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第2、3節(jié)生物膜的流動鑲嵌模型物質跨膜運輸?shù)姆绞揭?、對生物膜的探索歷程1．19世紀末，歐文頓根據(jù)脂溶性物質更容易通過細胞膜，提出膜是由脂質組成的。2．20世紀初，化學分析表明，膜的主要成分是

。3．1925年，荷蘭科學家得出結論：細胞膜中的脂質分子排列為連續(xù)的

。4．20世紀40年代，科學家推測脂質兩邊各覆蓋著

。①脂質和蛋白質②兩層③蛋白質5．1959年，羅伯特森認為生物膜由

三層結構構成。6．1970年，人鼠細胞雜交實驗表明，細胞膜具有

。7．1972年，桑格和尼克森提出的生物膜的

模型為大多數(shù)人所接受。④蛋白質—脂質—蛋白質⑤流動性⑥流動鑲嵌二、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容1．

構成膜的基本支架，其結構特點是具有一定的

。2．蛋白質分子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，有的貫穿于整個磷脂雙分子層，大多數(shù)蛋白質分子是可以運動的。3．細胞膜表面的糖類可以和蛋白質結合形成

，也可以和脂質結合形成糖脂。⑦磷脂雙分子層⑧流動性⑨糖蛋白1．糖被位于細胞膜的外側還是內(nèi)側？有什么作用？三、物質跨膜運輸?shù)姆绞?．自由擴散(1)方向：物質分子從高濃度一側到低濃度一側(2)影響因素：細胞膜兩側存在物質分子濃度差(3)實例：水、CO2、甘油、乙醇2．協(xié)助擴散(1)方向：物質分子從

一側運輸?shù)?/p>

一側(2)影響因素：a.細胞膜兩側存在物質分子濃度差b．細胞膜上

的協(xié)助(3)實例：葡萄糖進入紅細胞⑩高濃度?低濃度?載體3．主動運輸(1)方向：物質分子從低濃度一側運輸?shù)礁邼舛纫粋?2)影響因素：a.細胞膜上相應的

的協(xié)助b．細胞新陳代謝產(chǎn)生的

(3)實例：K＋、Na＋、Ca2＋、氨基酸通過細胞膜4．大分子物質以

的方式進出細胞，這與細胞膜的

有關，但不屬于跨膜運輸。?載體?胞吞和胞吐?流動性?能量(ATP)2．細胞膜的主動運輸和被動運輸對于細胞的生命活動而言是非常重要的，保證生命活動順利進行的結構和功能基礎分別是什么？3．胞吞與胞吐的正常進行須依賴細胞膜的何種結構特性方可完成？胞吞和胞吐過程中是否跨越生物膜？思考探討提示：1．外側。糖被具有保護、潤滑和細胞識別的作用。2．膜的流動性和選擇透過性。3．細胞對大分子物質攝入或排出時所進行的胞吞與胞吐方式須依賴細胞膜的流動性方可完成。胞吞與胞吐過程中，不曾跨越生物膜。(跨膜層數(shù)為0層)一、細胞膜的結構——流動鑲嵌模型1．化學成分：主要是磷脂分子和蛋白質分子，碳水化合物都和膜蛋白或膜脂結合成糖蛋白或糖脂。2．空間結構：雙層磷脂分子組成膜的基本骨架；蛋白質分子鑲嵌、嵌入或貫穿于磷脂雙分子層中，如下圖所示。3．結構特點：(1)鑲嵌性：膜的基本結構是由磷脂雙分子層鑲嵌蛋白質構成的；(2)流動性：膜結構中的蛋白質和磷脂分子在膜中都是可以做多種形式的運動的，導致膜整體具有一定的流動性；(3)不對稱性：膜兩側的分子性質和結構不相同，如糖蛋白只分布在細胞膜的外表面，在細胞膜的內(nèi)表面沒有糖被。(4)影響因素：主要受溫度影響，適當溫度范圍內(nèi)，隨外界溫度升高，膜的流動性增強，但溫度高出一定范圍，則導致膜的破壞。4．功能特性：選擇透過性(1)表現(xiàn)：植物根對礦質元素的選擇性吸收，神經(jīng)細胞對K＋的吸收和對Na＋的排出，腎小管的重吸收和分泌，小腸的吸收等。(2)原因：遺傳性載體種類、數(shù)量選擇性。5．細胞膜的流動性與選擇透過性流動性與選擇透過性都是對細胞膜的描述，但兩者既有區(qū)別又有聯(lián)系。(1)區(qū)別：流動性是細胞膜結構方面的特性，選擇透過性體現(xiàn)了細胞膜功能方面的特性，主動運輸能充分說明選擇透過性。(2)聯(lián)系：細胞膜的流動性是表現(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。相反，如果細胞膜失去了選擇透過性，細胞可能已經(jīng)死亡了?？傊?，膜的組成、結構和功能可表示為下圖。1．(2009年杭州模擬)如下圖表示細胞膜的亞顯微結構，其中a和b為物質的兩種運輸方式，下列對細胞膜結構和功能的敘述錯誤的是 (

