第一节 细胞膜的结构与功能（第二课时）
【学习目标】
1．通过对不同细胞膜结构模型的比较，阐释“流动镶嵌模型”的内容。
2．通过分析细胞膜结构模型建立过程资料，基于事实和证据进行推理和论证，体会“提出假说→观察、实验探究证实或证伪→修正、完善假说”的过程，加深对“模型与建模”的理解，感悟探索精神、科学思维、实验探究和技术的进步对于科学发展的推动作用。
3．通过“利用废旧物品制作生物膜模型”的课后实践活动，直观感受细胞膜有序的结构，通过模型制作体验模型构建过程。
4．通过“脂质体药物”分析，体会科学研究与健康生活之间的紧密联系，体会学以致用，增强社会责任感。
【课前学习】
1． 双分子层构成了细胞膜的基本骨架，由它支持着许多 分子。在细胞膜的外表面，还有一些 分子与细胞膜上的蛋白质结合形成 ，这些糖类分子称为 。
2．构成细胞膜的 分子和 分子大多数是可以 的。活细胞的各种代谢活动以及信息交流，都与细胞膜的 有密切关系。
3．植物细胞膜之外还有 ，其主要成分是 。它具有 功能，维持植物细胞的正常 。
【答案】1．磷脂 蛋白质 糖类 糖蛋白 糖被 2．磷脂 蛋白质 运动 结构和功能 3．细胞壁 纤维素 支持和保护 形态
【课上学习】
任务一：对细胞膜结构的探索
1． 请准确描述罗伯特森的实验方法、结果和结论。
2． 根据你的理解，请准确阐明“蛋白质-脂质-蛋白质”三明治模型的不足之处。
3． 通过人鼠细胞融合实验，你可以得出什么结论？
4． 请准确描述细胞膜的流动镶嵌模型的基本内容。阐明细胞膜的组分、结构与功能的关系。
任务二：脂质体药物的拓展应用
1． 为什么两类药物的包裹位置各不相同？
2．嵌入抗体在运载体上能稳定存在并发挥作用，则抗体在结构上有什么特点？
3． 请推测：脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞发挥作用？
4．该脂质体的研究应用是依据了细胞膜的哪些功能？
【课后练习】
1．下图是真核细胞的细胞膜亚显微结构示意图，①~③表示物质。下列有关说法错误的是（ ）
A．①是糖蛋白，与细胞间信息交流有关
B．②是蛋白质分子，与控制物质进出有关
C．③是磷脂双分子层，亲水的物质不能随意通过
D．②③在细胞膜上都是静止的
2．下列有关细胞膜的叙述，错误的是（ ）
A．细胞膜中磷脂的结构特点和化学性质决定了脂双层的形成
B．蛋白质的水溶性部分和脂溶性部分决定了其在细胞膜中的分布及镶嵌程度
C．光学显微镜下可观察到细胞膜呈暗-亮-暗的结构
D．细胞膜的流动镶嵌模型可以解释变形虫的摄食现象
3．荧光漂白恢复技术在细胞生物学中有着非常重要的应用，包括三个步骤：将绿色荧光蛋白共价结合在膜蛋白上，细胞膜呈现一定强度的绿色；激光照射漂白膜上部分区域绿色荧光，被照射部分荧光蛋白将不会再发出荧光；检测漂白部位荧光再现速率。实验过程如下图甲，结果如图乙。下列说法错误的是( )
A．图乙结果说明细胞膜具有一定的流动性
B．应用该技术可以测定膜上单个蛋白质的流动速率
C．降低实验温度，漂白区域荧光强度恢复到F2的时间将延长
D．理论分析，漂白区域恢复足够长的时间荧光强度F2仍小于F1
4．下图表示磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运載体，将药物运送到特定的细胞发挥作用。下列有关叙述错误的是( )
A．当脂质体与靶细胞接触时，图a中的药物通过磷脂分子的缝隙穿过进入靶细胞内
B．脂质体膜也具有流动性，可以与细胞膜发生融合
C．可在脂质体膜上镶嵌某种蛋白质，使脂质体与特定细胞起作用
D．图a中是能在水中结晶或溶解的药物，图b中是脂溶性药物
