【人教生物必修1知识梳理及训练】3.1 细胞膜的结构和功能（含解析）

生物学 必修1［RJ］（不定项）
人教生物必修1知识梳理及训练
3.1 细胞膜的结构和功能
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知识点1　细胞膜的功能
1．细胞膜：也称质膜，它是细胞的边界。
2．功能
(1)将细胞与外界环境分隔开：保障了细胞内部环境的相对稳定。
(2)控制物质进出细胞
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(3)进行细胞间的信息交流
图示 内容 举例
内分泌细胞分泌的激素，随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞 胰岛素的分泌及发挥作用
相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞 精子和卵细胞之间的识别和结合
相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞 高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用
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细胞间的信息交流都依赖于信息分子和受体吗？
提示：一定依赖于信息分子传递信息，但不一定需要受体，如高等植物细胞之间的胞间连丝。
知识点2　细胞膜的成分
1．对细胞膜成分的探索
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1．选择哺乳动物的成熟红细胞制备细胞膜的原因？
提示：①动物细胞没有细胞壁，能够吸水涨破；②哺乳动物的成熟红细胞中没有细胞核和众多的细胞器，可获得较为纯净的细胞膜。
2．磷脂分子在空气—水界面上如何分布？
提示：铺展成单分子层。磷脂头部由亲水的磷酸构成，尾部由疏水的脂肪酸构成，在空气—水界面，头部与水接触，而尾部位于空气中，如图。
3．磷脂分子在水中如何分布？
提示：在水中，朝向水的是“头部”，“尾部”疏水。当磷脂分子的内外两侧都是水环境时，磷脂分子的“尾部”相对排列在内侧，“头部”则朝向两侧水环境中，形成磷脂双分子层，如图。
4．磷脂分子在水—苯的混合溶剂中如何分布？
提示：将磷脂分子置于水—苯的混合溶剂中，磷脂的“头部”将与水接触，“尾部”与苯接触，如图。
2．细胞膜成分
(1)成分
(2)特点：功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。
知识点3　对细胞膜结构的探索
1．静态结构模型的提出
(1)时间：1959年。
(2)科学家：罗伯特森。
(3)依据：电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。
(4)模型假说：所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。
(5)模型缺点：细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的变形运动这样的现象都难以解释。
2．新技术带来新模型
(1)人—鼠细胞融合实验
时间 1970年
方法 荧光标记法
过程
结果 两种颜色的荧光均匀分布
这一实验及相关的其他实验证据表明 构成细胞膜的蛋白质分子是可以运动的，细胞膜具有流动性
(2)动态结构模型的提出
时间 1972年
科学家 辛格和尼科尔森
模型名称 流动镶嵌模型
易漏边角课本P44
科学方法——提出假说
(1)提出假说——根据已有的知识和信息提出解释某一生物学问题的一种假说。
(2)用进一步的观察与实验修正和补充假说。
(3)假说被接受或被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和实验结果相吻合。
知识点4　流动镶嵌模型的基本内容
1．流动镶嵌模型的基本内容
(1)图中①
(2)图中②
(3)图中③
2．生物膜的结构特点——具有一定的流动性
(1)原因：构成生物膜的磷脂分子可以侧向自由移动，蛋白质分子大多也是可以运动的。
(2)生理意义：对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能具有重要意义。
(3)实例：变形虫变形；细胞融合；分泌蛋白的分泌。
