第1節(jié) 細胞膜的結構和功能





一、細胞膜的功能


1．將細胞與外界環(huán)境分隔開


細胞膜使細胞成為相對獨立的系統(tǒng)，保障了細胞內部環(huán)境的相對穩(wěn)定。


2．控制物質進出細胞


(1)細胞需要的營養(yǎng)物質可以從外界進入細胞；細胞不需要的物質不容易進入細胞。


(2)細胞內合成的抗體、激素等物質和代謝廢物要排到細胞外，細胞內有用的成分不會輕易流失到細胞外。


(3)環(huán)境中一些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。


3．進行細胞間的信息交流


二、對細胞膜成分的探索


1．探索過程


2.各成分的比例及功能


eq \(\a\al(?1?脂質?約占細胞膜,總質量的50%?))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(磷脂?主要?,膽固醇?動物細胞膜?))


(2)蛋白質(約占40%)：與細胞膜的功能密度相關，功能越復雜的細胞膜，蛋白質的種類與數量就越多。


(3)糖類(2%～10%)：與蛋白質分子或脂質結合。


三、對細胞膜結構的探索


1．提出暗—亮—暗的三層結構


(1)科學家：羅伯特森。


(2)模型假說：


①所有的細胞膜都由蛋白質—脂質—蛋白質三層結構構成。


②把細胞膜描述為靜態(tài)的統(tǒng)一結構。


2．對靜態(tài)結構提出質疑：20世紀60年代以后，科學家對細胞膜是靜態(tài)的觀點提出質疑。


3．1970年熒光標記細胞膜實驗





4．科學方法——提出假說


科學家首先根據已有的知識和信息提出解釋某一生物學問題的一種假說，再用進一步的觀察與實驗對已建立的假說進行修正和補充。一種假說最終被接受或被否定，取決于它是否能與以后不斷得到的觀察和實驗結果相吻合。


四、流動鑲嵌模型的基本內容


1．發(fā)現(xiàn)者：辛格和尼科爾森。


2．流動鑲嵌模型的基本內容


(1)化學組成：主要是磷脂分子和蛋白質分子。


(2)兩種物質組成細胞膜的方式如圖：





①圖中aeq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(名稱：磷脂雙分子層,作用：膜的基本支架,特點：具有流動性))


②圖中beq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(名稱：蛋白質分子,三種位置\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a.鑲在磷脂雙分子層表面,b.部分或全部嵌入磷脂雙分子層中,c.貫穿于整個磷脂雙分子層)),特點：大多數蛋白質分子是可以運動的))


③圖中ceq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(名稱：糖被,位置：細胞膜的外表面,作用：保護、潤滑和細胞識別等))


3．細胞膜的結構特點：流動性。


4．細胞膜的功能特性：選擇透過性。





判斷對錯(正確的打“√”，錯誤的打“×”)


1．細胞間的信息交流都是通過細胞膜的直接接觸來完成的。( )


2．細胞膜上的蛋白質種類和數量多少決定了細胞膜功能的復雜程度。


( )


3．構成膜的脂質主要是磷脂、脂肪和膽固醇。( )


4．變形蟲和草履蟲的細胞膜基本組成成分不同。( )


5．生物膜具有流動性是由于磷脂分子可以運動，從而帶動了膜上的蛋白質運動。( )


6．細胞膜上的糖類都和蛋白質結合形成了具有識別作用的糖蛋白。


( )


7．羅伯特森提出的“三明治模型”的一大缺點就是認為膜是靜止不動的。


( )


8．科學技術的進步在生物膜的流動鑲嵌模型建立過程中發(fā)揮了重要作用。


( )


提示：1.× 細胞間的信息交流也可通過化學物質和通道交流。


2．√


3．× 脂肪不是構成細胞膜的成分。


4．× 變形蟲和草履蟲的細胞膜基本組成成分相同。


5．× 蛋白質分子的運動并不是磷脂分子運動帶動的。


6．× 有些糖類和脂質結合形成糖脂。


7．√ 8.√





細胞膜的功能


1．細胞膜的功能圖解





2．細胞間信息交流的三種方式


(1)一些細胞如分泌細胞分泌一些物質如激素，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(圖示如下)。


eq \x(內分泌細胞)eq \(――→,\s\up9(產生))eq \x(激素)eq \(――→,\s\up9(體液),\s\d7(運輸))eq \x(靶細胞)


