人教版（2019）高中生物必修1导学案：第4单元 细胞的物质输入和输出 第2课时 生物膜的流动镶嵌模型（含答案）

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第4单元 细胞的物质输入和输出
第2课时　生物膜的流动镶嵌模型
1.简述生物膜的结构。
2.探讨在建立生物膜模型的过程中,实验技术的进步所起的作用。
3.理解细胞膜具有一定流动性的原理。
4.探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。
课程重点:1.生物膜的流动镶嵌模型学说的基本内容;2.探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。
课程难点:探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。
教学建议:对生物膜结构的探索历程的学习,应置身于探索实验中,构建磷脂分子的排列方式及蛋白质与磷脂的组合方式,从而认识到生物膜的结构特点——具有一定的流动性;通过举例,如分泌蛋白的分泌,来进一步说明细胞膜具有一定流动性的结构特点,从而建立生物膜的结构与功能相适应的观点。
　　一、生物膜的探索历程
1.19世纪末,欧文顿根据脂溶性物质更容易通过细胞膜,提出膜是由①　脂质　组成的。
2.20世纪初,化学分析表明,膜的主要成分是②　脂质和蛋白质　。
3.1925年,荷兰科学家得出结论:细胞膜中的脂质分子排列为连续的③　两层　。
4.20世纪40年代,科学家推测脂质两边各覆盖着④　蛋白质　。
5.1959年,罗伯特森认为生物膜由⑤　蛋白质—脂质—蛋白质　三层结构构成。
6.1970年,人鼠细胞融合实验表明,细胞膜具有⑥　流动性　。
7.1972年,桑格和尼克森提出的生物膜的⑦　流动镶嵌　模型为大多数人所接受。
二、流动镶嵌模型的基本内容
1.⑧　磷脂双分子层　构成膜的基本支架,其结构特点是具有⑨　流动性　。
2.蛋白质分子有的⑩　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　横跨整个磷脂双分子层　;大多数蛋白质分子是可以　运动　的。
3.细胞膜表面的糖类可以和蛋白质结合形成　糖蛋白　,也可以和脂质结合形成　糖脂　。
4.细胞膜的功能主要是由　蛋白质　来承担的。
1.(2014年晋江侨声高一月考)科学家在实验中发现,脂溶性物质能够优先通过细胞膜,并且细胞膜会被溶解脂质物质的溶剂溶解,也会被蛋白酶分解,这些事实说明了组成细胞膜的物质中有(　　)。
A.糖类和脂质　　　　B.糖类和蛋白质
C.蛋白质和脂质 D.蛋白质和核酸
【解析】脂溶性物质能够优先通过细胞膜,根据相似相溶原理,说明细胞膜的组成成分中有脂质;细胞膜会被蛋白酶分解,说明其中有蛋白质。
【答案】C
2.生物膜的“蛋白质—脂质—蛋白质”静态结构模型不能解释的现象是(　　)。
A.细胞膜是细胞的边界
B.溶于脂质的物质能够优先通过细胞膜
C.变形虫的变形运动
D.细胞膜中的磷脂分子呈双层排列在膜中间
【解析】变形虫的运动依赖于细胞膜的流动性。
【答案】C
3.人体的某些白细胞能吞噬破伤风杆菌,这一生理过程的完成依赖于细胞膜的(　　)。
A.保护作用　　　　　　　B.分泌作用
C.流动性 D.选择透过性
【解析】此题主要考查细胞膜的结构特点。细胞膜的结构特点是具有一定的流动性,白细胞的吞噬作用是通过细胞膜的流动性完成的。
【答案】C
4.在生物膜结构的探索历程中,提出流动镶嵌模型的科学家是(　　)。
A.罗伯特森和桑格 B.尼克森和桑格
C.尼克森和欧文顿 D.尼克森和罗伯特森
【解析】1972年桑格和尼克森提出了流动镶嵌模型。
