人教版（2019）生物必修1教案：3-1 细胞膜的结构和功能

第3章 细胞的基本结构
第1节 细胞膜的结构和功能
　　素养导引
1.生命观念:分析细胞膜的功能和结构特点,认同结构与功能的适应性。
2.科学思维:建立细胞膜的结构模型,掌握流动镶嵌模型的基本内容。
3.科学探究:分析细胞膜成分和结构的探索历程,掌握科学探究的一般方法。
4.社会责任:分析“脂质体药物”的作用原理,关注人体健康。
一、细胞膜的功能
1.将细胞与外界环境分隔开:
使细胞成为相对独立的系统,保障细胞内部环境的相对稳定。
2.控制物质进出细胞:
(1)控制性:
①进细胞:细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞;不需要的物质不容易进入细胞。
②出细胞:抗体、激素等物质在细胞内合成后,分泌到细胞外,细胞产生的废物也要排到细胞外;细胞内有用的成分不会轻易流失到细胞外。
(2)相对性:环境中一些对细胞有害的物质有可能进入;有些病毒、病菌也能侵入细胞。
3.进行细胞间的信息交流:
通过化学物质交流、通过细胞膜相互接触交流、通过通道交流。
　[思考]　莲花“出淤泥而不染”体现了细胞膜的什么功能
提示:控制物质进出细胞的功能。
二、对细胞膜成分的探索
1.探索历程:
时间(人物) 实验依据 结论或假说
1895年,欧文顿 对植物细胞进行通透性实验,发现可以溶于脂质的物质更容易通过细胞膜 细胞膜是由脂质组成的
20世纪初 对成熟的哺乳动物红细胞的细胞膜进行化学分析 组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇,其中磷脂含量最多
1925年,荷兰科学家戈特和格伦德尔 将从人的红细胞中提取的脂质铺成单分子层。其面积是红细胞表面积的2倍 细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层
1935年,英国学者丹尼利和戴维森 细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力 细胞膜除含脂质分子外,可能还附有蛋白质
2.成分:
三、对细胞膜结构的探索
时间 实例(实验) 结论(假说)
1959年 电镜下细胞膜呈清晰的暗—亮—暗的三层结构 罗伯特森认为所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成
1970年 人、鼠细胞融合实验 细胞膜具有流动性
1972年 流动镶嵌模型 辛格和尼科尔森提出了细胞膜的流动镶嵌模型
四、流动镶嵌模型的基本内容
1.写出a、b、c代表的含义:
a.磷脂双分子层;b.蛋白质;c.糖蛋白
2.基本内容:
(1)基本支架:磷脂双分子层。
(2)蛋白质的分布:以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中。
3.流动性的含义:构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动,膜中的蛋白质大多也能运动。
　[思考]　蛋白质在细胞膜中的分布是对称的吗
提示:不对称。蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中,因此蛋白质分子在细胞膜中的分布是不对称的。
　聚联乙炔细胞膜识别器是通过物理力把类似于细胞膜上具有分子识别功能的物质镶嵌到聚联乙炔囊泡中,组装成纳米尺寸的生物传感器。它在接触细菌、病毒时可以发生颜色变化,用于检测细菌、病毒等。结合所学知识判断:
1.聚联乙炔细胞膜识别器模拟了细胞膜的信息交流功能。 (√)
2.镶嵌到聚联乙炔囊泡中的物质具有识别功能。 (√)
3.镶嵌的物质在细胞膜上称为糖蛋白。 (×)
分析:具有识别功能的是糖被,糖被可以与蛋白质结合形成糖蛋白,也可以与脂质结合形成糖脂。
学习任务一:细胞膜的功能与成分
1.细胞间信息交流的三种方式:
方式1:细胞间的间接交流
(1)物质条件:信号分子、靶细胞上的受体分子;
(2)信号分子的位置:随血液运输至全身各处。
方式2:细胞间的直接交流
(1)物质条件:信号分子、靶细胞上的受体分子;
(2)信号分子的位置:位于发出信号的细胞的细胞膜上。
方式3:细胞间的通道交流
相邻两个细胞之间形成通道进行信息传递,如高等植物细胞之间形成的胞间连丝。
[思考探究]　如图是性激素发挥作用的示意图,该图反映的细胞间的信息交流方式是什么 与方式1有何不同