3．生物膜的功能特性——选择透过性
(1)结构基础：膜上具有转运蛋白。
(2)生理意义：控制物质进出细胞。
归纳总结
1．磷脂分子、磷脂双分子层和细胞膜的关系
(1)结构关系
磷脂分子磷脂双分子层
细胞膜
(2)数量关系
1层细胞膜1层磷脂双分子层2层磷脂分子
2．蛋白质并非对称分布在膜上，因而膜具有不对称性。
3．一般的，糖蛋白只分布于细胞膜的外侧面，可据此判断细胞膜的内侧与外侧。
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INCLUDEPICTURE"本节聚焦.TIF" INCLUDEPICTURE "本节聚焦.TIF" \* MERGEFORMAT
1．细胞膜有哪些主要功能？
答案　将细胞与外界环境分隔开；控制物质进出细胞；进行细胞间的信息交流。
2．流动镶嵌模型的基本内容是什么？
答案　细胞膜流动镶嵌模型的基本内容：①细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的，磷脂双分子层构成了膜的基本支架；②蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层；③磷脂分子可以侧向自由移动，蛋白质大多是可以运动的；④细胞膜外表面的糖类分子可以与蛋白质分子结合形成糖蛋白，也可以和脂质结合形成糖脂。
3．通过对细胞膜结构的探索过程的分析，你对科学的过程和方法有哪些领悟？
答案　科学研究需要很多科学家共同努力，离不开技术支持，需要理性思维与实验相结合，是一个不断开拓、继承、修正和发展的过程。
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1．(目标1)血液透析是将病人的血液引流至体外，经过一种人工合成的膜材料，把代谢废物透析掉，让净化的血液回输到病人体内。该过程模拟的细胞膜的功能是(　　)
A．将细胞与外界环境分隔开
B．控制物质进出细胞
C．进行细胞间的信息交流
D．保护细胞不被病原体侵染
答案　B
2．(目标2)典型的细胞膜最可能具有下列哪种组成(质量分数)(　　)
A．35%脂质、50%蛋白质、5%糖类、10%RNA
B．50%脂质、45%蛋白质、5%糖类、0%RNA
C．25%脂质、75%蛋白质、0%糖类、0%RNA
D．60%脂质、30%蛋白质、0%糖类、10%RNA
答案　B
解析　细胞膜主要由脂质和蛋白质构成，还有少量的糖类，但是不含RNA。其中脂质约占细胞膜总质量的50%，蛋白质约占40%，糖类占2%～10%。
3．(目标3)细胞膜成分和结构的探索历程，凝聚着多位科学家的智慧和心血，下列相关叙述错误的是(　　)
A．欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次的实验，发现脂溶性物质容易穿过细胞膜，据此推测：细胞膜是由脂质组成的
B．戈特和格伦德尔提取人红细胞中的脂质，铺展成的单分子层的面积恰好为红细胞表面积的2倍，据此推测：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层
C．罗伯特森拍摄的电镜下的细胞膜照片，呈现清晰的暗—亮—暗三层结构，据此构建了动态的细胞膜模型
D．科学家用荧光染料标记的方法，通过人鼠细胞融合实验，证明了细胞膜具有流动性
答案　C
4．(不定项)(目标2)下列关于生物膜的叙述，正确的是(　　)
A．功能越复杂的细胞膜上的蛋白质种类和数量就越多
B．磷脂分子是由疏水性的头部和亲水性的尾部组成
C．生物膜上的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的
D．细胞膜能控制物质进出并可以维持细胞内环境的稳定
答案　ACD
5．(目标1和2)如图表示细胞膜的结构，据此回答问题(在[　　]中填序号)。
(1)细胞膜的这种结构模型被称为________________。细胞膜的基本支架是[　　]。
(2)胆固醇、维生素D等物质能优先通过细胞膜，这是由于细胞膜上具有________(填成分)。
(3)由图可知，该结构的________(填“上方”或“下方”)是细胞膜的外侧。
(4)精子和卵细胞能够通过该结构相互识别并结合，说明细胞膜具有____________________功能。与此相关的物质是[　　]。
(5)细胞膜在控制物质进出细胞时具有__________________(填特性)。
答案　(1)流动镶嵌模型　③
(2)脂质(或磷脂)　(3)上方
