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第3章 細胞的基本結(jié)構(gòu)
第1節(jié) 細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能
1.從系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系這一角度，闡釋細胞膜作為系統(tǒng)的邊界所具有的功能。（生命觀念）
2.通過對流動鑲嵌模型的構(gòu)建過程及其內(nèi)容的分析和歸納，掌握細胞膜的結(jié)構(gòu)組成及特點。（生命觀念、科學思維）
3.通過學習細胞膜模型構(gòu)建過程中的科學家的實驗設(shè)計方案和思路，掌握“提出假說”的科學方法，認同科學理論的形成是不斷修正和完善的過程。（生命觀念、科學探究）
一、細胞膜的功能
1.將細胞與外界環(huán)境分隔開
使細胞成為__________的系統(tǒng)，保障了細胞__________的相對穩(wěn)定。
相對獨立
內(nèi)部環(huán)境
2.控制物質(zhì)進出細胞
不需要
抗體
營養(yǎng)物質(zhì)
廢物
3.進行細胞間的信息交流
（1）通過__________交流。如：內(nèi)分泌細胞分泌的激素作用于靶細胞的細胞膜表面的
受體。
（2）通過________相互接觸交流。如：精子和卵細胞之間的識別和結(jié)合。
（3）通過通道交流。如：高等植物細胞的__________。
化學物質(zhì)
細胞膜
胞間連絲
二、對細胞膜成分的探索
1.細胞膜成分的探索過程
時間 科學家或?qū)嶒?結(jié)論
1895年 歐文頓發(fā)現(xiàn)溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，容易穿過細 胞膜；不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，不容易穿過細 胞膜 細胞膜是由______組成的
20世紀初 以哺乳動物的紅細胞等為實驗材料進行實 驗，通過一定的方法制備出純凈的細胞 膜，進行化學分析 組成細胞膜的脂質(zhì)有磷脂和
膽固醇，其中磷脂含量最多
1917年 科學家朗姆瓦 磷脂的一端為親水的頭，兩
個脂肪酸一端為疏水的尾
脂質(zhì)
時間 科學家或?qū)嶒?結(jié)論
1925年 戈特和格倫德爾用丙酮從人的紅細胞中提 取脂質(zhì)，脂質(zhì)在空氣—水界面上鋪展成單 分子層，測得單層分子的面積恰為紅細胞 表面積的2倍 細胞膜中的磷脂分子必然排
列為連續(xù)的______
1935年 丹尼利和戴維森研究細胞膜的張力，發(fā)現(xiàn) 細胞的表面張力明顯低于油—水界面的表 面張力，而人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了油脂滴表面如 果吸附有蛋白質(zhì)則表面張力會降低 細胞膜除含脂質(zhì)分子外，可
能還附有________
兩層
蛋白質(zhì)
續(xù)表
2.細胞膜的成分
注：功能越復雜的細胞膜，________的種類和數(shù)量越多。
蛋白質(zhì)
磷脂
三、對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索
時間（人物） 探索歷程 依據(jù) 結(jié)論（或假說）
1959年（羅伯 特森） 膜的靜 態(tài)模型 羅伯特森 實驗 電子顯微鏡下看到細 胞膜清晰的________ _______的三層結(jié)構(gòu) 所有的細胞膜都由______
_________________三層
結(jié)構(gòu)構(gòu)成，電鏡下看到的
中間的亮層是
__________，兩邊的暗層
是____________
暗—亮—暗
蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)
脂質(zhì)分子
蛋白質(zhì)分子
時間（人物） 探索歷程 依據(jù) 結(jié)論（或假說）
1970年 膜的動 態(tài)模型 人—鼠細 胞融合實 驗 用綠色熒光染料標記 小鼠細胞表面的蛋白 質(zhì)分子，用紅色熒光 染料標記人細胞表面 的蛋白質(zhì)分子，并將 兩個細胞進行融合 細胞膜具有________
1972年（辛格 和尼科爾森） 辛格和尼 科爾森實 驗 在新的觀察和實驗證 據(jù)的基礎(chǔ)上，提出模 型 提出為大多數(shù)人所接受的
______________
流動性
流動鑲嵌模型
續(xù)表
四、流動鑲嵌模型
