第1节 细胞膜的结构和功能
学习目标
1.简述细胞膜功能,解释细胞膜在维持细胞结构和功能中的重要作用。
2.认同细胞膜作为系统的边界,及对于细胞这个生命系统的重要意义。
3.简述生物膜的成分和结构。
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。
学习过程
情境导学:
取一个蛋清、蛋黄分离器,让一位学生将一个鸡蛋磕破,放到分离器中,蛋清流入烧杯内,分离后只剩下蛋黄;然后再让这个学生用牙签将蛋黄戳破,蛋黄的内容物也慢慢流出。通过这个过程体验膜的存在,并理解细胞膜将细胞与外界分开(作为系统边界)的功能。
自主合作探究
探究一、细胞膜的功能
【自主学习】
(2)信息交流方式
【合作探究】
(1)科研上鉴别死细胞和活细胞,常用“染色排除法”。例如,用台盼蓝染色,死的动物细胞会被染成蓝色,而活的动物细胞不着色,从而判断细胞是否死亡。你能解释“染色排除法”的原理吗?
(2)科学家用显微注射器将一种叫作伊红的物质注入变形虫体内,伊红很快扩散到整个细胞,却不能逸出细胞。此实验说明了什么?
(3)用今天学的知识解释诗句“莲出淤泥而不染”的原因。
探究二、细胞膜的成分
【合作探究】
阅读下面的材料,完成下列问题。
材料1:1859年,欧文顿选用500多种化学物质对动物细胞膜的通透性进行了上万次的研究,发现凡是易溶于脂质的物质,也容易穿过膜;反之,不容易溶于脂质的物质,也不容易穿过膜。(提示:化学中有物质相似相溶原理)
(1)根据欧文顿的实验发现,你能得出什么结论?
(2)最初认识到生物膜是由脂质组成的,是通过对现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定?
(3)在推理分析得出结论后,还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗?
材料2:科学家对细胞膜化学成分做深层分析:利用哺乳动物红细胞,通过一定方法制备出纯净的细胞膜,进行化学分析,得知组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇。
在此实验中,为什么要选用哺乳动物的红细胞作为分离膜的材料?
材料3:1935年,英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力,推测细胞膜除含脂质分子外,可能还附有蛋白质。
【自主总结】
(1)细胞膜的成分
(2)细胞膜主要成分是 。?
(3)细胞膜的功能与 成分密切相关,功能越复杂的细胞膜,蛋白质的种类和数量 。?
(4)设计实验来证实细胞膜的成分中含有蛋白质
探究三、细胞膜的结构
【合作探究】
分析下列材料,回答相关问题。
材料1:1925年,两位荷兰科学家E.Gorter和F.Grendel用丙酮抽提红细胞膜中的脂质,将抽提出的脂质在空气—水界面上铺展成单分子层,测得其分子的面积相当于所用的红细胞表面积的2倍。
(1)分析该实验结果,你能得出什么结论?
(2)磷脂分子“头”部是亲水的,“尾”部是疏水的,请运用你学过的化学知识,解释为什么磷脂在空气—水界面上铺展成单分子层。
材料2:1959年,J.D.Robertson根据电镜下观察到的细胞膜暗—亮—暗的三层结构,提出“三明治”模型。
请阅读教材P43有关该实验的文本,思考并回答下列问题。
(1)“三明治”模型认为:所有的生物膜都由 三层结构构成,中间的亮层是 ,两边的暗层是 。?
(2)该模型有什么缺陷?
材料3:1970年L.D.Frye和H.Edidin用荧光标记小鼠细胞和人细胞,并将二者融合。
请阅读教材P43有关该实验的文本,查看教材P43“图3-4荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验示意图”,思考并回答下列问题。
(1)该实验表明什么?
(2)据已有的生物知识或生活经验,请列举证明细胞膜具有流动性的证据。
探究四、细胞膜的流动镶嵌模型的基本内容
【自主学习】
1972年桑格和尼克森提出流动镶嵌模型。请阅读教材P68文本,查看“图4-6生物膜的结构模型示意图”,思考并回答以下问题。
(1)细胞膜的主要组成成分是什么?
(2)细胞膜的基本支架是什么?膜蛋白在膜上是如何排布的?
