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第3章　细胞的基本结构
第1节　细胞膜的结构和功能
课时目标 1.分析细胞膜的功能和结构特点，认同结构与功能相适应的观点。
(生命观念)
2．建立细胞膜的结构模型，掌握流动镶嵌模型的基本内容。(科学思维)
3．分析细胞膜成分和结构的探索历程，掌握科学探究的一般方法。(科学探究)
4．分析“脂质体药物”的作用原理，关注人体健康。(社会责任)
内部环境的相对稳定
一、细胞膜的功能
1．将细胞与外界环境分隔开
使细胞成为相对独立的系统，保障细胞_________________________。
2．控制物质进出细胞
3．进行细胞间的信息交流
(1)通过血液的运输作用完成信息交流。
(2)通过相邻两个细胞的_________接触直接进行交流。
(3)通过相邻两个细胞之间形成______来实现信息交流。
细胞膜
通道
二、对细胞膜成分的探索
1．探索历程
2．细胞膜的成分
三、对细胞膜结构的探索
四、流动镶嵌模型的基本内容
1．写出a、b、c代表的含义
a．__________________；b._________；c._________。
2．基本内容
(1)基本支架：__________________。
(2)蛋白质的分布：以不同方式______在磷脂双分子层中。
磷脂双分子层
蛋白质
糖蛋白
磷脂双分子层
镶嵌
3．结构特点
◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”)
1．1895年，欧文顿通过对哺乳动物的红细胞细胞膜成分的分析，得知组成细胞膜的成分有脂质和蛋白质。(　　　)
提示：欧文顿用多种化学物质对植物细胞的通透性进行了实验，推测出细胞膜的主要组成成分中有脂质。
2．构成细胞膜的磷脂分子具有流动性，而蛋白质是固定不动的。 (　　　)
提示：构成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质都是可以运动的。
×
×
3．细胞膜的脂质使溶于脂质的物质容易通过细胞膜。 (　　　)
4．膜蛋白在细胞膜上的分布是对称的。(　　　)
提示：构成细胞膜的蛋白质在膜两侧的分布是不对称的，糖蛋白分布于细胞膜的外侧。
5．同一生物体的细胞膜中蛋白质的种类和数量相同。(　　　)
提示：同一生物体不同种类细胞的细胞膜中蛋白质的种类和数量不同。
√
×
×
◆名师点睛
1．构成细胞膜的脂质有磷脂、胆固醇，不包括脂肪。
2．罗伯特森提出细胞膜的静态结构模型，这一模型不能解释细胞的生长现象。
3．莲花“出淤泥而不染”体现了细胞膜控制物质进出细胞的功能。
4．哺乳动物的红细胞在发育成熟的过程中，细胞核逐渐退化，为携带氧的血红蛋白腾出空间，成熟的红细胞一般不含细胞器，且取材方便。因此哺乳动物成熟的红细胞是获得纯净细胞膜的好材料。
◆模型构建
1．细胞内外均为水环境时，磷脂分子的分布：
2．将磷脂分子置于水—苯混合溶剂中，磷脂分子的分布：
◆思维启迪
1．有人在解释细胞膜时，把它与纱窗进行类比：纱窗能把昆虫挡在外面，同时纱窗的小洞又能让空气进出。这种类比说明什么问题？这种类比合理吗？
提示：这种类比说明细胞膜与纱窗一样可以允许一些物质出入，阻挡其他物质出入。这种类比不合理，因为细胞膜是活细胞的重要组成部分，活细胞的生命活动是一个主动的过程，而纱窗是没有生命的，它只能被动地起作用。
2．如何根据细胞膜中成分的分布位置，判断膜的内侧和外侧？
提示：根据糖蛋白的分布情况，有糖蛋白的一侧为膜的外侧，无糖蛋白的一侧则为膜的内侧。
任务一__细胞膜的功能
1．从生命起源的角度分析，由于膜的出现而产生了原始的细胞，并使之成为相对独立的系统。细胞膜在这个生命系统中具有什么重要意义？
答案：细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
2．用台盼蓝染液染色时，死细胞为什么能被染成蓝色而活细胞不能被染色？这说明细胞膜具有什么功能？