1.細胞膜的化學組成：主要由______________________構(gòu)成。
2.結(jié)構(gòu)模型
磷脂分子和蛋白質(zhì)分子
名稱：______________
作用：細胞膜的__________ ,具有屏障作用
特點：具有________
磷脂雙分子層
基本支架
流動性
圖中的（1）
名稱：______
位置：分布于細胞膜的________
作用：與細胞表面的識別、細胞間的信息傳遞等功能有密切關(guān)系
糖被
外表面
圖中的（3）
蛋白質(zhì)
運動
3.細胞膜的結(jié)構(gòu)特點：具有________。
（1）主要表現(xiàn)：構(gòu)成膜的磷脂分子可以______________，膜中的蛋白質(zhì)____________
___。
（2）意義：對于細胞完成____________________________等功能都是非常重要的。
流動性
側(cè)向自由移動
大多也能運動
物質(zhì)運輸、生長、分裂、運動
任務(wù)1 分析細胞膜的功能
活動1 閱讀課本P40~41，觀察圖片，討論下列問題
1.莧菜的細胞液中有一些紅色的物質(zhì)，無論用清水怎么洗，清水中均不見紅色物質(zhì)，但若把莧菜放在沸水中燙一燙，水會立刻變成紅色。試解釋其中的原因。
提示 用清水洗莧菜，清水中不見紅色物質(zhì)，這是細胞膜具有控制物質(zhì)進出細胞功能的體現(xiàn)；把莧菜放入沸水中燙一燙，高溫使蛋白質(zhì)變性，甚至使細胞死亡，因此細胞膜失去控制物質(zhì)進出細胞的功能，莧菜細胞中的紅色物質(zhì)進入水中，使水變紅。
2.細胞膜“控制物質(zhì)進出細胞”功能和“將細胞與外界環(huán)境分隔開”功能是矛盾的嗎？
提示 不矛盾。“控制物質(zhì)進出細胞”功能是指細胞生命活動需要的物質(zhì)可以通過細胞膜，細胞不需要的物質(zhì)不易通過細胞膜，使細胞不易受到外界干擾，與“將細胞與外界分隔開”功能是一致的。
3.鑒別動物細胞是否死亡常用臺盼藍染液。用它染色時，死細胞會被染成藍色，而活細胞不會著色，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。具體體現(xiàn)在對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收及有害廢物的排出，防止病菌、病毒的侵入等方面。
4.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互識別的 這體現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)的什么功能
提示 通過細胞膜相互識別。體現(xiàn)了細胞膜進行細胞間信息交流的功能。
5.對于多細胞生物，細胞膜為什么要有這些功能？
提示 細胞要保持相對獨立，保障內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定，所以需要細胞膜將細胞與外界環(huán)境分隔開并控制物質(zhì)進出細胞。多細胞生物的細胞不是孤立存在的，它們之間保持功能的協(xié)調(diào)不僅依賴于物質(zhì)和能量的交換，也有賴于細胞間的信息交流。
認知生成
1.細胞間信息交流的方式
2.&1& .
3.與細胞膜功能相關(guān)的實驗設(shè)計
項目 設(shè)計思路
細胞膜的識別作用 探究 將大量的同種生物和親緣關(guān)系較遠的生物的精子和卵細胞混合在
一起，觀察精子和卵細胞的結(jié)合情況
細胞膜控制物質(zhì)進 出細胞功能探究 可利用有顏色的植物組織，將其放入無色溶液中，然后再用高
溫、強酸或強堿處理，觀察處理前后溶液顏色是否發(fā)生變化
例1 下列有關(guān)細胞膜的說法，不正確的是( )。
A
A.科研上可以用臺盼藍染色法來鑒別動物細胞是否死亡，其中活細胞會被染成藍色
B.細胞膜具有控制物質(zhì)進出細胞的功能，但這種控制作用是相對的
C.細胞膜保障了細胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定，使細胞成為相對獨立的系統(tǒng)
D.細胞間的信息交流大多與細胞膜的結(jié)構(gòu)有關(guān)
[解析] 科研上鑒別動物細胞的死活常用臺盼藍染色法，活的動物細胞不會被染成藍色，死的動物細胞會被染成藍色，A不正確。
對點練1 （不定項）細胞膜具有控制物質(zhì)進出細胞的功能。下列有關(guān)這一功能的理解，
正確的是( )。
ABD
A.細胞需要的營養(yǎng)物質(zhì)可以進入細胞 B.細胞產(chǎn)生的廢物要排到細胞外
C.對細胞有害的物質(zhì)不能進入細胞 D.細胞不需要的物質(zhì)不容易進入細胞
