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1、第3章细胞的基本结构第1节细胞膜的结构和功能鄄城县第一中学张际占一、细胞膜的功能一、细胞膜的功能作为系统的边界作为系统的边界, ,细胞膜在细胞的生命活动中发挥重要细胞膜在细胞的生命活动中发挥重要的作用的作用, ,关于其功能的描述合理的是关于其功能的描述合理的是:_:_。生命物质有了细胞膜生命物质有了细胞膜, ,才成为相对独立的系统。才成为相对独立的系统。细胞膜保障了细胞内部环境的绝对稳定。细胞膜保障了细胞内部环境的绝对稳定。细胞膜控制物质进出细胞时具有选择性。细胞膜控制物质进出细胞时具有选择性。对细胞有害的物质不可能进入细胞。对细胞有害的物质不可能进入细胞。精子和卵细胞之间通过直接接触来识别。
2、精子和卵细胞之间通过直接接触来识别。植物细胞之间植物细胞之间, ,可以通过胞间连丝进行物质运输。可以通过胞间连丝进行物质运输。细胞之间的信息交流是单向的。细胞之间的信息交流是单向的。细胞分泌的化学物质细胞分泌的化学物质, ,只会运输到靶细胞附近。只会运输到靶细胞附近。知识点一细胞膜的功能和成分知识点一细胞膜的功能和成分1.1.细胞膜的功能及其特点细胞膜的功能及其特点: :(1)(1)功能图解功能图解: :(2)(2)功能特点功能特点: :选择透过性。选择透过性。2.2.细胞膜成分的探索细胞膜成分的探索: :(1)(1)提出问题提出问题: :为什么细胞能控制物质的进出为什么细胞能控制物质的进出?
3、 ?这与细胞膜的结构有什么关系这与细胞膜的结构有什么关系? ?(2)(2)实验观察实验观察: :细胞膜对不同物质的通透性不同细胞膜对不同物质的通透性不同, ,脂质更容易通过。脂质更容易通过。(3)(3)提出假说提出假说: :细胞膜是由脂质组成的。细胞膜是由脂质组成的。(4)(4)实验验证实验验证: :提取细胞膜提取细胞膜: :从哺乳动物的红细胞中分离出来。从哺乳动物的红细胞中分离出来。化学分析化学分析: :细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇, ,其中磷脂的含量最多。其中磷脂的含量最多。(5)(5)引出问题引出问题: :磷脂分子在细胞膜中是怎样排布的呢磷脂分子在细胞膜中是怎样排
4、布的呢? ?(6)(6)实验观察实验观察: :磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层。磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层。(7)(7)提出假设提出假设: :磷脂分子在细胞膜上也是排列成连续的两层。磷脂分子在细胞膜上也是排列成连续的两层。(8)(8)实验验证实验验证: :实验材料实验材料: :用丙酮提取人的红细胞中的脂质。用丙酮提取人的红细胞中的脂质。现象分析现象分析: :脂质在空气脂质在空气水界面上铺展成单分子层水界面上铺展成单分子层, ,面积恰为红细胞表面积面积恰为红细胞表面积的的2 2倍。倍。结论结论: :细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层。细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层。(9)(9)
5、提出问题提出问题: :细胞膜的成分中除脂质外还有没有其他物质细胞膜的成分中除脂质外还有没有其他物质? ?(10)(10)实验现象实验现象: :细胞的表面张力明显低于油细胞的表面张力明显低于油水界面的表面张力。水界面的表面张力。(11)(11)推测推测: :细胞膜除含脂质分子外细胞膜除含脂质分子外, ,可能还附有蛋白质。可能还附有蛋白质。【思考思考讨论讨论】1.1.细胞膜的成分提取出来后细胞膜的成分提取出来后, ,根据前面所学习的知识根据前面所学习的知识, ,可以用哪可以用哪些方法来分析细胞膜的化学成分些方法来分析细胞膜的化学成分?(?(科学探究科学探究) )提示提示: :用双缩脲试剂检测细胞膜