)A．若圖示為肝細胞膜，則尿素的運輸方向是Ⅱ→ⅠB．細胞間的識別、免疫、細胞的癌變與①有密切的關系C．適當提高溫度將加快②和③的流動速度D．b過程不需要ATP，a過程未體現(xiàn)膜的選擇透過性這一生理特性【解析】圖中①是糖蛋白，②是蛋白質，③是磷脂分子，Ⅰ為膜外(外側有糖蛋白)，Ⅱ為膜內(nèi)。a方式是由低濃度向高濃度、需載體協(xié)助的主動運輸，b方式是由高濃度向低濃度、不需載體協(xié)助的自由擴散。肝細胞內(nèi)合成尿素，通過肝細胞膜以自由擴散的方式運輸?shù)郊毎?，A項正確；細胞間的識別、免疫和細胞的癌變與膜上的糖蛋白有關，B項正確；適當提高溫度，分子運動速度加快，C項正確；b自由擴散不需要能量是正確的，但a主動運輸需膜上載體蛋白的協(xié)助，能體現(xiàn)膜的選擇透過性，故D項錯誤?！敬鸢浮?/p>

D2．細胞膜的結構特點是具有一定的流動性，下列實例中能反映該特點的是 (

)①高爾基體形成的囊泡與細胞膜融合②變形蟲能伸出偽足③小腸絨毛上皮細胞對Na＋、K＋的吸收④核糖體中合成的蛋白質進入細胞核⑤吞噬細胞吞噬病菌A．①②④

B．②③④C．①②⑤

D．①②③④⑤【解析】

膜的融合、偽足、吞噬都是反映細胞膜具有流動性的典型例子。細胞對Na＋、K＋的吸收通過細胞膜上的鈉泵。核糖體合成的蛋白質通過核孔進入細胞核，不需通過細胞膜?！敬鸢浮?/p>

C二、物質出入細胞的方式1．自由擴散、協(xié)助擴散和主動運輸?shù)谋容^物質出入細胞的方式被動運輸主動運輸自由擴散協(xié)助擴散運輸方向高濃度→低濃度高濃度→低濃度一般為低濃度→高濃度是否需要載體不需要需要需要是否消耗能量不消耗不消耗消耗圖例舉例O2、CO2、H2O甘油、乙醇、苯等出入細胞的方式紅細胞吸收葡萄糖小腸吸收葡萄糖、氨基酸、無機鹽等表示曲線(一定濃度范圍內(nèi))2.大分子物質出入細胞的方式三種物質運輸方式是小分子和離子的運輸方式，不包括大分子物質。大分子物質的運輸是通過胞吞與胞吐來運輸?shù)摹?1)胞吞和胞吐進行的結構基礎是細胞膜的流動性。(2)胞吞和胞吐與主動運輸一樣也需要能量供應，如果分泌細胞中的ATP合成受阻，則胞吐作用不能繼續(xù)進行。(1)影響自由擴散的因素：細胞膜內(nèi)外物質的濃度差。(2)影響協(xié)助擴散的因素①細胞膜內(nèi)外物質的濃度差。②細胞膜上運載物質的載體數(shù)量。(3)影響主動運輸?shù)囊蛩丌佥d體：是細胞膜上的一類蛋白質。載體具有特異性，不同物質的載體不同，不同生物細胞膜上的載體的種類和數(shù)目也不同。載體具有飽和現(xiàn)象，當細胞膜上的載體已經(jīng)達到飽和，細胞吸收該載體運載的物質的速度不再隨物質濃度的增大而增大。②能量：凡能影響細胞內(nèi)產(chǎn)生能量的因素，都能影響主動運輸，如氧氣濃度、溫度等。3．甲(○)、乙(●)兩種物質在細胞膜兩側的分布情況如下圖(顆粒的多少表示濃度的高低)，在進行跨膜運輸時，下列說法正確的是 (

