資源簡介

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第4講
細胞膜的結構和功能
考情分析
新舊教材對比 增：①確定細胞膜中脂質成分實驗；②提出細胞膜成分中還含有少量膽固醇； ③明確提出磷脂雙分子層和蛋白質的作用。
改：①體驗制備細胞膜的方法；②癌細胞膜成分變化的驗血報告單。
刪：細胞膜的結構與功能和流動鑲嵌模型內容進行了重新整合。
考點 由高考知核心知識點 預測
細胞膜和細胞核 考點一：細胞膜的結構和功能 （3年7次，全國卷3年2次） （2024·山東） 細胞膜的結構 （2023·海南）細胞膜和細胞器的成分和功能 （2023·山東） 細胞膜的結構 （2022·河北）細胞膜的組成成分 （2022·浙江）膜蛋白的種類和功能 （2022·浙江）流動鑲嵌模型 題型：選擇題
內容：
①常結合課本內其他科學史綜合考查
②常結合生物膜系統相關知識綜合考查
③常與細胞器相關知識綜合考查細胞的結構基礎
④常細胞核的功能，細胞器等綜合考查
考點二：細胞核的結構和功能 （3年2次，全國卷3年1次） （2023·江蘇）細胞核的結構和功能 （2023·山東）細胞核的結構 （2022·浙江）細胞核的結構和功能 （2022·廣東）核孔 （2022·海南）細胞核結構與功能 （2022·浙江）細胞核結構與功能 希望我們一輪復習能夠持續精進！—— 自主梳理課本（必修一）3.1
1.總結細胞膜的三條功能？
2.細胞分泌抗體、激素，臺盼藍染色法判斷動物細胞的死活分別體現了細胞膜的什么功能？
3.細胞間信息交流的3種方式分別是什么？ 激素受體都位于細胞膜上嗎？
4.簡述細胞膜成分的探索歷程和細胞膜結構的探索歷程（科學家？成果？）。
5.如果將磷脂分子置于水一苯的混合溶劑中，磷脂分子將會如何分布
6.細胞膜的成分？主要成分？功能越復雜的細胞膜，哪種成分越多？由成分推斷：細胞膜的組成元素？
7.1972年桑格和尼克森在什么基礎上提什么觀點？
8. 流動鑲嵌模型3條基本內容：①基本支架？②蛋白質分布？③結構特點？ ④功能特點？⑤糖蛋白分布？⑥糖被的功能？
動物細胞模式圖
植物細胞模式圖
動物細胞
細胞膜
細胞質
細胞核
植物細胞
細胞壁
細胞膜
細胞質
細胞核
思考：細胞的邊界是細胞壁還是細胞膜呢？
大腸桿菌模式圖
思考：為什么細胞壁不是細胞的邊界？
1.分布：植物、真菌及大多數原核細胞
3.功能：支持、保護作用
細胞壁與細胞膜結構示意圖
植物：纖維素和果膠
細菌：肽聚糖
真菌：幾丁質
細胞壁對要進出細胞的物質沒有選擇性即全透性，它不能保證細胞內部的穩定。
2.成分
合成場所：
去除方法：
(溶菌酶)
形成時期：
怎么制備細胞膜？
1.選材：
2.理由：
3.原理：
4.分離方法：
實驗設計：
哺乳動物紅細胞在低滲溶液中能迅速吸水漲破，有人推測這可能與水通道蛋白有關。請設計實驗，驗證這個推測是正確的。
實驗思路：_____________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________。
預期實驗結果：______________________________________。
將同種哺乳動物成熟紅細胞等分成甲、乙兩組，破壞甲組紅細胞膜中的蛋白質，乙組紅細胞不做處理，然后將兩組細胞同時置于蒸餾水中，測定兩組細胞吸水破裂所需的時間
乙組吸水破裂所需時間短，說明推測正確
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
保障細胞內部環境的相對穩定
普遍性
相對性
功能特點：具有選擇透過性
病毒、病菌
營養物質
廢物
分泌物
物質傳遞、接觸傳遞、通道傳遞
一、細胞膜的功能
糖蛋白
胞間連絲
【拓展延伸】教材中生命系統信息傳遞的三類主體（常考點）
生態
系統
胞內
胞間
信號分子
激素、神經遞質等
直接接觸
精、卵細胞識別等
胞間連絲
存在于植物細胞間
遺傳信息
第二信使
第三信使