6、是否含有蛋白质用双缩脲试剂检测细胞膜是否含有蛋白质; ;用斐林试剂检用斐林试剂检测细胞膜中是否含有还原糖测细胞膜中是否含有还原糖; ;用苏丹用苏丹检测细胞膜中是否含有脂检测细胞膜中是否含有脂肪。肪。 2.2.取两种不同的海绵动物细胞取两种不同的海绵动物细胞, ,使其分散成单个使其分散成单个, ,然后掺在一起然后掺在一起混合培养混合培养, ,发现只有同种的细胞才能融合发现只有同种的细胞才能融合, ,这一现象体现了细胞这一现象体现了细胞膜的什么功能膜的什么功能?(?(生命观念生命观念) )提示提示: :进行细胞间的信息交流。进行细胞间的信息交流。【素养案例素养案例】细胞膜作为系统的边界细胞膜作为系
7、统的边界, ,对其成分的探索很多科学家做出了非常对其成分的探索很多科学家做出了非常突出的贡献。下列与细胞膜有关的叙述错误的是突出的贡献。下列与细胞膜有关的叙述错误的是( () )A.A.细胞膜和细胞膜和DNADNA分子共有的元素有分子共有的元素有C C、H H、O O、N N、P PB.B.组成细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质组成细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质C.C.哺乳动物成熟的红细胞膜中的磷脂分子在空气哺乳动物成熟的红细胞膜中的磷脂分子在空气水界面上铺水界面上铺成单层的面积是其细胞表面积的成单层的面积是其细胞表面积的2 2倍倍D.D.英国学者丹尼利和戴维森用双缩脲试剂鉴定出细胞膜中含有英国学
8、者丹尼利和戴维森用双缩脲试剂鉴定出细胞膜中含有蛋白质蛋白质【解析解析】选选D D。细胞膜主要是由脂质、蛋白质和少量糖组成的。细胞膜主要是由脂质、蛋白质和少量糖组成的, ,脂质主要含有脂质主要含有C C、H H、O O三种元三种元素素, ,有的含有有的含有N N、P,P,蛋白质主要含蛋白质主要含C C、H H、O O、N,N,有的含有的含P P、S S等等, ,糖由糖由C C、H H、O O三种元素组成。三种元素组成。DNADNA的组成元素是的组成元素是C C、H H、O O、N N、P,P,故细胞膜和故细胞膜和DNADNA共有的元素有共有的元素有C C、H H、O O、N N、P,AP,A项正
9、确项正确; ;在在组成细胞膜的各种成分中组成细胞膜的各种成分中, ,脂质约占脂质约占50%,50%,其中最丰富的是磷脂其中最丰富的是磷脂, ,蛋白质约占蛋白质约占40%,40%,糖类占糖类占2%2%10%,B10%,B项正确项正确; ;哺乳动物成熟的红细胞的膜成分都来自细胞膜哺乳动物成熟的红细胞的膜成分都来自细胞膜, ,磷脂分子排成单层的面积是其磷脂分子排成单层的面积是其细胞表面积的细胞表面积的2 2倍倍,C,C项正确项正确; ;英国学者丹尼利和戴维森研究细胞膜的表面张力英国学者丹尼利和戴维森研究细胞膜的表面张力, ,结合人们已发结合人们已发现的油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低现
10、的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推测细胞膜除含脂质分子外, ,可可能还附有蛋白质能还附有蛋白质,D,D项错误。项错误。【素养素养迁移迁移】如图表示各种细胞膜组成成分的含量如图表示各种细胞膜组成成分的含量, ,图示能说明的是图示能说明的是( () ) A.A.构成细胞膜的主要成分是蛋白质、脂质和糖类构成细胞膜的主要成分是蛋白质、脂质和糖类B.B.细胞膜中的脂质和蛋白质含量的变化与细胞膜的功能有关细胞膜中的脂质和蛋白质含量的变化与细胞膜的功能有关C.C.细胞膜的功能越简单细胞膜的功能越简单, ,所含蛋白质的数量越多所含蛋白质的数量越多D.D.蛋白质在进