【答案】B
5.生物膜的流动镶嵌模型认为生物膜是(　　)。
①以磷脂双分子层为基本骨架　②蛋白质—脂质—蛋白质的三层结构　③静止的　④流动的
A.①③　　　B.②④　　　C.①④　　　D.②③
【解析】桑格和尼克森提出了生物膜的流动镶嵌模型,认为磷脂双分子层构成了膜的基本支架,这个支架不是静止的,具有流动性。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,大多数蛋白质分子是可以运动的。
【答案】C
知识点一:生物膜的流动镶嵌模型的基本内容解读
1.请完成细胞膜的结构模型示意图。
答案:①糖蛋白(或多糖)　②磷脂双分子层　③蛋白质分子
2.生物膜的基本支架和膜功能的主要体现者分别是什么 糖被具有哪些主要功能
答案:磷脂双分子层和膜蛋白。糖被与细胞的识别、保护、润滑、免疫等有密切关系。
3.构成生物膜的蛋白质分子在膜上是如何分布的 生物膜的结构特点是什么 如何通过细胞膜流动镶嵌模型区别细胞膜的内外侧
答案: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,有的横跨整个磷脂双分子层。生物膜具有一定的流动性。具有糖蛋白(糖侧链)的一侧是细胞膜的外侧。
知识总结
生物膜的成分中不仅含有磷脂和蛋白质分子,还含有固醇、糖脂等物质。细胞大都生活在液体的环境中,所以构成细胞膜骨架的磷脂分子亲水的“头部”排在外侧,疏水的“尾部”排在内侧。膜结构中的蛋白质和磷脂分子在膜上都可以做多种形式的运动,导致膜整体具有一定的流动性。在一定温度范围内随温度升高,膜的流动性增强。
例1　材料:2004年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家理查德·阿克塞尔和琳达·巴克,以表彰两人在气味受体和嗅觉系统组织方式研究中作出的贡献。他们的研究使我们知道了“闻香识女人”的奥秘。
下图为嗅觉受体细胞膜模式图(局部):
请据以上材料和模式图回答问题:
(1)A代表　　　　　　　分子;C代表　　　　　　　。
(2)气味物质分子首先要与图中[　　]　　　　　结合,才有产生嗅觉的可能。
(3)图中A具有特异性,这种特异性最终是由　　　　　决定的。
(4)某些有机溶剂如苯酚,可溶解B造成膜的损伤,使嗅觉分辨能力下降,B的完整化学名称是　　　　　　　。
【解析】蛋白质分子的特异性最终是由遗传物质(DNA或基因)决定的。
【答案】(1)蛋白质　多糖　(2)A　气味受体　(3)DNA(或基因、遗传物质)　(4)磷脂双分子层
　 技巧归纳
解此题要熟知生物膜流动镶嵌模型的内容,记清各组分的功能。理解生物膜的结构特点:具有一定的流动性,其直接原因是构成生物膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是可以运动的。
　　知识点二:如何理解生物膜的流动镶嵌模型
1.请叙述生物膜的流动性。
答案:组成生物膜的磷脂双分子层是轻油般的流体,具有流动性。多数蛋白质分子也是可以运动的,但不是与液态水一样无规则地运动。
2.生物膜两侧的分子性质和结构不同,这体现了生物膜的什么性质
答案:不对称性。
3.请举例说明细胞膜具有一定的流动性。
答案:如草履虫取食过程中食物泡的形成过程及胞肛废渣的排出;变形虫捕食和运动时伪足的形成;酵母菌的出芽生殖中长出芽体;白细胞吞噬细菌;受精时精子、卵细胞的融合过程;人-鼠细胞的融合过程等。
例2　若将细胞膜的磷脂提取后放入盛有水的容器中,下列能正确反应其分布的图是(　　)。
【解析】根据磷脂分子的特点,组成细胞膜的磷脂头部亲水,尾部疏水,因此在水溶液中呈现出头部在水中,尾部在空气中的分布,即图A所示的分布情况。