[解析] 細胞需要的營養(yǎng)物質(zhì)需要通過細胞膜進入細胞，細胞產(chǎn)生的廢物需要經(jīng)細胞膜排到細胞外，這體現(xiàn)了細胞膜具有控制物質(zhì)進出細胞的功能，A、B正確；對細胞有害的物質(zhì)也可能進入細胞，如某些病毒、病菌等，C錯誤；細胞膜具有選擇透過性，細胞不需要的物質(zhì)不容易進入細胞，D正確。
任務(wù)2 探索細胞膜的成分和結(jié)構(gòu)
活動2 閱讀課本P42，分析對細胞膜成分的科學探索歷程，概述組成細胞膜的成分（科學探究能力）
1.上圖表示的是歐文頓的實驗，他是如何得出“細胞膜是由脂質(zhì)組成的”這一推論的？
提示 根據(jù)相似相溶原理，推測細胞膜是由脂質(zhì)組成的。
2.組成細胞膜的脂質(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、脂肪酸和磷酸等所組成的分子，磷酸“頭部”是親水的，脂肪酸“尾部”是疏水的。根據(jù)磷脂分子的特點，分析下列問題：
（1）這些磷脂分子在空氣—水界面上會如何排布？在水—苯混合溶劑中會如何排布（苯為非極性分子）？在水中會如何排布？在下圖中畫出排布情況。
提示
（2）細胞內(nèi)外均為水環(huán)境，所以細胞膜中的磷脂分子如何排布
提示 細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)，而尾部相對排在內(nèi)側(cè)。
3.戈特和格倫德爾的實驗是如何得出“細胞膜中的磷脂分子排列為連續(xù)的兩層”的結(jié)論的？他們?yōu)槭裁催x擇人的紅細胞作為實驗材料？
提示 脂質(zhì)單層分子的面積是膜表面積的2倍。因為人的紅細胞細胞質(zhì)簡單，內(nèi)部無其他膜結(jié)構(gòu)。
4.科學家陸續(xù)測定了不同細胞的生物膜的化學組成，如下表所示。請結(jié)合細胞膜的探索歷程，概述細胞膜的成分組成。
生物膜 蛋白質(zhì)/% 脂質(zhì)/% 糖類/%
人的 髓鞘 20 79 少
人的紅細胞膜 49 43 8
大鼠的肝細胞核膜 59 35 2.9
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜 67 33 少
線粒體外膜 52 48 少
線粒體內(nèi)膜 76 24 少
提示 細胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成，此外，還有少量糖類。
活動3 閱讀課本P43~45，觀察圖片，討論下列問題
1.蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)靜態(tài)統(tǒng)一模型與流動鑲嵌模型中，哪種結(jié)構(gòu)模型更能體現(xiàn)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能相適應 列表比較兩種模型的異同。
提示 流動鑲嵌模型。
項目 蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)靜態(tài) 統(tǒng)一模型 流動鑲嵌模型
不同點 認為生物膜是靜止結(jié)構(gòu) 強調(diào)組成生物膜的分子是可
以流動的
相同點 都認為組成生物膜的主要成分是蛋白質(zhì)和脂質(zhì)
2.圖1表示人、鼠細胞融合實驗，膜蛋白經(jīng)過 后均勻分布，說明什么問題 若適
當降低溫度，則膜蛋白完成均勻分布的時間會延長，由此說明什么
提示 膜蛋白是運動的，即細胞膜具有流動性。溫度能影響膜的流動性。
3.圖2表示流動鑲嵌模型，寫出 、 、 、 代表的物質(zhì)。
提示 是磷脂雙分子層， 是蛋白質(zhì)分子， 是糖蛋白， 是磷脂分子。
4.如何判斷細胞膜的外側(cè)和內(nèi)側(cè)？
提示 糖蛋白位于細胞膜的外側(cè)，可以根據(jù)糖蛋白的位置判斷細胞膜的外側(cè)與內(nèi)側(cè)。
5.細胞膜上的哪些分子可以運動？這體現(xiàn)了細胞膜具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點？這一特點有什么意義？
提示 磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子都能夠運動。流動性。完成物質(zhì)運輸、細胞識別、細胞融合等功能。
6.細胞膜的功能特點是什么？這一功能的實現(xiàn)主要依靠細胞膜上的哪一結(jié)構(gòu)？
提示 選擇透過性。膜上的蛋白質(zhì)。
認知生成
例2 下圖是細胞膜的流動鑲嵌模型示意圖，下列敘述正確的是( )。