【合作探究】
学生制作并讲解“膜的流动镶嵌模型”。
根据教材P44-P45“图3-5细胞膜的结构模型示意图”及膜的流动镶嵌模型的基本内容,以小组为单位制作生物膜的结构模型。然后以小组为单位进行展示、交流与讲解,并进行总结。
【自主总结】
生物膜的流动镶嵌模型
(1)生物膜的流动镶嵌膜型认为, 构成了膜的基本支架,这个支架不是 的,而是具有 ;蛋白质分子有的 在磷脂双分子层表面,有的部分或全部 磷脂双分子层中,有的 整个磷脂双分子层。大多数蛋白质也是可以运动的。?
(2)在细胞膜的外表,有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合成的 ,叫作糖被。它在细胞生命活动中有重要功能,如细胞识别、信息交流、保护和润滑等。?
(3)生物膜的结构特点是 ;功能特性是 。?
核心素养专练
1.取细胞膜上糖蛋白成分相同的两种海绵动物,将其细胞都分散成单个后混合培养,发现这两种细胞能够结合在一起;但将细胞膜上糖蛋白成分不相同的两种海绵动物的细胞分散后,混合培养,会发现这两种细胞不能结合在一起。这一实验现象说明细胞膜上的糖蛋白与( )
A.细胞间的相互识别有关
B.细胞间的免疫作用有关
C.细胞的分泌作用有关
D.细胞间物质交流有关
2.细胞间的排斥导致异体器官移植手术很难成功,这与下列细胞膜的哪一特点有关( )
A.由磷脂分子和蛋白质分子构成
B.具有选择透过性
C.具有一定的流动性
D.细胞膜的外侧有糖蛋白
3.大肠杆菌在生长时,细胞内钾离子的质量分数是培养液的3
000倍。如果在培养液中加入一种叫箭毒素的药物(并不影响细胞内能量的产生),大肠杆菌细胞内钾离子的质量分数会立即下降。这种药物的作用机理是( )
A.使细胞膜不能将细胞与外界环境分隔开
B.使细胞无法进行细胞间的信息交流
C.改变了细胞的遗传特性
D.使细胞膜无法控制钾离子的进出
4.下列关于细胞膜成分和功能的叙述,正确的是( )
A.脂质含量达50%,对细胞膜的功能起决定性作用
B.糖类的多少决定着细胞膜功能的复杂程度
C.蛋白质种类和数量多的细胞膜功能较复杂
D.脂质丰富的细胞膜功能复杂
5.变形虫可以吞噬整个细菌,这一事实说明了( )
A.细胞膜具有选择透过性
B.细胞膜具有一定的流动性
C.细胞膜具有全透性
D.细胞膜具有保护作用
6.下列关于细胞膜流动性的叙述,错误的是( )
A.科学家用红、绿两种颜色的荧光染料分别标记人与小鼠细胞膜上的蛋白质,然后再将两种细胞融合成一个细胞,最终发现细胞膜上红、绿荧光染料均匀分布,体现了细胞膜的流动性
B.膜的流动性与温度有关,在一定范围内,温度越高,膜的流动性越大
C.细胞膜的流动性决定了大部分的物质能够自由地通过细胞膜
D.细胞膜的流动性对于完成各种生理功能,如物质的透过、膜内外信息的传递等非常重要
7.从细胞膜上提取了某种成分,加入双缩脲试剂处理后出现紫色,若加入斐林或班氏试剂并加热,出现砖红色,该成分是( )
A.糖脂
B.磷脂
C.糖蛋白
D.脂蛋白
8.下图X、Y、Z是细胞中的三种化合物,X为细胞的主要能源物质,Y、Z是构成细胞膜的主要成分。下列有关说法正确的是( )
A.细胞膜会被蛋白酶分解,说明组成细胞膜的物质中有Z
B.细胞的识别与细胞膜上Y和X的结合物有关
C.细胞膜的功能主要与Z有关
D.构成细胞膜的Y、Z都可以运动,说明细胞膜具有选择透过性
9.维生素D能较水溶性维生素优先通过细胞膜,这是因为( )
A.细胞膜以磷脂分子层作基本支架
B.磷脂双分子层内不同程度地镶嵌着蛋白质
C.细胞膜的结构特点是具有一定的流动性
D.细胞膜是选择透过性膜
10.作为系统的边界,细胞膜在细胞的生命活动中有多种功能。如图的模型主要表明了细胞膜的何种功能
( )
A.将细胞与外界环境分开
B.控制物质进出细胞
C.进行细胞间信息交流
D.促进物质的运输
11.心肌细胞和小肠绒毛上皮细胞在细胞膜上的不同主要体现在( )
A.磷脂的含量高低
B.蛋白质的含量及种类不同
