【高中生物】2023-2024學(xué)年 人教版 必修一 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能

第1節(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能1.結(jié)合實(shí)例,歸納并闡明細(xì)胞膜的功能。2.運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀,通過對(duì)細(xì)胞膜成分探索過程的分析,總結(jié)細(xì)胞膜的成分,理解細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的特點(diǎn)。3.通過學(xué)習(xí)細(xì)胞膜模型構(gòu)建過程中科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和思路,掌握“提出假說”的科學(xué)方法,建立生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型。目標(biāo)素養(yǎng)知識(shí)概覽一、細(xì)胞膜的功能1.將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開使細(xì)胞成為相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng),保障了細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定。2.控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞3.進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流(連線)微思考1在處理污水時(shí),人們?cè)O(shè)計(jì)出一種膜結(jié)構(gòu),該膜結(jié)構(gòu)能有選擇地將有毒重金屬離子阻擋在膜的一側(cè),以降低有毒重金屬離子對(duì)水的污染。這模擬的是細(xì)胞膜的哪個(gè)功能?提示:控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能。微判斷1基于對(duì)細(xì)胞膜功能的認(rèn)識(shí),判斷下列表述是否正確。1.細(xì)胞膜是細(xì)胞的保護(hù)性屏障。()2.細(xì)胞膜可以控制物質(zhì)進(jìn)出,任何對(duì)細(xì)胞有害的物質(zhì)都不能進(jìn)入細(xì)胞。()3.植物細(xì)胞之間的胞間連絲具有物質(zhì)運(yùn)輸?shù)淖饔谩?)4.植物細(xì)胞的邊界是細(xì)胞壁,動(dòng)物細(xì)胞的邊界是細(xì)胞膜。()√×√×微訓(xùn)練1下列關(guān)于細(xì)胞膜的生理功能的敘述,錯(cuò)誤的是(

)A.將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開B.控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞C.進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流D.具有流動(dòng)性答案:D二、對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索1.細(xì)胞膜的成分(2)蛋白質(zhì)(約占40%):與細(xì)胞膜的功能密切相關(guān),蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多,細(xì)胞膜的功能越復(fù)雜。(3)糖類(2%~10%):與脂質(zhì)或蛋白質(zhì)結(jié)合。2.對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索

微判斷2基于對(duì)細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索歷程的認(rèn)識(shí),判斷下列表述是否正確。1.歐文頓通過對(duì)紅細(xì)胞細(xì)胞膜的化學(xué)成分的分析得出細(xì)胞膜的成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。(

)2.磷脂分子由親水的頭和疏水的尾構(gòu)成,除含C、H、O,還含有P甚至N。(

)3.科學(xué)家羅伯特森用光學(xué)顯微鏡觀察到了細(xì)胞膜暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu)。(

)4.功能越復(fù)雜的細(xì)胞膜中,脂質(zhì)的種類和數(shù)量越多。(

)×√××三、流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容1.結(jié)構(gòu)模型2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及意義(1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):具有流動(dòng)性。(2)意義:對(duì)于細(xì)胞完成物質(zhì)運(yùn)輸、生長(zhǎng)、分裂、運(yùn)動(dòng)等功能都是非常重要的。微思考2下圖是細(xì)胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)示意圖,請(qǐng)分析回答下列問題。(1)圖中的④是哪種成分?為什么在細(xì)胞膜中是兩層的?提示:④是磷脂分子。因?yàn)榧?xì)胞膜兩側(cè)都是水溶液,磷脂分子具有親水的頭和疏水的尾,只有形成雙分子層結(jié)構(gòu),才能穩(wěn)定。(2)②⑤⑥是蛋白質(zhì),其在④上的存在方式分別是什么?提示:②是鑲在表面,⑤是貫穿,⑥是嵌入。(3)①③分別是糖脂、糖蛋白。微判斷3基于對(duì)流動(dòng)鑲嵌模型的認(rèn)識(shí),判斷下列表述是否正確。1.細(xì)胞膜內(nèi)、外側(cè)結(jié)構(gòu)具有不對(duì)稱性。()2.磷脂分子構(gòu)成細(xì)胞膜的基本支架。()3.組成細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動(dòng)的,而磷脂分子是靜止的。()4.糖被就是糖蛋白。()√×××微訓(xùn)練2下圖為細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型示意圖,下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

