第3章第一节系统的边界细胞膜学案

第3章　细胞的基本结构
第1节 细胞膜——系统的边界
休宁海阳中学 胡瑞生
【教材预览】
一、细胞膜的制备
体验制备细胞膜的方法：
①为什么选择动物细胞？
答：因为动物细胞没有_________________。
②为什么选择哺乳动物成熟的红细胞做实验材料？
答：因为哺乳动物成熟的红细胞中没有___________和____________。
③怎样才能获得细胞膜？
答：把细胞放在_____中，由于细胞内物质有一定浓度，水会进入细胞，把细胞涨破。
（若实验在试管内进行，要获得较纯的细胞膜可以借助_________法）
二、细胞膜的成分
1、细胞膜的成分有哪些？各成分的比例关系如何？
答：细胞膜主要由__________和___________组成，此外，还有少量的_____________。其中_________约占细胞膜总量的50%，________约占40%，___________ 占2%~10%。在组成细胞膜的脂质中，___________ 最丰富。
2、细胞膜的功能主要和哪种成分有关？
答：功能越复杂的细胞膜，___________的种类和数量越多。
三、细胞膜的功能
１、复习回顾蛋白质的功能有哪些？
答：①______ _ 、②___________________、③___________________、④___________________、
⑤___________________。
２、细胞膜的功能有哪些？
答：①______________________________________、②_____________________________________、
③_____________________________________。
四、细胞壁
1、棉、麻的主要成分是什么？
答：细胞壁的主要成分是__________和_________。
2、植物细胞放在清水中为何不会胀破？说明了什么？
答：有__________。说明了细胞壁的作用是____________________________________。
【问题探讨】
1、你怎样区分显微镜视野中的气泡和细胞？光学显微镜下能看见细胞膜吗？
答：气泡的主要特点是_________________。而细胞是一个具有____________、____________和_________的复杂结构，而且是一个立体的结构，在显微镜下，通过调节焦距可以观察到细胞的不同层面。光学显微镜下______ (能或不能)看见细胞膜。
2、科学家用电子显微镜清晰地观察到细胞膜之前，已经能够确定细胞膜的存在了。请你推测一下，科学家是怎样确定细胞膜的存在的？
答：_____________________________________________________________________________________
_________________________________________。
【本节聚焦】
学习本节内容应通过完成“体验制备细胞膜的方法”的实验，感知细胞膜的存在；应通过已有“组成细胞的分子”的知识，了解细胞膜的化学成分；可利用视频图像结合想像认同细胞膜具有的功能。
【学习过程】
在初中阶段的学习中，我们学习了植物和动物的细胞结构。请同学们回顾一下，植物细胞和动物细胞各有哪些结构 (对这一问题，学生基本上可以回答正确。)现在我们又要学习细胞的结构和功能，高中阶段学习的细胞结构和功能是学习细胞的亚显微结构，亚显微结构是指在电子显微镜下观察到的微小结构，观察到的结构直径在0.2mm以下。这样我们可以看到细胞膜的结构组成，可以看到细胞质和细胞核中还有许多具有一定结构特征的物体，它们都有自己的生理功能。(展示动、植物细胞的亚显微结构示意图像，简单介绍图像中结构。)
从动、植物细胞的亚显微结构可以观察到，动、植物细胞结构不尽相同，它们有哪些不同 (引导学生观察动、植物细胞亚星微结构图，回答问题。)