(4)进行细胞间的信息交流(或细胞识别)　④
(5)选择透过性
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[例1]　春天，很多植物同时开花，花粉在空气中传播后，也很容易黏附到其他植物的柱头上，但这些花粉不能萌发，而落到同种植物柱头上的花粉可以萌发。这依赖于(　　)
A．细胞分泌物的信息传递
B．花粉和柱头细胞的细胞膜之间信号分子与受体的识别
C．花粉与柱头细胞间的胞间连丝
D．花粉与柱头细胞中核酸的一致性
解题分析　花粉和柱头细胞的细胞膜含有特定的信号分子和受体，这样可以使得在植物的柱头上只有同种植物的花粉可以萌发，保证了物种的正常延续。
答案　B
[例2]　生物学上将细胞外与膜受体结合的信息分子称为第一信使，由其转换而来的细胞内信号则称为第二信使。当血液中的血管紧张素Ⅱ(一种多肽)与膜上的受体结合时，可激活细胞内的Ca2＋等信使，进而调节细胞的代谢活动，例如使血管壁平滑肌收缩，导致血压升高。下列有关叙述错误的是(　　)
A．血管紧张素Ⅱ在生物学上属于第一信使
B．Ca2＋等信使在生物学上属于第二信使
C．上述材料能体现多肽具有调节机体生命活动的功能
D．上述材料主要体现细胞膜将细胞与外界环境分隔开的功能
解题分析　由题意知，血液中的血管紧张素Ⅱ(一种多肽)与膜上的受体结合时，可激活细胞内的Ca2＋等信使，进而调节细胞的代谢活动，体现了细胞膜进行细胞间信息交流的功能，C正确，D错误。
答案　D
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[例3]　在人—鼠细胞融合实验基础上，有人做了补充实验：用药物抑制细胞能量转换和蛋白质合成途径，对膜蛋白运动没有影响。但是当降低温度时，膜蛋白的扩散速率降低至原来的1/20～1/10。下列有关细胞膜的推测，不正确的是(　　)
A．膜蛋白的合成不影响其运动
B．膜蛋白的运动不需要消耗ATP的能量
C．温度不影响磷脂分子的运动
D．膜蛋白的扩散与磷脂分子运动相关
解题分析　“用药物抑制细胞能量转换和蛋白质合成途径，对膜蛋白运动没有影响”，说明膜蛋白的合成不影响其运动且膜蛋白的运动不需要消耗能量，A、B正确；由题干可知，降低温度后膜蛋白扩散速率发生变化，说明温度会影响磷脂分子的运动，C错误；蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层，因此膜蛋白的扩散与磷脂分子运动相关，D正确。
答案　C
[例4]　研究者用荧光染料对细胞膜上某些分子进行处理，并使膜发出荧光。再用高强度激光照射细胞膜的某区域，使其瞬间被“漂白”，即荧光消失。随后，该漂白区域荧光逐渐恢复，如图1。检测该区域荧光强度随时间的变化，绘制得到荧光漂白恢复曲线，如图2。
(1)细胞膜以________________为基本支架，此外还含有蛋白质等成分，实验中通常对膜蛋白进行荧光标记。
(2)细胞膜上被漂白区域的荧光强度得以恢复，推测其可能的原因有：①被漂白区域荧光染料的荧光会________的结果；②被漂白区域内外的细胞膜成分分子________的结果。
(3)研究发现，如果用特定方法去除细胞膜中的胆固醇，膜结构上蛋白质分子停泊的“平台”拆解，漂白区域荧光恢复的时间缩短，说明胆固醇对膜中分子运动具有________作用，该结果________(填“支持”或“不支持”)推测②。
(4)此项研究说明细胞膜具有________性。
解题分析　(3)研究发现如果用特定方法去除细胞膜中的胆固醇，膜结构上蛋白质分子停泊的“平台”拆解，漂白区域荧光恢复的时间缩短，说明胆固醇对膜中分子运动具有限制作用，该结果支持推测②，被漂白区域内外膜蛋白分子可以相互运动。
(4)此项研究中被漂白区域内外膜蛋白分子可以相互运动，说明细胞膜具有一定的流动性。
答案　(1)磷脂双分子层
(2)自行恢复　相互运动
(3)限制　支持　(4)(一定的)流动
INCLUDEPICTURE"课时作业.TIF" INCLUDEPICTURE "课时作业.TIF" \* MERGEFORMAT
[单项选择题]
INCLUDEPICTURE"圆点.TIF" INCLUDEPICTURE "圆点.TIF" \* MERGEFORMAT 知识点一　细胞膜的功能
1．对玉米种子的实验处理方法和观察到的现象如下，该实验结果说明(　　)
实验处理 将玉米种子浸泡15 h，从中央切开后用稀释红墨水染色 将玉米种子煮熟，从中央切开后用稀释红墨水染色
实验现象 胚细胞着色非常浅 胚细胞着色深