11、行细胞间的信息交流中具有重要作用蛋白质在进行细胞间的信息交流中具有重要作用【解析解析】选选B B。从题图中可以看出。从题图中可以看出, ,构成细胞膜的主要成分是蛋白质和脂质构成细胞膜的主要成分是蛋白质和脂质, ,蛋白质是生命活动的主要承担者蛋白质是生命活动的主要承担者, ,不同膜的蛋白质和脂质的含量不同不同膜的蛋白质和脂质的含量不同, ,其与细其与细胞膜的功能有关胞膜的功能有关,A,A错误、错误、B B正确正确; ;细胞膜的功能越复杂细胞膜的功能越复杂, ,其所含蛋白质的数量其所含蛋白质的数量越多越多,C,C错误错误; ;蛋白质在进行细胞间的信息交流中具有重要作用蛋白质在进行细胞间的信息交流中
12、具有重要作用, ,这句话本身正这句话本身正确确, ,但从图中不能获取此信息但从图中不能获取此信息,D,D错误。错误。【补偿训练补偿训练】如图表示生物体内细胞间信息交流的如图表示生物体内细胞间信息交流的3 3种种方式方式, ,下列有关叙述正确的是下列有关叙述正确的是( () ) A.A.是活细胞分泌的具有调节作用的物质是活细胞分泌的具有调节作用的物质, ,这种物质一般可作用于机体所有细胞这种物质一般可作用于机体所有细胞B.B.是靶细胞对信息接收的结构基础是靶细胞对信息接收的结构基础受体受体, ,因其具有特定的空间结构而具有因其具有特定的空间结构而具有特异性特异性C.C.是指与膜结合的信号分子是指
13、与膜结合的信号分子, ,信号分子与受体特异性相同信号分子与受体特异性相同, ,因而可以识别因而可以识别D.D.的信息传递方式与的信息传递方式与相同相同, ,都是通过直接接触进行信息传递都是通过直接接触进行信息传递 【解析解析】选选B B。图中。图中是细胞分泌的信号分子是细胞分泌的信号分子, ,一般作用于特定的细胞一般作用于特定的细胞,A,A错误。错误。特异性识别的结构基础就是特定的空间结构特异性识别的结构基础就是特定的空间结构,B,B正确。正确。信号分子与受体分子信号分子与受体分子之间的特异性识别之间的特异性识别, ,主要是它们的空间结构具有互补性主要是它们的空间结构具有互补性, ,能够契合能
14、够契合, ,而不是空而不是空间结构相同间结构相同,C,C错误。错误。是通过体液传送信号分子来进行信息交流的是通过体液传送信号分子来进行信息交流的, ,这与这与的直接接触不同的直接接触不同,D,D错误。错误。 二、对细胞膜成分的探索二、对细胞膜成分的探索1.1.探索过程探索过程: :时间时间( (人物人物) )实验依据实验依据结论或假说结论或假说18951895年年, ,欧文顿欧文顿对植物细胞进行通透性实验对植物细胞进行通透性实验, ,发发现可以溶于脂质的物质更容易通现可以溶于脂质的物质更容易通过细胞膜过细胞膜膜是由膜是由_组成的组成的脂质脂质2020世纪初世纪初对哺乳动物红细胞的细胞膜进行对哺
15、乳动物红细胞的细胞膜进行化学分析化学分析组成细胞膜的脂质有组成细胞膜的脂质有_和和_,_,其中其中_含含量最多量最多19251925年年, ,荷兰科学家荷兰科学家将从人的红细胞中提取的脂质铺将从人的红细胞中提取的脂质铺成单分子层。其面积是红细胞表成单分子层。其面积是红细胞表面积的面积的_倍倍细胞膜中的脂质分子必然细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层排列为连续的两层磷脂磷脂胆固醇胆固醇磷脂磷脂2 219351935年年, ,丹尼利和丹尼利和戴维森戴维森细胞的表面张力明显低于油细胞的表面张力明显低于油- -水水界面的表面张力界面的表面张力细胞膜除含脂质分子外细胞膜除含脂质分子外, ,可能还附有可