DNA、RNA
cAMP、cGMP
核內外信號轉導的物質
化學信息
物理信息
行為信息
有機酸、生物堿、性外激素等
動物特定的行為動作
光、聲、電、磁、溫度、濕度等
一、細胞膜的功能
活細胞的細胞膜可控制物質進出細胞，臺盼藍染料是細胞不需要的物質，不易通過細胞膜。因此活細胞不能被染色，死細胞的細胞膜不能控制物質進出細胞，臺盼藍能通過細胞膜進入細胞，死細胞能被染成藍色。
【拓展應用】如何用“染色排除法”鑒別死細胞和活細胞？
功能特點：
代謝廢物
(CO2、尿素)
抗體、激素
等分泌物
核酸等重要成分
病毒、細菌
有害物質
不需要物質
營養物質
具有選擇透過性
1、表現：水分子、被選擇的離子和小分子可以通過，大分子、不被選擇的離子和小分子不能通過
（具有相對性）
2、原因：轉運蛋白種類、數量或轉運蛋白空間結構的變化
3、影響因素：
內因：膜上蛋白質的種類和數量
外因：溫度、pH、O2、濃度等
一、細胞膜的功能
1.如圖是細胞膜部分功能模式圖。據圖分析，下列說法不正確的是（ ）
A.功能①在生命起源過程中具有關鍵作用
B.功能②表示進入細胞的物質
對細胞都有利
C.胰島素調控生命活動可用圖
中③表示
D.相鄰的高等植物細胞可通過
功能④進行信息交流
功能①是指細胞膜具有將細胞與外界環境分隔開的功能，在生命起源過程中具有關鍵作用
進入細胞的物質對細胞不一定都有利
③表示細胞膜上的受體與相應的信號分子結合完成信息傳遞的過程，胰島素調控生命活動可用圖中③表示
相鄰的高等植物細胞可通過功能④(如胞間連絲)進行信息交流
一、對細胞膜的成分和結構的探索
提出問題：細胞膜的成分和結構是什么？
科學探究：
②20世紀，從 哺乳動物成熟的紅細胞 中分離出細胞膜→組成細胞膜的脂質有_____________，其中 含量最多
③1925年，荷蘭科學家戈特和格倫德爾從紅細胞中提取脂質，在空氣--水界面鋪展開成單分子層，其面積恰好為紅細胞表面的2倍。
磷脂和膽固醇
磷脂
①1895年，歐文頓植物細胞通透性實驗：溶于脂質的物質容易穿過細胞，反之則不容易通過。
提出假說：
細胞膜是由脂質組成的
進一步提出問題：脂質如何組成細胞膜結構呢？
提出假說：
細胞膜中的磷脂分子排列為連續的兩層
一、對細胞膜的成分和結構的探索
提出問題：細胞膜的成分和結構是什么？
科學探究：
提出假說：
細胞膜中的磷脂分子排列為連續的兩層
一、對細胞膜的成分和結構的探索
親水“頭”部
（磷酸頭）
疏水“尾”部
（脂肪酸尾）
△磷脂的結構
磷脂是一種由甘油、脂肪酸和磷酸等組成的分子
一、對細胞膜的成分和結構的探索
用丙酮從人的胰島B細胞中提取脂質，在空氣和水的界面鋪展成單層，測得單分子層的面積應 （“大于”、“等于”或“小于”）胰島B細胞表面積的2倍。原因是？
大于
提示　胰島B細胞中除細胞膜外，還有核膜和各種細胞器膜，它們的膜中都含有磷脂分子。
還有哪些細胞和紅細胞一樣？
一、對細胞膜的成分和結構的探索
提出問題：細胞膜的成分和結構是什么？
科學探究：
④1935年，丹尼利和戴維森發現細胞表面張力明顯低于油水界面的表面張力，而已知如果在油脂滴表面吸附有蛋白質，則其表面張力會降低。
完善假說：
細胞膜中除含脂質分子外，可能還附有蛋白質
成分 所占比例 在細胞膜中的作用
脂質 約50% 其中 是細胞膜的基本支架；______
是動物細胞膜的重要成分
蛋白質 約40% 承擔細胞膜的主要功能，功能越復雜的細胞膜，蛋白質的 越多
糖類 2%～10% 被稱作 ，與細胞膜上的 結合形成_____________
磷脂雙分子層
膽固醇
種類和數量
糖被
蛋白質或脂質
糖蛋白或糖脂
(外表面）
1.成分
一、對細胞膜的成分和結構的探索
細胞膜的成分是一成不變的嗎？
不是，如癌變的細胞，細胞膜表面糖蛋白減少， 甲胎蛋白和癌胚抗原增加
一、對細胞膜的成分和結構的探索
生物膜 蛋白質 （質量分數/%） 脂類 （質量分數/%） 糖類
（質量分數/%）
人紅細胞膜 49 43 8
大鼠肝細胞核膜 59 35 2.9