在植物细胞最外层有一层细胞壁：它的化学成份主要是纤维素和果胶，对于物质的通透属于全透性的；它的主要功能是具有支持和保护的作用。
动、植物细胞外都有一层细胞膜：细胞借以细胞膜和外界环境分开，使细胞内部环境保持相对稳定。细胞膜有什么样的分子结构，它有什么生理功能呢 这是本次课学习的主要内容。
一细胞膜的化学成分
通过对细胞膜的化学分析知道，细胞膜主要由脂质和蛋白顾组成，此外还台有少量糖类等成分、其中脂质约占含量的50％以上，蛋白约占40％，糖类约占2％～10％。膜质主要是磷脂和胆固醇，磷脂构成膜的基本支架，细菌和植物细胞的细胞膜一般没有胆固醇，动物细胞的细胞膜含有较多的胆固醇，它有降低脂双层结构的通透性和脂分子运动性作用，可以增加动物细胞膜的坚韧性。膜蛋白是生物膜的另一种主要成分。各种膜所含的蛋白质与脂质的比例同膜的功能有关，机能活动较旺盛的膜，其蛋白质的含量较高，因为膜的功能主要是由蛋白质来承担的，膜蛋白的功能不仅有机械支持作用，而且还在物质运输、细胞识别等方面起着重要作用。功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。此外，细胞膜上还含有约2％～10％的糖类，这些糖主要以糖脂和糖蛋白形式存在，具有很重要的生理功能。细胞与周围环境相互作用中(如细胞间识别、激素作用等)几乎都涉及到糖脂和糖蛋白，它们也是膜抗原的重要组成成分。
二.细胞膜的功能
(1)将细胞与外界环境分隔开
生物体的生命活动都是以细胞为基本单位进行的。一切细胞均由保持细胞系统完整的细胞膜围护着，没有细胞膜，细胞的生存是不可能的。细胞膜确定了细胞成为生命的基本单位。它使每个细胞与周围环境隔离开，维持着相对稳定的细胞内部环境，并且具有保护细胞的作用。
(2)控制物质进出细胞
细胞膜具有控制物质进出细胞的功能，包括吸收、分泌、排泄。我们常说的新陈代谢是指生物与外界交换物质和能量，以及生物体内的物质和能量的转换。细胞膜控制物质进出细胞就是一种新陈代谢现象，所以，细胞膜的这一功能是最重要的。
(3) 进行细胞间的信息交流
细胞识别就是细胞具有一种区分自己与异己的识别能力，可以识别同种与异种、同源与异源细胞。相距较远的细胞之间是通过分泌激素、细胞因子和生长因子等生物活性分子而建立信息联系，细胞之间在相互识别的基础上，同种同源具有相同特性的细胞相互粘合或建立一定形态结构的连接，构成某种组织和器官，这就是细胞粘合和细胞连接。细胞识别得以实现的基础是细胞膜表面某些生物分子(如糖蛋白、糖脂)提供的识别信息
细胞的信息传递是通过细胞膜上的一类称为“受体”的特殊蛋白质分子进行的。受体能够有选择地与细胞外环境中抗原、病毒、激素、神经信号传递物质(神经递质、如乙酰胆碱)和药物等“信号物质”相结合，引起一系列生化变化，从而使细胞的功能与物质代谢朝一定方向发生变化。生物体的免疫作用必须首先通过“细胞识别”来完成，即首先要由细胞识别自己和异己物质，然后将其排除或清除。而细胞的这种认识和鉴别自己和异己物质的识别系统就在细胞膜上。在“细胞识别”的基础上，生物体通过吞噬作用、体液免疫和细胞免疫三种方式，而获得识别和排斥细菌及外来异物等抗原的免疫能力并完成其过程。
[说明]①细胞膜的功能是复杂多样的，课本中介绍的三方面功能只是其中的一部分，如细胞膜还具有保护细胞的作用，参与细胞的运动、分泌等。②细胞膜的复杂多样的生理功能是由其结构决定的，尤其是细胞膜上的蛋白质分子。
名师诠释
◇[考题1]任何一种细胞均有细胞膜，它是由什么组成的( )。
A.只是脂质
B.只是蛋白质
C.脂质和糖类
D.脂质、蛋白质和少量糖类
[解析] 细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外还有少量的糖类其中脂质约占细胞膜总量的50％，蛋白质约占40％，糖类占2％～10％。
[答案] D