C.糖类的含量及种类不同
D.脂质的含量及种类不同
12.用一个乒乓球,下面扎两根铁丝,可制成简易的磷脂分子,下列说法错误的是( )
A.乒乓球表示磷脂分子的头部
B.铁丝表示磷脂分子的尾部
C.类似的小球应该制成两层
D.两层小球可表示生物膜的流动镶嵌模型
13.(不定项选择题)细胞膜对物质进出细胞的控制主要体现在哪些方面( )
A.细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞
B.细胞产生的代谢废物可以排出细胞
C.细胞内的核酸等重要成分不会流出细胞
D.环境中一切有害的物质都不能通过细胞膜进入细胞
14.(不定项选择题)如图为细胞膜的液态流动镶嵌模型示意图,下列有关叙述正确的是( )
A.具有①的一侧为细胞膜的外侧
B.细胞膜表面①的含量通常较细胞器膜的要多
C.组成细胞膜的基本骨架是②
D.细胞膜的选择透过性与③的种类和数量有关
15.如图是细胞间的3种信息交流方式,请据图回答:
(1)图A表示通过细胞分泌的化学物质,随 到达全身各处,与靶细胞表面的 结合,将信息传递给靶细胞。?
(2)图B表示通过相邻两细胞的 ,使信息从一个细胞传递给另一个细胞,图中表示 ,请举例: 。?
(3)图C表示相邻两植物细胞之间形成 ,携带信息的物质从一个细胞传递给另一个细胞,图中表示 。?
(4)由以上分析可知:在多细胞生物体内,各个细胞之间都维持功能的协调,才能使生物体健康地生存。这种协调性的实现不仅依赖于物质和能量的交换,也有赖于 的交流,这种交流大多与 有关。?
16.一种嗅觉受体细胞只拥有一种类型的气味受体。气味受体有多少,就有多少类型的嗅觉受体细胞。每一种受体能探测到有限数量的气味物质。当气味物质分子流动到我们的鼻端黏膜处的嗅觉受体细胞处时,气味物质分子可以黏附在细胞膜上的特殊气味受体上;人体基因的3%被用来编码嗅觉受体细胞膜上的不同气味受体。如图为嗅觉受体细胞膜模式图(局部),请据图回答下列问题:
(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)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 。?
参考答案
自主合作探究
【自主学习】
(1)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)激素 精子 卵细胞 胞间连丝
探究一
【合作探究】
(1)“染色排除法”利用了活细胞的细胞膜能够控制物质进出细胞的原理。台盼蓝染色剂是细胞不需要的物质,不能通过细胞膜进入细胞,所以活细胞不被染色。而死细胞的细胞膜不具有控制物质进出细胞的功能,所以台盼蓝染色剂能够进入死细胞内,使其被染色。 (2)伊红不能通过细胞膜进出细胞,细胞作为一个完整的系统,它是有边界的。 (3)细胞膜具有控制物质进出的作用,它只吸收淤泥中对细胞有用的水和无机盐。
探究二
【合作探究】
材料1:(1)膜是由脂质组成的。 (2)最初的认识是通过对实验现象的推理分析得出的。 (3)有必要对膜的成分进行提取与鉴定。
材料2:哺乳动物成熟的红细胞没有除细胞膜外的其他膜结构,用之易获得纯净的细胞膜。
材料3:(1)脂质(主要是磷脂) 占50% 蛋白质 占40% 糖类 占2%~10% (2)脂质和蛋白质 (3)蛋白质 越多 (4)用双缩脲试剂鉴定蛋白质
探究三
【合作探究】
材料1:(1)由该实验可得知:细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。 (2)磷脂分子的“头”部亲水,所以在空气—水界面上磷脂分子是“头”部向下与水面接触,“尾”部则朝向空气一侧。
材料2:(1)蛋白质—脂质—蛋白质 脂质分子 蛋白质分子 (2)该模型认为膜是静态的,对细胞的生长、运动、物质交换等现象都不好解释。
材料3:(1)该实验表明细胞膜具有流动性。 (2)变形虫的变形运动、细胞分泌物的分泌过程、精子与卵细胞的融合等,都能表明细胞膜具有流动性。