內質網膜 67 33 含量很少
線粒體外膜 52 48 含量很少
線粒體內膜 76 24 含量很少

不同生物膜的組成成分不完全一樣說明什么？
單位面積的線粒體內膜含有的蛋白質高于外膜，說明什么？
線粒體內膜功能較外膜復雜，功能越復雜的生物膜，其蛋白質的種類和數量越多
一、對細胞膜的成分和結構的探索
一、對細胞膜的成分和結構的探索
提出問題：細胞膜的成分和結構是什么？
科學探究：
證據1：電鏡觀察的亮帶是3.5nm,剛好符合磷脂雙分子層親水頭部之間的距離。
證據2：蛋白質對電子阻擋作用大、脂雙層對電子阻擋作用小
⑤1959年，羅伯特森通過電鏡觀察到細胞膜清晰的暗-亮-暗的三層結構。
提出假說：
所有細胞膜都是由蛋白質-脂質-蛋白質三層構成的靜態統一結構。
一、對細胞膜的成分和結構的探索
提出問題：細胞膜的成分和結構是什么？
科學探究：
提出假說：
所有細胞膜都是由蛋白質-脂質-蛋白質三層構成的靜態統一結構。
提出質疑：
難以解釋細胞的生長、變形等現象
進一步觀察和實驗：
⑥1970年，科學家對膜蛋白進行熒光染料標記后使膜融合
聚乙二醇、電融合法和滅活的病毒誘導法等
修正假說：
1972年， 桑格 ， 尼克森 提出 流動鑲嵌 模型。
此實驗中，若降低溫度，細胞完全融合的時間會延長，為什么？
溫度會影響分子運動，進而影響膜的流動性
生物膜的模型建立
一、對細胞膜的成分和結構的探索
源于必修1 P44“科學方法”：細胞膜結構模型的探索過程，反映了提出假說這一科學方法的作用。科學家首先根據已有的知識和信息提出 的一種假說，再用進一步的____________對已建立的假說進行 。
解釋某一生物學問題
觀察與實驗
修正和補充
2.結構模型（流動鑲嵌模型）
a.磷脂雙分子層
→構成生物膜的基本支架
特點：可以側向自由移動
功能：屏障作用——水溶性分子或離子不能自由通過
二、細胞結構模型-流動鑲嵌模型
2.結構模型（流動鑲嵌模型）
b.蛋白質
→鑲、部分或全部嵌入、貫穿
特點：大多數蛋白質分子是可以運動的
功能：在物質運輸等方面有重要作用
運輸：載體/通道
催化：酶
信息交流：受體、信號分子
結構蛋白
… …
功能越復雜的細胞膜，其蛋白質的種類和數量越多。
二、細胞結構模型-流動鑲嵌模型
①受體蛋白
與激素、淋巴因子、神經遞質等信號分子特異性結合
歸納提升——5種常考的“膜蛋白”
②通道蛋白
協助擴散
水通道蛋白、
離子通道蛋白等
③載體蛋白
物質跨膜運輸方式中:
協助擴散和主動運輸
④酶蛋白
催化作用：呼吸酶、ATP水解酶等
⑤識別蛋白
精卵結合、免疫細胞對抗原的特異性識別等
2.結構模型（流動鑲嵌模型）
c.糖被→位于細胞膜的外表面
功能：保護、潤滑、識別、信息傳遞等
與脂質結合→糖脂
與蛋白質結合→糖蛋白
糖蛋白質和糖脂是在_______和_________中合成的(糖鏈被加上去)。
內質網
高爾基體
二、細胞結構模型-流動鑲嵌模型
①細胞膜主要是由磷脂分子和蛋白質分子構成的。
②磷脂雙分子層是膜的基本支架 ，其內部是疏水端，水溶性分子或離子不能自由通過，具有屏障作用。
③蛋白質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，有的貫穿于整個磷脂雙分子層中。這些蛋白質分子在物質運輸等方面具有重要作用。
④細胞膜的外表面還有糖類分子，
與蛋白質結合→糖蛋白
與脂 質結合→糖脂
這類糖類分子稱為糖被（分布在細胞膜外表面）
與細胞表面的識別、細胞間的信息傳遞等功能密切相關。
二、細胞結構模型-流動鑲嵌模型
必修一p44，p45
動物細胞膜還有膽固醇，如何分布呢？
膽固醇：調節膜的流動性，增加了膜的穩定性。
二、細胞結構模型-流動鑲嵌模型
3.結構特點
結構特點：
生物膜具有一定的______
流動性
構成細胞膜的磷脂分子可以側向自由移動、大多數蛋白質可以運動
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