◇[考题2]有人研究受精卵细胞的透性时，发现脂溶性物质很容易透过细胞膜，而不溶于脂类的物质则很难透过细胞膜。由此可见，细胞膜的化学成分中一定有某种物质。将这种物质提取出来，并在空气、水界面上铺展成单分子层，这个单分子层的面积相当于原来的细胞表面积的两倍。请根据以.卜事实推测：
(1)细胞膜上的这种化学成分是 。
(2)这种化学成分在细胞膜上的分布状况
—————————..——.....。。..——.————一～。
[解析] 脂溶性物质容易透过细胞膜，不溶于脂质的物质不易透过，说明细胞膜含有溶于脂质的相似物质，根据化学上相似相溶原理，综合有关细胞膜的知识可知这种物质是磷脂 这种物质单分子层的面积相当于原来的细胞膜表面积的两倍，说明膜上的分布状况是双层结构的、
[答案](1)磷脂(2)双分子层
◇[考题3] 下列哪项叙述的不是细胞膜的功能( )。
A.将细胞与环境分开
B.控制物质进出细胞
C.进行细胞间的信息交流
D.对细胞起支持和保护的作用
[解析] 选项A、B、C所叙述的都是细胞膜的功能，选项D所叙述的是细胞壁的作用。
[答案] D
◇[考题4]细胞膜的生理特性是( )。
A.是有一定的流动性
B.有保护内部的作用
C.一种半透膜
D.是一种选择透过性膜
[解析] 细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，而这种流动性对于维持生物体的生命活动有重要作用，这种结构特点使钿胞膜具有选择性，水分子可以自由通过，细胞要吸收的离子和小分子物质可以通过.其他的离
方法技巧平台
三.实验：体验制备细胞膜的方法
实验原理：细胞内的物质有一定的浓度。把细胞放入清水中，细胞由于吸水而胀破，除去细胞内的其他物质，得到细胞膜。
目的要求：体验用哺乳动物红细胞制备细胞膜的方法和过程。
方法步骤：①制装片：吸取少量红细胞稀释液，滴在载玻片上，盖上盖玻片。②显微镜观察：首先观察自然状态的红细胞，然后用引流法使红细胞浸润在水中，使之胀破，内部物质流出，得到细胞膜。
四.研究细胞膜化学成分的材料与方法
研究细胞膜的化学组成，大部用动物细胞，如红细胞、神经细胞作为研究材料.特别是哺乳动物和人的红细胞为最佳，原因是动物细胞没有细胞壁，省去了去除细胞壁的麻烦，红细胞数量大，材料易得。事实上从其他真核细胞分离开纯净的细胞膜是较为困难的，因为它容易受膜内物质的污染。而哺乳动物和人的红细胞，没有内膜系统，没有核，将其进行适当处理(如放入蒸馏水中红细胞吸水涨破)造成溶血现象.血红蛋白和无机盐等被溶出，剩下空壳称为“血影”。然后用离心分离的方法得到“血影”——即纯净的细胞膜，以利于进行化学成分的分析。
创新·思维拓展
五.细胞膜的几个特性简介
(1)镶嵌性：膜的基本结构是由磷脂双分子层镶嵌蛋白质(如受体蛋白、载体蛋白、酶蛋白)构成的。
(2)流动性：流动性膜结构中蛋白质和脂类分子在膜中可做各种形式的移动，膜整体结构也具有流动性。流动性具有重要生理意义，与物质运输、细胞识别、细胞融合、细胞表面受体功能调节等有关。
(3)不对称性：膜两侧的分子性质和结构不相同。
(4)蛋白质极性：多肽链的极性区突向膜表面，非极性部分埋在磷脂双分子层内部，故蛋白质分子与水分子和脂液性分子均具有亲和性。
为什么脂液性物质(如CO2、O2、甘油、脂肪酸等)能自由地通过细胞膜，水几乎是不溶于脂的，但它也能自由进出细胞 原因是由于膜的骨架是脂质双分子层，所以许多物质通过膜的扩散和它们在脂肪中的溶解度成正比。膜上有小孔，小孔直径小于1.Onm。因此分子直径小于1.Onm的就可穿膜扩散，如O2、CO2、H2O等。
子、小分子和大分子物质都不能通过。这样细胞膜的一个重要生理特性是具有选择透过性，细胞膜是一种选择透过性膜。
[答案] D
◇[考题5] 食醋中的醋酸分子是活细胞所不能选择的小分子物质，蔗糖是不能被选择的大分子物质。用食醋和蔗糖可将鲜蒜腌制成糖醋蒜。这是因为( )。
A.醋酸和蔗糖分子均存在于活细胞间隙中
