資源簡介

生物學 必修1［RJ］（不定項）
人教生物必修1知識梳理及訓練
3.1 細胞膜的結構和功能
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知識點1　細胞膜的功能
1．細胞膜：也稱質膜，它是細胞的邊界。
2．功能
(1)將細胞與外界環境分隔開：保障了細胞內部環境的相對穩定。
(2)控制物質進出細胞
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(3)進行細胞間的信息交流
圖示 內容 舉例
內分泌細胞分泌的激素，隨血液到達全身各處，與靶細胞的細胞膜表面的受體結合，將信息傳遞給靶細胞 胰島素的分泌及發揮作用
相鄰兩個細胞的細胞膜接觸，信息從一個細胞傳遞給另一個細胞 精子和卵細胞之間的識別和結合
相鄰兩個細胞之間形成通道，攜帶信息的物質通過通道進入另一個細胞 高等植物細胞之間通過胞間連絲相互連接，也有信息交流的作用
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細胞間的信息交流都依賴于信息分子和受體嗎？
提示：一定依賴于信息分子傳遞信息，但不一定需要受體，如高等植物細胞之間的胞間連絲。
知識點2　細胞膜的成分
1．對細胞膜成分的探索
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1．選擇哺乳動物的成熟紅細胞制備細胞膜的原因？
提示：①動物細胞沒有細胞壁，能夠吸水漲破；②哺乳動物的成熟紅細胞中沒有細胞核和眾多的細胞器，可獲得較為純凈的細胞膜。
2．磷脂分子在空氣—水界面上如何分布？
提示：鋪展成單分子層。磷脂頭部由親水的磷酸構成，尾部由疏水的脂肪酸構成，在空氣—水界面，頭部與水接觸，而尾部位于空氣中，如圖。
3．磷脂分子在水中如何分布？
提示：在水中，朝向水的是“頭部”，“尾部”疏水。當磷脂分子的內外兩側都是水環境時，磷脂分子的“尾部”相對排列在內側，“頭部”則朝向兩側水環境中，形成磷脂雙分子層，如圖。
4．磷脂分子在水—苯的混合溶劑中如何分布？
提示：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，如圖。
2．細胞膜成分
(1)成分
(2)特點：功能越復雜的細胞膜，蛋白質的種類和數量越多。
知識點3　對細胞膜結構的探索
1．靜態結構模型的提出
(1)時間：1959年。
(2)科學家：羅伯特森。
(3)依據：電鏡下看到了細胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結構。
(4)模型假說：所有的細胞膜都由蛋白質—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。
(5)模型缺點：細胞膜的復雜功能將難以實現，就連細胞的生長、變形蟲的變形運動這樣的現象都難以解釋。
2．新技術帶來新模型
(1)人—鼠細胞融合實驗
時間 1970年
方法 熒光標記法
過程
結果 兩種顏色的熒光均勻分布
這一實驗及相關的其他實驗證據表明 構成細胞膜的蛋白質分子是可以運動的，細胞膜具有流動性
(2)動態結構模型的提出
時間 1972年
科學家 辛格和尼科爾森
模型名稱 流動鑲嵌模型
易漏邊角課本P44
科學方法——提出假說
(1)提出假說——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。
(2)用進一步的觀察與實驗修正和補充假說。