A.细胞膜具有控制物质进出细胞的作用
B．红墨水容易进出玉米细胞
C．细胞膜具有全透性
D．活细胞的细胞膜具有控制物质进出细胞的作用
答案　D
解析　活细胞可以按照生命活动的需要有选择地吸收物质，红墨水不是细胞生长的必需物质，不能或很少通过活细胞的细胞膜进入胚细胞，胚细胞着色浅；煮熟的玉米胚细胞死亡，其细胞膜失去选择透过性而具有全透性，红墨水进入细胞，胚细胞着色深。
2．如图表示细胞间信息交流的三种方式，有关叙述不正确的是(　　)
A．图a、图b中靶细胞表面上的受体与信号分子结合，从而接受信息
B．胰岛素调节血糖的过程中，信息交流方式与图a所示相同
C．图c中植物细胞依靠胞间连丝交流信息，但不能交换物质
D．精子和卵细胞受精时要发生图b所示的信息交流方式
答案　C
INCLUDEPICTURE"圆点.TIF" INCLUDEPICTURE "圆点.TIF" \* MERGEFORMAT 知识点二　细胞膜的成分
3．将大量磷脂分子放入清水中，搅拌后，下列图示现象不可能出现的是(　　)
答案　A
解析　磷脂分子一端为亲水的头，一端为疏水的尾，所以磷脂分子不可能疏水性的尾和亲水性的头混乱地分布在水中。
4．下列对细胞膜成分的叙述，错误的是(　　)
A．细胞膜的主要成分是蛋白质和脂质
B．动物细胞膜中的脂质主要是磷脂还含有少量胆固醇
C．细胞膜上的糖类很少，所以其作用不重要
D．细胞膜中蛋白质的种类和数量决定细胞膜功能的复杂程度
答案　C
解析　细胞膜上的糖类虽少，但其作用很重要，例如糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系。
5．用丙酮从口腔上皮细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺成单分子层，测得单分子层面积为S1，设细胞表面积为S2，则S1与S2关系最恰当的是(　　)
A．S1＝2S2 B．S2>2S1
C．S1>2S2 D．S2答案　C
解析　磷脂双分子层是细胞膜的基本支架，将细胞膜的磷脂分子铺成单层的面积恰好是细胞表面积的2倍，但由于口腔上皮细胞中还有细胞核和一些具有膜结构的细胞器，因此口腔上皮细胞中的磷脂分子铺成单层的面积大于细胞表面积的2倍，即S1>2S2。
INCLUDEPICTURE"圆点.TIF" INCLUDEPICTURE "圆点.TIF" \* MERGEFORMAT 知识点三　对细胞膜结构的探索
6．下列关于细胞膜结构探索历程的说法，正确的是(　　)
A．罗伯特森利用光学显微镜提出的“亮—暗—亮”的三层结构是一种静态模型
B．罗伯特森结合其他科学家的工作，提出所有的细胞膜都由脂质—蛋白质—脂质三层结构构成
C．荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验以及相关的其他实验证据表明细胞膜具有流动性
D．辛格和尼科尔森提出的细胞膜的结构模型已完美无缺
答案　C
解析　罗伯特森利用电镜提出的“暗—亮—暗”的三层结构是一种静态模型，A错误；辛格和尼科尔森提出的细胞膜流动镶嵌模型被大多数人所接受，但也不是完美无缺的，D错误。
7．科学家用绿色荧光物质和红色荧光物质分别标记小鼠细胞表面蛋白质和人细胞表面蛋白质，将人鼠细胞融合，融合后用激光照射淬灭(漂白)膜上部分荧光，一段时间后荧光区域恢复。叙述正确的是(　　)
A．该实验也可以采用同位素标记法标记人、鼠细胞
B．该实验可以证明细胞膜的主要成分为蛋白质和磷脂
C．漂白部分荧光恢复是因为荧光标记被淬灭的蛋白质恢复空间结构
D．根据荧光部位恢复速度可估算细胞膜中蛋白质分子的运动速度
答案　D
解析　同位素标记适合示踪物质的运行和变化规律，但不及红绿荧光标记便于观察和检测人鼠细胞膜上蛋白质的移动，A错误；本实验无法检测细胞膜的成分，B错误；荧光区恢复是其他位置的蛋白质运动的结果，荧光区恢复速度可以反映蛋白质分子运动速度，C错误，D正确。
INCLUDEPICTURE"圆点.TIF" INCLUDEPICTURE "圆点.TIF" \* MERGEFORMAT 知识点四　流动镶嵌模型的基本内容
8．下图是某同学绘制的细胞膜的亚显微结构模式图，下列有关说法不正确的是(　　)
A．①糖被位于细胞膜的外表面，与细胞表面识别和细胞间信息传递等功能密切相关
B．②蛋白质以不同方式镶嵌在③磷脂双分子层中
C．③磷脂双分子层是膜的基本支架，排列在内部的是磷脂分子的疏水端，磷脂分子的亲水端排列在外侧
D．细胞膜具有流动性，主要表现为②和③的分子都能自由运动