5．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、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，膜蛋白的扩散速率可降低至原来的1/20~1/10。下列有关细胞膜的推测不正确的是( )
A．膜蛋白的数量不影响其运动 B．膜蛋白的运动不需要消耗能量
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
6．人、鼠细胞融合实验，是用带有不同荧光染料的抗体标记两种细胞的膜蛋白，一段时间后两种膜蛋白能在杂种细胞膜上均匀分布形成嵌合体．如图是相关实验记录，据此不能得到的结论是（ ）
A当温度增加到15℃以上，膜质的流动性发生变化
B该实验证明膜蛋白极有可能可以在膜表面运动
C温度对膜蛋白的扩散有影响
D图中数据说明融合时间越长形成的嵌合体越多
7．根据细胞膜的化学成分和结构特点，分析下列材料并回答有关问题：
（1）1895年Overton在研究各种未受精卵细胞的通透性时，发现脂溶性物质容易透过细胞膜，不溶于脂质的物质透过细胞膜十分困难。这表明组成细胞膜的主要成分中有_________________。
（2）1925年Gorter和Grendel用丙酮提取红细胞膜的脂质，并将它在空气与水接触面上展开时，这个单层分子的面积相当于原来红细胞表面积的两倍。由此可以认为细胞膜由_________构成的。
（3）科学工作者用绿色和红色荧光染料，分别标记人和鼠的细胞膜上的蛋白质，然后将两个细胞融合成一个细胞。起初，一半膜发绿色荧光，另一半膜发红色荧光。一段时间后，两种颜色的荧光点均匀分布，如下图所示：
①该实验结果说明细胞膜的结构特点是_________________，这是依据____________________________________________________________________。
②若在两个细胞融合成一个细胞后，将融合细胞置于0℃条件下保持40分钟，则融合细胞仍是一半膜发绿色荧光，另一半膜发红色荧光，这说明__________________________。
参考答案：
1． D 图中①是糖蛋白，位于细胞膜外，与细胞间的信息交流有关，对细胞表面还有保护和润滑作用，故A正确。②是蛋白质，蛋白质有多样的功能，也决定了细胞膜的功能多样性，蛋白质具有运输功能，可以控制物质进出，故B正确。③是脂双层，是膜的基本骨架，C正确。磷脂和蛋白质都可以运动，因而细胞膜具有一定的流动性，故D错误。
2 C 磷脂分子头部有磷酸基团等结构，头部是亲水的，尾部脂肪酸长链是疏水的，细胞膜内外都是水环境，因而决定了脂双层的形成，内部为磷脂分子的疏水尾部，两层的外部则是亲水基团，故A正确。同理，蛋白质亲水和疏水的结构，也会决定其在脂双层中的位置，故B正确。质膜的结构的是在电子显微镜下观察到的，故C错误。变形虫的摄食现象依靠膜的流动性，故D正确。
3． B 图乙中，激光照射部位荧光强度先降后升，说明蛋白质在运动、细胞膜具有一定的流动性，故A正确。该技术测定的是膜蛋白整体的流动速率，不能测定单个蛋白质的流动速率，故B错误。降低实验温度，细胞膜的流动性会减弱，漂白区域荧光强度恢复到F2的时间将延长，故C正确。激光照射会导致部分荧光消失，故漂白区域恢复足够长的时间荧光强度F2可能仍小于F1，故D正确。
4．A 根据以上分析已知，图a中的药物为水溶性药物，利用脂质体与细胞膜融合的特点将药物送入细胞，故A错误；脂质体膜与细胞膜成分类似，因而可推知脂质体膜也具有流动性，可以与细胞膜融合，故B正确；细胞膜上的蛋白质具有识别、免疫等功能，因此可在脂质体膜上镶嵌某种蛋白质与特定细胞表面蛋白进行信息交流，故C正确；根据药物在图中的分布可知，图a中的药物是水溶性药物(或在水中结晶的药物)，图b中药物为脂溶性药物，故D正确。