提示:间接交流。方式1中受体在靶细胞膜上,而该图中受体位于细胞质。
2.细胞膜组成成分的鉴定方法:
细胞膜成分 鉴定试剂(方法) 结果
磷脂 脂溶剂处理 细胞膜被溶解
磷脂酶处理 细胞膜被破坏
脂溶性物质透过实验 脂溶性物质优先通过
蛋白质 双缩脲试剂 紫色
蛋白酶处理 细胞膜被破坏
　　　　　　　【拓展归纳】
1.细胞膜功能图解:
2.细胞膜功能的探究:
(1)控制物质进出细胞功能的验证。
(2)识别功能的验证。
【学习加点料】
　教材开发:P46【拓展应用】
有人在解释细胞膜时,把它与纱窗进行类比:纱窗能把昆虫挡在外面,同时纱窗的小洞又能让空气进出。
(1)这种类比有什么合理之处
提示:说明细胞膜与纱窗一样可以允许一些物质出入,阻挡其他物质出入。
(2)此类比是否存在不合适的地方
提示:纱窗是一种简单的刚性的结构,功能较单纯,细胞膜的结构和功能要复杂得多;细胞膜是活细胞的重要组成部分,活细胞的生命活动是一个主动的过程,而纱窗是没有生命的,它只能是被动地起作用。
　(2022·珠海高一检测)如图为细胞间信息交流的一种方式,下列有关叙述不正确的是 (　　)
A.图中反映了细胞膜具有细胞间信息交流的功能
B.图中乙细胞表示靶细胞
C.图中a表示信号分子,其本质不一定是蛋白质
D.图中b表示细胞膜上的信号分子
[解题思维]
提取关键点 细胞间信息交流
转化知识点 细胞间细胞交流的方式
排除障碍点 性激素也是一种信号分子,本质是固醇,不是蛋白质
【解析】选D。题图表示细胞之间的信息交流,A正确;据图可知,乙细胞是靶细胞,B正确;a表示信号分子,其本质不一定是蛋白质,如性激素,C正确;靶细胞膜上的b表示受体,为接受信号的分子,D错误。
　[借题发挥]　细胞在进行信息交流时一定需要细胞膜上的b物质吗 举例说明。
提示:不一定。如植物细胞之间通过胞间连丝进行交流,不需要细胞膜上的受体。
1.细胞是开放的生命系统,细胞膜是系统的边界。有人说:“把细胞膜比喻为围墙,不如比喻为细胞的大门。”对这句话的评价错误的是 (　　)
A.细胞膜的脂质成分可以阻挡大部分极性分子,比喻为围墙有道理
B.细胞膜上有专门供某种物质通过的通道蛋白,就像围墙上开了小门
C.细胞膜作为细胞的大门,可以控制物质进出,将对细胞有害的物质全部拒之门外
D.细胞代谢所需原料和代谢产生的废物都要经过细胞膜,所以细胞膜是细胞的大门
【解析】选C。细胞膜的脂质成分可以阻挡大部分极性分子,类似于围墙的阻挡作用,比喻为围墙有道理,A正确;细胞膜上有专门供某种物质通过的通道蛋白,允许一些小分子和离子通过,就像围墙上开了小门,B正确;细胞膜的选择透过性是相对的,一些对细胞有害的物质也可进入,C错误;细胞代谢所需原料和代谢产生的废物都要经过细胞膜,所以细胞膜是细胞的大门,D正确。
2.如图为某生理活动的一个过程,这一过程体现出的细胞膜功能是 (　　)
A.控制物质进出细胞
B.具有一定的流动性
C.具有选择透过性
D.进行细胞间的信息交流
【解析】选D。精子和卵细胞直接接触,并相互识别,在完成受精的过程中,两种细胞间进行了充分的信息交流,D正确。
学习任务二:细胞膜的结构及其探索历程
1.三层结构模型与流动镶嵌模型的比较:
项目 三层结构模型 流动镶嵌模型
不同点 蛋白质分子均匀分布在脂质分子的两侧 蛋白质分子在细胞膜中的分布是不均匀的
细胞膜是静止结构 组成细胞膜的分子是可以运动的
相同点 组成细胞膜的主要物质是蛋白质和脂质
　[思考探究]　变形虫的变形运动说明细胞膜的结构具有什么特点 用三层结构模型能否解释该现象
提示:说明细胞膜上的物质是可以运动的。三层结构模型不能解释该现象,因为三层结构模型认为细胞膜是静态的。
2.细胞膜结构特点与功能特点的区别与联系:
(1)区别:
项目 结构特点——流动性 功能特点——选择透过性
基础 磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的 磷脂分子既亲水,又疏水;膜上具有糖蛋白
意义 对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能都是非常重要的 控制物质进出
表现 变形虫的变形、吞噬细胞的吞噬 有些物质可进入细胞,有些物质不能进入
(2)联系:
　[思考探究]　“纳米磷脂药物”是由内部包裹着药物的磷脂组成的囊泡,这种高脂溶性的结合物非常容易通过融合让药物进入肠部上皮细胞的细胞膜,能显著改善药物的脂溶性,增强药物的吸收率,提高药物的利用率。纳米磷脂药物为什么能让药物轻易进入细胞