B
A.細胞膜功能的復雜性與②的種類無關(guān)
B.在水環(huán)境中，①可形成雙層結(jié)構(gòu)
C.③在細胞的內(nèi)外兩側(cè)均有分布，起到信息傳遞的作用
D.此圖為電子顯微鏡下觀察到的細胞膜亞顯微結(jié)構(gòu)
[解析] 題圖是細胞膜的流動鑲嵌模型示意圖，圖中①是磷脂分子，②是蛋白質(zhì)，③是糖類分子與蛋白質(zhì)分子結(jié)合形成的糖蛋白。由于蛋白質(zhì)在細胞膜行使功能方面起著重要作用，因此細胞膜功能的復雜程度主要與細胞膜上的②蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量有關(guān)，A錯誤；由于磷脂分子的“頭部”具有親水性，“尾部”具有疏水性，因此在水環(huán)境中，①（磷脂分子）可形成雙層結(jié)構(gòu)，B正確；③（糖蛋白）分布在細胞的外側(cè)，起到識別和信息傳遞的作用，C錯誤；細胞膜的流動鑲嵌模型為生物膜模型，不是電鏡下觀察到的結(jié)構(gòu)，D錯誤。
1.細胞膜的成分中不僅含有磷脂、蛋白質(zhì)和糖類，有的還含有膽固醇（如動物細胞的細胞膜）等物質(zhì)。
2.由于細胞大多生活在以水為基礎(chǔ)的液體環(huán)境中，因此構(gòu)成細胞膜支架的磷脂分子親水的“頭部”排在外側(cè)，疏水的“尾部”排在內(nèi)側(cè)。
3.膜結(jié)構(gòu)中的蛋白質(zhì)大多能運動，磷脂分子可以側(cè)向自由移動，導致膜整體具有流動性。在一定的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，膜的流動性增強。
對點練2 人、鼠細胞融合實驗是用發(fā)不同顏色熒光的
染料標記兩種細胞的膜蛋白，一段時間后兩種膜蛋白
能在雜種細胞膜上均勻分布，形成嵌合體。下圖表示
相關(guān)實驗記錄，下列說法錯誤的是( )。
B
A.當溫度增加到 以上，膜的流動性發(fā)生變化
B.圖中數(shù)據(jù)說明融合時間越長形成的嵌合體越多
C.溫度對膜蛋白的運動有影響
D.該實驗證明膜蛋白能夠運動
[解析] 細胞膜具有流動性，其流動性與溫度有關(guān)系，溫度增加到 以上，形成嵌
合體的百分比增大，說明膜的流動性發(fā)生變化，A正確。圖中橫坐標是溫度，也就是
說自變量是溫度，所以圖中數(shù)據(jù)不能說明融合時間越長形成的嵌合體越多，B錯誤。
在 ，形成嵌合體的百分比幾乎不變；在 ，形成嵌合體的百分比增
大，說明溫度對膜蛋白的運動有影響，C正確。實驗過程中用熒光染料標記兩種細胞
的膜蛋白，實驗結(jié)果說明兩種膜蛋白能在雜種細胞膜上均勻分布，形成嵌合體，進而
證明膜蛋白能夠在膜表面運動，D正確。
素能提升 了解細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能在實際生活中的應用（科學解釋能力）
脂質(zhì)體是根據(jù)磷脂分子可在水中形成穩(wěn)定的脂質(zhì)雙層膜的原理而制備的人工膜。單層脂分子鋪展在水面上時，極性端（親水）與非極性端（疏水）排列是不同的，攪拌后形成雙層脂分子的球形脂質(zhì)體（如下圖）。
1.將脂質(zhì)體置于清水中，一段時間后發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)體的形態(tài)、體積沒有變化。這一事實說明脂質(zhì)體有什么特點？
提示 在結(jié)構(gòu)上具有一定的穩(wěn)定性。
2.細胞膜和脂質(zhì)體之間有什么不同之處？
提示 細胞膜上有蛋白質(zhì)分子。
3.脂質(zhì)體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。在脂質(zhì)體中，能在水中結(jié)晶的藥物被包在雙分子層中，脂溶性的藥物被包在兩層磷脂分子之間。為什么兩類藥物的包裹位置各不相同？
提示 由雙層磷脂分子構(gòu)成的脂質(zhì)體，兩層磷脂分子之間的部分是疏水的，脂溶性藥物能被穩(wěn)定地包裹在其中；脂質(zhì)體的內(nèi)部是水溶液的環(huán)境，能在水中結(jié)晶的藥物可被穩(wěn)定地包裹其中。
4.請推測脂質(zhì)體到達細胞后，藥物將如何進入細胞內(nèi)發(fā)揮作用？
提示 由于脂質(zhì)體是由磷脂雙分子層構(gòu)成的，其到達細胞后可能會與細胞的細胞膜發(fā)生融合，從而使藥物在細胞內(nèi)發(fā)揮作用。
課堂小結(jié)
課堂小測
判斷正誤。
（1）細胞膜的成分為脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和糖類。( )