)A.a是指磷脂分子的尾部,具有疏水性B.糖蛋白在細(xì)胞膜的內(nèi)外側(cè)均有分布C.c是指磷脂分子的頭部,具有親水性D.細(xì)胞膜的選擇透過性與蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量有關(guān)答案:B解析:磷脂雙子具有親水的頭部和疏水的尾部,A、C兩項(xiàng)正確。糖蛋白只位于細(xì)胞膜的外側(cè),B項(xiàng)錯(cuò)誤。細(xì)胞膜的選擇透過性與膜上蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量有關(guān),D項(xiàng)正確。一

細(xì)胞膜的功能問題探究資料1

將雞蛋的外殼打破,把蛋清和蛋黃倒入培養(yǎng)皿中,用牙簽的鈍端觸碰蛋黃,可以感受到蛋黃很柔軟。將牙簽刺入蛋黃時(shí),能夠感受到阻力。資料2

鑒別動(dòng)物細(xì)胞是否死亡常用臺(tái)盼藍(lán)染液。用它染色時(shí),死細(xì)胞會(huì)被染成藍(lán)色,而活細(xì)胞不會(huì)著色。資料3

植物傳粉后,同種和不同種的花粉都會(huì)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)。

(1)未受精的雞蛋的蛋黃是一個(gè)卵細(xì)胞,將雞蛋黃與蛋清隔開的是哪種細(xì)胞結(jié)構(gòu)?這體現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)的什么功能?提示:細(xì)胞膜。將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開。(2)資料2體現(xiàn)了細(xì)胞膜的哪項(xiàng)功能?活細(xì)胞與死細(xì)胞在顏色上的差異說明了什么?提示:細(xì)胞膜能控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞?；罴?xì)胞的細(xì)胞膜能夠控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞,阻擋了細(xì)胞外臺(tái)盼藍(lán)分子進(jìn)入細(xì)胞,死細(xì)胞的細(xì)胞膜喪失了該項(xiàng)功能,無法阻擋細(xì)胞外物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞,臺(tái)盼藍(lán)分子可以進(jìn)入細(xì)胞。(3)雌蕊的柱頭和花粉是通過什么相互識(shí)別的?這體現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)的什么功能?提示:通過細(xì)胞膜進(jìn)行相互識(shí)別。這體現(xiàn)了細(xì)胞膜具有進(jìn)行細(xì)胞間信息交流的功能。(4)除資料中的實(shí)例外,還有哪些細(xì)胞間進(jìn)行信息交流的實(shí)例?提示:胰島細(xì)胞通過產(chǎn)生的激素與作用的細(xì)胞進(jìn)行信息交流,高等植物細(xì)胞通過胞間連絲進(jìn)行信息交流等。歸納總結(jié)1.細(xì)胞膜的功能圖解2.細(xì)胞間信息交流的三種方式

方式通過激素等“信息分子”間接交流兩細(xì)胞間直接交流經(jīng)特殊通道交流過程一些細(xì)胞(如內(nèi)分泌細(xì)胞)分泌一些化學(xué)物質(zhì)(如激素),通過血液運(yùn)送到全身各處,該化學(xué)物質(zhì)被靶細(xì)胞膜上的受體(成分為糖蛋白)識(shí)別,引起靶細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的生理反應(yīng),完成信息傳遞相鄰細(xì)胞間直接接觸,通過與細(xì)胞膜結(jié)合的信號(hào)分子影響其他細(xì)胞相鄰細(xì)胞間形成通道使細(xì)胞相互溝通,通過攜帶信息的物質(zhì)來交流信息3.細(xì)胞膜功能的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(1)控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞功能的驗(yàn)證:(2)細(xì)胞間識(shí)別功能的驗(yàn)證:只有同種生物的精子和卵細(xì)胞才能結(jié)合細(xì)胞膜具有識(shí)別作用(糖蛋白的作用)典例剖析【例1】

