接著，教材以類比的方式說明：單純的建筑材料無法供人居住，建筑材料必須以一定的方式搭建成房屋才能成為居所。同樣地，組成細胞的分子機械地堆放在一起，它們不能進行生命活動；這些分子必須有序地組成細胞的結(jié)構(gòu)，才能進行生命活動。這里包含了兩層意思：一是物質(zhì)必須形成特定的結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮功能，二是細胞的不同結(jié)構(gòu)間需要協(xié)調(diào)配合才能有序、高效地完成生命活動。本章將帶領(lǐng)同學(xué)們探究“細胞到底有什么樣的精巧結(jié)構(gòu)？它們又是如何協(xié)調(diào)配合著完成生命活動的呢？”這些問題。本章題圖是細胞三維結(jié)構(gòu)模式圖，顯示了細胞核的核仁、核孔等結(jié)構(gòu)，以及線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核糖體等細胞器。這么多的復(fù)雜“組件”，要在小小的細胞里有序地組合成一個系統(tǒng)，可見細胞是多么的“精巧”。教材章題圖上壓圖文字借翟中和院士《細胞生物學(xué)》中的話表達了這樣的含義。
理清本章架構(gòu)初識概念體系·具備系統(tǒng)思維
第1節(jié)　細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能
【主干知識梳理】一、細胞膜的功能1．將細胞與外界環(huán)境分隔開細胞膜將生命物質(zhì)與外界環(huán)境分隔開，保障了細胞__________的相對穩(wěn)定。2．控制物質(zhì)進出細胞
3．進行細胞間的信息交流(1)通過__________傳遞信息。(2)通過_______直接接觸傳遞信息。(3)通過_________傳遞信息。
二、細胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索1．對細胞膜成分的探索(1)對細胞膜成分的早期探索歷程：
(2)細胞膜的成分：①細胞膜主要由______________組成，此外，還有少量的_____。在組成細胞膜的脂質(zhì)中，_____最豐富，此外還有少量的________。②________在細胞膜行使功能方面起重要作用，功能越復(fù)雜的細胞膜，蛋白質(zhì)的____________就越多。
2．對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索
三、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容1．結(jié)構(gòu)模型
2．結(jié)構(gòu)特點細胞膜有一定的________。
【教材微點發(fā)掘】結(jié)合教材第42頁有關(guān)磷脂分子的示意圖，思考并討論下列問題：(1)磷脂分子含有的元素組成是_________________。(2)水是一種極性溶劑，根據(jù)磷脂分子的結(jié)構(gòu)特點在右圖畫出它在水—空氣界面上的分布情況(用 表示磷脂分子)。答案：
(3)單純的磷脂分子在水中可以形成雙層脂分子的球形脂質(zhì)體(如圖)，它可以作為藥物的運載體，將其運送到特定的細胞發(fā)揮作用。脂質(zhì)體中，在b處嵌入脂溶性藥物，在a處嵌入水溶性藥物。①為什么兩類藥物的包裹位置各不相同？提示：脂質(zhì)體中磷脂分子是一種由甘油、脂肪酸和磷酸等所組成的分子，磷酸“頭”部是親水的，脂肪酸“尾”部是疏水的，所以a是親水性的物質(zhì)，b是疏水性的脂溶性的物質(zhì)。②脂質(zhì)體到達細胞后，藥物是如何進入細胞內(nèi)發(fā)揮作用的？提示：細胞膜主要是由磷脂雙分子層構(gòu)成的，也含有脂質(zhì)，利用圖中脂質(zhì)體可以和細胞膜融合的特點，將藥物送入靶細胞內(nèi)部。