√
（2）構(gòu)成膜的脂質(zhì)主要是磷脂、脂肪和膽固醇。( )
×
（3）細胞膜含有糖脂和糖蛋白。( )
√
（4）變形蟲和草履蟲的細胞膜基本組成成分不同。( )
×
（5）生物膜的特定功能主要由膜蛋白決定。( )
√
（6）胰島B細胞分泌胰島素依賴于細胞膜的流動性。( )
√
（7）細胞膜上的大多數(shù)蛋白質(zhì)是可以運動的。( )
√第1節(jié)　細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能
【學習目標】
1.從系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系這一角度,闡釋細胞膜作為系統(tǒng)的邊界所具有的功能。(生命觀念)
2.通過對流動鑲嵌模型的構(gòu)建過程及其內(nèi)容的分析和歸納,掌握細胞膜的結(jié)構(gòu)組成及特點。(生命觀念、科學思維)
3.通過學習細胞膜模型構(gòu)建過程中的科學家的實驗設(shè)計方案和思路,掌握“提出假說”的科學方法,認同科學理論的形成是不斷修正和完善的過程。(生命觀念、科學探究)
【自主預習】
一、細胞膜的功能
1.將細胞與外界環(huán)境分隔開
使細胞成為　相對獨立　的系統(tǒng),保障了細胞　內(nèi)部環(huán)境　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　化學物質(zhì)　交流。如:內(nèi)分泌細胞分泌的激素作用于靶細胞的細胞膜表面的受體。
(2)通過　細胞膜　相互接觸交流。如:精子和卵細胞之間的識別和結(jié)合。
(3)通過通道交流。如:高等植物細胞的　胞間連絲　。
二、對細胞膜成分的探索
1.細胞膜成分的探索過程
時間 科學家或?qū)嶒?結(jié)論
1895 年 歐文頓發(fā)現(xiàn)溶于脂質(zhì)的物質(zhì),容易穿過細胞膜;不溶于脂質(zhì)的物質(zhì),不容易穿過細胞膜 細胞膜是由　脂質(zhì)　組成的
20世 紀初 以哺乳動物的紅細胞等為實驗材料進行實驗,通過一定的方法制備出純凈的細胞膜,進行化學分析 組成細胞膜的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇,其中磷脂含量最多
1917 年 科學家朗姆瓦 磷脂的一端為親水的頭,兩個脂肪酸一端為疏水的尾
1925 年 戈特和格倫德爾用丙酮從人的紅細胞中提取脂質(zhì),脂質(zhì)在空氣—水界面上鋪展成單分子層,測得單層分子的面積恰為紅細胞表面積的2倍 細胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的 　兩層　
1935 年 丹尼利和戴維森研究細胞膜的張力,發(fā)現(xiàn)細胞的表面張力明顯低于油—水界面的表面張力,而人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了油脂滴表面如果吸附有蛋白質(zhì)則表面張力會降低 細胞膜除含脂質(zhì)分子外,可能還附有　蛋白質(zhì)　
2.細胞膜的成分
注:功能越復雜的細胞膜,　蛋白質(zhì)　的種類和數(shù)量越多。
三、對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索
時間 (人物) 探索歷程 依據(jù) 結(jié)論(或假說)
1959年 (羅伯 特森) 膜的靜 態(tài)模型 羅伯特 森實驗 電子顯微鏡下看到細胞膜清晰的　暗—亮—暗　的三層結(jié)構(gòu) 所有的細胞膜都由　蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)　三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成,電鏡下看到的中間的亮層是　脂質(zhì)分子　,兩邊的暗層是　蛋白質(zhì)分子　
1970年 膜的動 態(tài)模型 人—鼠細胞融合實驗 用綠色熒光染料標記小鼠細胞表面的蛋白質(zhì)分子,用紅色熒光染料標記人細胞表面的蛋白質(zhì)分子,并將兩個細胞進行融合 細胞膜具有　流動性　
1972年 (辛格和 尼科 爾森) 辛格和尼科爾森實驗 在新的觀察和實驗證據(jù)的基礎(chǔ)上,提出模型 提出為大多數(shù)人所接受的　流動鑲嵌模型　
四、流動鑲嵌模型
1.細胞膜的化學組成:主要由　磷脂分子和蛋白質(zhì)分子　構(gòu)成。
2.結(jié)構(gòu)模型
圖中的(1)
圖中的(2)
圖中的(3)
3.細胞膜的結(jié)構(gòu)特點:具有　流動性　。