下圖是細(xì)胞膜的功能模式圖。據(jù)圖分析,下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.功能①在生命起源過程中具有重要作用B.功能②表示進(jìn)入細(xì)胞的物質(zhì)對(duì)細(xì)胞都有利C.胰島素調(diào)控生命活動(dòng)可用圖中③表示D.相鄰的植物細(xì)胞之間可通過功能④進(jìn)行信息交流答案:B解析:功能②表示細(xì)胞膜能控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞,一般是吸收需要的營養(yǎng)物質(zhì),但有些有害物質(zhì)也能進(jìn)入細(xì)胞,說明細(xì)胞膜的控制作用是相對(duì)的。學(xué)以致用1.作為系統(tǒng)的邊界,細(xì)胞膜在細(xì)胞的生命活動(dòng)中有多種功能。下列有關(guān)下圖所示模型的說法,錯(cuò)誤的是(

)A.圖示信息主要體現(xiàn)了細(xì)胞膜能進(jìn)行細(xì)胞間信息交流的功能B.甲細(xì)胞分泌物質(zhì)a與細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出的功能有關(guān)C.乙細(xì)胞上識(shí)別物質(zhì)a的受體b可以識(shí)別所有的信號(hào)分子D.受體b與細(xì)胞表面的識(shí)別有密切關(guān)系答案:C解析:題圖所示的是細(xì)胞間進(jìn)行信息交流的一種方式;甲細(xì)胞分泌物質(zhì)a是細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的一個(gè)實(shí)例;不同的信號(hào)分子具有不同的受體,所以圖中的受體b不能識(shí)別所有的信號(hào)分子;受體b可與甲細(xì)胞分泌的物質(zhì)a結(jié)合,說明受體b與細(xì)胞表面的識(shí)別、細(xì)胞間的信息傳遞等功能有密切關(guān)系。二

對(duì)細(xì)胞膜成分及結(jié)構(gòu)的探索問題探究資料1

1895年,歐文頓用500多種化學(xué)物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行了上萬次的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜對(duì)不同物質(zhì)的通透性不一樣,如下圖所示。資料2

組成細(xì)胞膜的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇,其中磷脂的含量最多。磷脂是一種由甘油、脂肪酸和磷酸等組成的分子,磷酸“頭部”是親水的,脂肪酸“尾部”是疏水的。(1)據(jù)資料1推測(cè),細(xì)胞膜是由什么物質(zhì)組成的?提示:細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的。(2)磷脂分子在空氣—水界面上會(huì)如何排列?在水—苯混合溶劑中會(huì)如何排列(苯為非極性分子)?在水中會(huì)如何排列?在下圖中畫出排列情況。提示:(3)細(xì)胞膜中的磷脂分子如何排列?如何解釋這一現(xiàn)象?提示:細(xì)胞膜中的磷脂分子呈雙層排列,磷脂分子的頭部向著膜的內(nèi)外兩側(cè),而尾部相對(duì)排在內(nèi)側(cè)。因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)外都是水溶液。歸納總結(jié)1.對(duì)細(xì)胞膜成分的探索歷程科學(xué)家現(xiàn)象原理結(jié)論

歐文頓溶于脂質(zhì)的物質(zhì)容易穿過細(xì)胞膜相似相溶原理細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的科學(xué)家現(xiàn)象原理結(jié)論

戈特和格倫德爾從紅細(xì)胞中提取的脂質(zhì),單層分子的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍磷脂分子具有親水的頭和疏水的尾;細(xì)胞內(nèi)外都是液體(水)環(huán)境細(xì)胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層丹尼利和戴維森細(xì)胞的表面張力明顯低于油—水界面的表面張力—細(xì)胞膜除含脂質(zhì)分子外,可能還附有蛋白質(zhì)2.對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索歷程