)A．甲進入細胞一定需要能量B．甲運出細胞一定不需要能量C．乙進入細胞一定有載體蛋白的參與D．乙運出細胞一定有載體蛋白的參與【解析】從圖中可以看出，物質甲的濃度是細胞外高于細胞內(nèi)，物質乙的濃度正好相反。物質進出細胞的方式主要有兩種，即自由擴散和主動運輸，前者是指小分子物質從高濃度環(huán)境進入低濃度環(huán)境，不需要載體，不消耗能量；后者主要是被細胞吸收的物質從低濃度到高濃度，需要載體并消耗能量?！敬鸢浮?/p>

C4．(2010年海淀模擬)如右圖表示細胞對大分子物質“胞吞”和“胞吐”的過程。下列與此有關的敘述錯誤的是 (

)A．a(chǎn)與b均要以膜的流動性為基礎才可能發(fā)生B．a(chǎn)要有細胞表面識別和內(nèi)部供能才可能完成C．b表示細胞分泌的同時會導致膜成分的更新D．b與a分別是細胞排泄廢物和攝取養(yǎng)分的基本方式【解析】胞吞和胞吐是膜流動性的具體體現(xiàn)，胞吞是通過膜外表面的糖被識別，消耗能量進入細胞內(nèi)；細胞分泌是高爾基體“出芽”形成的囊泡與細胞膜融合，將大分子物質排到膜外，因此，有部分高爾基體膜的成分轉移到細胞膜；細胞排出廢物和攝取養(yǎng)分的基本方式是利用膜的選擇透過性直接通過細胞膜，以被動運輸、主動運輸?shù)确绞竭M行?！敬鸢浮?/p>

D

(2009年北京卷)細胞膜在細胞的生命活動中具有重要作用。下列相關敘述不正確的是(

)A．細胞膜的糖被在細胞間具有識別作用B．細胞膜對膜兩側物質的進出具有選擇性C．細胞膜內(nèi)外兩側結合的蛋白質種類有差異D．載體蛋白是鑲在細胞膜內(nèi)外表面的蛋白質【解析】

本題考查了細胞膜的結構和功能特點。細胞膜上的糖被具有識別功能；細胞膜具有選擇透過性，對進出細胞膜的物質具有選擇性；載體蛋白是跨膜蛋白而不是鑲在細胞膜內(nèi)外表面?！敬鸢浮?/p>

D細胞膜研究的拓展(1)細胞膜成分的實驗探究①用溶脂劑處理細胞膜，膜被破壞，說明細胞膜中含有脂質成分。②用蛋白酶處理細胞膜，膜被破壞，說明細胞膜中含有蛋白質成分。(2)細胞膜具有識別作用的實驗探究可將大量的同種生物和親緣關系較遠的生物的精子和卵細胞混合在一起，發(fā)現(xiàn)只有同種生物的精子與卵細胞能結合。(3)設計實驗探究細胞膜的選擇透過性①可利用細胞液有顏色的植物組織，放入無色溶液中，然后用高溫或強酸、堿等處理，觀察處理前后無色溶液的顏色變化。②也可以用哺乳動物成熟的紅細胞來研究細胞膜的選擇透過性。之所以選哺乳動物成熟的紅細胞而不選其他細胞，是因為成熟的紅細胞無核膜及其他膜結構，能排除其他膜的干擾。