16、能还附有_蛋白质蛋白质2.2.各成分的比例及功能各成分的比例及功能: :(2)(2)蛋白质蛋白质( (约占约占40%):40%):与细胞膜的功能密切相关与细胞膜的功能密切相关, ,蛋白质的蛋白质的_越多越多, ,细胞膜的功能越复杂。细胞膜的功能越复杂。(3)(3)糖类糖类(2%(2%10%):10%):与与_结合。结合。种类和数量种类和数量脂质或蛋白质脂质或蛋白质三、对细胞膜结构的探索三、对细胞膜结构的探索1.1.提出暗提出暗亮亮暗的三层结构暗的三层结构: :(1)(1)科学家科学家: :罗伯特森。罗伯特森。(2)(2)模型假说模型假说: :所有的细胞膜都由所有的细胞膜都由_三层结构构成。三层
17、结构构成。把细胞膜描述为把细胞膜描述为_的统一结构。的统一结构。蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质静态静态2.2.对静态结构提出质疑对静态结构提出质疑:20:20世纪世纪6060年代以后年代以后, ,科学家对细胞膜是科学家对细胞膜是静态的观点提出质疑。静态的观点提出质疑。3.19703.1970年荧光标记细胞膜实验年荧光标记细胞膜实验: :(1)(1)实验流程。实验流程。(2)(2)结合实验操作及结论结合实验操作及结论, ,判断下列说法的正误。判断下列说法的正误。荧光标记的成分是细胞膜上的磷脂。荧光标记的成分是细胞膜上的磷脂。( )( )提示提示: :标记的是蛋白质。标记的是蛋白质。温度越高温度
18、越高, ,荧光物质扩散得越快荧光物质扩散得越快, ,实验效果越好。（实验效果越好。（ ）提示提示: :高温会损伤细胞高温会损伤细胞, ,实验效果不一定好。实验效果不一定好。本实验为细胞膜的流动性提供了有力证据。本实验为细胞膜的流动性提供了有力证据。 ( )( )四、流动镶嵌模型的基本内容四、流动镶嵌模型的基本内容1.1.发现者发现者:_:_。2.2.流动镶嵌模型的基本内容流动镶嵌模型的基本内容: :(1)(1)化学组成化学组成: :主要是主要是_。辛格和尼科尔森辛格和尼科尔森磷脂分子和蛋白质磷脂分子和蛋白质 (2) (2)两种物质组成细胞膜的方式如图两种物质组成细胞膜的方式如图: :3.3.细
19、胞膜的结构特点细胞膜的结构特点:_:_。4.4.细胞膜的功能特性细胞膜的功能特性:_:_。流动性流动性选择透过性选择透过性知识点二流动镶嵌模型的基本内容知识点二流动镶嵌模型的基本内容1.1.构成细胞膜的三种物质构成细胞膜的三种物质: :物物 质质存在形式存在形式功功 能能磷脂磷脂“尾部尾部”相对、相对、“头部头部”朝外朝外构成磷脂双分子层构成磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架构成细胞膜的基本支架蛋白蛋白质质镶在磷脂双分子层表面或嵌入、镶在磷脂双分子层表面或嵌入、贯穿在磷脂双分子层中贯穿在磷脂双分子层中细胞膜中的功能性物质细胞膜中的功能性物质, ,细胞膜中蛋白质种类和数细胞膜中蛋白质种类和数量越多
20、量越多, ,膜的功能越复杂膜的功能越复杂糖类糖类与蛋白质结合形成糖蛋白与蛋白质结合形成糖蛋白, ,或或者与脂质结合形成糖脂者与脂质结合形成糖脂保护、润滑和识别保护、润滑和识别2.2.细胞膜两大特点的比较细胞膜两大特点的比较: :(1)(1)区别区别: :项目项目结构特点结构特点流动性流动性功能特点功能特点选择透选择透过性过性基础基础磷脂分子和大多数蛋白质分子磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的都是运动的磷脂分子既亲水磷脂分子既亲水, ,又疏又疏水水; ;膜上具有载体蛋白膜上具有载体蛋白意义意义保证细胞的物质需要、信息交保证细胞的物质需要、信息交流、分裂和融合等生命活动的流、分裂和融合等生命活动