(3)假說被接受或被否定，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。
知識點4　流動鑲嵌模型的基本內容
1．流動鑲嵌模型的基本內容
(1)圖中①
(2)圖中②
(3)圖中③
2．生物膜的結構特點——具有一定的流動性
(1)原因：構成生物膜的磷脂分子可以側向自由移動，蛋白質分子大多也是可以運動的。
(2)生理意義：對于細胞完成物質運輸、生長、分裂、運動等功能具有重要意義。
(3)實例：變形蟲變形；細胞融合；分泌蛋白的分泌。
3．生物膜的功能特性——選擇透過性
(1)結構基礎：膜上具有轉運蛋白。
(2)生理意義：控制物質進出細胞。
歸納總結
1．磷脂分子、磷脂雙分子層和細胞膜的關系
(1)結構關系
磷脂分子磷脂雙分子層
細胞膜
(2)數量關系
1層細胞膜1層磷脂雙分子層2層磷脂分子
2．蛋白質并非對稱分布在膜上，因而膜具有不對稱性。
3．一般的，糖蛋白只分布于細胞膜的外側面，可據此判斷細胞膜的內側與外側。
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INCLUDEPICTURE"本節聚焦.TIF" INCLUDEPICTURE "本節聚焦.TIF" \* MERGEFORMAT
1．細胞膜有哪些主要功能？
答案　將細胞與外界環境分隔開；控制物質進出細胞；進行細胞間的信息交流。
2．流動鑲嵌模型的基本內容是什么？
答案　細胞膜流動鑲嵌模型的基本內容：①細胞膜主要是由磷脂分子和蛋白質分子構成的，磷脂雙分子層構成了膜的基本支架；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；③磷脂分子可以側向自由移動，蛋白質大多是可以運動的；④細胞膜外表面的糖類分子可以與蛋白質分子結合形成糖蛋白，也可以和脂質結合形成糖脂。
3．通過對細胞膜結構的探索過程的分析，你對科學的過程和方法有哪些領悟？
答案　科學研究需要很多科學家共同努力，離不開技術支持，需要理性思維與實驗相結合，是一個不斷開拓、繼承、修正和發展的過程。
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1．(目標1)血液透析是將病人的血液引流至體外，經過一種人工合成的膜材料，把代謝廢物透析掉，讓凈化的血液回輸到病人體內。該過程模擬的細胞膜的功能是(　　)
A．將細胞與外界環境分隔開
B．控制物質進出細胞
C．進行細胞間的信息交流
D．保護細胞不被病原體侵染
答案　B
2．(目標2)典型的細胞膜最可能具有下列哪種組成(質量分數)(　　)
A．35%脂質、50%蛋白質、5%糖類、10%RNA
B．50%脂質、45%蛋白質、5%糖類、0%RNA
C．25%脂質、75%蛋白質、0%糖類、0%RNA
D．60%脂質、30%蛋白質、0%糖類、10%RNA
答案　B
解析　細胞膜主要由脂質和蛋白質構成，還有少量的糖類，但是不含RNA。其中脂質約占細胞膜總質量的50%，蛋白質約占40%，糖類占2%～10%。
3．(目標3)細胞膜成分和結構的探索歷程，凝聚著多位科學家的智慧和心血，下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．歐文頓用500多種化學物質對植物細胞的通透性進行了上萬次的實驗，發現脂溶性物質容易穿過細胞膜，據此推測：細胞膜是由脂質組成的
B．戈特和格倫德爾提取人紅細胞中的脂質，鋪展成的單分子層的面積恰好為紅細胞表面積的2倍，據此推測：細胞膜中的磷脂分子必然排列為連續的兩層
C．羅伯特森拍攝的電鏡下的細胞膜照片，呈現清晰的暗—亮—暗三層結構，據此構建了動態的細胞膜模型
