資源簡介

第3章 細胞的基本結構
第1節 細胞膜的結構和功能
　　素養導引
1.生命觀念:分析細胞膜的功能和結構特點,認同結構與功能的適應性。
2.科學思維:建立細胞膜的結構模型,掌握流動鑲嵌模型的基本內容。
3.科學探究:分析細胞膜成分和結構的探索歷程,掌握科學探究的一般方法。
4.社會責任:分析“脂質體藥物”的作用原理,關注人體健康。
一、細胞膜的功能
1.將細胞與外界環境分隔開:
使細胞成為相對獨立的系統,保障細胞內部環境的相對穩定。
2.控制物質進出細胞:
(1)控制性:
①進細胞:細胞需要的營養物質可以從外界進入細胞;不需要的物質不容易進入細胞。
②出細胞:抗體、激素等物質在細胞內合成后,分泌到細胞外,細胞產生的廢物也要排到細胞外;細胞內有用的成分不會輕易流失到細胞外。
(2)相對性:環境中一些對細胞有害的物質有可能進入;有些病毒、病菌也能侵入細胞。
3.進行細胞間的信息交流:
通過化學物質交流、通過細胞膜相互接觸交流、通過通道交流。
　[思考]　蓮花“出淤泥而不染”體現了細胞膜的什么功能
提示:控制物質進出細胞的功能。
二、對細胞膜成分的探索
1.探索歷程:
時間(人物) 實驗依據 結論或假說
1895年,歐文頓 對植物細胞進行通透性實驗,發現可以溶于脂質的物質更容易通過細胞膜 細胞膜是由脂質組成的
20世紀初 對成熟的哺乳動物紅細胞的細胞膜進行化學分析 組成細胞膜的脂質有磷脂和膽固醇,其中磷脂含量最多
1925年,荷蘭科學家戈特和格倫德爾 將從人的紅細胞中提取的脂質鋪成單分子層。其面積是紅細胞表面積的2倍 細胞膜中的磷脂分子必然排列為連續的兩層
1935年,英國學者丹尼利和戴維森 細胞的表面張力明顯低于油—水界面的表面張力 細胞膜除含脂質分子外,可能還附有蛋白質
2.成分:
三、對細胞膜結構的探索
時間 實例(實驗) 結論(假說)
1959年 電鏡下細胞膜呈清晰的暗—亮—暗的三層結構 羅伯特森認為所有的細胞膜都由蛋白質—脂質—蛋白質三層結構構成
1970年 人、鼠細胞融合實驗 細胞膜具有流動性
1972年 流動鑲嵌模型 辛格和尼科爾森提出了細胞膜的流動鑲嵌模型
四、流動鑲嵌模型的基本內容
1.寫出a、b、c代表的含義:
a.磷脂雙分子層;b.蛋白質;c.糖蛋白
2.基本內容:
(1)基本支架:磷脂雙分子層。
(2)蛋白質的分布:以不同方式鑲嵌在磷脂雙分子層中。
3.流動性的含義: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。
　[思考]　蛋白質在細胞膜中的分布是對稱的嗎
提示:不對稱。蛋白質分子以不同方式鑲嵌在磷脂雙分子層中,因此蛋白質分子在細胞膜中的分布是不對稱的。
　聚聯乙炔細胞膜識別器是通過物理力把類似于細胞膜上具有分子識別功能的物質鑲嵌到聚聯乙炔囊泡中,組裝成納米尺寸的生物傳感器。它在接觸細菌、病毒時可以發生顏色變化,用于檢測細菌、病毒等。結合所學知識判斷:
1.聚聯乙炔細胞膜識別器模擬了細胞膜的信息交流功能。 (√)
2.鑲嵌到聚聯乙炔囊泡中的物質具有識別功能。 (√)
3.鑲嵌的物質在細胞膜上稱為糖蛋白。 (×)
分析:具有識別功能的是糖被,糖被可以與蛋白質結合形成糖蛋白,也可以與脂質結合形成糖脂。
學習任務一:細胞膜的功能與成分
1.細胞間信息交流的三種方式:
方式1:細胞間的間接交流
(1)物質條件:信號分子、靶細胞上的受體分子;
(2)信號分子的位置:隨血液運輸至全身各處。
方式2:細胞間的直接交流
(1)物質條件:信號分子、靶細胞上的受體分子;
(2)信號分子的位置:位于發出信號的細胞的細胞膜上。
方式3:細胞間的通道交流
相鄰兩個細胞之間形成通道進行信息傳遞,如高等植物細胞之間形成的胞間連絲。
[思考探究]　如圖是性激素發揮作用的示意圖,該圖反映的細胞間的信息交流方式是什么 與方式1有何不同
提示:間接交流。方式1中受體在靶細胞膜上,而該圖中受體位于細胞質。
2.細胞膜組成成分的鑒定方法:
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
　　　　　　　【拓展歸納】
1.細胞膜功能圖解:
2.細胞膜功能的探究:
(1)控制物質進出細胞功能的驗證。
(2)識別功能的驗證。
【學習加點料】
　教材開發:P46【拓展應用】
有人在解釋細胞膜時,把它與紗窗進行類比:紗窗能把昆蟲擋在外面,同時紗窗的小洞又能讓空氣進出。
(1)這種類比有什么合理之處
提示:說明細胞膜與紗窗一樣可以允許一些物質出入,阻擋其他物質出入。
(2)此類比是否存在不合適的地方
提示:紗窗是一種簡單的剛性的結構,功能較單純,細胞膜的結構和功能要復雜得多;細胞膜是活細胞的重要組成部分,活細胞的生命活動是一個主動的過程,而紗窗是沒有生命的,它只能是被動地起作用。
　(2022·珠海高一檢測)如圖為細胞間信息交流的一種方式,下列有關敘述不正確的是 (　　)
A.圖中反映了細胞膜具有細胞間信息交流的功能
B.圖中乙細胞表示靶細胞
C.圖中a表示信號分子,其本質不一定是蛋白質
D.圖中b表示細胞膜上的信號分子
[解題思維]
提取關鍵點 細胞間信息交流
轉化知識點 細胞間細胞交流的方式
排除障礙點 性激素也是一種信號分子,本質是固醇,不是蛋白質
【解析】選D。題圖表示細胞之間的信息交流,A正確;據圖可知,乙細胞是靶細胞,B正確;a表示信號分子,其本質不一定是蛋白質,如性激素,C正確;靶細胞膜上的b表示受體,為接受信號的分子,D錯誤。
　[借題發揮]　細胞在進行信息交流時一定需要細胞膜上的b物質嗎 舉例說明。
提示:不一定。如植物細胞之間通過胞間連絲進行交流,不需要細胞膜上的受體。
1.細胞是開放的生命系統,細胞膜是系統的邊界。有人說:“把細胞膜比喻為圍墻,不如比喻為細胞的大門。”對這句話的評價錯誤的是 (　　)
A.細胞膜的脂質成分可以阻擋大部分極性分子,比喻為圍墻有道理
B.細胞膜上有專門供某種物質通過的通道蛋白,就像圍墻上開了小門
C.細胞膜作為細胞的大門,可以控制物質進出,將對細胞有害的物質全部拒之門外
D.細胞代謝所需原料和代謝產生的廢物都要經過細胞膜,所以細胞膜是細胞的大門
【解析】選C。細胞膜的脂質成分可以阻擋大部分極性分子,類似于圍墻的阻擋作用,比喻為圍墻有道理,A正確;細胞膜上有專門供某種物質通過的通道蛋白,允許一些小分子和離子通過,就像圍墻上開了小門,B正確;細胞膜的選擇透過性是相對的,一些對細胞有害的物質也可進入,C錯誤;細胞代謝所需原料和代謝產生的廢物都要經過細胞膜,所以細胞膜是細胞的大門,D正確。
2.如圖為某生理活動的一個過程,這一過程體現出的細胞膜功能是 (　　)
A.控制物質進出細胞
B.具有一定的流動性
C.具有選擇透過性
D.進行細胞間的信息交流
【解析】選D。精子和卵細胞直接接觸,并相互識別,在完成受精的過程中,兩種細胞間進行了充分的信息交流,D正確。
學習任務二:細胞膜的結構及其探索歷程
1.三層結構模型與流動鑲嵌模型的比較:
項目 三層結構模型 流動鑲嵌模型
不同點 蛋白質分子均勻分布在脂質分子的兩側 蛋白質分子在細胞膜中的分布是不均勻的
細胞膜是靜止結構 組成細胞膜的分子是可以運動的
相同點 組成細胞膜的主要物質是蛋白質和脂質
　[思考探究]　變形蟲的變形運動說明細胞膜的結構具有什么特點 用三層結構模型能否解釋該現象
提示:說明細胞膜上的物質是可以運動的。三層結構模型不能解釋該現象,因為三層結構模型認為細胞膜是靜態的。
2.細胞膜結構特點與功能特點的區別與聯系:
(1)區別:
項目 結構特點——流動性 功能特點——選擇透過性
基礎 磷脂分子和大多數蛋白質分子都是運動的 磷脂分子既親水,又疏水;膜上具有糖蛋白
意義 對于細胞完成物質運輸、生長、分裂、運動等功能都是非常重要的 控制物質進出
表現 變形蟲的變形、吞噬細胞的吞噬 有些物質可進入細胞,有些物質不能進入
(2)聯系:
　[思考探究]　“納米磷脂藥物”是由內部包裹著藥物的磷脂組成的囊泡,這種高脂溶性的結合物非常容易通過融合讓藥物進入腸部上皮細胞的細胞膜,能顯著改善藥物的脂溶性,增強藥物的吸收率,提高藥物的利用率。納米磷脂藥物為什么能讓藥物輕易進入細胞
提示:納米磷脂藥物表面包裹有磷脂膜,磷脂膜與細胞膜成分相似,可以與細胞膜融合,將藥物釋放到細胞中。
【學習加點料】