B.醋酸和蔗糖分解后被细胞吸收
C.腌制时间长，两种物质缓慢地渗入细胞内部
D.醋酸杀死细胞，使细胞膜失去选择透过性的功能
[解析] 考查学生灵活应用知识的能力，检查对细胞膜的功能知识的理解程度。细胞膜的生理功能是活细胞所具有的功能，只有活细胞的细胞膜才具有选择性。通常情况下，不被细胞选择的离子、小分子等，多为对细胞有害的物质，这些物质浓度较高或较长时间包围细胞，会将细胞杀死，从而改变细胞膜的通透性，成为全透性。醋酸能将细胞杀死，使细胞膜成为全透性。
[答案] D
◇[考题6] 在生物学实验中，关于引流法的叙述正确的是( )。
A.在盖玻片一侧滴加试剂，然后将装片倾斜
B.引流的目的是让试剂渗到盖玻片下
C.还原糖鉴定实验中需要用引流法
D.引流法可防止装片中产生气泡
[解析] 引流法的具体操作是在盖玻片的一侧滴加的试剂，另一侧用吸水纸吸引，目的是让试剂渗到盖玻片下，使观察材料处于滴加的试剂中。还原糖鉴定试验不需要用引流法，此法也不能防止装片中气泡的产生。
[答案] B
[说明] 本题考查实验的具体操作技术，只有亲自做过实验才能够顺利作答。
◇[考题7] 某同学欲获得纯净的细胞膜，以研究其结构及功能。请你帮助设计一个简易的实验。
(1)选取人体的 作为获取细胞膜纯净物的来源( )。
A.成熟红细胞 B.神经细胞
C.白细胞 D.口腔上皮细胞
(2)将选取的材料放入 中，由于 作用，一段时间后细胞将吸水胀破。
(3)再用离心法获得纯净的细胞膜，上清液中含量最多的有机物是 ，该物质的特点是什么
(4)提取膜成分中的磷脂，将其铺在空气——水界面上，这个单层分子的面积相当于原来细胞表面积的两倍。由此可以认为细胞膜由 组成。
[解析] 获得细胞膜常用的方法是对破裂的细胞进行离心。欲让完整的细胞破裂，可将动物或人的细胞放在清水中利用渗透作用原理使之吸水胀破。由于一般的细胞含有细胞核和多种细胞器，这就使采用普通的离心方法得到的沉淀中不仅有细胞膜，还含有包括细胞核和多种细胞器在内的其他结构的混杂物，得不到细胞膜的纯净物。因此从细胞的取材来说，最好选取不具有细
六.细胞壁的成分和功能
(1)主要成分：纤维素和果胶。
(2)功能：①保护作用；②支持作用：细胞壁具有较坚韧的支撑性，它对植物体起着骨架作用，以维持细胞正常的形态。
[特别说明]
①细胞壁的特性：全透性。
②植物细胞壁的合成：在细胞分裂末期，与高尔基体密切相关。
③细胞壁的主要成分：细胞壁并不是植物细胞所特有的结构，在不同种类的生物细胞中细胞壁的成分不同。例如，蓝藻——纤维素和果胶：细菌——肽聚糖；根霉——几丁质；酵母菌——葡萄糖和甘露聚糖。
④用纤维素酶除掉细胞壁的植物细胞不再保持原来的形态，将这样的细胞放置在清水中时，它会像红细胞一样吸水破裂。从这一事实中，可得出似下结论：细胞壁具有机械支持和保护作用，并能维持细胞正常的形态。
【课堂练习】
●基础题
１、细胞膜上与细胞的识别、信息传递有着密切关系的是（　 ）
Ａ、糖蛋白 Ｂ、磷脂 Ｃ、脂肪 Ｄ、核酸
答案：Ａ
2、在下列几组化学元素中，构成细胞膜所必需的基本元素是（　 ）
Ａ．C、H、O　　　 Ｂ．Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｐ　　　
Ｃ．Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ　　　 Ｄ．Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｐ
答案：Ｄ
３、某科学家将一种细胞的最外层进行化学分析，得到糖类、磷脂、蛋白质，由此可以判断该细胞是（　 ）
　Ａ．蓝藻细胞　　Ｂ．植物细胞　　Ｃ．动物细胞　　Ｄ．大肠杆菌
答案：Ｃ
４、一位细胞学家发现，当温度升高到一定程度时，细胞膜的密度减小，而面积扩大。据此你认为在一定范围内，随温度的升高，细胞的新陈代谢速率（　 ）