D．科學家用熒光染料標記的方法，通過人鼠細胞融合實驗，證明了細胞膜具有流動性
答案　C
4．(不定項)(目標2)下列關于生物膜的敘述，正確的是(　　)
A．功能越復雜的細胞膜上的蛋白質種類和數量就越多
B．磷脂分子是由疏水性的頭部和親水性的尾部組成
C．生物膜上的磷脂分子和大多數蛋白質分子是可以運動的
D．細胞膜能控制物質進出并可以維持細胞內環境的穩定
答案　ACD
5．(目標1和2)如圖表示細胞膜的結構，據此回答問題(在[　　]中填序號)。
(1)細胞膜的這種結構模型被稱為________________。細胞膜的基本支架是[　　]。
(2)膽固醇、維生素D等物質能優先通過細胞膜，這是由于細胞膜上具有________(填成分)。
(3)由圖可知，該結構的________(填“上方”或“下方”)是細胞膜的外側。
(4)精子和卵細胞能夠通過該結構相互識別并結合，說明細胞膜具有____________________功能。與此相關的物質是[　　]。
(5)細胞膜在控制物質進出細胞時具有__________________(填特性)。
答案　(1)流動鑲嵌模型　③
(2)脂質(或磷脂)　(3)上方
(4)進行細胞間的信息交流(或細胞識別)　④
(5)選擇透過性
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INCLUDEPICTURE"題型3-1-1.TIF" INCLUDEPICTURE "題型3-1-1.TIF" \* MERGEFORMAT
[例1]　春天，很多植物同時開花，花粉在空氣中傳播后，也很容易黏附到其他植物的柱頭上，但這些花粉不能萌發，而落到同種植物柱頭上的花粉可以萌發。這依賴于(　　)
A．細胞分泌物的信息傳遞
B．花粉和柱頭細胞的細胞膜之間信號分子與受體的識別
C．花粉與柱頭細胞間的胞間連絲
D．花粉與柱頭細胞中核酸的一致性
解題分析　花粉和柱頭細胞的細胞膜含有特定的信號分子和受體，這樣可以使得在植物的柱頭上只有同種植物的花粉可以萌發，保證了物種的正常延續。
答案　B
[例2]　生物學上將細胞外與膜受體結合的信息分子稱為第一信使，由其轉換而來的細胞內信號則稱為第二信使。當血液中的血管緊張素Ⅱ(一種多肽)與膜上的受體結合時，可激活細胞內的Ca2＋等信使，進而調節細胞的代謝活動，例如使血管壁平滑肌收縮，導致血壓升高。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．血管緊張素Ⅱ在生物學上屬于第一信使
B．Ca2＋等信使在生物學上屬于第二信使
C．上述材料能體現多肽具有調節機體生命活動的功能
D．上述材料主要體現細胞膜將細胞與外界環境分隔開的功能
解題分析　由題意知，血液中的血管緊張素Ⅱ(一種多肽)與膜上的受體結合時，可激活細胞內的Ca2＋等信使，進而調節細胞的代謝活動，體現了細胞膜進行細胞間信息交流的功能，C正確，D錯誤。
答案　D
INCLUDEPICTURE"題型3-1-2.TIF" INCLUDEPICTURE "題型3-1-2.TIF" \* MERGEFORMAT
[例3]　在人—鼠細胞融合實驗基礎上，有人做了補充實驗：用藥物抑制細胞能量轉換和蛋白質合成途徑，對膜蛋白運動沒有影響。但是當降低溫度時，膜蛋白的擴散速率降低至原來的1/20～1/10。下列有關細胞膜的推測，不正確的是(　　)
A．膜蛋白的合成不影響其運動
B．膜蛋白的運動不需要消耗ATP的能量
C．溫度不影響磷脂分子的運動
D．膜蛋白的擴散與磷脂分子運動相關