答案　D
解析　①为糖被，②为蛋白质分子，③为磷脂双分子层，糖被位于细胞膜的外表面，与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能密切相关，A正确；蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中，有的镶在其表面，有的部分或全部嵌入其中，有的贯穿于其中，B正确；磷脂分子尾部疏水端排列在内，头部亲水端排列在外侧，C正确；膜具有流动性，主要表现为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，不是都能自由运动，D错误。
[不定项选择题]
9．科学家对某动物细胞膜上不同种类的磷脂分子(SM、PC、PS、PE、PI、CI)进行研究，发现PC、SM主要分布在外侧，PS、PE、PI主要分布在内侧，CI在内外侧的分布差别不大。下列相关叙述错误的是(　　)
A．研究细胞膜的成分时可利用哺乳动物成熟的红细胞获取纯净的细胞膜
B．不同种类的磷脂在膜上的分布情况有差异，说明细胞膜的功能主要通过磷脂来实现
C．同种磷脂分子在磷脂双分子层中的分布大多是对称的
D．磷脂分子的尾部使细胞膜内部形成疏水区，有利于细胞膜的稳定性
答案　BC
解析　哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核也没有众多的细胞器，可以在研究细胞膜的成分时用来获取纯净的细胞膜，A正确；细胞膜的功能主要通过蛋白质来实现，B错误；根据题干信息，除了CI在膜的内外侧分布差别不大，其他同种磷脂分子主要分布在膜的某一侧，是不对称分布的，C错误；磷脂分子头部亲水，尾部疏水，所以磷脂分子的尾部使细胞膜内部形成疏水区，有利于细胞膜的稳定性，D正确。
10．下列关于细胞膜结构和功能的叙述，正确的是(　　)
A．Na＋通过神经纤维膜上的Na＋通道进入细胞，体现了细胞膜具有信息交流的功能
B．细胞间的信息交流都需要依赖细胞膜上的糖蛋白才能实现
C．细胞膜的选择透过性既与磷脂分子有关，又与膜上蛋白质有关
D．不同的细胞膜上不可能存在相同的蛋白质
答案　C
解析　Na＋通过神经纤维膜上的Na＋通道进入细胞，体现了细胞膜具有选择透过性的功能，A错误；相邻细胞间可以形成通道使细胞间进行信息交流，如胞间连丝，不一定需要依赖细胞膜上的糖蛋白才能实现，有些细胞间的信息交流是依赖细胞内的受体实现的，B错误；不同的细胞可能吸收相同的无机盐、有机物等，可能存在相同的蛋白质，如几乎所有细胞膜上都有运输葡萄糖的载体蛋白，D错误。
[非选择题]
11．细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的。但细胞膜非常薄，即使在高倍显微镜下依然难以看清它的真面目，人们对细胞膜的化学成分与结构的认识经历了很长的过程。请回答下列有关细胞膜的成分及结构的探究或鉴定的问题：
(1)请说出一个事例或实验以说明细胞膜中有脂质成分：________________________________________________________。
(2)将细胞膜中的磷脂分子提取出来，铺在空气—水界面上，测得磷脂占有面积是细胞膜面积的两倍，则可说明__________________________________。
(3)为了探究温度对细胞膜流动性的影响，有人做了下述实验：分别用红色和绿色荧光物质标记人和鼠细胞膜上的蛋白质，然后让两个细胞在37 ℃条件下融合，发现40 min后，融合细胞膜上的红色和绿色荧光物质均匀相间分布。
请指出该探究实验中设计不足之处并完善实验设计思路。
不足之处：_______________________________________________________。
实验思路：________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案　(1)用溶解脂质的溶剂处理细胞膜，细胞膜被溶解(或脂溶性物质能够优先通过细胞膜)
(2)细胞膜中的磷脂分子为双层
(3)缺少对照实验　设置三个不同的温度梯度(如17 ℃、37 ℃、57 ℃)，让三组细胞分别在不同的温度条件下融合并培养，观察并记录融合的细胞膜上红色、绿色荧光物质分布均匀所用的时间(或经相同时间后观察红色和绿色荧光物质在细胞膜上的分布情况)
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