教材問題提示(一)思考·討論1．最初對細胞膜成分的認識，是通過對現(xiàn)象的推理分析得出的。2．因為磷脂分子的“頭部”親水，“尾部”疏水，所以在水—空氣界面上磷脂分子是“頭部”向下與水面接觸，“尾部”則朝向空氣的一面?？茖W(xué)家因測得從哺乳動物成熟的紅細胞中提取的脂質(zhì)，鋪成單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍，才得出脂質(zhì)在細胞膜中必然排列為連續(xù)的兩層這一結(jié)論。
3．由于磷脂分子有親水的“頭部”和疏水的“尾部”，在水溶液中，朝向水的是“頭部”，“尾部”受水的排斥。當(dāng)磷脂分子的內(nèi)外兩側(cè)均是水環(huán)境時，磷脂分子的“尾部”相對排列在內(nèi)側(cè)，“頭部”則分別朝向兩側(cè)水的環(huán)境，形成磷脂雙分子層。細胞的內(nèi)外環(huán)境都是水溶液，所以細胞膜磷脂分子的“頭部”向著膜的內(nèi)外兩側(cè)，而“尾部”相對排在內(nèi)側(cè)，形成磷脂雙分子層。4．如果將磷脂分子置于水—苯的混合溶劑中，磷脂的“頭部”將與水接觸，“尾部”與苯接觸，磷脂分子分布成單層。(二)旁欄思考一是因為水分子極小，可以通過由于磷脂分子運動而產(chǎn)生的間隙；二是因為膜上存在水通道蛋白，水分子可以通過通道蛋白通過膜。
新知探究(一)　細胞膜的功能【拓展·深化】1．細胞膜的功能圖解
2．細胞間信息交流的三種方式(1)一些細胞，如內(nèi)分泌細胞分泌的一些物質(zhì)(如激素)，通過血液的傳遞運送到作用部位的細胞(靶細胞)，被靶細胞的細胞膜上的受體(成分為糖蛋白)識別，引起靶細胞的生理反應(yīng)(圖示如下)。
(2)相鄰兩個細胞的細胞膜直接接觸，通過糖蛋白識別，將信息從一個細胞傳遞給另一個細胞(圖示如下)。(3)植物細胞間的識別主要是通過植物細胞間的胞間連絲來實現(xiàn)的(圖示如下)。
【典題·例析】[典例1]　超濾凈水器既能濾除水中的細菌、鐵銹、膠體等有害物質(zhì)，又能保留水中原有的微量元素和礦物質(zhì)，補充我們?nèi)粘Ｋ琛４藘羲鞯墓δ芘c細胞膜的哪一功能相似？(　　)A．將細胞與外界環(huán)境分隔開的功能B．控制物質(zhì)進出細胞的功能C．保護功能D．進行細胞間信息交流的功能
[答案]　B[解析]　根據(jù)題干信息，“超濾凈水器既能濾除水中的細菌、鐵銹、膠體等有害物質(zhì)，又能保留水中原有的微量元素和礦物質(zhì)，補充我們?nèi)粘Ｋ琛?，說明此凈水器的功能與細胞膜能控制物質(zhì)進出細胞的功能相似。
[延伸思考]生長在水底淤泥中的蓮藕“出淤泥而不染”，它能從水和淤泥中吸收所需的營養(yǎng)物質(zhì)，并排出代謝廢物，而蓮藕不需要的物質(zhì)卻不會輕易進入蓮藕細胞。蓮藕“出淤泥而不染”的事例說明細胞膜具有什么功能？這種功能的具體體現(xiàn)是什么？提示：控制物質(zhì)進出細胞的功能。主要體現(xiàn)在對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收及對有害廢物的排出，以及防止病菌、病毒的侵入等方面。
[典例2]　作為系統(tǒng)的邊界，細胞膜在細胞的生命活動中有多種功能。有關(guān)下圖模型的說法錯誤的是(　　 )A．圖示信息主要體現(xiàn)了細胞膜能進行細胞間信息交流的功能B．甲細胞分泌a物質(zhì)與細胞膜控制物質(zhì)進出功能有關(guān)C．乙細胞上識別a物質(zhì)的受體b可以識別所有的信號分子D．b物質(zhì)的主要成分是蛋白質(zhì)
[答案]　C[解析]　圖示所示的是細胞間進行信息交流的一種方式；甲細胞分泌物質(zhì)a也是細胞膜控制物質(zhì)出入細胞的一個實例；不同的信息分子具有不同的受體，所以圖中的受體b不能識別所有的信息分子；b的化學(xué)本質(zhì)是糖蛋白，其主要成分是蛋白質(zhì)。