解題分析　“用藥物抑制細胞能量轉換和蛋白質合成途徑，對膜蛋白運動沒有影響”，說明膜蛋白的合成不影響其運動且膜蛋白的運動不需要消耗能量，A、B正確；由題干可知，降低溫度后膜蛋白擴散速率發生變化，說明溫度會影響磷脂分子的運動，C錯誤；蛋白質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，因此膜蛋白的擴散與磷脂分子運動相關，D正確。
答案　C
[例4]　研究者用熒光染料對細胞膜上某些分子進行處理，并使膜發出熒光。再用高強度激光照射細胞膜的某區域，使其瞬間被“漂白”，即熒光消失。隨后，該漂白區域熒光逐漸恢復，如圖1。檢測該區域熒光強度隨時間的變化，繪制得到熒光漂白恢復曲線，如圖2。
(1)細胞膜以________________為基本支架，此外還含有蛋白質等成分，實驗中通常對膜蛋白進行熒光標記。
(2)細胞膜上被漂白區域的熒光強度得以恢復，推測其可能的原因有：①被漂白區域熒光染料的熒光會________的結果；②被漂白區域內外的細胞膜成分分子________的結果。
(3)研究發現，如果用特定方法去除細胞膜中的膽固醇，膜結構上蛋白質分子停泊的“平臺”拆解，漂白區域熒光恢復的時間縮短，說明膽固醇對膜中分子運動具有________作用，該結果________(填“支持”或“不支持”)推測②。
(4)此項研究說明細胞膜具有________性。
解題分析　(3)研究發現如果用特定方法去除細胞膜中的膽固醇，膜結構上蛋白質分子停泊的“平臺”拆解，漂白區域熒光恢復的時間縮短，說明膽固醇對膜中分子運動具有限制作用，該結果支持推測②，被漂白區域內外膜蛋白分子可以相互運動。
(4)此項研究中被漂白區域內外膜蛋白分子可以相互運動，說明細胞膜具有一定的流動性。
答案　(1)磷脂雙分子層
(2)自行恢復　相互運動
(3)限制　支持　(4)(一定的)流動
INCLUDEPICTURE"課時作業.TIF" INCLUDEPICTURE "課時作業.TIF" \* MERGEFORMAT
[單項選擇題]
INCLUDEPICTURE"圓點.TIF" INCLUDEPICTURE "圓點.TIF" \* MERGEFORMAT 知識點一　細胞膜的功能
1．對玉米種子的實驗處理方法和觀察到的現象如下，該實驗結果說明(　　)
實驗處理 將玉米種子浸泡15 h，從中央切開后用稀釋紅墨水染色 將玉米種子煮熟，從中央切開后用稀釋紅墨水染色
實驗現象 胚細胞著色非常淺 胚細胞著色深
A.細胞膜具有控制物質進出細胞的作用
B．紅墨水容易進出玉米細胞
C．細胞膜具有全透性
D．活細胞的細胞膜具有控制物質進出細胞的作用
答案　D
解析　活細胞可以按照生命活動的需要有選擇地吸收物質，紅墨水不是細胞生長的必需物質，不能或很少通過活細胞的細胞膜進入胚細胞，胚細胞著色淺；煮熟的玉米胚細胞死亡，其細胞膜失去選擇透過性而具有全透性，紅墨水進入細胞，胚細胞著色深。
2．如圖表示細胞間信息交流的三種方式，有關敘述不正確的是(　　)
A．圖a、圖b中靶細胞表面上的受體與信號分子結合，從而接受信息
B．胰島素調節血糖的過程中，信息交流方式與圖a所示相同
C．圖c中植物細胞依靠胞間連絲交流信息，但不能交換物質
D．精子和卵細胞受精時要發生圖b所示的信息交流方式
答案　C
INCLUDEPICTURE"圓點.TIF" INCLUDEPICTURE "圓點.TIF" \* MERGEFORMAT 知識點二　細胞膜的成分
3．將大量磷脂分子放入清水中，攪拌后，下列圖示現象不可能出現的是(　　)
答案　A
解析　磷脂分子一端為親水的頭，一端為疏水的尾，所以磷脂分子不可能疏水性的尾和親水性的頭混亂地分布在水中。
4．下列對細胞膜成分的敘述，錯誤的是(　　)
