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第三章 細胞的基本結(jié)構(gòu)
第一節(jié) 細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能
【學(xué)習(xí)目標】
1.概述細胞膜的成分和功能。
2.了解生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程。
3.簡述流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容。
【基礎(chǔ)梳理】
一、細胞膜的功能
一、細胞膜的功能
1.將細胞與外界環(huán)境分隔開
對細胞的作用：細胞膜將細胞與外界環(huán)境分隔開，使細胞成為相對獨立的系統(tǒng)，保障了細胞_______的相對穩(wěn)定。
進化上的意義：_______的出現(xiàn)是生命起源中至關(guān)重要的階段，它將生命物質(zhì)與外界環(huán)境分隔開，產(chǎn)生了原始的細胞，并成為相對獨立的系統(tǒng)。
2.控制物質(zhì)進出細胞
（1）細胞膜_______地控制物質(zhì)進出，從而保證了細胞正常代謝活動的進行。
（2）細胞膜控制物質(zhì)進出不是絕對的，而是_______的。
①物質(zhì)進出細胞的相對性
細胞需要的營養(yǎng)_______進入；細胞不需要的物質(zhì)_______進入；環(huán)境中一些對細胞有害的物質(zhì)_______進入；有些病毒、細菌_______進入。
②物質(zhì)排出細胞的相對性
細胞將其產(chǎn)生的代謝廢物排到細胞外；細胞產(chǎn)生的_______等物質(zhì)分泌到細胞外；細胞內(nèi)有用的成分如核酸等重要物質(zhì)_______流失到細胞外。
3.進行細胞間的信息交流
（1）在多細胞生物體內(nèi)，各個細胞都不是孤立存在的，他們之間必須保持功能的協(xié)調(diào)，才能使生物健康的生存。這種協(xié)調(diào)性的存在不僅依賴于物質(zhì)和能量的交換，也有賴于______________。
（2）細胞間信息交流的方式多種多樣：
①通過化學(xué)物質(zhì)傳遞信息，如___________________________________；
②通過細胞膜接觸傳遞信息，如____________________________；
③通過通道傳遞信息，如____________________________。
二、對細胞膜成分的探索
時間（人物） 實驗依據(jù) 結(jié)論或假說
1895年，歐文頓 對植物細胞進行通透性實驗，發(fā)現(xiàn)可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細胞膜 細胞膜是由_______組成的
20世紀初 對哺乳動物紅細胞的細胞膜進行化學(xué)分析 組成細胞膜的脂質(zhì)有磷脂和_______，其中_______含量最多
1925年，戈特和格倫德爾 將從人的紅細胞中提取的脂質(zhì)鋪成單分子層，其面積是紅細胞表面積的倍 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 細胞的表面張力明顯低于油—水界面的表面張力 細胞膜除含脂質(zhì)分子外，可能還附有_______
二、對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索
一、各成分的比例及功能:
（1）脂質(zhì)（約占50%）:主要含磷脂，在動物細胞膜上還有_______。
（2）蛋白質(zhì)（約占40%）:與細胞膜的功能密切相關(guān)，功能越復(fù)雜的細胞膜，蛋白質(zhì)的種類與數(shù)量就越_______。
（3）糖類（2%～10%）:與_____________________結(jié)合。
二、對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索歷程
時間 實例（實驗） 結(jié)論（假說）
1959年 電鏡下細胞膜呈清晰的暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu) 羅伯特森認為所有的細胞膜都由______________三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成
1970年 人、鼠細胞融合實驗 細胞膜具有_______
1972年 流動鑲嵌模型 辛格和尼科爾森提出了細胞膜的______________
3、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容
一、結(jié)構(gòu)
圖中a
名稱：磷脂雙分子層