5．【答案】C 【解析】用药物一直能量转换、蛋白质合成途径，对膜蛋白的运动没有影响，说明膜蛋白的运动不消耗能量，蛋白质是否合成或者数量多少也不影响蛋白质的运动。故A、B正确。当温度降低，蛋白质扩散速率降低，一方面温度直接影响了蛋白质的运动，另一方面，蛋白质分子的运动会受到周围环境因素比如磷脂分子的限制，温度也可以降低磷脂分子的运动，故C错，D正确。
6．【答案】D 【解析】由图可见细胞膜的流动性与温度有关系，温度增加到15℃以上，膜质的流动性发生变化，形成嵌合体的百分比增大，故A正确。人、鼠细胞融合实验根据两种荧光可以在融合细胞膜上均匀分布，证明被标记的膜蛋白极有可能能在膜表面运动，故B正确。在0~15℃之间，随温度增加，嵌合体的比例几乎不变；温度在15℃~35℃之间时，嵌合体比例随温度增加而逐渐增加，在35℃左右不再增加，说明温度对膜蛋白的扩散有影响，C正确。在图中横坐标是温度作为自变量，所以图中数据不能说明嵌合体比例随融合时间越长而越多，故D错误．
7．【答案】（1）脂质分子（2）磷脂双分子层（或两层磷脂分子）（3）①具有一定的流动性 两种颜色的荧光均匀分布 ②蛋白质分子的活动受温度的影响，温度低，蛋白质分子运动慢。
【解析】以细胞膜的成分和结构为核心，结合化学上的“相似相溶”原理可知，材料（1）证明了组成细胞膜的主要成分中有脂类物质。材料（2）由题意可知细胞膜由两层脂类分子组成。材料（3）根据题意：融合后的细胞，开始红、绿色各占一半，40分钟后两种颜色均匀分布在细胞膜表面，从颜色的移动可推知蛋白质分子发生了移动。 0℃时，两种蛋白质分子的活性很低或基本不动。故说明温度能够影响蛋白质分子的活性。第1节 细胞膜的结构与功能（课时1）
【学习目标】
1．从系统与环境角度，阐释细胞膜作为系统的边界所具有的功能(系统观)。
2．概述细胞都有质膜包裹，质膜将细胞与其生活环境分开，能控制物质进出，并参与细胞间的信息交流。
3．通过对伊红注射入变形虫以及台盼蓝鉴别死活细胞的实验结果的观察感受、分析并概述细胞膜作为边界的功能，形成归纳、概括的科学思维。
4．通过对细胞膜的成分的探索历程资料分析，基于事实、证据进行推理并归纳出细胞膜的组成成分。
【课前学习】
一、细胞膜的功能
1.细胞膜（也叫__________）是细胞的__________。
2.细胞膜的三大功能
（1）将细胞与__________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，不过细胞膜的控制作用是__________，营养物质可以进入细胞，细胞产生的抗体、激素等可以排出细胞，对细胞有害的物质_____________。
（3）进行细胞间的信息交流，其方式有三种：①通过内分泌细胞分泌的化学物质来完成；②通过相邻两个细胞的细胞膜接触来完成；③通过相邻两个细胞间形成的通道来完成。
二、细胞膜的成分
1.对细胞膜成分的探索
（1）1895年欧文顿发现细胞膜对不同物质的通透性不一样，溶于脂质的物质更容易穿过细胞膜，据此推测细胞膜是由_______组成的。
（2）科学家利用__________制备出细胞膜，得知组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
（3）1925年，荷兰科学家发现，细胞膜中的磷脂分子排列为__________。
（4）1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究细胞膜的张力，发现细胞表面张力明显低于__________的表面张力，据此推测细胞膜中除含有脂质分子外，可能还含有_______。