原 因
生理 意義
細胞融合
分泌蛋白的傳遞分泌
二、細胞結構模型-流動鑲嵌模型
影響因素
主要受溫度影響，在適當的溫度范圍內，隨外界溫度升高，膜的流動性增強，但溫度超出一定范圍，會導致膜的結構被破壞。
二、細胞結構模型-流動鑲嵌模型
下列能體現膜具有流動性的實例有(多選）
A. 質壁分離與復原 B. 變形蟲利用偽足捕食
C. 興奮在突觸的傳遞 D. 動物細胞失水皺縮
E. 受精卵的形成 F. 載體對相應物質的運轉
G. 分泌蛋白的分泌
H. 白細胞吞噬病菌
細胞膜的結構特點：
具有流動性。
△拓展（p46拓展應用）
脂質體是一種人工膜，是根據磷脂分子可在水中形成穩定磷脂雙分子層的原理制成的，是很多藥物的理想載體，其結構示意圖如圖所示。其中的膽固醇有比磷脂更長的尾部，可使膜的通透性降低，對于維持脂質體結構的穩定性有重要作用。
△拓展（p46拓展應用）
(1)能在水中結晶的藥物和脂溶性藥物分別被包裹在何處？兩類藥物的包裹位置不相同的原因是什么？
水溶性藥物——包裹在磷脂雙分子層內部（甲）
(2)若脂質體運送的藥物是抗癌藥物，則抗體的作用是什么？
脂質體膜上的抗體能夠特異性識別癌細胞，從而將藥物定向運送到癌細胞。
脂溶性藥物——包裹在兩層磷脂分子之間（乙）
（原理：抗原抗體特異性結合）
△拓展（p46拓展應用）
(3)脂質體到達靶細胞后，藥物將如何進入細胞內發揮作用？該過程利用了膜的什么特點？
提示　脂質體與細胞膜結構相似，到達靶細胞后可能會與細胞膜發生融合，也可能以胞吞方式將攜帶的藥物運入細胞。利用了膜的流動性。
△拓展
常考的膜蛋白
細胞膜上蛋白質種類很多，如具有①運輸作用的轉運蛋白；②識別作用的糖蛋白；③接受信號的受體蛋白（糖蛋白）；④具有催化作用的酶：【細胞膜上可存在ATP水解酶（催化ATP水解，用于主動運輸等）；又如好養細菌其細胞膜上可附著與有氧呼吸相關的酶】
△拓展細胞膜成分的鑒定方法
細胞膜成分 鑒定試劑(方法) 結果
磷脂 脂溶劑處理 細胞膜被溶解
磷脂酶處理 細胞膜被破壞
脂溶性物質透過實驗 脂溶性物質優先通過
蛋白質 雙縮脲試劑 紫色
蛋白酶處理 細胞膜被破壞
細胞膜的成分
、結構和功能
細胞膜的成分
脂質
蛋白質
糖類（少量）
磷脂（主要）
膽固醇（動物細胞膜）
細胞膜的研究簡史
膜成分的探索
①1895年，歐文頓關于細胞膜通透性的實驗。
②利用哺乳動物成熟的紅細胞分離提純，進行化學分析。
③1925年，紅細胞中的脂質在空氣-水界面鋪成單分子層與紅細胞表面積關系的實驗。
④1935年，細胞表面張力研究實驗。
膜結構的探索
⑤1959年，羅伯特森在電鏡下觀察細胞膜的結構。
⑥1970年人鼠細胞融合實驗。
⑦1972年，辛格和尼科爾森提出流動鑲嵌模型。
細胞膜的結構
流動鑲嵌模型的內容
特點
細胞膜的功能
結構決定功能
1.將細胞與外界環境分隔開
2、控制物質進出
3、進行細胞間的信息交流
構建概念圖，整體把握核心考點
（2024·貴州·高考真題）將臺盼藍染液注入健康家兔的血管，一段時間后，取不同器官制作切片觀察，發現肝和淋巴結等被染成藍色，而腦和骨骼肌等未被染色。下列敘述錯誤的是（ ）
A．實驗結果說明，不同器官中毛細血管通透性有差異
B．腦和骨骼肌等未被染色，是因為細胞膜能控制物質進出
C．肝、淋巴結等被染成藍色，說明臺盼藍染液進入了細胞
D．靶向治療時，需要考慮藥物分子大小與毛細血管通透性
C
（2024·安徽·高考真題）在多細胞生物體的發育過程中，細胞的分化及其方向是由細胞內外信號分子共同決定的某信號分子誘導細胞分化的部分應答通路如圖。下列敘述正確的是（ ）
A．細胞對該信號分子的特異應答，依賴于細胞內的相應受體
B．酶聯受體是質膜上的蛋白質，具有識別、運輸和催化作用
C．ATP水解釋放的磷酸分子與靶蛋白結合，使其磷酸化而有活性
D．活化的應答蛋白通過影響基因的表達，最終引起細胞定向分化
D

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