探究四
【自主学习】
(1)细胞膜主要由磷脂和蛋白质分子组成。 (2)磷脂双分子层构成了膜的基本支架。蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面,有的嵌入磷脂双分子层之中,有的贯穿整个磷脂双分子层。
【自主总结】
(1)磷脂双分子层 静止 流动性 镶 嵌入 贯穿于 (2)糖蛋白 (3)具有一定的流动性 选择透过性
核心素养专练
1.A 2.D 3.D 4.C 5.B 6.C 7.C 8.B 9.A
10.C 11.B 12.D 13.ABC 14.ABD
15.(1)血液;受体; (2)细胞膜的接触;与膜结合的信号分子;精子与卵细胞之间的识别和结合; (3)通道;胞间连丝; (4)信息;细胞膜的结构。
16.(1)蛋白质 多糖 (2)A 气味受体 (3)磷脂双分子层第1节 细胞膜的结构和功能
学习目标
1.简述细胞膜功能,解释细胞膜在维持细胞结构和功能中的重要作用。
2.认同细胞膜作为系统的边界,及对于细胞这个生命系统的重要意义。
3.简述生物膜的成分和结构。
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。
课堂探究
一、细胞膜的功能
1.材料:科学家用显微注射器将一种叫作伊红的物质注入变形虫体内,伊红很快扩散到整个细胞,却不能逸出细胞。
结论:细胞作为一个基本的生命系统,它的边界就是细胞膜(质膜)。
细胞膜的功能: ,从而保障了细胞内部环境的相对稳定。?
2.实验一:取A、B两个烧杯,分别加入等体积的清水和沸水,然后将新鲜的紫色苋菜叶分别浸入A、B两个烧杯中,观察颜色的变化。
实验二:取数量相等的玉米粒两份,为A、B两组,将B组玉米粒煮熟,然后分别加入红墨水,几分钟后用缓水流冲洗两组玉米粒。
思考:实验一中B烧杯的水为什么变成紫红色,而A烧杯颜色不变,实验二中B组玉米粒为什么被染成红色,而A组的颜色不变,你能根据实验现象推测细胞膜的功能吗?
细胞膜的功能: 。膜的控制作用是相对的。?
3.细胞膜的功能: ?
细胞间的信息传递方式多种多样,现举几个常见例子:
(1) 。例如:激素。?
(2) 。例如:精子与卵细胞的受精过程。?
(3) 。例如:植物的胞间连丝。?
二、对细胞膜成分的探索
1.资料一:1895年,欧文顿用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验,发现脂质更容易通过细胞膜。
推测: 。?
思考:①该结论是通过对现象的推理分析,还是通过膜成分的提取和鉴定得出的? 。?
②有必要对膜成分进行提取和鉴定吗? 。?
2.资料二:20世纪初科学家将膜从 中分离出来。化学分析表明:组成细胞膜的脂质有 和 ,其中 含量最多。?
思考:①为什么选择哺乳动物红细胞?
。?
②为什么磷脂在空气—水界面上铺展成单分子层?
。?
3.资料三:1925年,两位荷兰科学家用丙酮从人的红细胞的细胞膜中提取脂质(磷脂),在空气—水界面上铺成单层分子,发现单分子层面积是细胞膜表面积的2倍。
推断: 。?
4.资料四:1935年,英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力,发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。
推测: 。?
总结:
①细胞膜主要由 和 组成。?
②细胞膜的成分
a. ,约占50%, 最丰富,动物细胞膜中还有少量 。?
b. ,约占40%?
c. ,占2%~10%?
③ 在细胞膜行使功能时起重要作用,因此,功能越复杂的细胞膜, 的 越多。?
④细胞膜的元素组成: 。?
三、对细胞膜结构的探索
1.资料五:1959年,罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的 三层结构。大胆提出了细胞膜模型的假说: 。?