易錯提醒細胞間信息交流的兩個提醒(1)三種信息交流方式是發(fā)生于細胞與細胞之間的，而不是細胞內(nèi)的信息交流。(2)通過化學(xué)物質(zhì)傳遞信息和通過細胞膜接觸傳遞信息都依賴于細胞膜上的受體蛋白，但是通過細胞通道的信息交流不需要受體。
【應(yīng)用·體驗】1．研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮素在皮膚中分布不均是造成色斑的主要原因。內(nèi)皮素拮抗劑可以進入皮膚和細胞膜上的黑色素受體結(jié)合，使內(nèi)皮素失去作用。下列有關(guān)敘述錯誤的是(　　)A．該研究說明細胞膜具有信息交流的功能B．內(nèi)皮素拮抗劑與內(nèi)皮素結(jié)構(gòu)相似C．當(dāng)內(nèi)皮素拮抗劑與黑色素受體結(jié)合以后，內(nèi)皮素就不能再與其膜受體結(jié)合了D．該研究說明細胞膜具有控制物質(zhì)進出細胞的功能
答案：D　解析：細胞膜上的受體識別相應(yīng)的信號分子并與之結(jié)合來完成信息傳遞的過程，屬于細胞膜的信息交流功能，A正確，D錯誤；根據(jù)題干信息分析可知，內(nèi)皮素拮抗劑與內(nèi)皮素結(jié)構(gòu)相似，B正確；根據(jù)題干信息“內(nèi)皮素拮抗劑可以進入皮膚和細胞膜上的黑色素受體結(jié)合，使內(nèi)皮素失去作用”可知，當(dāng)內(nèi)皮素拮抗劑與黑色素受體結(jié)合以后，內(nèi)皮素就不能再與其膜受體結(jié)合了，C正確。
2．據(jù)圖分析細胞膜的功能及特點。提示：據(jù)圖可知，細胞膜能控制物質(zhì)進出細胞，細胞需要的物質(zhì)才能進入細胞，但是對細胞有害的病菌和病毒有時候也能進入細胞，說明這種控制作用是相對的。
新知探究(二)　細胞膜的成分和結(jié)構(gòu)【探究·深化】[情境質(zhì)疑]1．許多有關(guān)細胞膜化學(xué)組成的資料，都來自細胞膜(尤其是紅細胞膜)的研究。下表是豬的幾種細胞的細胞膜組成成分，請回答下列問題：
(1)不同細胞的細胞膜各種成分的含量完全相同嗎？提示：不完全相同。(2)上述幾種細胞膜的脂質(zhì)成分中哪種含量最豐富？提示：磷脂含量最豐富。(3)小腸絨毛上皮細胞膜蛋白質(zhì)含量最高，功能也最復(fù)雜，這說明什么？提示：說明蛋白質(zhì)在細胞膜行使功能時起重要作用。
2．科學(xué)家用熒光分子標(biāo)記細胞的膜蛋白，然后用高能激光束照射質(zhì)膜的某一區(qū)域，使該區(qū)域內(nèi)的熒光分子發(fā)生不可逆的破壞，這一區(qū)域稱為光漂白區(qū)。繼續(xù)觀察，可以發(fā)現(xiàn)光漂白區(qū)逐漸重新出現(xiàn)熒光(如圖)。光漂白區(qū)重新出現(xiàn)熒光的原因是什么？質(zhì)膜是靜態(tài)的還是具有一定流動性的？提示：是由于質(zhì)膜上其他區(qū)域的蛋白質(zhì)流動到光漂白區(qū)呈現(xiàn)的熒光。質(zhì)膜是具有一定的流動性的。
[重難點撥]1．細胞膜的流動鑲嵌模型(1)細胞膜中的脂質(zhì)除磷脂外，還有一些糖脂和膽固醇。(2)糖脂和糖蛋白都分布于細胞膜的外表面。(3)脂質(zhì)和蛋白質(zhì)分子并不是均勻分布的，而是呈不對稱性分布。
2．細胞膜的結(jié)構(gòu)特點——流動性(1)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是可以運動的。(2)生理意義：保證了細胞的物質(zhì)運輸、信息交流、分裂和融合等正常生命活動的進行。(3)表現(xiàn)：分泌蛋白的分泌、細胞膜厚度的改變、動物細胞吸水膨脹和失水皺縮、變形蟲的運動等，都體現(xiàn)了細胞膜的流動性。
【典題·例析】[典例1]　下圖表示各種細胞膜組成成分的含量，圖示能說明的是(　　)