作用：膜的基本支架
特點：具有_______
圖中b
名稱：_______分子
位置：鑲在磷脂雙分子層表面；部分或全部嵌入磷脂雙分子層中；貫穿于整個磷脂雙分子層
特點：大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是_______的
圖中c
名稱：糖蛋白
位置：細胞膜的外表面
作用：保護、潤滑和細胞識別等
二、細胞膜的結(jié)構(gòu)特點：_______。
三、細胞膜的功能特性：______________。
【拓展延伸】
細胞膜的流動性和選擇透過性
細胞膜的流動性 細胞膜的選擇透過性
所屬特點 細胞膜的結(jié)構(gòu)特點 細胞膜的功能特點
結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 膜結(jié)構(gòu)中的大多數(shù)蛋白質(zhì)分子和脂質(zhì)分子是可以運動的 磷脂雙分子層構(gòu)成的基本支架以及轉(zhuǎn)運蛋白的數(shù)量、種類決定了出入細胞的物質(zhì)的種類和數(shù)量
影響因素 主要受溫度影響，一定溫度范圍內(nèi)，隨外界溫度升高，膜的流動性增強，但溫度超過一定范圍，會破壞膜的結(jié)構(gòu) ①內(nèi)因：主要受轉(zhuǎn)運蛋白的種類和數(shù)量影響；②外因：溫度、O2濃度等
舉例 變形蟲的變形運動、細胞融合、細胞的吸水膨脹和失水皺縮等 植物根對礦質(zhì)元素的選擇性吸收、小腸吸收營養(yǎng)物質(zhì)等
聯(lián)系 細胞膜的流動性是選擇透過性的基礎(chǔ)。它們的關(guān)系總結(jié)如下：
【課堂練習(xí)】
1.下列有關(guān)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(zhì)、脂質(zhì)和糖類
B.細胞膜上蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多，功能越復(fù)雜
C.脂質(zhì)在細胞膜中的含量比蛋白質(zhì)要多
D.動物細胞膜中不僅含有磷脂，還有少量的膽固醇
2.下列事實中，支持“細胞膜中可能存在非脂質(zhì)類物質(zhì)”推測的是（ ）
A.一個磷脂分子由一個親水的頭部和兩個疏水的尾部構(gòu)成
B.凡是可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，均比不能溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細胞膜進入細胞
C.紅細胞膜中的脂質(zhì)分子在空氣一水界面上鋪展成單分子層，其面積為紅細胞表面積的2倍
D.在提取的細胞膜懸液中加入雙縮脲試劑后產(chǎn)生紫色反應(yīng)
3.下圖的模型主要表明了細胞膜的哪種功能（ ）
A.將細胞與外界環(huán)境分開 B.控制物質(zhì)進出細胞
C.進行細胞間信息交流 D.促進物質(zhì)的運輸
4.下列哪一項不屬于細胞膜的功能（ ）
A.控制物質(zhì)進出細胞 B.將胰島細胞形成的胰島素，分泌到胰島細胞外
C.提高細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的速率 D.作為系統(tǒng)的邊界，維持細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定
5.如圖為某動物細胞質(zhì)膜的流動鑲嵌模型，下列敘述正確的是（ ）
A.圖中構(gòu)成脂雙層的兩層③是完全相同的 B.質(zhì)膜中③朝外排列的磷酸基團具有親脂性
C.質(zhì)膜上的②在細胞通訊方面有重要作用 D.質(zhì)膜具有流動性只與圖中③有關(guān)，與①無關(guān)
6.磷脂是組成細胞膜的重要成分，這與磷脂分子的頭部親水、尾部疏水的性質(zhì)有關(guān)。
（1）將一個細胞中的磷脂成分全部抽提出來，并將它在空氣—水界面上鋪成單分子層，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這個單分子層的表面積相當于原來細胞膜表面積的兩倍。這個細胞很可能是____________（填“雞的紅細胞”“人的紅細胞”或“人的口腔上皮細胞”）。
（2）下圖表示細胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)圖，請回答：
①圖中[1]表示______________，它構(gòu)成膜的基本支架。
②如果這是肝細胞的細胞膜，細胞膜上的胰島素受體最可能是圖中的[___]_____________，胰島素受體與胰島素特異性結(jié)合后，能加快細胞攝取葡萄糖的速率。葡萄糖進入細胞的方向是_____________→__________（用圖中字母表示）。上述過程體現(xiàn)了細胞膜___________和____________的功能。