(2)相鄰兩個細胞的細胞膜接觸，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)。








實踐應用：1.生長在水底淤泥中的蓮藕“出淤泥而不染”。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：控制物質進出細胞的功能。主要體現(xiàn)在對營養(yǎng)物質的吸收及有害廢物的排出，防止病菌、病毒的侵入等方面。


2．植物傳粉后，同種和不同種的花粉都會落到雌蕊的柱頭上，同種的花粉能萌發(fā)，異種的花粉不能萌發(fā)。雌蕊和花粉是通過什么相識別的？這體現(xiàn)了該結構的什么功能？


提示：通過細胞膜相識別，體現(xiàn)了細胞膜進行細胞間信息交流的功能。





1．水溶性染色劑(PI)能與核酸結合而使細胞核著色，可將其應用于細胞死活的鑒別。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構不同


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


D [活細胞的細胞膜可選擇出入細胞的物質，以維持正常的生命活動。水溶性染色劑(PI)不是細胞所需物質，因而不能通過活細胞的細胞膜。細胞死亡后，細胞膜及其他生物膜的選擇透過性喪失，溶于水中的物質(如PI)都可以通過，從而使細胞核著色。]


2．如圖為細胞間信息交流的一種方式，下列有關敘述不正確的是( )





A．圖中反映了細胞膜具有細胞間信息交流的功能


B．圖中乙細胞表示靶細胞


C．圖中a表示信號分子(如激素)


D．圖中b表示細胞膜上的信號分子


D [題圖為細胞間進行信息交流的間接傳遞方式。甲細胞為發(fā)出信號的細胞，乙細胞為靶細胞，圖中b表示細胞膜上的受體，其化學本質為蛋白質。]


細胞間信息交流的兩個提醒


(1)三種信息交流方式均發(fā)生于細胞與細胞之間，而不是細胞內的信息交流。


(2)通過化學物質傳遞信息和通過細胞膜接觸傳遞信息并不全依賴于細胞膜上的受體蛋白，如性激素的受體在細胞內。


對細胞膜成分和結構的探索


1．細胞膜成分的鑒定方法


2.細胞膜功能的探究方法


(1)控制物質進出功能的驗證





(2)識別功能的驗證





3．生物膜結構特點和功能特性


(1)區(qū)別：流動性是生物膜的結構特性，此特性主要受溫度影響，在一定范圍內，溫度越高，細胞膜的流動性越大；而選擇透過性是生物膜的功能特性，影響此特性的內因是細胞膜上載體的種類和數量。


(2)聯(lián)系：生物膜的流動性是表現(xiàn)其選擇透過性的結構基礎。因為只有細胞膜具有流動性，細胞才能完成其各項生理功能，才能表現(xiàn)出選擇透過性。事實上，只有活細胞才具有膜的流動性和選擇透過性。


(3)圖示





4．三層結構模型與流動鑲嵌模型的比較








1．下列關于生物膜結構探索歷程的說法中，不正確的是( )


A．最初通過對現(xiàn)象的推理分析得出細胞膜是由脂質組成的


B．三層結構模型認為生物膜為靜態(tài)的結構


C．流動鑲嵌模型認為構成生物膜的磷脂分子和大多數蛋白質分子是可以運動的


D．三層結構模型和流動鑲嵌模型都認為蛋白質分子在膜中的分布是不均勻的


D [三層結構模型認為生物膜結構由蛋白質—脂質—蛋白質三層結構構成，認為蛋白質是均勻的、固定的。]


2．下圖為細胞膜的流動鑲嵌模型，有關敘述不正確的是( )