答案：活细胞的细胞膜可控制物质进出细胞，台盼蓝染液是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜，因此活细胞不被染色；死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝染液能通过细胞膜进入细胞，因此死细胞能被染成蓝色。这说明细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。
1．利用图解法理解细胞膜的功能
2．细胞间信息交流的方式举例与模型建构
方式 模型
间接交流
直接交流
经通道交流
(1)细胞膜的三种信息交流方式发生于细胞与细胞之间，而不是细胞内的信息交流。
(2)细胞间信息交流并非都依赖于细胞膜上的受体蛋白，如通过细胞通道的信息交流方式，而通过化学物质传递信息和通过细胞膜接触传递信息都依赖于细胞膜上或细胞内的受体蛋白。
1．下图表示细胞膜的功能模式图。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重要作用
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
B
解析：
功能①表示细胞膜将细胞与外界环境分隔开，这在生命起源过程中具有重要作用，使其产生了原始的细胞，并成为相对独立的系统，A正确；功能②表示控制物质进出细胞，进入细胞的物质对细胞不一定有利，B错误；功能③表示进行细胞间的信息交流，如激素可通过与靶细胞膜上相应受体结合来调控生命活动，C正确；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，D正确。
2．下图为细胞间信息交流的一种方式，下列有关叙述错误的是 (　　)
A．图中反映了细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能
B．图中乙细胞表示靶细胞
C．图中a表示信号分子，其本质不一定是蛋白质
D．图中b表示细胞膜上的信号分子
D
[答题指导]
解析：
题图表示细胞之间的信息交流，A正确；由题图可知，乙细胞是靶细胞，B正确；题图中a表示信号分子，其本质不一定是蛋白质，C正确；靶细胞膜上的b表示相关受体，为接收信号的分子，D错误。
任务二__对细胞膜成分和结构的探索
1．磷脂分子的结构如下图所示。
(1)将磷脂放入盛有水的容器中，下列能正确反映其分布的是_______。
(2)戈特和格伦德尔是如何推断出“细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层”这一结论的？
答案：(1)A
(2)戈特和格伦德尔从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍，从而推断出“细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层”这一结论。
2．科学家测定了不同细胞的细胞膜成分，结果见下表。
种类 成分
蛋白质/% 脂质/% 糖类/%
神经髓鞘 22 77 1
变形虫细胞膜 54 42 4
小鼠肝细胞膜 44 52 4
人红细胞膜 49 43 8
细胞膜的主要成分是什么？细胞膜功能的复杂程度主要与哪种成分相关联？
答案：细胞膜主要由脂质和蛋白质组成。细胞膜功能的复杂程度主要与蛋白质有关。
1．细胞膜的成分及功能分析
2．构成细胞膜的磷脂分子分析
(1)结构：由甘油、脂肪酸和磷酸及其他衍生物构成，其中磷酸作为亲水性的“头部”，脂肪酸作为疏水性的“尾部”。
(2)排列方式：“尾部”相对、“头部”朝外构成磷脂双分子层(如下图所示)，作为细胞膜的基本支架。磷脂分子的这种排列方式符合细胞膜两侧均为水环境的事实。
3．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
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
1．(2024·南宁高一检测)科学家对细胞膜结构的探索经历了漫长的历程，下列关于这段科学史的说法，正确的是 (　　)
A．欧文顿对植物细胞的通透性进行上万次实验，发现脂溶性物质不易通过细胞膜
B．戈特和格伦德尔提取人红细胞中的脂质并将其铺展成单分子层，测得单层分子的面积是红细胞表面积的2倍，他们由此推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层