提示:纳米磷脂药物表面包裹有磷脂膜,磷脂膜与细胞膜成分相似,可以与细胞膜融合,将药物释放到细胞中。
【学习加点料】
　教材P42【思考·讨论】拓展:
(1)基于对磷脂分子的特点的理解,为什么磷脂在空气-水界面上铺展成单分子层
提示:因为磷脂分子的“头部”亲水,“尾部”疏水,所以在水—空气的界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触,“尾部”则朝向空气的一面。
(2)科学家是如何推导出“脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层”这一结论的
提示:科学家因测得从哺乳动物成熟的红细胞中提取的脂质,铺成单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍,才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。
　如图是真核细胞细胞膜的亚显微结构模式图①,①~③表示膜的组成物质②。下列叙述错误的是 (　　)
A.①与细胞表面的识别有密切关系
B.②在细胞膜上的分布是均匀对称的
C.③是由甘油、脂肪酸、磷酸及其他衍生物等组成的
D.③具有流动性,大多数②也可以运动
[解题思维]
提取关键点 ①真核细胞细胞膜的亚显微结构模式图②膜的组成物质
转化知识点 流动镶嵌模型、细胞膜的成分
排除障碍点 磷脂由甘油、脂肪酸和磷酸及其他衍生物组成
【解析】选B。①是糖蛋白,具有细胞识别、保护、润滑等功能,A正确;②(蛋白质)在磷脂双分子层中的分布是不对称和不均匀的,B错误;③是磷脂分子,由甘油、脂肪酸、磷酸及其他衍生物等组成,C正确;③(磷脂分子)具有流动性,大多数②(蛋白质)也可以运动,D正确。
1.人体白细胞能进行变形运动,穿出毛细血管壁,吞噬侵入人体的病菌,这个过程的完成依靠细胞膜的 (　　)
A.选择透过性 B.保护作用
C.流动性 D.扩散
【解析】选C。人体白细胞能进行变形运动,穿出毛细血管壁,并以胞吞的形式吞噬侵入人体的病菌,这些过程均依赖细胞膜的流动性,选C。
2.如图为细胞膜的流动镶嵌模型。下列各项中,不是细胞膜中磷脂分子形成双层结构原因的是 (　　)
A.磷脂分子有亲水的头部
B.磷脂分子有疏水的尾部
C.细胞膜内外环境都是水环境
D.使细胞膜结构更加坚固
【解析】选D。磷脂分子具有亲水的头部和疏水的尾部而细胞膜内外环境都是水,使亲水的头部朝外,疏水的尾部朝内,形成了双层结构,A、B、C不符合题意。细胞膜由磷脂双分子层构成基本支架,使细胞膜更加坚固,是磷脂双分子层形成膜结构基本支架的意义,不是原因,此题选D。
治疗艾滋病的新思路
　　　艾滋病是对人类危害极大的一种传染病,迄今我们仍然没有找到有效治疗艾滋病的方法。引发艾滋病的HIV专性寄生在人体T淋巴细胞内,病毒的大量增殖会导致患者免疫机能崩溃,使人最终死于各种病原体的感染或恶性肿瘤。
　　HIV表面有一种名为gp41-gp120的蛋白质复合体,它能与T淋巴细胞表面的CD4蛋白发生特异性结合,再在T淋巴细胞细胞膜中的CCR5蛋白辅助下,使病毒包膜与细胞膜融合,遗传物质最终进入T淋巴细胞。
探究:
(1)HIV与人体细胞在结构上最大的区别是什么
___________________________________________________________________。
(2)根据题干信息推测,CD4蛋白的作用是什么
___________________________________________________________________。
(3)艾滋病病毒包膜与细胞膜融合,遗传物质最终进入T淋巴细胞,体现了细胞膜的结构特点是______________。
【解析】(1)HIV是病毒,病毒无细胞结构。
(2)由题干信息推测,gp41-gp120与CD4结合后,遗传物质才能最终进入T淋巴细胞,故CD4有识别作用。
(3)膜与膜的融合体现了细胞膜具有流动性。
答案:(1)病毒无细胞结构　(2)识别(信息交流)(3)具有流动性
情境载体 情境类型为生活、学习和实践情境,突出与生活的联系
关键能力↓信息转化 ①引发艾滋病的是HIV
②gp41-gp120与CD4结合③病毒包膜能与细胞膜融合
学科素养 培养生命观念中的结构与功能观、科学思维中的分析与比较等素养
PAGE
- 16 -