A．具有①的一側是細胞膜的外側


B．①與細胞識別有關


C．②構成細胞膜的基本支架


D．細胞膜的選擇透過性與①的種類和數量有關


D [圖中①為糖蛋白，其只分布在細胞膜的外側；糖蛋白具有識別功能，與細胞識別有關；②為磷脂雙分子層，構成了細胞膜的基本支架；細胞膜的選擇透過性與③蛋白質的種類和數量有關。]


判斷細胞膜內外側的方法


(1)判斷依據：糖蛋白的分布情況。


(2)判斷方法eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(外側：糖蛋白存在的一側,內側：沒有糖蛋白的一側))


[課堂小結]





1．透析型人工腎的關鍵材料是一種人工合成的膜材料——血液透析膜，當病人的血液流經人工腎時，血液透析膜把病人的代謝廢物透析掉，然后干凈的血液返回病人體內。這是模擬的細胞膜的什么功能( )


A．將細胞與外界環(huán)境分隔開B．控制物質進出細胞


C．免疫作用 D．進行細胞間的信息交流


B [由題意可知，透析型人工腎的作用是把病人血液中的代謝廢物透析掉，其他物質保留在血液內，這模擬了細胞膜控制物質進出細胞的功能。]


2．羅伯特森的關于生物膜模型的構建：所有的生物膜都由蛋白質－脂質－蛋白質三層結構構成，電鏡下看到的中間的亮層是脂質分子，兩邊的暗層是蛋白質分子。這一觀點的局限性主要在于( )


A．不能解釋生物膜的化學組成


B．不能解釋生物膜成分的相似性


C．不能解釋脂質類物質較容易跨膜運輸


D．不能解釋變形蟲的變形運動


D [三層結構模型認為生物膜為靜態(tài)結構。]


3．下列不符合生物膜的流動鑲嵌模型的說法的是( )


A．磷脂雙分子層是輕油般的流體，具有流動性


B．每個磷脂分子的疏水端都向內


C．嵌入磷脂雙分子層的蛋白質分子大多能運動


D．生物膜中的磷脂分子和蛋白質分子之間沒有聯(lián)系，所以才具有流動性


D [生物膜中的磷脂分子和蛋白質分子大都能運動，這使整個生物膜具有流動性。生物膜是一個整體，它上面的各種分子相互作用、密切聯(lián)系才維持了生物膜的整體性。]


4．在哺乳動物受精過程中，精子能夠與卵細胞相互識別，精子將其頭部鉆入卵細胞中，與卵細胞發(fā)生結合，當一個精子進入后，卵細胞膜發(fā)生變化，不再讓其他精子進入。這一現(xiàn)象體現(xiàn)出細胞膜能夠( )


A．保障細胞內部環(huán)境的相對穩(wěn)定


B．控制物質進出細胞


C．使卵細胞攝入所需要的精子


D．進行細胞間的信息交流


D [細胞膜具有多種重要功能，精卵之間的相互識別與結合，靠的是細胞膜上對應的糖蛋白與信息分子，是一種信息交流過程。]


5．下圖表示細胞膜的亞顯微結構，請據圖回答下列問題：





(1)細胞膜的基本支架是[ ]____________。


(2)該結構的基本功能是____________，與此相關的對生命活動至關重要的特性是____________。


(3)細胞識別、物質的跨膜運輸等與圖中__________(填圖中字母)有關。


(4)葉綠體和線粒體等細胞結構中均有此結構，但執(zhí)行的具體功能有很大區(qū)別，具體原因是圖中____________(填圖中字母)不同。


(5)有人發(fā)現(xiàn)，在一定溫度條件下，細胞膜中的脂質分子均垂直排列于膜表面。當溫度上升到一定程度時，細胞膜的脂質分子有75%排列不整齊。細胞膜厚度變小，而膜表面積擴大。對于膜的上述變化，合理的解釋是_________________。