B
C．罗伯特森在电镜下观察到细胞膜呈清晰的暗—亮—暗三层结构，他认为生物膜是由脂质—蛋白质—脂质三层构成的静态结构
D．科学家用绿色和红色的荧光染料分别标记人、鼠细胞膜上的磷脂分子，证明了细胞膜具有流动性
解析：
1895年，欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次的实验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样，溶于脂质的物质容易穿过细胞膜，不溶于脂质的物质不容易穿过细胞膜，据此推测细胞膜的主要组成成分中有脂质，A错误；1925年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍，他们由此推断细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层，
解析：
B正确；1959年，罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗三层结构，他结合其他科学家的工作，大胆提出了细胞膜模型的假说——所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，C错误；1970年，科学家将小鼠细胞和人细胞融合，并用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子，证明细胞膜具有流动性，D错误。
2．下列有关细胞膜的叙述，不正确的是 (　　)
A．细胞膜中磷脂的结构特点和化学性质决定了磷脂双分子层的形成
B．蛋白质的水溶性部分和脂溶性部分决定了其在细胞膜中的分布及镶嵌程度
C．光学显微镜下可观察到细胞膜呈暗—亮—暗的结构
D．细胞膜功能的复杂程度与组成细胞膜的蛋白质的种类和数量密切相关
C
解析：
细胞膜中磷脂分子亲水的“头部”和疏水的“尾部”的理化性质决定了磷脂双分子层的形成，A正确；蛋白质分子因为组成其的氨基酸的不同也有水溶性和脂溶性部分，这决定了其在细胞膜中的分布及镶嵌程度，B正确；电子显微镜下可观察到细胞膜呈暗—亮—暗的结构，C错误；蛋白质在细胞膜行使功能方面起着重要的作用，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量就越多，D正确。
任务三__流动镶嵌模型的基本内容
下图为细胞膜的结构模型图。
[问题探究]
1．写出图中字母代表的含义：
A.________________；B.________________；
C．________________；D.________________。
答案：A.糖被　B．蛋白质　C．磷脂双分子层　D．糖蛋白
2．细胞膜中的蛋白质都有哪些分布特点？
答案：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。
3．吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了细胞膜具有什么特点？这与图中哪些成分密切相关？
答案：吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了细胞膜具有流动性。细胞膜具有流动性的原因为构成细胞膜的C磷脂双分子层中的磷脂分子可以侧向自由移动，细胞膜中的B蛋白质大多也能运动。
1．细胞膜的成分
成分 存在形式 功能
磷脂 磷脂双分子层 构成细胞膜的基本支架
蛋白质 镶、嵌入、贯穿磷脂双分子层 种类和数量越多，细胞膜的功能越复杂
糖类 糖被 与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等密切相关
2.细胞膜结构特点与功能特点的区别与联系
(1)区别
项目 结构特点——流动性 功能特点——选择透过性
基础 磷脂分子可以侧向自由移动，蛋白质大多也能运动 磷脂分子既亲水，又疏水；细胞膜上具有蛋白质
意义 对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能都是非常重要的 控制物质进出细胞
表现 变形虫的变形、吞噬细胞的吞噬等 有些物质可进出细胞，有些物质不能进出细胞