A．細胞膜的主要成分是蛋白質和脂質
B．動物細胞膜中的脂質主要是磷脂還含有少量膽固醇
C．細胞膜上的糖類很少，所以其作用不重要
D．細胞膜中蛋白質的種類和數量決定細胞膜功能的復雜程度
答案　C
解析　細胞膜上的糖類雖少，但其作用很重要，例如糖被與細胞表面的識別、細胞間的信息傳遞等功能有密切關系。
5．用丙酮從口腔上皮細胞中提取脂質，在空氣—水界面上鋪成單分子層，測得單分子層面積為S1，設細胞表面積為S2，則S1與S2關系最恰當的是(　　)
A．S1＝2S2 B．S2>2S1
C．S1>2S2 D．S2答案　C
解析　磷脂雙分子層是細胞膜的基本支架，將細胞膜的磷脂分子鋪成單層的面積恰好是細胞表面積的2倍，但由于口腔上皮細胞中還有細胞核和一些具有膜結構的細胞器，因此口腔上皮細胞中的磷脂分子鋪成單層的面積大于細胞表面積的2倍，即S1>2S2。
INCLUDEPICTURE"圓點.TIF" INCLUDEPICTURE "圓點.TIF" \* MERGEFORMAT 知識點三　對細胞膜結構的探索
6．下列關于細胞膜結構探索歷程的說法，正確的是(　　)
A．羅伯特森利用光學顯微鏡提出的“亮—暗—亮”的三層結構是一種靜態模型
B．羅伯特森結合其他科學家的工作，提出所有的細胞膜都由脂質—蛋白質—脂質三層結構構成
C．熒光標記的小鼠細胞和人細胞融合實驗以及相關的其他實驗證據表明細胞膜具有流動性
D．辛格和尼科爾森提出的細胞膜的結構模型已完美無缺
答案　C
解析　羅伯特森利用電鏡提出的“暗—亮—暗”的三層結構是一種靜態模型，A錯誤；辛格和尼科爾森提出的細胞膜流動鑲嵌模型被大多數人所接受，但也不是完美無缺的，D錯誤。
7．科學家用綠色熒光物質和紅色熒光物質分別標記小鼠細胞表面蛋白質和人細胞表面蛋白質，將人鼠細胞融合，融合后用激光照射淬滅(漂白)膜上部分熒光，一段時間后熒光區域恢復。敘述正確的是(　　)
A．該實驗也可以采用同位素標記法標記人、鼠細胞
B．該實驗可以證明細胞膜的主要成分為蛋白質和磷脂
C．漂白部分熒光恢復是因為熒光標記被淬滅的蛋白質恢復空間結構
D．根據熒光部位恢復速度可估算細胞膜中蛋白質分子的運動速度
答案　D
解析　同位素標記適合示蹤物質的運行和變化規律，但不及紅綠熒光標記便于觀察和檢測人鼠細胞膜上蛋白質的移動，A錯誤；本實驗無法檢測細胞膜的成分，B錯誤；熒光區恢復是其他位置的蛋白質運動的結果，熒光區恢復速度可以反映蛋白質分子運動速度，C錯誤，D正確。
INCLUDEPICTURE"圓點.TIF" INCLUDEPICTURE "圓點.TIF" \* MERGEFORMAT 知識點四　流動鑲嵌模型的基本內容
8．下圖是某同學繪制的細胞膜的亞顯微結構模式圖，下列有關說法不正確的是(　　)
A．①糖被位于細胞膜的外表面，與細胞表面識別和細胞間信息傳遞等功能密切相關
B．②蛋白質以不同方式鑲嵌在③磷脂雙分子層中
C．③磷脂雙分子層是膜的基本支架，排列在內部的是磷脂分子的疏水端，磷脂分子的親水端排列在外側
D．細胞膜具有流動性，主要表現為②和③的分子都能自由運動
答案　D
解析　①為糖被，②為蛋白質分子，③為磷脂雙分子層，糖被位于細胞膜的外表面，與細胞表面的識別、細胞間的信息傳遞等功能密切相關，A正確；蛋白質分子以不同方式鑲嵌在磷脂雙分子層中，有的鑲在其表面，有的部分或全部嵌入其中，有的貫穿于其中，B正確；磷脂分子尾部疏水端排列在內，頭部親水端排列在外側，C正確；膜具有流動性，主要表現為構成膜的磷脂分子可以側向自由移動，膜中的蛋白質大多也能運動，不是都能自由運動，D錯誤。
[不定項選擇題]