2.细胞膜各成分的比例和功能
（1）脂质（约占50%）：______含量最丰富，_______是构成动物细胞膜的重要成分。
（2）蛋白质（约占40%）：与细胞膜的功能密切相关，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的_________就越多。
（3）糖类（2%～10%）：与____________或脂质结合。
参考答案：一、1.质膜 边界 2.（1）外界环境 （2）相对的 不易进入细胞
二、1.（1）脂质 （2）哺乳动物的红细胞 （3）连续的两层 （4）油－水界面 蛋白质 2.（1）磷脂 胆固醇 （2）种类与数量 （3）蛋白质分子
【课上学习】
任务一：认识细胞膜的功能
1． 伊红注入变形虫和台盼蓝染色实验：
（1）解释为什么伊红染料无法扩散出细胞，而台盼蓝无法进入活细胞。
（2）作为边界，细胞膜的分隔作用和控制物质进出作用具有什么意义？
2． 请举例说明细胞间信息交流的方式。
3．请准确阐述细胞膜的功能：
任务二：对细胞膜成分的探索
1． 根据磷脂分子的特点，请同学们画出磷脂分子在空气-水界面上以及水中的排布方式。
2．借鉴朗缪尔的实验，请用实验推导细胞膜中磷脂分子的层数，简要概述出实验思路和预期结果。
3．请分别准确描述欧文顿、朗缪尔、戈特和格伦德尔、荷兰科学家的表面张力实验的结果、结论或推测（请准确注明科学家通过各实验得出的是结论还是推测）。
4． 请列举出细胞膜的组成成分。
【课后练习】
1． 在高等植物细胞中，相邻细胞之间可通过胞间连丝相互连接，体现了细胞膜具有的功能是（ ）
A．将细胞与环境分隔开 B．控制物质进出细胞
C．进行细胞间的信息交流 D．细胞膜具有流动性
2．在处理污水时，人们设计出一种膜结构，有选择地将有毒重金属离子阻挡在膜的一侧，以降低有毒重金属离子对水的污染。这是试图模拟细胞膜的( )
A．将细胞与外界环境分隔开的功能 B．控制物质进出细胞的功能
C．进行细胞间信息交流的功能 D．具有免疫的功能
3． 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。细胞浸泡于一定浓度的PI中，仅有死亡细胞的核会被染色，活细胞则不着色。但将PI注射到活细胞中，则细胞核会着色。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
4．将大量磷脂分子放入清水中,搅拌后静置一段时间,下列图示现象不可能出现的是( )
5． 下列关于细胞膜的叙述，错误的是（ ）
A．病毒识别宿主细胞依赖细胞膜表面受体
B．细胞膜的组成成分主要是糖蛋白和糖脂
C．变形虫的运动主要依赖细胞膜的流动性
D．不同的细胞膜上可能存在相同的蛋白质
6．从细胞膜上提取了某种成分，加入双缩脲试剂出现紫色；若加入斐林试剂并加热，出现砖红色。该成分是( )
A． 糖脂 B． 磷脂 C． 糖蛋白 D． 脂蛋白
7．为获得纯净的细胞膜用于研究其结构与功能．请完成下列实验设计并分析下列有关问题。
（1）应选取人体下列哪种细胞做实验______
A．成熟红细胞 B．神经细胞 C．白细胞 D．口腔上皮细胞
（2）选用该材料的理由是______．
（3）将选取的上述材料放入______中，一段时间后细胞将涨破．
（4）经过（3）的实验步骤后，可用下列哪一方法获得纯净的细胞膜______
A．静置 B．加热 C．离心 D．过滤
8． 红细胞可被冷冻干燥保存于血库中，解冻后浸于生理盐水中，仍能较好地恢复其正常结构和功能，这对于输血有重要意义。为研究红细胞保存的最适条件，科研人员进行了实验研究。请回答问题：