(1)主要表現(xiàn):構(gòu)成膜的磷脂分子可以　側(cè)向自由移動　,膜中的蛋白質(zhì)　大多也能運動　。
(2)意義:對于細胞完成　物質(zhì)運輸、生長、分裂、運動　等功能都是非常重要的。
【合作探究】
任務(wù)1　分析細胞膜的功能
活動1　閱讀課本P40~41,觀察圖片,討論下列問題
1.莧菜的細胞液中有一些紅色的物質(zhì),無論用清水怎么洗,清水中均不見紅色物質(zhì),但若把莧菜放在沸水中燙一燙,水會立刻變成紅色。試解釋其中的原因。
　　【提示】　用清水洗莧菜,清水中不見紅色物質(zhì),這是細胞膜具有控制物質(zhì)進出細胞功能的體現(xiàn);把莧菜放入沸水中燙一燙,高溫使蛋白質(zhì)變性,甚至使細胞死亡,因此細胞膜失去控制物質(zhì)進出細胞的功能,莧菜細胞中的紅色物質(zhì)進入水中,使水變紅。
2.細胞膜“控制物質(zhì)進出細胞”功能和“將細胞與外界環(huán)境分隔開”功能是矛盾的嗎
　　【提示】　不矛盾。“控制物質(zhì)進出細胞”功能是指細胞生命活動需要的物質(zhì)可以通過細胞膜,細胞不需要的物質(zhì)不易通過細胞膜,使細胞不易受到外界干擾,與“將細胞與外界分隔開”功能是一致的。
3.鑒別動物細胞是否死亡常用臺盼藍染液。用它染色時,死細胞會被染成藍色,而活細胞不會著色,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。具體體現(xiàn)在對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收及有害廢物的排出,防止病菌、病毒的侵入等方面。
4.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互識別的 這體現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)的什么功能
　　【提示】　通過細胞膜相互識別。體現(xiàn)了細胞膜進行細胞間信息交流的功能。
5.對于多細胞生物,細胞膜為什么要有這些功能
　　【提示】　細胞要保持相對獨立,保障內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定,所以需要細胞膜將細胞與外界環(huán)境分隔開并控制物質(zhì)進出細胞。多細胞生物的細胞不是孤立存在的,它們之間保持功能的協(xié)調(diào)不僅依賴于物質(zhì)和能量的交換,也有賴于細胞間的信息交流。
認知生成
1.細胞間信息交流的方式
2.
3.與細胞膜功能相關(guān)的實驗設(shè)計
項目 設(shè)計思路
細胞膜的識別作用探究 將大量的同種生物和親緣關(guān)系較遠的生物的精子和卵細胞混合在一起,觀察精子和卵細胞的結(jié)合情況
細胞膜控制物質(zhì)進出細胞功能探究 可利用有顏色的植物組織,將其放入無色溶液中,然后再用高溫、強酸或強堿處理,觀察處理前后溶液顏色是否發(fā)生變化
例1　下列有關(guān)細胞膜的說法,不正確的是(　　)。
A.科研上可以用臺盼藍染色法來鑒別動物細胞是否死亡,其中活細胞會被染成藍色
B.細胞膜具有控制物質(zhì)進出細胞的功能,但這種控制作用是相對的
C.細胞膜保障了細胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定,使細胞成為相對獨立的系統(tǒng)
D.細胞間的信息交流大多與細胞膜的結(jié)構(gòu)有關(guān)
　　【答案】　A
【解析】　科研上鑒別動物細胞的死活常用臺盼藍染色法,活的動物細胞不會被染成藍色,死的動物細胞會被染成藍色,A不正確。
對點練1　(不定項)細胞膜具有控制物質(zhì)進出細胞的功能。下列有關(guān)這一功能的理解,正確的是(　　)。
A.細胞需要的營養(yǎng)物質(zhì)可以進入細胞
B.細胞產(chǎn)生的廢物要排到細胞外
C.對細胞有害的物質(zhì)不能進入細胞
D.細胞不需要的物質(zhì)不容易進入細胞
　　【答案】　ABD
【解析】　細胞需要的營養(yǎng)物質(zhì)需要通過細胞膜進入細胞,細胞產(chǎn)生的廢物需要經(jīng)細胞膜排到細胞外,這體現(xiàn)了細胞膜具有控制物質(zhì)進出細胞的功能,A、B正確;對細胞有害的物質(zhì)也可能進入細胞,如某些病毒、病菌等,C錯誤;細胞膜具有選擇透過性,細胞不需要的物質(zhì)不容易進入細胞,D正確。
任務(wù)2　探索細胞膜的成分和結(jié)構(gòu)
活動2　閱讀課本P42,分析對細胞膜成分的科學探索歷程,概述組成細胞膜的成分(科學探究能力)