典例剖析【例2】

對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷程,下列結(jié)論(假說)錯(cuò)誤的是(

)A.脂溶性物質(zhì)更易通過細(xì)胞膜,說明細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的B.提取哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞的脂質(zhì)鋪展成的單分子層的面積是紅細(xì)胞表面積的兩倍,說明細(xì)胞膜中的磷脂分子排列為連續(xù)的兩層C.電鏡下細(xì)胞膜呈清晰的暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu),羅伯特森認(rèn)為細(xì)胞膜由脂質(zhì)—蛋白質(zhì)—脂質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成D.人—鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)證明細(xì)胞膜具有流動(dòng)性C解析:電鏡下細(xì)胞膜呈清晰的暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu),羅伯特森認(rèn)為所有的細(xì)胞膜都由蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。學(xué)以致用某研究小組發(fā)現(xiàn)植物種子細(xì)胞以小油滴的方式儲(chǔ)油,每個(gè)小油滴都由磷脂膜包被著,該膜最可能的結(jié)構(gòu)是(

)A.由單層磷脂分子構(gòu)成,磷脂的尾部向著油滴內(nèi)B.由單層磷脂分子構(gòu)成,磷脂的頭部向著油滴內(nèi)C.由兩層磷脂分子構(gòu)成,結(jié)構(gòu)與細(xì)胞膜完全相同D.由兩層磷脂分子構(gòu)成,兩層磷脂的頭部相對(duì)答案:A解析:磷脂分子的頭部親水,尾部疏水,且油滴內(nèi)部?jī)?chǔ)油,所以磷脂的尾部向著油滴內(nèi),頭部向著油滴外,由單層磷脂分子構(gòu)成。三

細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型問題探究資料1

研究人員做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn):在一定溫度下,細(xì)胞中的磷脂分子均垂直排列于膜表面;當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí),細(xì)胞膜中的磷脂分子有75%排列不整齊,細(xì)胞膜的厚度變小,表面積擴(kuò)大,對(duì)離子和分子的通透性提高。資料2

物理學(xué)家在低溫下將細(xì)胞膜切開,升溫后暴露兩層磷脂之間的斷裂面(冰凍蝕刻法),觀察蛋白質(zhì)在磷脂雙分子層中的分布情況(如下圖所示)。(1)細(xì)胞膜厚度和表面積隨溫度的變化說明細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)具有什么特點(diǎn)?用三層結(jié)構(gòu)模型能否解釋該現(xiàn)象?為什么?提示:說明細(xì)胞膜上的物質(zhì)是可以運(yùn)動(dòng)的。三層結(jié)構(gòu)模型不能解釋該現(xiàn)象,因?yàn)槿龑咏Y(jié)構(gòu)模型認(rèn)為細(xì)胞膜是靜態(tài)的。(2)根據(jù)以上資料可以推測(cè)蛋白質(zhì)分子在磷脂雙分子層中的分布情況是怎樣的?提示:蛋白質(zhì)分子以不同方式鑲嵌在磷脂雙分子層中:有的鑲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,有的貫穿于整個(gè)磷脂雙分子層。(3)具有糖蛋白的一側(cè)為細(xì)胞膜的外側(cè)還是內(nèi)側(cè)?提示:糖蛋白位于細(xì)胞膜的外側(cè),因此具有糖蛋白的一側(cè)為細(xì)胞膜的外側(cè)。歸納總結(jié)1.構(gòu)成細(xì)胞膜的三種物質(zhì)物質(zhì)存在形式功能磷脂尾相對(duì)、頭朝外,構(gòu)成磷脂雙分子層構(gòu)成細(xì)胞膜的基本支架