③科研上鑒別死細胞和活細胞常用“染色排除法”。例如用臺盼藍染色，死的動物細胞會被染成藍色而活的動物細胞不著色，從而判斷細胞是否死亡。這項技術(shù)利用的是細胞膜的_____________（功能特性）。
④膜功能的復(fù)雜程度主要取決于膜成分中_________________的種類和數(shù)量。
【答案以及解析】
1.答案：A
解析：細胞膜的主要成分是蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，還有少量的糖類，糖類不是主要成分，A錯誤；細胞膜的功能復(fù)雜程度與蛋白質(zhì)的種類、數(shù)量有關(guān)，B正確；脂質(zhì)在細胞膜中的含量比蛋白質(zhì)多，C正確；動物細胞膜中脂質(zhì)包括磷脂和膽固醇，D正確。
2.答案：D
解析：磷脂屬于脂質(zhì)，一個磷脂分子由一個親水的頭部和兩個疏水的尾部構(gòu)成，不支持“細胞膜中可能存在非脂質(zhì)類物質(zhì)”的推測，A不符合題意；凡是可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，均比不能溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細胞膜進入細胞，這一事實說明細胞膜的組成成分中有脂質(zhì)，B不符合題意；紅細胞膜中的脂質(zhì)分子在空氣一水界面上鋪展成單分子層，其面積為紅細胞表面積的2倍，說明細胞膜中的脂質(zhì)分子呈雙層排布，C不符合題意；在提取的細胞膜懸液中加入雙縮脲試劑后產(chǎn)生紫色反應(yīng)，說明細胞膜的組成成分中有蛋白質(zhì)，支持“細胞膜中可能存在非脂質(zhì)類物質(zhì)”的推測，D符合題意。
3.答案：C
解析：分析題圖可知，題圖表示的內(nèi)容是：內(nèi)分泌細胞產(chǎn)生的激素通過體液的運輸，與細胞膜上的受體結(jié)合，從而調(diào)節(jié)靶細胞的生理活動，由此可以看出，細胞膜具有信息交流的功能。故選：C。
4.答案：C
解析：細胞膜具有選擇透過性，因此能控制物質(zhì)進出細胞，A不符合題意；胰島細胞產(chǎn)生的胰島素屬于分泌蛋白，通過細胞膜分泌到細胞外，體現(xiàn)細胞膜信息交流的功能，B不符合題意；提高細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)速率是酶的功能，不是細胞膜的功能，C符合題意；細胞膜作為細胞的邊界，將細胞與外界環(huán)境分隔開，屬于細胞膜的功能，D不符合題意。
5.答案：C
解析：分析題圖可知，③是磷脂分子，②是糖蛋白，①是蛋白質(zhì)。脂雙層中的兩層磷脂分子并不是完全相同的，A錯誤；磷脂分子的磷酸基團是親水的，脂肪酸尾部是親脂的，B錯誤；質(zhì)膜上的糖蛋白在細胞通訊方面有重要作用，C正確；磷脂分子具有一定的流動性，膜蛋白在膜中也是可以運動的，因此質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)特點是具有一定的流動性，D錯誤。
6.答案：（1）人的紅細胞
（2）①磷脂雙分子層；②4；糖蛋白；A；B；進行細胞間信息交流；控制物質(zhì)進出；③選擇透過性；④蛋白質(zhì)
解析：（1）生物膜由磷脂雙分子層構(gòu)成基本支架，口腔上皮細胞和雞的紅細胞中提取出來的脂質(zhì)，包括細胞膜、細胞器膜和核膜中的脂質(zhì)，因此單分子層的表面積大于原來細胞膜表面積的兩倍。而人的成熟紅細胞中沒有細胞器和細胞核，提取出來的脂質(zhì)只有細胞膜中的脂質(zhì)，故單分子層的表面積相當于原來細胞膜表面積的兩倍。
（2）①圖中[1]表示磷脂雙分子層，它構(gòu)成膜的基本支架。②糖蛋白具有識別作用，如果這是肝細胞的細胞膜，細胞膜上的胰島素受體最可能是圖中的[4]糖蛋白，胰島素受體與胰島素特異性結(jié)合后，能加快細胞攝取葡萄糖的速率。糖蛋白分布在細胞膜的外側(cè)，故A側(cè)為細胞膜外側(cè)，B側(cè)為細胞膜內(nèi)側(cè)，故葡萄糖進入細胞的方向是A→B。上述過程體現(xiàn)了細胞膜進行細胞間信息交流和控制物質(zhì)進出的功能。③臺盼藍能使死細胞染色，活細胞的細胞膜具有選擇透過性，臺盼藍不能進入細胞，故死的動物細胞會被染成藍色而活的動物細胞不著色，從而判斷細胞是否死亡。這項技術(shù)利用的是細胞膜的選擇透過性。④蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者，膜功能的復(fù)雜程度主要取決于膜成分中蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量。
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