1.上圖表示的是歐文頓的實驗,他是如何得出“細胞膜是由脂質(zhì)組成的”這一推論的
　　【提示】　根據(jù)相似相溶原理,推測細胞膜是由脂質(zhì)組成的。
2.組成細胞膜的脂質(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、脂肪酸和磷酸等所組成的分子,磷酸“頭部”是親水的,脂肪酸“尾部”是疏水的。根據(jù)磷脂分子的特點,分析下列問題:
(1)這些磷脂分子在空氣—水界面上會如何排布 在水—苯混合溶劑中會如何排布(苯為非極性分子) 在水中會如何排布 在下圖中畫出排布情況。
(2)細胞內(nèi)外均為水環(huán)境,所以細胞膜中的磷脂分子如何排布
　　【提示】　(1)
(2)細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),而尾部相對排在內(nèi)側(cè)。
3.戈特和格倫德爾的實驗是如何得出“細胞膜中的磷脂分子排列為連續(xù)的兩層”的結(jié)論的 他們?yōu)槭裁催x擇人的紅細胞作為實驗材料
　　【提示】　脂質(zhì)單層分子的面積是膜表面積的2倍。因為人的紅細胞細胞質(zhì)簡單,內(nèi)部無其他膜結(jié)構(gòu)。
4.科學家陸續(xù)測定了不同細胞的生物膜的化學組成,如下表所示。請結(jié)合細胞膜的探索歷程,概述細胞膜的成分組成。
生物膜 蛋白質(zhì)/% 脂質(zhì)/% 糖類/%
人的CNS髓鞘 20 79 少
人的紅細胞膜 49 43 8
大鼠的肝細胞核膜 59 35 2.9
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜 67 33 少
線粒體外膜 52 48 少
線粒體內(nèi)膜 76 24 少
　　【提示】　細胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成,此外,還有少量糖類。
活動3　閱讀課本P43~45,觀察圖片,討論下列問題
1.蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)靜態(tài)統(tǒng)一模型與流動鑲嵌模型中,哪種結(jié)構(gòu)模型更能體現(xiàn)細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能相適應 列表比較兩種模型的異同。
　　【提示】　流動鑲嵌模型。
項目 蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)靜態(tài)統(tǒng)一模型 流動鑲嵌模型
不同點 認為生物膜是靜止結(jié)構(gòu) 強調(diào)組成生物膜的分子是可以流動的
相同點 都認為組成生物膜的主要成分是蛋白質(zhì)和脂質(zhì)
2.圖1表示人、鼠細胞融合實驗,膜蛋白經(jīng)過40 min后均勻分布,說明什么問題 若適當降低溫度,則膜蛋白完成均勻分布的時間會延長,由此說明什么
　　【提示】　膜蛋白是運動的,即細胞膜具有流動性。溫度能影響膜的流動性。
3.圖2表示流動鑲嵌模型,寫出a、b、c、d代表的物質(zhì)。
　　【提示】　a是磷脂雙分子層,b是蛋白質(zhì)分子,c是糖蛋白,d是磷脂分子。
4.如何判斷細胞膜的外側(cè)和內(nèi)側(cè)
　　【提示】　糖蛋白位于細胞膜的外側(cè),可以根據(jù)糖蛋白的位置判斷細胞膜的外側(cè)與內(nèi)側(cè)。
5.細胞膜上的哪些分子可以運動 這體現(xiàn)了細胞膜具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點 這一特點有什么意義
　　【提示】　磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子都能夠運動。流動性。完成物質(zhì)運輸、細胞識別、細胞融合等功能。
6.細胞膜的功能特點是什么 這一功能的實現(xiàn)主要依靠細胞膜上的哪一結(jié)構(gòu)
　　【提示】　選擇透過性。膜上的蛋白質(zhì)。
認知生成
例2　下圖是細胞膜的流動鑲嵌模型示意圖,下列敘述正確的是(　　)。
A.細胞膜功能的復雜性與②的種類無關(guān)
B.在水環(huán)境中,①可形成雙層結(jié)構(gòu)
C.③在細胞的內(nèi)外兩側(cè)均有分布,起到信息傳遞的作用
D.此圖為電子顯微鏡下觀察到的細胞膜亞顯微結(jié)構(gòu)
　　【答案】　B