A．構(gòu)成細胞膜的主要成分是蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和糖類B．細胞膜中的脂質(zhì)和蛋白質(zhì)含量的變化與細胞膜的功能有關(guān)C．細胞膜的功能越簡單，所含蛋白質(zhì)的數(shù)量越多D．蛋白質(zhì)在細胞間的信息交流中具有重要作用[答案]　B[解析]　由題圖中數(shù)據(jù)可知，細胞膜的組成成分有蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和糖類，但主要成分是蛋白質(zhì)和脂質(zhì)；細胞膜的功能越復(fù)雜，其蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多；蛋白質(zhì)在細胞間的信息交流中有重要作用，但由圖中信息不能得出該結(jié)論。
[典例2]　如圖為細胞膜的結(jié)構(gòu)模式圖，下列相關(guān)敘述錯誤的是(　　)A．①具有識別和免疫功能B．細胞膜的選擇透過性與②⑤有關(guān)C．a(chǎn)面為膜內(nèi)側(cè)，b面為膜外側(cè)D．③為磷脂分子親水性頭部，④為磷脂分子親脂性尾部
[答案]　C[解析]　圖中①糖蛋白具有識別、保護、潤滑作用，還能參與免疫反應(yīng)，A正確；細胞膜的選擇透過性由②、⑤蛋白質(zhì)決定，B正確；a面有糖蛋白，為細胞膜的外側(cè)，b面無糖蛋白，為細胞膜的內(nèi)側(cè)，C錯誤；③為磷脂分子親水性頭部，具有親水性，④為磷脂分子親脂性尾部，具有疏水性，D正確。
【應(yīng)用·體驗】1．科學(xué)家在實驗中發(fā)現(xiàn)，脂溶性物質(zhì)能夠優(yōu)先通過細胞膜，并且細胞膜會被溶解脂質(zhì)的溶劑溶解，也會被蛋白酶分解。這些事實說明了組成細胞膜的物質(zhì)中含有(　　)A．糖類和脂質(zhì)　　　　　B．糖類和蛋白質(zhì)C．蛋白質(zhì)和脂質(zhì) D．蛋白質(zhì)和核酸答案：C　解析：由題意可知，脂溶性物質(zhì)能夠優(yōu)先通過細胞膜，并且細胞膜會被溶解脂質(zhì)的溶劑溶解，這說明細胞膜的成分中含有脂質(zhì)；細胞膜也會被蛋白酶分解，說明細胞膜的成分中含有蛋白質(zhì)。
2．下列選項中的敘述不符合細胞膜的流動鑲嵌模型觀點的是(　　)A．磷脂雙分子層是輕油般的流體，具有流動性B．每個磷脂分子的親水頭部向外，疏水尾部向內(nèi)C．細胞膜上的糖類形成糖蛋白或糖脂D．蛋白質(zhì)分子全部嵌入磷脂雙分子層中
答案：D　解析：磷脂雙分子層是輕油般的流體，具有流動性；由于細胞膜的內(nèi)外均為液體環(huán)境，故每個磷脂分子的親水頭部向外，疏水尾部向內(nèi)，排成磷脂雙分子層；細胞膜上的糖類有的和蛋白質(zhì)結(jié)合在一起，構(gòu)成糖蛋白，也有些糖類和脂類物質(zhì)結(jié)合在一起，構(gòu)成糖脂；蛋白質(zhì)分子有的鑲嵌在磷脂雙分子層表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個磷脂雙分子層。
3．下圖為細胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)示意圖，圖中“ ”表示物質(zhì)a，下列相關(guān)敘述錯誤的是(　　)
A．①是糖蛋白，與細胞表面的識別有密切關(guān)系B．②是磷脂雙分子層，構(gòu)成細胞膜的基本支架C．③是蛋白質(zhì)，在不同的細胞膜中其含量不同D．圖中所示的物質(zhì)a是從膜外進入到膜內(nèi)答案：D　解析：糖蛋白位于細胞膜外，因此圖中所示的物質(zhì)a是從膜內(nèi)出去到膜外。
科學(xué)探究——細胞膜成分和功能的實驗探究1．細胞膜成分的鑒定
2.細胞膜功能的實驗驗證(1)控制物質(zhì)進出功能的驗證：(2)識別功能的驗證：