【答案】A
1.(2015年安庆五校期中联考)一些离子和小分子物质可以通过细胞膜,而另外一些离子和小分子物质则不能通过,这说明细胞膜是一种(　　)。
A.全透性膜　　　　　　　B.半透膜
C.流动性膜 D.选择透过性膜
【解析】细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜,这种膜可以让水分子自由通过,一些离子和小分子也可以通过,而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。
【答案】D
2.下列过程不能体现细胞膜的流动性的是(　　)。
A.胰岛素的合成与分泌
B.高尔基体产生的囊泡与细胞膜融合
C.萎蔫的植物细胞出现质壁分离
D.细胞膜上糖蛋白的识别过程
【解析】细胞膜上糖蛋白的识别作用是糖蛋白与信息分子的结合过程,体现不出细胞膜的流动性。
【答案】D
3.磷脂是组成细胞膜的重要成分,这与磷脂分子的头部亲水、尾部疏水的性质有关。某研究小组发现植物种子细胞以小油滴的方式储存油,每个小油滴都由磷脂膜包被着,该膜最可能的结构是(　　)。
A.由单层磷脂分子构成,磷脂的尾部向着油滴内
B.由单层磷脂分子构成,磷脂的头部向着油滴内
C.由两层磷脂分子构成,结构与细胞膜完全相同
D.由两层磷脂分子构成,两层磷脂的头部相对
【解析】由题中信息可知,中间是储存的油滴,外面是磷脂膜,而磷脂头部亲水、尾部疏水,由此出现A项所述结构。
【答案】A
4.下图为细胞膜的流动镶嵌模型, 相关叙述错误的是(　　)。
A.图中a与细胞识别有关,细胞的识别是信息传递的过程
B.图中c分子具有亲水的磷酸头部和疏水的脂肪酸尾部
C.b构成膜的基本支架
D.图中d的分布状态有两种,镶在表面或贯穿于整个磷脂双分子层
【解析】图中a为糖蛋白,与细胞的识别有关;b为磷脂双分子层,构成膜的基本支架;c是磷脂分子,有亲水的头部和疏水的尾部;d为蛋白质,在膜上呈不对称分布,有的镶在膜表面,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。
【答案】D
5.下图表示细胞的亚显微结构模式:
(1)精卵识别与图中　　　　(填标号)有关。
(2)图中的A侧为细胞膜的内侧还是外侧 　　　　。
(3)叶绿体和线粒体等细胞结构中均有此结构,但执行的具体功能有很大区别,具体原因是由于图中　　　　(填标号)不同。
(4)有人发现,在一定温度条件下,细胞膜中的脂质分子均垂直排列于膜表面。当温度上升到一定程度时,细胞膜的脂质分子有75%排列不再整齐,细胞膜厚度减少,而膜表面积扩大,膜对离子和分子的通透性增加。对于膜的上述变化,合理的解释是
　。
【答案】(1)①　(2)外侧　(3)②　(4)细胞膜具流动性
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.右图为细胞膜的亚显微结构模式图,有关叙述错误的是(　　)。
A.①表示细胞膜外表面有些糖分子与膜蛋白结合为糖蛋白
B.②和③大都是运动的
C.③构成细胞膜的基本支架,与物质进出无关
D.细胞膜为细胞的生命活动提供相对稳定的内部环境
【解析】图中①为多糖与蛋白质结合而成的糖蛋白,与细胞识别有关,参与细胞间的信息传递。②代表细胞膜中的蛋白质分子,它们可镶嵌在膜的表层或嵌插、贯穿于磷脂双分子层中,大多是可以运动的。③是磷脂双分子层,是构成细胞膜的基本支架,脂溶性物质容易进入细胞与细胞膜的脂质成分——磷脂分子密切相关。细胞膜使每个细胞与周围环境隔离开,维持着相对稳定的内部环境,保证了细胞内各项生命活动的顺利进行。
【答案】C