缺点: 。?
2.资料六:1970年,科学家利用 ,标记细胞表面的蛋白质分子,将小鼠细胞和人细胞融合。?
表明: 。?
3.资料七:1972年,辛格和尼克尔森提出了新的生物膜模型—— ,为多数人所接受。?
【典例1】科学家们对细胞膜成分和结构的探索经历了漫长的历程,下列结论(假说)错误的是( )
A.脂溶性物质更易通过细胞膜,说明细胞膜是由脂质组成的
B.提取哺乳动物成熟红细胞的脂质铺展成的单分子层是红细胞表面积的2倍,说明细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层
C.通过发现细胞表面张力明显低于油—水界面的表面张力,推测细胞膜中还附有蛋白质
D.电镜下细胞膜是清晰的亮—暗—亮三层结构,罗伯特森认为生物膜由脂质—蛋白质—脂质三层构成
四、流动镶嵌模型的基本内容(阅读课本P44~45页,填写下列内容)
1.膜的基本支架是 。?
2.蛋白质分子在膜中的分布(写出关键词):有的 在磷脂双分子层 ,有的部分或全部 磷脂双分子层中,有的 整个磷脂双分子层。?
3.膜的结构特点: 。?
①原因: 。?
②证明膜具有流动性的例子: 。?
4.糖蛋白和糖脂:在细胞膜 还有糖类分子,它和 结合形成 ,或与脂质结合形成 ,这些糖类分子叫作 ,与 、 等功能有密切关系。?
【典例2】下图表示细胞某一部分的亚显微结构,请根据图回答下面的问题:
(1)图示为 的亚显微结构。?
(2)图中①②③④表示的化学物质分别是 、 、 和 。?
(3)与细胞识别有关的是 。?
(4)该结构的基本支架是 ,这种模型叫 。?
(5)吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了该结构具有 ,这是因为 。?
(6)功能越复杂的细胞膜,主要取决于 ,该物质的基本单位是 。?
(7)判断膜外侧的依据是 。?
(8)蛋白质是否对称分布? ;?
课堂小结
非测试性评价
1.你喜欢这堂课吗,你最喜欢哪个环节,哪个环节你认为还不足?
?
?
2.在这节课上你学到足够的知识了吗?
?
3.你参与小组合作探究时积极吗?
?
4.你对本堂课重难点的突破还有别的创意吗?
?
参考答案
课堂探究
一、1.将细胞与外界环境分隔开
2.活细胞的细胞膜具有控制物质进出的功能,实验一B烧杯中高温破坏了细胞膜的结构,细胞中的红色物质流出细胞;实验二B组玉米已煮熟,细胞膜被破坏,红墨水进入细胞。 控制物质进出细胞
3.进行细胞间的信息交流
二、1.细胞膜是由脂质组成的 对现象的推理分析 有
2.哺乳动物成熟红细胞 磷脂 胆固醇 磷脂 ①哺乳动物成熟红细胞无细胞核和众多的细胞器 ②磷脂分子的“头”部亲水,所以在空气—水界面上磷脂分子是“头”部向下与水面接触,“尾”部则朝向空气一侧。
3.细胞中的磷脂分子必然排列为连续的两层
4.推断细胞膜除含脂质分子外,可能还附有蛋白质
①脂质 蛋白质 ②脂质 磷脂 胆固醇 蛋白质 糖类 ③蛋白质 蛋白质 种类和数目 ④C、H、O、N、P
三、1.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
该模型认为膜是静态的,对细胞的生长、运动、物质交换等现象都不好解释
2.细胞膜具有流动性
3.流动镶嵌模型
【典例1】D
四、1.磷脂双分子层
2.镶 表面 嵌入 贯穿于
3.具有一定的流动性
4.外表面 蛋白质 糖蛋白 糖脂 糖被 细胞表面的识别 细胞间的信息传递
【典例2】(1)细胞膜 (2)磷脂分子 蛋白质 糖蛋白 糖被 (3)糖被(糖蛋白) (4)磷脂双分子层 流动镶嵌模型 (5)一定的流动性 构成膜的磷脂分子可以自由移动,大多数蛋白质分子也能运动 (6)蛋白质 氨基酸 (7)有糖被的一侧为细胞膜外侧 (8)否