21、的进行进行控制物质进出控制物质进出表现表现分泌蛋白的分泌、变形虫的变分泌蛋白的分泌、变形虫的变形、吞噬细胞的吞噬形、吞噬细胞的吞噬有些物质可进入细胞有些物质可进入细胞, ,有些物质不能进入有些物质不能进入(2)(2)联系联系: :图示图示: :分析分析: :结构决定功能结构决定功能, ,细胞膜的结构特点流动性和其特有的蛋细胞膜的结构特点流动性和其特有的蛋白质成分白质成分, ,是细胞膜的功能特点选择透过性的基础。是细胞膜的功能特点选择透过性的基础。(3)(3)影响细胞膜流动性的因素影响细胞膜流动性的因素: :温度、温度、pHpH等。等。【思考思考讨论讨论】1.1.温度影响细胞膜物质运输功能的原因
22、是什么温度影响细胞膜物质运输功能的原因是什么?(?(科学思维科学思维) )提示提示: :温度影响磷脂分子的运动温度影响磷脂分子的运动; ;温度影响细胞膜上蛋白质的活温度影响细胞膜上蛋白质的活性性; ;温度影响细胞内线粒体的功能温度影响细胞内线粒体的功能, ,从而影响细胞膜的物质运输从而影响细胞膜的物质运输功能。功能。 2.2.变形虫依靠伪足进行运动变形虫依靠伪足进行运动, ,这依赖细胞膜的什么特性这依赖细胞膜的什么特性? ?简要说简要说明其在细胞生命活动中的作用。明其在细胞生命活动中的作用。( (生命观念生命观念) )提示提示: :依赖细胞膜的流动性。流动性具有重要的生理意义依赖细胞膜的流动性
23、。流动性具有重要的生理意义, ,与物与物质运输、细胞识别、细胞融合等有关。质运输、细胞识别、细胞融合等有关。【素养案例素养案例】如图为细胞膜的流动镶嵌模型如图为细胞膜的流动镶嵌模型, ,下下列说法正确的是列说法正确的是( () )A.A.根据图示我们无法判断膜内和膜外根据图示我们无法判断膜内和膜外B.B.中分子的排列方向是随机而不是必然的中分子的排列方向是随机而不是必然的C.C.组成细胞膜的组成细胞膜的都是可以运动的都是可以运动的D.D.的形成与核糖体、内质网都有关系的形成与核糖体、内质网都有关系【解析解析】选选D D。是糖蛋白是糖蛋白, ,只分布在细胞膜的外表面只分布在细胞膜的外表面,A,A
24、项错误项错误; ;由于细胞内外均为水环境由于细胞内外均为水环境, ,磷脂分子头向外且向内磷脂分子头向外且向内, ,必然需要两必然需要两层磷脂分子层磷脂分子, ,磷脂分子的排列方向具有必然性磷脂分子的排列方向具有必然性,B,B项错误项错误; ;组成细组成细胞膜的胞膜的大部分都是可以运动的大部分都是可以运动的, ,不是全部不是全部,C,C项错误项错误;的合成的合成需要核糖体和内质网参与需要核糖体和内质网参与,D,D项正确。项正确。【方法规律方法规律】判断细胞膜内侧与外侧的技巧判断细胞膜内侧与外侧的技巧(1)(1)依据依据: :细胞膜中的糖类与蛋白质或脂质结合形成糖细胞膜中的糖类与蛋白质或脂质结合形
25、成糖蛋白或糖脂蛋白或糖脂, ,糖蛋白或糖脂只分布于细胞膜外侧。糖蛋白或糖脂只分布于细胞膜外侧。(2)(2)方法方法: :有糖蛋白的一侧为细胞膜的外侧有糖蛋白的一侧为细胞膜的外侧, ,另一侧为细另一侧为细胞膜的内侧。胞膜的内侧。【素养素养迁移迁移】如图表示细胞膜的亚显微结构如图表示细胞膜的亚显微结构, ,下列叙述错误的是下列叙述错误的是( () ) A.A.在细胞膜中是不均匀分布的在细胞膜中是不均匀分布的B.B.是细胞膜的基本支架是细胞膜的基本支架C.C.分子的头部是亲水的分子的头部是亲水的D.D.是运动的是运动的, ,但但是静止的是静止的, ,所以细胞膜具有流动性所以细胞膜具有流动性【解析解析】选选D D。图中。图中代表的是蛋白质代表的是蛋白质, ,细胞膜的外表面有糖蛋细胞膜的外表面有糖蛋白白, ,内表面没有内表面没有,A,A项正确项正确;为磷脂双分子层为磷脂双分子层, ,是细胞膜的基本支是细胞膜的基本支架架,B,B项正确项正确; ;磷脂的一端为亲水的头磷脂的一端为亲水的头, ,两个脂肪酸一端为疏水的两个脂肪酸一端为疏水的尾尾,C,C项正确项正确; ;组成细胞膜的组成细胞膜的大多是可以运动的大多是可以运动的,D,D项错误。项错误。【课堂回眸课堂回眸】