2.(2014年滨州高一期末)实验室中鉴别细胞死活,常用“染色排除法”。例如:用台盼蓝染色,死细胞会被染成蓝色,而活细胞不着色,从而判断细胞死活。该实验所利用的细胞膜特性或功能是(　　)。
A.流动性　　　　　B.保护细胞内部结构
C.选择透过性 D.进行细胞间的信息交流
【解析】流动性为细胞膜的结构特点,选择透过性为细胞膜的功能特性。活细胞的细胞膜具有选择透过性,但死细胞的细胞膜会丧失选择透过性。
【答案】C
3.在电子显微镜下观察细胞膜,可以看到的是两条暗带中间夹一条明带,那么关于这两条暗带和一条明带的化学成分的说法,比较准确的是(　　)。
A.两条暗带的主要成分是蛋白质;明带的主要成分是磷脂,无蛋白质
B.明带的主要成分是蛋白质;两条暗带的主要成分是磷脂,无蛋白质
C.两条暗带的主要成分是蛋白质;明带的主要成分是磷脂,也有蛋白质
D.明带的主要成分是蛋白质;两条暗带的主要成分是磷脂,也有蛋白质
【解析】暗—亮—暗是指在电子显微镜下观察到的细胞膜的成分,暗的主要是指蛋白质,亮的是脂质分子。流动镶嵌模型指出: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,有的横跨整个磷脂双分子层,故C正确。
【答案】C
4.生物膜上的蛋白质通常与多糖结合成糖蛋白。在细胞生命活动中,糖蛋白在细胞的识别以及细胞内外的信息传导中有重要的功能。下列生物结构中,糖蛋白含量可能最多的是(　　)。
A.类囊体的膜 B.线粒体的膜
C.细胞膜 D.内质网膜
【解析】糖蛋白主要分布在细胞膜的表面。
【答案】C
5.异体器官移植术往往很难成功,最大的障碍就是异体细胞间的排斥,这主要是由于细胞膜具有识别作用,这种生理功能的结构基础是(　　)。
A.细胞膜由磷脂分子和蛋白质分子组成
B.细胞膜上有糖蛋白
C.细胞膜具有一定的流动性
D.细胞膜具有选择透过性
【解析】细胞膜上具有识别作用的糖蛋白,不同细胞膜上的糖蛋白是不相同的,所以相互具有排斥作用。
【答案】B
6.下列关于生物膜结构探索历程的说法,不正确的是(　　)。
A.最初通过对现象的推理分析得出细胞膜是由脂质组成的
B.三层结构模型认为生物膜为静态的结构
C.流动镶嵌模型认为构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动
D.三层结构模型和流动镶嵌模型都认为蛋白质分子在膜中的分布是不均匀的
【解析】脂溶性的物质更易通过细胞膜,说明细胞膜是由脂质组成的,A正确;罗伯特森认为生物膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构组成,且是静态的,B正确;流动镶嵌模型认为构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动,说明细胞膜具有一定的流动性,C正确;三层结构模型认为蛋白质分子在膜中的分布是均匀的、固定的,而流动镶嵌模型认为蛋白质分子在膜中的分布是不均匀的,D错误。
【答案】D
7.将两种海绵动物的细胞分散成单个的细胞,再进行混合培养,发现只有同种的细胞才能结合,其原因是(　　)。
A.两种海绵细胞表面糖蛋白的成分不同
B.两种海绵细胞的脂质成分不同
C.两种海绵细胞的细胞膜上的蛋白质种类不同
D.两种海绵细胞的细胞膜上的蛋白质空间结构不同
【解析】细胞表面糖蛋白构成糖被,具有细胞间的识别功能;构成同种细胞的表面糖蛋白的成分相同,细胞间能进行相互识别。
【答案】A
8.水溶性染色剂(PI)能与核酸结合而使细胞核着色,可将其应用于细胞死活的鉴别。细胞浸泡到一定浓度的PI中,仅有死亡细胞的核会被染色,活细胞则不着色,但将PI注射到细胞中,则细胞会着色。利用PI鉴别细胞的基本原理是(　　)。
A.死细胞与活细胞的核酸结构不同
B.死细胞与活细胞的核酸含量不同