9．科學家對某動物細胞膜上不同種類的磷脂分子(SM、PC、PS、PE、PI、CI)進行研究，發現PC、SM主要分布在外側，PS、PE、PI主要分布在內側，CI在內外側的分布差別不大。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．研究細胞膜的成分時可利用哺乳動物成熟的紅細胞獲取純凈的細胞膜
B．不同種類的磷脂在膜上的分布情況有差異，說明細胞膜的功能主要通過磷脂來實現
C．同種磷脂分子在磷脂雙分子層中的分布大多是對稱的
D．磷脂分子的尾部使細胞膜內部形成疏水區，有利于細胞膜的穩定性
答案　BC
解析　哺乳動物成熟的紅細胞沒有細胞核也沒有眾多的細胞器，可以在研究細胞膜的成分時用來獲取純凈的細胞膜，A正確；細胞膜的功能主要通過蛋白質來實現，B錯誤；根據題干信息，除了CI在膜的內外側分布差別不大，其他同種磷脂分子主要分布在膜的某一側，是不對稱分布的，C錯誤；磷脂分子頭部親水，尾部疏水，所以磷脂分子的尾部使細胞膜內部形成疏水區，有利于細胞膜的穩定性，D正確。
10．下列關于細胞膜結構和功能的敘述，正確的是(　　)
A．Na＋通過神經纖維膜上的Na＋通道進入細胞，體現了細胞膜具有信息交流的功能
B．細胞間的信息交流都需要依賴細胞膜上的糖蛋白才能實現
C．細胞膜的選擇透過性既與磷脂分子有關，又與膜上蛋白質有關
D．不同的細胞膜上不可能存在相同的蛋白質
答案　C
解析　Na＋通過神經纖維膜上的Na＋通道進入細胞，體現了細胞膜具有選擇透過性的功能，A錯誤；相鄰細胞間可以形成通道使細胞間進行信息交流，如胞間連絲，不一定需要依賴細胞膜上的糖蛋白才能實現，有些細胞間的信息交流是依賴細胞內的受體實現的，B錯誤；不同的細胞可能吸收相同的無機鹽、有機物等，可能存在相同的蛋白質，如幾乎所有細胞膜上都有運輸葡萄糖的載體蛋白，D錯誤。
[非選擇題]
11．細胞膜的功能是由它的成分和結構決定的。但細胞膜非常薄，即使在高倍顯微鏡下依然難以看清它的真面目，人們對細胞膜的化學成分與結構的認識經歷了很長的過程。請回答下列有關細胞膜的成分及結構的探究或鑒定的問題：
(1)請說出一個事例或實驗以說明細胞膜中有脂質成分：________________________________________________________。
(2)將細胞膜中的磷脂分子提取出來，鋪在空氣—水界面上，測得磷脂占有面積是細胞膜面積的兩倍，則可說明__________________________________。
(3)為了探究溫度對細胞膜流動性的影響，有人做了下述實驗：分別用紅色和綠色熒光物質標記人和鼠細胞膜上的蛋白質，然后讓兩個細胞在37 ℃條件下融合，發現40 min后，融合細胞膜上的紅色和綠色熒光物質均勻相間分布。
請指出該探究實驗中設計不足之處并完善實驗設計思路。
不足之處：_______________________________________________________。
實驗思路：________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案　(1)用溶解脂質的溶劑處理細胞膜，細胞膜被溶解(或脂溶性物質能夠優先通過細胞膜)
(2)細胞膜中的磷脂分子為雙層
(3)缺少對照實驗　設置三個不同的溫度梯度(如17 ℃、37 ℃、57 ℃)，讓三組細胞分別在不同的溫度條件下融合并培養，觀察并記錄融合的細胞膜上紅色、綠色熒光物質分布均勻所用的時間(或經相同時間后觀察紅色和綠色熒光物質在細胞膜上的分布情況)
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