(2)联系
(1)细胞膜具有不对称性：膜两侧的分子性质和结构不相同，如糖蛋白只分布在细胞膜外侧。
(2)只有活细胞的细胞膜才具有选择透过性，死细胞的细胞膜不具有选择透过性。
1．下列叙述不符合细胞膜的流动镶嵌模型观点的是 (　　)
A．磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性
B．每个磷脂分子的亲水“头部”向外，疏水“尾部”向内
C．细胞膜上的糖类形成糖蛋白或糖脂
D．蛋白质分子全部嵌入磷脂双分子层中
D
解析：
磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性，A不符合题意；由于细胞膜的内外均为液体环境，故每个磷脂分子的亲水“头部”向外，疏水“尾部”向内，排成磷脂双分子层，B不符合题意；细胞膜上的糖类有的和蛋白质结合在一起形成糖蛋白，也有些和脂质结合在一起形成糖脂，C不符合题意；蛋白质分子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，D符合题意。
2．(2024·柳州高一统考期末)科学家将细胞膜冰冻，然后用冷刀骤然将其从疏水层撕裂。在电镜下观察，发现撕裂面上有很多颗粒(如图所示)。由以上实验可推出的结论是 (　　)
A．蛋白质是细胞膜的重要组成成分
B．细胞膜可控制物质进出细胞
C．磷脂双分子层是细胞膜的基本支架
D．蛋白质分子嵌插或贯穿于磷脂双分子层中
D
解析：
疏水层位于磷脂双分子层中间，从疏水层撕裂，蛋白质分子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；“发现撕裂面上有很多颗粒”，说明蛋白质分子嵌插或贯穿于磷脂双分子层中，D正确。
某课题组对多种细胞膜结构进行了系统深入的研究，统一了多种模型观点，阐明细胞膜包括多种特征，如磷脂双层结构、流动镶嵌性、内外膜非对称性、不同功能细胞膜的差异性等，而不是单一模型可以解决所有的细胞膜问题。下图为该课题组提出的哺乳动物组织细胞膜模型。
细胞膜的模型研究——科学思维
设计1：考查知识理解与识图能力
(1)该模型的基本支架是______________________，图中的1、2、4代表______________分子。
设计2：考查知识迁移应用能力
(2)哺乳动物有核细胞的细胞膜外侧多了一层致密的蛋白层，而细胞膜内侧相对粗糙，由此可推知图中________侧为细胞膜的外侧。根据流动镶嵌模型，该侧还应该含有糖类分子，它与_____________________、____________________等功能密切相关。
设计3：考查问题解决能力、长句表达能力与科学思维
(3)红细胞膜外侧没有致密的蛋白层，膜的整体厚度约为10 nm；而存在于组织中有核细胞的细胞膜外侧多了一层致密的蛋白层，有利于细胞间的联系和支撑，膜厚度约为20 nm。请从结构与功能相适应的角度，解释红细胞膜外侧没有致密蛋白层，膜厚度低的原因：_________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________。
答案：(1)磷脂双分子层　　蛋白质
(2)A　细胞表面的识别　细胞间的信息传递
(3)红细胞在血液中循环流动，表面必须光滑，不需要膜外蛋白维持细胞间的联系和支撑
解析：
(1)细胞膜的基本支架为磷脂双分子层，蛋白质分子在细胞膜上的位置为镶、嵌入、贯穿磷脂双分子层，因此1、2、4为膜上的蛋白质。(2)哺乳动物有核细胞的细胞膜外侧多了一层致密的蛋白层，细胞膜内侧相对粗糙，故A侧为细胞膜外侧。根据流动镶嵌模型，细胞膜的外侧还含有糖类分子，其与细胞表面的识别和细胞间的信息传递等功能密切相关。(3)红细胞的主要功能是运输氧气和二氧化碳，需在血液中循环流动，其表面必须光滑，不需要膜外蛋白维持细胞间的联系和支撑，所以红细胞膜外侧没有致密蛋白层，膜厚度低。
1．(2023·广西合格考)依据细胞膜的流动镶嵌模型，镶嵌在磷脂双分子层中的物质是 (　　)
A．核酸 B．离子
C．果胶 D．蛋白质
D
解析：
细胞膜主要由脂质(主要是磷脂)和蛋白质组成，磷脂双分子层构成生物膜的基本支架，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，D正确。
