
(3)胆固醇:存在于动物细胞膜中,植物细胞膜一般不含胆固醇。在动物细胞中,胆固醇能保持细胞膜的稳定性。胆固醇对细胞膜中磷脂分子的活动具有双重调节作用。
3.生物膜:除细胞膜外,细胞内还存在其他的膜结构,它们构成了细胞核等多种结构的边界。细胞内所有的膜称为生物膜。
4.流动镶嵌模型:磷脂双分子层构成了生物膜的基本骨架;蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面,有的全部或部分嵌入磷脂双子层中,有的贯穿于整个磷脂双分子层,体现了膜内外结构的不对称性;磷脂和蛋白质位置不是固定的,生物膜具有一定的流动性。
5.细胞壁:细胞壁是植物、真菌和大多数原核细胞的最外层结构。植物的细胞壁主要由纤维素组成,此外,植物细胞壁还含有果胶等多种物质。
1.下列有关细胞膜的叙述错误的是(  )
A.细胞膜含有糖脂和糖蛋白
B.细胞膜上蛋白质的种类和数量越多,功能越复杂
C.细胞膜具有物质运输、能量转换、信息传递的功能
D.细胞膜的流动性决定了大部分的物质能够自由地通过细胞膜
2.下列最能正确表示细胞膜结构的是(  )
A    B    C    D
3.用台盼蓝对细胞染色,被染成蓝色的是死细胞,不着色的是活细胞。做出以上判断主要是依据细胞膜的哪种功能(  )
A.将细胞与外界环境分隔开
B.控制物质进出细胞
C.控制细胞的代谢和遗传
D.实现细胞与外界环境的能量转换
4.下列有关植物细胞壁的说法,不正确的是(  )
A.主要由纤维素组成
B.不具有选择透过性
C.具有支撑和保护作用
D.可控制物质进出细胞
5.下图为嗅觉受体细胞膜模式图(局部):
根据以上材料和模式图回答下列问题。
(1)A代表______________分子;C代表______________。
(2)气味物质分子首先要与______________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。
(4)某些有机溶剂如苯酚,可溶解B造成膜的损伤,使嗅觉分辨能力下降,B的完整化学名称是________________。
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