C.活细胞能分解染色剂PI
D.活细胞的细胞膜阻止PI的进入
【解析】活细胞的细胞膜具有选择透过性,以保证物质选择性地出入细胞,维持正常的生命活动。水溶性染色剂(PI)不是细胞所需要的物质,因而不能通过活细胞的细胞膜。细胞死亡后,细胞膜及其他生物膜的选择透过性丧失,溶于水中的物质(如PI)都可以通过,从而使细胞核着色。
【答案】D
9.在人和鼠的细胞融合实验中,用两种荧光物分别标记两种抗体,使之分别结合到鼠和人的细胞膜表面抗原物质上(如下图)。
实验结果表明,细胞开始融合时,人、鼠细胞的表面抗原“泾渭”分明,各自只分布于各自的细胞表面;但在融合之后,两种抗原就平均地分布在融合细胞的表面了。请分析回答以下问题:
(1)细胞融合的实验表明了组成细胞膜的　　　　　　分子是可以运动的,由此也证明了细胞膜具有　　　　　　　　　的特点。
(2)在细胞融合实验中,一种抗体只能与相应的抗原结合,说明了这类物质在分子结构上具有　　　　　　性。
(3)细胞融合实验若在20 ℃条件下进行,则两种表面抗原平均分布的时间大大延长,这说明
　。
【解析】细胞膜的结构特点是具有一定的流动性,其功能特性是一种选择透过性膜。细胞膜的流动性的快慢与温度等因素有关。
【答案】(1)蛋白质　一定的流动性　(2)特异　(3)温度影响细胞膜的流动性
10.对某动物细胞进行荧光标记实验,如下图所示,其基本过程:①用某种荧光染料标记该动物细胞,细胞表面出现荧光斑点。②用激光束照射该细胞表面的某一区域,该区域荧光淬灭(消失)。③停止激光束照射一段时间后,该区域的荧光逐渐恢复,即又出现了斑点。
上述实验不能说明的是(　　)。
A.细胞膜具有流动性
B.荧光染料能与细胞膜组成成分结合
C.根据荧光恢复的速率可推算出物质跨膜运输的速率
D.根据荧光恢复的速率可推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率
【解析】本实验是细胞膜具有一定流动性的经典实验,反映了蛋白质或磷脂分子的流动,但是不能反映物质跨膜运输的速率。
【答案】C
11.一位细胞学家发现,当温度升高到一定程度时,细胞膜的面积增大而厚度变小,其决定因素是细胞膜的(　　)。
A.结构特点具有流动性　　　B.选择透过性
C.专一性 D.具有运输物质的功能
　　【解析】细胞膜的基本支架为磷脂双分子层,构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子具有一定的流动性,当温度升高到一定程度时,细胞膜的面积会因细胞膜的流动性增大而厚度变小。
【答案】A
12.脂质体是根据磷脂分子可在水中形成稳定的脂质双层膜的原理而制备的人工膜。单层脂分子铺展在水面上时,极性端(亲水)与非极性端(疏水)排列是不同的,搅拌后形成双层脂分子的球形脂质体(如图)。请回答:
(1)将脂质体置于清水中,一段时间后发现,脂质体的形态、体积没有变化,这一事实说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)下列能正确表示细胞膜结构的是　　　　。
(3)根据细胞膜的基本支架　　　　　　　　　,可以推测水分子的跨膜运输不是真正的自由扩散,它最可能与膜上　　　　成分有关,请简要说明如何设计实验证明该成分的存在:　
　。
【解析】蛋白质可用双缩脲试剂检验,发生紫色反应。
【答案】(1)脂质体在结构上具有一定的稳定性　(2)C　(3)磷脂双分子层　蛋白质　用蒸馏水使人成熟红细胞膜破裂,然后通过离心等方法提取出较纯的细胞膜,再用双缩脲试剂检验,发现溶液颜色由蓝色转为紫色
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