[解析] 磷脂雙分子層構成了細胞膜的基本支架；細胞膜的結構特點是具有一定的流動性，有利于細胞生命活動的正常進行；細胞膜除了具有保護細胞內部結構的功能以外，還有控制物質出入細胞的功能，即其生理特性是具有選擇透過性；細胞膜的選擇透過性對于細胞的生命活動至關重要，不同的膜結構其蛋白質不同，它們執(zhí)行的具體功能就有很大的區(qū)別；構成細胞膜的脂質分子和蛋白質分子大都可以運動，影響脂質運動的因素有多種，溫度是其中的重要因素，在一定范圍內升高溫度，能增強脂質的流動性。


[答案] (1)B 磷脂雙分子層


(2)保護和運輸(控制物質的出入)功能 選擇透過性


(3)A (4)A (5)細胞膜具有流動性


課標內容要求
核心素養(yǎng)對接
概述細胞都由質膜包裹，質膜將細胞與其生活環(huán)境分開，能控制物質進出，并參與細胞間的信息交流。
1.生命觀念——通過對細胞膜的學習建立生命的結構與功能觀。


2．科學探究——領悟細胞膜結構探索過程的科學方法。


3．科學思維——流動鑲嵌模型及其解讀。
方式
過程
通過體液的運輸
信號分子通過血液的運輸到達靶細胞，與靶細胞的細胞膜表面的受體結合，將信息傳遞給靶細胞，如胰島素
細胞間直接接觸
信號分子和細胞膜結合在一起，只能和相鄰細胞的細胞膜上的受體直接接觸傳遞信息，如精子和卵細胞之間的識別和結合
細胞間形成通道
攜帶信息的物質可以通過相鄰兩個細胞間的通道進入另一個細胞，如高等植物細胞之間的胞間連絲
歷程
探索內容
結論或假說
1895年歐文頓
對植物細胞的通透性進行了上萬次實驗，發(fā)現(xiàn)溶于脂質的物質容易穿過細胞膜；不溶于脂質的物質，不容易穿過細胞膜
細胞膜是由脂質組成的
20世紀初
分離出哺乳動物的紅細胞的細胞膜，進行化學分析
組成細胞膜的脂質有磷脂和膽固醇，其中磷脂含量最多
1925年兩位荷蘭科學家戈特和格倫德爾
提取人紅細胞中的脂質鋪展成單分子層，其面積為紅細胞表面積的2倍
細胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層
1935年英國學者丹尼利和戴維森
研究了細胞膜的張力
推測細胞膜除含脂質分子外，可能還附有蛋白質
細胞膜成分
鑒定試劑(方法)
結果分析
磷脂
脂溶劑處理
細胞膜被溶解，證明含有磷脂
磷脂酶處理
細胞膜被破壞，證明含有磷脂
脂溶性物質通過實驗
脂溶性物質能優(yōu)先通過細胞膜，證明含有脂質
蛋白質
雙縮脲試劑
呈現(xiàn)紫色，證明含有蛋白質
蛋白酶處理
細胞膜被破壞，證明含有蛋白質
項目
三層結構模型
流動鑲嵌模型
不同點
認為蛋白質分子均勻分布在脂質分子的兩側
認為蛋白質分子在生物膜中的分布是不均勻的
認為生物膜是靜止結構
強調組成生物膜的分子是可以運動的
相同點
都認為組成生物膜的主要物質是蛋白質和脂質
知 識 網 絡 構 建
核 心 語 句 歸 納
1.細胞膜的主要功能：(1)將細胞與外界環(huán)境分隔開；(2)控制物質進出細胞；(3)進行細胞間的信息交流。


2.細胞膜主要由脂質和蛋白質組成。


3.功能越復雜的細胞膜，蛋白質的種類與數量越多。


4.脂溶性物質優(yōu)先通過細胞膜，說明細胞膜中含有脂質。


5.磷脂雙分子層構成生物膜的基本支架。


6.構成生物膜的磷脂和大多數蛋白質分子是可以運動的。


7.糖蛋白只分布于細胞膜的外表面，與細胞識別作用有關。


8.細胞膜的結構特性是具有一定的流動性，功能特性是具有選擇透過性。

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第1節(jié) 細胞膜的結構和功能

版本： 人教版 (2019)

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