【素養(yǎng)評價】1．水溶性染色劑(PI)能與核酸結(jié)合而使細胞核著色，可將其應(yīng)用于細胞死活的鑒別。將細胞浸泡于一定濃度的PI中，僅有死亡細胞的核會被染色，活細胞則不著色，但將PI注射到活細胞中，則細胞核會著色。利用PI鑒別細胞死活的基本原理是(　　)A．死細胞與活細胞的核酸結(jié)構(gòu)不同 B．死細胞與活細胞的核酸含量不同C．活細胞能分解染色劑PI D．活細胞的細胞膜能阻止PI的進入答案：D　解析：死細胞的細胞膜對物質(zhì)進出細胞失去了控制作用；活細胞的細胞膜具有選擇透過性，能控制物質(zhì)進出細胞。
2．熒光漂白恢復(fù)技術(shù)在細胞生物學(xué)中具有重要的應(yīng)用，包括三個步驟：綠色熒光染料與膜上的蛋白質(zhì)結(jié)合，細胞膜上呈現(xiàn)一定強度的綠色；激光照射猝滅(漂白)膜上部分綠色熒光；檢測猝滅部位熒光再現(xiàn)速率。利用該技術(shù)測得膜上受激光照射部位的熒光強度和時間的關(guān)系如圖所示，下列說法錯誤的是(　　)
A．該技術(shù)說明細胞膜具有流動性B．應(yīng)用該技術(shù)可以測定膜上單個蛋白質(zhì)的流動速率C．降低實驗溫度，漂白區(qū)域熒光強度恢復(fù)到F2的時間將延長D．若不用激光照射猝滅，而是將細胞膜的兩部分分別用綠色和紅色熒光材料標(biāo)記，則一段時間后兩種顏色的熒光會均勻分布
答案：B　解析：該技術(shù)的理論基礎(chǔ)是細胞膜具有流動性，A正確；該技術(shù)不能測定膜上單個蛋白質(zhì)的流動速率，B錯誤；降低實驗溫度，膜上的蛋白質(zhì)分子運動速率減慢，漂白區(qū)域熒光強度恢復(fù)到F2的時間將延長，C正確；若不用激光照射猝滅，而是細胞膜的兩部分分別被綠色和紅色熒光材料標(biāo)記，由于細胞膜上的蛋白質(zhì)分子可以運動，則一段時間后兩種顏色的熒光會均勻分布，D正確。
3．學(xué)習(xí)了“細胞膜”相關(guān)知識后，某同學(xué)看到媽媽買回來的紅色莧菜，突然冒出了個念頭，想要驗證“活細胞的細胞膜具有控制物質(zhì)進出的作用”，于是挑選了相關(guān)的廚房用品作為實驗用具，進行了以下的實驗驗證。請你補充完整該同學(xué)第二步及之后的實驗步驟，記錄實驗現(xiàn)象并分析。(1)實驗材料和用具：大小、狀態(tài)相似的紅色莧菜葉10片、碗2個、茶杯1個、電熱水壺1個
(2)實驗步驟：①將2個相同的碗，編號為甲、乙。②向甲碗中倒入一滿杯清水，___________________________________。③___________________________________________________________。④___________________________________________________________。(3)實驗現(xiàn)象：_________________________________________________________________________________________________________________。(4)原因分析：________________________________________________________________________________________________________________。

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第1節(jié) 細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修1《分子與細胞》

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