(2009年遼寧、寧夏卷)下列關于物質跨膜運輸?shù)臄⑹?，錯誤的是 (

)A．植物細胞吸收K＋需消耗能量B．細胞對離子的吸收具有選擇性C．海水中的海藻細胞可通過積累溶質防止質壁分離D．液泡中積累大量離子，故液泡膜不具有選擇透過性【解析】

液泡膜是一層生物膜，具有選擇透過性，能夠積累大量的離子。細胞液的濃度小于外界溶液的濃度時，才可能發(fā)生質壁分離，海水中的海藻細胞可通過積累溶質使細胞液的濃度增大防止質壁分離?！敬鸢浮?/p>

D判定主動運輸?shù)挠行б罁?jù)(1)從運輸方向：只要從低濃度到高濃度運輸，則一定為主動運輸。(2)從達到平衡時的濃度：若達到平衡時細胞內(nèi)外仍存在濃度差則一定是主動運輸，因為自由擴散和協(xié)助擴散達到平衡時內(nèi)外濃度一定相等。(3)消耗能量(ATP)的一定是主動運輸(大分子的運輸除外)，且該過程因與呼吸作用有關，故溫度可通過影響呼吸作用中酶的活性而影響主動運輸。實驗設計往往是解答實驗題的難點，但只要理清思路，找準方法和突破口、也能化難為易。實驗的設計可遵循以下步驟進行。1．了解題目要求：認真讀題，從題中找出答案。2．寫出實驗名稱：指出是什么實驗，判斷出是“驗證性實驗”還是“探究性實驗”。3．寫出實驗目的：弄清該題要驗證或探究的是什么樣的生物學事實。即明確實驗要解決什么問題。一般在題干中有“驗證……”、“證明……”、“探究……”，其后內(nèi)容就是實驗的目的。有些實驗需要對其去粗取精，提煉要點。4．寫出實驗原理：就是完成該實驗的理論依據(jù)是什么？這就需要分析實驗中所涉及的生物學及相關學科中的知識、方法，以及所依據(jù)的科學原理。5．設計實驗操作過程：大多數(shù)題目要求寫出實驗步驟，這是學生束手無策失分較多的地方?？偨Y下面一條書寫模式，能夠使書寫條理，思路清晰。(1)分組標號：根據(jù)實驗要求選擇適宜的材料和器材，選材應保持條件相同(如：日齡相同、體重相近的雄性成年大白鼠)。將實驗分為實驗組和對照組；可以分兩組，也可以分若干組，每組進行明確的標記，如用甲、乙、丙，或者是A、B、C或者1、2、3，總之讓人一看對實驗組一目了然。便于實驗的觀察、統(tǒng)計、比較和敘述。常用語言：選擇長勢相同、大小相似的同種植物隨機等量分組，分別編號為A、B、C…取兩支試管，分別編號為甲、乙，各加入等量的某溶液，選擇年齡、體重(性別)、健康狀況相同的某種動物隨機等量分組，分別編號為1、2、3…(2)實驗處理：根據(jù)實驗的要求分別對實驗組和對照組施加單一變量。除實驗變量外，對實驗組和對照組的培養(yǎng)、飼養(yǎng)等條件應要相同，即控制無關變量。后面步驟中要用到的東西，如果題目沒有給出，則必須在前面的步驟中準備好，如實驗中要用蔗糖液，而題目中只給出蔗糖，我們就要先配制好蔗糖液；題目中如果已經(jīng)給好(如給的是配好的試劑)，則不必再配制了。(3)培養(yǎng)(或飼養(yǎng))、觀察、記錄：對于植物實驗和某些動物實驗，分別進行實驗處理后，要進行一段時間的培養(yǎng)，才能出現(xiàn)結果。而有些實驗進行實驗處理之后，就可以觀察出現(xiàn)的現(xiàn)象。要仔細觀察實驗組與對照組出現(xiàn)的差異，記錄實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)。