2．下图为某生理活动的一个过程，这一过程体现出的细胞膜功能是 (　　)
A．将细胞与外界环境分隔开
B．具有流动性
C．控制物质进出细胞
D．进行细胞间的信息交流
D
解析：
精子和卵细胞直接接触，并相互识别和结合，体现了细胞膜进行细胞间信息交流的功能，D正确。
3．下图为细胞膜的流动镶嵌模型。下列各项中，不是细胞膜中磷脂分子形成双层结构的原因的是 (　　)
A．磷脂分子有亲水的“头部”
B．磷脂分子有疏水的“尾部”
C．细胞膜内外环境都是水环境
D．使细胞膜结构更加坚固
D
解析：
磷脂分子具有亲水的“头部”和疏水的“尾部”，且细胞膜内外环境都是水，使亲水的“头部”朝外，疏水的“尾部”朝内，形成了双层结构，A、B、C不符合题意；细胞膜由磷脂双分子层构成基本支架，使细胞膜结构更加坚固，这是磷脂双分子层形成膜结构基本支架的意义，不是原因，D符合题意。
4．(2024·南宁高一期中)紫杉醇具有抗肿瘤活性，能有效抑制肿瘤细胞的增殖。脂质体是一种类似于细胞膜结构的微型囊泡体，将紫杉醇药物包裹在脂质体内部，能减少药物的使用剂量和降低药物的毒副作用。下列叙述不正确的是 (　　)
A．脂质体结构的基本支架是磷脂双分子层
B．若药物为脂溶性，则被包在两层磷脂分子之间
C．脂质体与细胞膜的融合是利用它们都具有流动性这一功能特点
D．脂质体可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞发挥作用
C
解析：
脂质体是一种类似于细胞膜结构的微型囊泡体，因此脂质体结构的基本支架是磷脂双分子层，能与细胞膜融合，A正确；磷脂分子的头部亲水，尾部疏水，故若药物为脂溶性，则被包在两层磷脂分子之间，B正确；脂质体与细胞膜的融合是利用它们都具有流动性这一结构特点，C错误；在脂质体表面加上靶向信号分子，通过信号分子与靶细胞特异性结合，从而实现药物的定向输送，即脂质体可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞发挥作用，D正确。
5．下图为细胞M的细胞表面受体与信号分子结合的过程，图中①表示细胞的某一结构。下列有关叙述错误的是 (　　)
A．细胞表面受体的化学本质是脂质
B．细胞可通过图示方式进行信息交流
C．结构①的基本支架是磷脂双分子层
D．结构①具有控制物质进出细胞的功能
A
解析：
受体的化学本质为糖蛋白(或糖脂)，能与相应的信号分子特异性结合，A错误；图示方式是信号分子与靶细胞表面的受体结合传递信息，进行细胞间的信息交流，B正确；结构①是细胞膜，细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，C正确；结构①是细胞膜，细胞膜的功能之一是控制物质进出细胞，D正确。
6．在人体局部发炎时，由发炎部位细胞发出信号，使该处的毛细血管壁细胞表达出膜上的P选择蛋白(一种跨膜蛋白)，血浆中的白细胞与毛细血管壁细胞之间识别、黏附并将其移出血管(如下图)，最后进入感染部位的组织中，吞噬病原体。据图回答下列问题：
(1)图中过程②③体现了细胞膜具有________的结构特点。
(2)细胞膜的化学成分主要是______________；不同细胞膜的功能不同，从组成成分分析，主要原因是_______________________________。
(3)白细胞与毛细血管壁细胞之间能相互识别是因为白细胞膜上的糖被与P选择蛋白有相互识别作用，体现了细胞膜具有_______________的功能。
答案：(1)流动性
(2)脂质和蛋白质　膜上蛋白质的种类和数量不同
(3)进行细胞间信息交流
解析：
(1)题图中过程②③白细胞的形态发生改变，体现了细胞膜具有流动性的结构特点。(2)细胞膜的化学成分主要是脂质和蛋白质，细胞膜的功能主要由膜上蛋白质的种类和数量决定。(3)由题图可知，白细胞与毛细血管壁细胞之间能够相互识别，是因为白细胞膜上的糖被与P选择蛋白有相互识别作用，这体现了细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能。

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