物質(zhì)存在形式功能蛋白質(zhì)有的鑲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,有的貫穿于整個(gè)磷脂雙分子層細(xì)胞膜的功能越復(fù)雜,蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多糖類與蛋白質(zhì)結(jié)合形成糖蛋白,或與脂質(zhì)結(jié)合形成糖脂糖被與細(xì)胞表面的識(shí)別、細(xì)胞間的信息傳遞等功能有密切關(guān)系2.細(xì)胞膜的特點(diǎn)(1)鑲嵌性:膜的基本結(jié)構(gòu)是由磷脂雙分子層及鑲嵌在其上的蛋白質(zhì)構(gòu)成的。(2)不對(duì)稱性:細(xì)胞膜的各種成分不是對(duì)稱分布的,如糖被只分布在細(xì)胞膜外表面。(3)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——具有一定的流動(dòng)性:磷脂分子可以側(cè)向自由移動(dòng),膜中的蛋白質(zhì)大多也能運(yùn)動(dòng)。易錯(cuò)辨析三層結(jié)構(gòu)模型與流動(dòng)鑲嵌模型的比較比較項(xiàng)目三層結(jié)構(gòu)模型流動(dòng)鑲嵌模型不同點(diǎn)認(rèn)為蛋白質(zhì)分子均勻分布在脂質(zhì)分子的兩側(cè)認(rèn)為蛋白質(zhì)分子在細(xì)胞膜中的分布是不均勻的認(rèn)為細(xì)胞膜是靜態(tài)結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)組成細(xì)胞膜的分子是可以運(yùn)動(dòng)的相同點(diǎn)都認(rèn)為組成細(xì)胞膜的主要成分是蛋白質(zhì)和脂質(zhì)典例剖析【例3】

下圖是細(xì)胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖,①~③表示構(gòu)成細(xì)胞膜的物質(zhì)。下列有關(guān)說法正確的是(

)A.②與③是靜止不動(dòng)的B.③構(gòu)成細(xì)胞膜的基本支架C.①位于細(xì)胞膜的內(nèi)表面D.糖被(①)與細(xì)胞識(shí)別有關(guān)答案:B解析:②是蛋白質(zhì)分子,大多是可以運(yùn)動(dòng)的,③是磷脂雙分子層,磷脂分子可以側(cè)向自由移動(dòng),A項(xiàng)錯(cuò)誤。磷脂雙分子層構(gòu)成了細(xì)胞膜的基本支架,B項(xiàng)正確。①是糖蛋白,糖被是位于細(xì)胞膜外表面的糖類分子,與細(xì)胞識(shí)別有關(guān),C、D兩項(xiàng)錯(cuò)誤。方法歸納判斷細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)與外側(cè)的技巧(1)依據(jù):細(xì)胞膜中的糖類分子與蛋白質(zhì)結(jié)合形成糖蛋白,糖蛋白只分布于細(xì)胞膜的外表面。(2)方法:有糖蛋白存在的一側(cè)為細(xì)胞膜的外側(cè),另一側(cè)為細(xì)胞膜的內(nèi)側(cè)。學(xué)以致用3.下列關(guān)于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的敘述,錯(cuò)誤的是(

)A.構(gòu)成細(xì)胞膜的物質(zhì)分子的排列是不對(duì)稱的B.構(gòu)成細(xì)胞膜的物質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)使膜具有流動(dòng)性C.磷脂具有識(shí)別和信息傳遞的作用D.磷脂排列成雙分子層答案:C解析:細(xì)胞膜上的糖被與細(xì)胞表面的識(shí)別和細(xì)胞間的信息傳遞有密切關(guān)系,磷脂雙分子層是細(xì)胞膜的基本支架。1.右圖所示為某生理活動(dòng)的一個(gè)過程,這一過程體現(xiàn)出細(xì)胞膜的哪一項(xiàng)功能?(

)A.控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞B.將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開C.促進(jìn)物質(zhì)的運(yùn)輸D.進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流答案:D2.科學(xué)家揭示出電壓控制的鉀通道,這些