（1）红细胞膜主要由_______和蛋白质分子构成，可控制物质出入细胞。
（2）下图为不同浓度NaCl溶液中红细胞的形态。红细胞在 浓度的NaCl溶液中最接近其正常形态和体积，此浓度NaCl溶液称为生理盐水。
（3）用不同浓度NaCl溶液处理加入抗凝剂的血液，离心沉淀，测得红细胞的溶血率如下表所示。据表分析，红细胞更加耐受 （低浓度、高浓度）NaCl溶液。有研究表明，NaCl溶液浓度为0．54%和0．72%时，红细胞占血液的体积比正常状态明显增加，这是由于红细胞形态由双凹圆饼形变为__________形所致。
NaCl溶液浓度（％） 0.38 0.45 0.54 0.72 0.90 3 4 9 12
溶血率（％） 79.4 30.2 6.6 2.4 1.9 2.1 2.5 25.2 55.8
注：溶血指红细胞破裂，血红蛋白外溢。
（4）将浓度为3%和9％的NaCl溶液处理过的红细胞分别放入生理盐水中，后者血红蛋白外溢程度远高于前者，其原因是 。
答案与解析：
1．C
2．B
3．D 活细胞的细胞膜具有控制物质进出的功能。PI不是细胞所需物质，不能通过活细胞的细胞膜。细胞死亡后则失去控制作用，则PI可以通过，最终使细胞核着色，故D正确。因此PI染色原理跟核酸的含量和结构无关，故A、B错。由PI注射到活细胞中细胞核会着色，判断C错误。
4． A 磷脂分子由亲水的头部和疏水的尾部构成,把大量磷脂分子放入水中,磷脂分子会将头部面向水环境，尾部向内和疏水的尾部凑到一起。A图的散布方式不是磷脂分子稳定存在的形式，故A错。
5． B 病毒识别特定的宿主细胞依赖于与细胞膜表面特异性受体结合，故A正确。细胞膜的主要成分是磷脂和蛋白质，还有少量糖类，故B错误。变形虫是单细胞生物，运动主要依赖细胞膜的流动性，故C正确；多细胞生物体内的细胞虽然有协调分工，但是它们也有共性的功能，比如人体组织细胞需要接受胰岛素的信号促进细胞对葡萄糖的吸收利用，因而细胞膜表面都具有胰岛素的受体，故D正确。
6． C 双缩脲试剂可鉴定蛋白质，斐林试剂可鉴定可溶性还原糖，说明该成分既含有蛋白质又含有糖类，即糖蛋白。故选C。
7． 【答案】（1）A （2）人体成熟红细胞没有细胞核和众多的细胞器（3）清水（蒸馏水）（4）C
【解析】（1）为获得纯净的细胞膜，应选择哺乳动物成熟的红细胞作为实验材料。（2）获得纯净的细胞膜要选择人的成熟红细胞，因为该细胞除了细胞膜，无核膜等其他膜结构的干扰，能获得较为纯净的细胞膜。（3）将人成熟的红细胞放入蒸馏水中，细胞吸水膨胀，一段时间后细胞将破裂，释放出血红蛋白。（4）红细胞置于蒸馏水中渗透吸水破裂，其中的内容物混合在一起，通过离心的方法可提取纯净的细胞膜。
8．【答案】（1）磷脂 （2）0．9% （3）高浓度 （圆）球 （4）处于9% NaCl溶液中的红细胞膜结构损伤程度更高（或红细胞对高浓度溶液的耐受程度有限）
【解析】题目研究的是红细胞储存条件对细胞形态、结构及功能的改变和影响。
由图分析在0．45%的NaCl溶液中红细胞形态饱满、体积变大，说明红细胞在一定程度上吸收了外界的水分。而在3%的NaCl溶液中体积变小，说明细胞失水皱缩了。在0．9%的NaCl溶液中红细胞形态结构与正常红细胞相似，说明此条件下细胞内外环境的渗透压相等。由表格数据和注释可知，溶血率越大，说明红细胞破裂越严重，血红蛋白外溢越多。根据图中细胞形态观察可知，细胞形态结构会发生变化，细胞膜会有不同程度的膨胀或皱缩。因此，经过不同浓度的NaCl溶液储存后，即便放到0．9%浓度的NaCl溶液中，由于细胞膜结构受到不同程度的损伤，细胞也会发生溶血。这说明细胞膜对不同储存条件下的耐受程度不同，从而产生的溶血率也不同。