　教材P42【思考·討論】拓展:
(1)基于對磷脂分子的特點的理解,為什么磷脂在空氣-水界面上鋪展成單分子層
提示:因為磷脂分子的“頭部”親水,“尾部”疏水,所以在水—空氣的界面上磷脂分子是“頭部”向下與水面接觸,“尾部”則朝向空氣的一面。
(2)科學家是如何推導出“脂質在細胞膜中必然排列為連續的兩層”這一結論的
提示:科學家因測得從哺乳動物成熟的紅細胞中提取的脂質,鋪成單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍,才得出膜中的脂質必然排列為連續的兩層這一結論。
　如圖是真核細胞細胞膜的亞顯微結構模式圖①,①~③表示膜的組成物質②。下列敘述錯誤的是 (　　)
A.①與細胞表面的識別有密切關系
B.②在細胞膜上的分布是均勻對稱的
C.③是由甘油、脂肪酸、磷酸及其他衍生物等組成的
D.③具有流動性,大多數②也可以運動
[解題思維]
提取關鍵點 ①真核細胞細胞膜的亞顯微結構模式圖②膜的組成物質
轉化知識點 流動鑲嵌模型、細胞膜的成分
排除障礙點 磷脂由甘油、脂肪酸和磷酸及其他衍生物組成
【解析】選B。①是糖蛋白,具有細胞識別、保護、潤滑等功能,A正確;②(蛋白質)在磷脂雙分子層中的分布是不對稱和不均勻的,B錯誤;③是磷脂分子,由甘油、脂肪酸、磷酸及其他衍生物等組成,C正確;③(磷脂分子)具有流動性,大多數②(蛋白質)也可以運動,D正確。
1.人體白細胞能進行變形運動,穿出毛細血管壁,吞噬侵入人體的病菌,這個過程的完成依靠細胞膜的 (　　)
A.選擇透過性 B.保護作用
C.流動性 D.擴散
【解析】選C。人體白細胞能進行變形運動,穿出毛細血管壁,并以胞吞的形式吞噬侵入人體的病菌,這些過程均依賴細胞膜的流動性,選C。
2.如圖為細胞膜的流動鑲嵌模型。下列各項中,不是細胞膜中磷脂分子形成雙層結構原因的是 (　　)
A.磷脂分子有親水的頭部
B.磷脂分子有疏水的尾部
C.細胞膜內外環境都是水環境
D.使細胞膜結構更加堅固
【解析】選D。磷脂分子具有親水的頭部和疏水的尾部而細胞膜內外環境都是水,使親水的頭部朝外,疏水的尾部朝內,形成了雙層結構,A、B、C不符合題意。細胞膜由磷脂雙分子層構成基本支架,使細胞膜更加堅固,是磷脂雙分子層形成膜結構基本支架的意義,不是原因,此題選D。
治療艾滋病的新思路
　　　艾滋病是對人類危害極大的一種傳染病,迄今我們仍然沒有找到有效治療艾滋病的方法。引發艾滋病的HIV專性寄生在人體T淋巴細胞內,病毒的大量增殖會導致患者免疫機能崩潰,使人最終死于各種病原體的感染或惡性腫瘤。
　　HIV表面有一種名為gp41-gp120的蛋白質復合體,它能與T淋巴細胞表面的CD4蛋白發生特異性結合,再在T淋巴細胞細胞膜中的CCR5蛋白輔助下,使病毒包膜與細胞膜融合,遺傳物質最終進入T淋巴細胞。
探究:
(1)HIV與人體細胞在結構上最大的區別是什么
___________________________________________________________________。
(2)根據題干信息推測,CD4蛋白的作用是什么
___________________________________________________________________。
(3)艾滋病病毒包膜與細胞膜融合,遺傳物質最終進入T淋巴細胞,體現了細胞膜的結構特點是______________。
【解析】(1)HIV是病毒,病毒無細胞結構。
(2)由題干信息推測,gp41-gp120與CD4結合后,遺傳物質才能最終進入T淋巴細胞,故CD4有識別作用。
(3)膜與膜的融合體現了細胞膜具有流動性。
答案:(1)病毒無細胞結構　(2)識別(信息交流)(3)具有流動性
情境載體 情境類型為生活、學習和實踐情境,突出與生活的聯系
關鍵能力↓信息轉化 ①引發艾滋病的是HIV
②gp41-gp120與CD4結合③病毒包膜能與細胞膜融合
學科素養 培養生命觀念中的結構與功能觀、科學思維中的分析與比較等素養
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