【解析】　題圖是細胞膜的流動鑲嵌模型示意圖,圖中①是磷脂分子,②是蛋白質(zhì),③是糖類分子與蛋白質(zhì)分子結(jié)合形成的糖蛋白。由于蛋白質(zhì)在細胞膜行使功能方面起著重要作用,因此細胞膜功能的復雜程度主要與細胞膜上的②蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量有關(guān),A錯誤;由于磷脂分子的“頭部”具有親水性,“尾部”具有疏水性,因此在水環(huán)境中,①(磷脂分子)可形成雙層結(jié)構(gòu),B正確;③(糖蛋白)分布在細胞的外側(cè),起到識別和信息傳遞的作用,C錯誤;細胞膜的流動鑲嵌模型為生物膜模型,不是電鏡下觀察到的結(jié)構(gòu),D錯誤。
【易錯辨析】
1.細胞膜的成分中不僅含有磷脂、蛋白質(zhì)和糖類,有的還含有膽固醇(如動物細胞的細胞膜)等物質(zhì)。
2.由于細胞大多生活在以水為基礎(chǔ)的液體環(huán)境中,因此構(gòu)成細胞膜支架的磷脂分子親水的“頭部”排在外側(cè),疏水的“尾部”排在內(nèi)側(cè)。
3.膜結(jié)構(gòu)中的蛋白質(zhì)大多能運動,磷脂分子可以側(cè)向自由移動,導致膜整體具有流動性。在一定的溫度范圍內(nèi),隨著溫度的升高,膜的流動性增強。
對點練2　人、鼠細胞融合實驗是用發(fā)不同顏色熒光的染料標記兩種細胞的膜蛋白,一段時間后兩種膜蛋白能在雜種細胞膜上均勻分布,形成嵌合體。下圖表示相關(guān)實驗記錄,下列說法錯誤的是(　　)。
A.當溫度增加到15 ℃以上,膜的流動性發(fā)生變化
B.圖中數(shù)據(jù)說明融合時間越長形成的嵌合體越多
C.溫度對膜蛋白的運動有影響
D.該實驗證明膜蛋白能夠運動
　　【答案】　B
【解析】　細胞膜具有流動性,其流動性與溫度有關(guān)系,溫度增加到15 ℃以上,形成嵌合體的百分比增大,說明膜的流動性發(fā)生變化,A正確。圖中橫坐標是溫度,也就是說自變量是溫度,所以圖中數(shù)據(jù)不能說明融合時間越長形成的嵌合體越多,B錯誤。在0~15 ℃,形成嵌合體的百分比幾乎不變;在15~35 ℃,形成嵌合體的百分比增大,說明溫度對膜蛋白的運動有影響,C正確。實驗過程中用熒光染料標記兩種細胞的膜蛋白,實驗結(jié)果說明兩種膜蛋白能在雜種細胞膜上均勻分布,形成嵌合體,進而證明膜蛋白能夠在膜表面運動,D正確。
素能提升　了解細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能在實際生活中的應用(科學解釋能力)
　　脂質(zhì)體是根據(jù)磷脂分子可在水中形成穩(wěn)定的脂質(zhì)雙層膜的原理而制備的人工膜。單層脂分子鋪展在水面上時,極性端(親水)與非極性端(疏水)排列是不同的,攪拌后形成雙層脂分子的球形脂質(zhì)體(如下圖)。
1.將脂質(zhì)體置于清水中,一段時間后發(fā)現(xiàn),脂質(zhì)體的形態(tài)、體積沒有變化。這一事實說明脂質(zhì)體有什么特點
　　【提示】　在結(jié)構(gòu)上具有一定的穩(wěn)定性。
2.細胞膜和脂質(zhì)體之間有什么不同之處
　　【提示】　細胞膜上有蛋白質(zhì)分子。
3.脂質(zhì)體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。在脂質(zhì)體中,能在水中結(jié)晶的藥物被包在雙分子層中,脂溶性的藥物被包在兩層磷脂分子之間。為什么兩類藥物的包裹位置各不相同
　　【提示】　由雙層磷脂分子構(gòu)成的脂質(zhì)體,兩層磷脂分子之間的部分是疏水的,脂溶性藥物能被穩(wěn)定地包裹在其中;脂質(zhì)體的內(nèi)部是水溶液的環(huán)境,能在水中結(jié)晶的藥物可被穩(wěn)定地包裹其中。
4.請推測脂質(zhì)體到達細胞后,藥物將如何進入細胞內(nèi)發(fā)揮作用
　　【提示】　由于脂質(zhì)體是由磷脂雙分子層構(gòu)成的,其到達細胞后可能會與細胞的細胞膜發(fā)生融合,從而使藥物在細胞內(nèi)發(fā)揮作用。
【隨堂檢測】
課堂小結(jié) 課堂小測
判斷正誤。 (1)細胞膜的成分為脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和糖類。 (√) (2)構(gòu)成膜的脂質(zhì)主要是磷脂、脂肪和膽固醇。 (×) (3)細胞膜含有糖脂和糖蛋白。 (√) (4)變形蟲和草履蟲的細胞膜基本組成成分不同。 (×) (5)生物膜的特定功能主要由膜蛋白決定。 (√) (6)胰島B細胞分泌胰島素依賴于細胞膜的流動性。 (√) (7)細胞膜上的大多數(shù)蛋白質(zhì)是可以運動的。 (√)
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