Ａ．加快　　　Ｂ．不变　　　Ｃ．减慢　　　Ｄ．停止
答案：Ａ
５、植物细胞具有相当的强度，主要是由于存在（　 ）
Ａ．液泡　　　Ｂ．内质网　　　Ｃ．细胞壁　　　Ｄ．细胞膜
答案：Ｃ
６、细胞膜化学组成表达最全面的是（　 ）
Ａ．蛋白质、糖类、固醇　　　Ｂ．糖蛋白、脂质　　　
Ｃ．蛋白质、糖类、脂质　　　Ｄ．蛋白质、磷脂
答案：Ｃ
７、细胞中完成与内环境之间的信息传递的膜是（　 ）
　Ａ．细胞膜　　　Ｂ．核膜　　　Ｃ．高尔基体膜　　　Ｄ．内质网膜
　答案：Ａ
８、下列生物的活体细胞中含有纤维素的是（　 ）
　Ａ．西瓜果肉细胞　Ｂ．人的表皮细胞　Ｃ．草履虫细胞　Ｄ．变形虫细胞
　答案：Ａ
9、要去除植物细胞的细胞壁，最好选用（　 ）
Ａ．蛋白酶　Ｂ．脂肪酶　Ｃ．淀粉酶　Ｄ．纤维素酶和果胶酶
答案：D
10、下列哪一项不属于细胞膜的功能？（　 ）
Ａ．控制物质进出细胞；　　　Ｂ．将胰岛细胞形成的胰岛素，分泌到胰岛细胞外；
Ｃ．提高细胞内化学反应的速率； Ｄ．作为系统的边界，维持细胞内环境的稳定。
答案：Ｃ
●拓展题
11. (广东理基)人体淋巴细胞细胞膜的主要成分是（ ）
A．蛋白质和多糖 B．多糖和脂质 C．脂质和核酸 D．蛋白质和脂质
答案：D
12.下列生理活动与蛋白质功能无关的是（ ）
A 氧气在血液中的运输 B CO2进入叶绿体
C 葡萄糖在细胞内氧化分解 D 细胞识别
答案：B
13．右图是一细胞的模式图。下列有关该细胞的叙述中，错误的是（ ）
A．能进行光合作用的细胞
B．能进行有氧呼吸的细胞
C．有核孔的细胞
D．有纤维素的细胞
答案：A
14．(上海生物)下图是神经细胞的细胞膜结构模式图，正确的是
答案：A
15．为获得纯净的细胞膜，以研究其结构和功能。请完成下列实验设计和分析有关问题。
　⑴　应选取人体哪种细胞做实验（　 ）　　　　　　　　　　　　　　　
Ａ．口腔上皮细胞　　Ｂ．神经细胞　　Ｃ．白细胞　　Ｄ．成熟的红细胞
你选用该材料的原因是___________________________________________________。
　⑵　将上述材料放入___________中，由于___________作用，一段时间后细胞将破裂．
　⑶　经过⑵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
　⑷　通过有关方法，测得多种膜的化学成分，如下表。（表中数据均为质量分数％）
　　　　物质种类膜的类别 蛋白质 脂质（主要是磷脂） 糖类
变形虫细胞膜 54 42 4
大鼠肝细胞膜 59 35 2.9
人红细胞膜 49 43 8
线粒体内膜 76 24 微量
线粒体外膜 52 48 微量
依据上表数据，请分析构成细胞膜与细胞器膜的化学物质组成上的共同点是：______
________________________________________________________________________；
化学物质组成的主要区别有：______________________________________________
________________________________________________________________________。
　⑸　红细胞在血浆中与其他物质或细胞之间依靠_____________来彼此分隔；血浆中的营养物质可通过________________进入红细胞；红细胞与其他细胞之间可通过细胞膜进行　_____________功能。
答案：⑴　Ｄ；因为人成熟的红细胞无细胞核和众多的细胞器，比其他三种细胞更易获得纯净的细胞膜　　 ⑵　蒸馏水；渗透　 ⑶　Ｃ　　⑷　都含有蛋白质和脂质；细胞膜中含较多的糖类，而细胞器中只含微量的糖类　⑸　细胞膜；细胞膜；信息交流
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