某實驗小組要對“低溫是否會影響物質的跨膜運輸”進行實驗探究，設計了如下實驗：實驗步驟：①組裝滲透裝置兩套，分別編號為1,2。②在兩組燒杯中分別加入等量的水，在長頸漏斗中分別加入等量的同一濃度的蔗糖溶液，保持管內(nèi)外液面高度相等。③對兩組裝置進行不同處理：1組用水浴鍋加熱至37℃，2組的燒杯外加冰塊降溫。④兩組裝置同時開始實驗，幾分鐘后觀察記錄漏斗的液面刻度變化。請分析回答下列問題：(1)本實驗是通過測定水分子通過膜的________速率來進行探究的。(2)該實驗可能的結果與結論是：

①_________________________________________；②_________________________________________；③_________________________________________。(3)如果上述實驗結果證明了“低溫能影響物質跨膜運輸?shù)乃俾省保敲磳τ谏锘罴毎麃碚f，產(chǎn)生這種情況的原因可能是：①_______________________________________；②_______________________________________。【解析】通過不同溫度條件下的滲透速率可以說明溫度對物質的跨膜運輸?shù)挠绊?，注意的是設置實驗要遵循單因子和等量的原則，分析要全面?！敬鸢浮?/p>

(1)擴散(滲透)

(2)①若1組漏斗的液面高度比2組高，則說明低溫會影響物質的跨膜運輸且運輸速率減慢②若2組漏斗的液面高度比1組高，則說明低溫會影響物質的跨膜運輸且運輸速率加快③若1,2組漏斗的液面高度相同，則說明溫度高低并不影響物質的跨膜運輸(3)①低溫會影響細胞膜的流動性，從而影響其功能②低溫會影響酶的活性，從而影響物質的跨膜運輸1．(2009年浙江卷)對某動物細胞進行熒光標記實驗，如下面示意圖所示，其基本過程：①用某種熒光材料標記該動物細胞，細胞表面出現(xiàn)熒光斑點。②用激光束照射該細胞表面的某一區(qū)域，該區(qū)域熒光淬滅(消失)。③停止激光束照射一段時間后，該區(qū)域的熒光逐漸恢復，即又出現(xiàn)了斑點。上述實驗不能說明的是 (

)A．細胞膜具有流動性B．熒光染料能與細胞膜組成成分結合C．根據(jù)熒光恢復的速率可推算出物質跨膜運輸?shù)乃俾蔇．根據(jù)熒光恢復的速率可推算出膜中蛋白質或脂質的流動速率【解析】

該過程說明細胞膜具有流動性、熒光染料能與細胞膜組成成分結合，根據(jù)熒光恢復的速率推算出膜中蛋白質或脂質的流動速率，但不能根據(jù)熒光恢復的速率推算物質跨膜運輸?shù)乃俾?，因為該過程中沒有發(fā)生物質跨膜運輸。所以C不正確?！敬鸢浮?/p>

C2．(2009年廣東卷)某物質從低濃度向高濃度跨膜運輸，該過程 (

)A．沒有載體參與B．為自由擴散C．為協(xié)助擴散

D．為主動運輸【解析】

【答案】

D自由擴散協(xié)助擴散主動運輸運輸方向高濃度—低濃度高濃度—低濃度低濃度—高濃度是否需要載體否是是3．(2008年廣東生物)甲、乙兩種物質分別依賴自由擴散(簡單擴散)和協(xié)助擴散進入細胞，如果以人工合成的無蛋白磷脂雙分子膜代替細胞膜，并維持其他條件不變，則(

)A．甲運輸被促進

B．乙運輸被促進C．甲運輸被抑制

D．乙運輸被抑制【答案】

D4．(2008年江蘇生物)線粒體DNA上的基因所表達的酶與線粒體功能有關。若線粒體DNA受損傷，則下列細胞的功能受影響最大的是 (

)A．紅細胞吸收葡萄糖

B．小腸上皮細胞吸收水