08_生物膜的流动镶嵌模型和物质跨膜运输的方式

第二单元 细胞的基本结构和物质运输功能 学案 8 生物膜的流动镶嵌模型和物质跨膜运输的方式 山东省阳谷第三中学王文芳 考纲要求 1.物质出入细胞的方式()。 2.生物膜的结构()。 复习要求 1 .举例说明细胞膜是选择透过性膜 2 .说出物质进出细胞的几种方式 3 .初步学会对图表数据的解读 4 .探讨生物膜在实践中的应用价值 基础自查 一.生物膜的流动镶嵌模型 1 .对生物膜的探索历程 实例（实验） 结论（假说） 脂溶性物质更容易通过细胞膜 将膜分离提纯，并进行化学分析 红细胞膜中脂质铺展成单分子层后是红细胞 表面积的 2 倍 电镜下细胞膜呈清晰暗明暗三层结构 人鼠细胞杂交实验 2 .流动镶嵌模型的基本内容 （1）_构成了膜的基本支架 （2）蛋白质分子_、_或_磷脂双分 子层 （3）磷脂双分子层和大多数蛋白质分子可以_ 思考：糖蛋白（糖被）由细胞膜上的_与_结合形成。糖被的作 用有哪些？ 二、物质跨膜运输的方式 1 .生物膜对小分子或离子的转运 被动运输物质出入 细胞方式 协助扩散 运输方向 一般为低浓度高浓度 是否需要载体 是否消耗能量 图例 举例 2 .非跨膜运输胞吞与胞吐的比较 胞吞(内吞) 胞吐(外排) 作用 细胞摄取或排出大分子或颗粒的方式 原理 膜的流动性 特点 物质通过小泡转移，消耗能量但不需要载体 方向 胞外胞内 胞内胞外 实例 变形虫吞噬食物颗粒；白细胞吞噬细菌 分泌蛋白的分泌 课堂深化探究 一 .生物膜的流动镶嵌模型 1 .如何区分细胞膜的外侧面和内侧面？ 2.流动性与选择透过性有何区别与联系? 3. 实验验证细胞膜具有流动性和选择透过性 (1)怎样用实验证明结构特点具有一定的流动性? 哪些实例也可以证明? (2)怎样证明膜的功能特性选择透过性? 二、物质出入细胞的方式及影响因素 1. 分析下列物质出入细胞的方式，探讨以下几个问题： (1)自由扩散与协助扩散的异同？ (2)主动运输与协助扩散的异同？ (3)胞吞、胞吐与主动运输的异同？ 3 .影响物质跨膜运输的因素有哪些？请在下表中绘出相应的曲线 第 3 页 共 14 页 (3)温度影响跨膜运输吗？ 特别提醒 影响自由扩散、协助扩散、主动运输的因素分析 (1)影响自由扩散的因素：细胞膜内外物质的浓度差。 (2)影响协助扩散的因素：细胞膜内外物质的浓度差；细胞膜上 载体的种类和数量。 (3)影响主动运输的因素：载体；能量：凡能影响细胞内产生能量的因素，都能影响主动运 输，如氧气浓度、温度等。 对应训练 1 .研究发现，脂溶性物质能够优先通过细胞膜，细胞膜会被溶解脂质的溶剂溶解。它 证明了( ) A .构成细胞膜的物质是脂质和蛋白质 B .细胞膜具有流动性 C .磷脂双分子层是细胞膜的基本骨架 D .组成细胞膜的物质中有脂质 2 .下列有关细胞膜功能的叙述中，最能体现细胞膜结 构特点的是 ( ) A .胞吞和胞吐 B .主动运输 C .保护作用 D .选择透过性 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，那么关于对 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 4 .下列物质进出细胞的实例中，不需要载体协助，但需要消耗能量的是 ( ) A .植物根细胞从土壤溶液中吸收 NO、K B .小肠上皮细胞吸收胆固醇、维生素 D C .肾小管上皮细胞向原尿中分泌 K、NH D .唾液腺细胞分泌唾液淀粉酶 5.某哺乳动物的一种成熟细胞不含 DNA。下图中能正确表示在一定 O2 浓度范围内， K 进入该细胞的速度与 O2 浓度关系的是 ( ) 6.下图表示某生物膜结构，图中 A、B、C、D、E、F 表示某些物质，a、b、c、d 表示 物质跨膜运输方式。下列说法不正确的是 ( ) A .结构 D 与细胞间的识别、信息传递和免疫有关 B .若该膜是线粒体膜，b 和 c 过程运输的气体分别是 O2、CO 2 C .若该膜是肝细胞膜，进食后 34 小时，C 代表的激素胰岛素将会增多 D .动物细胞吸水膨胀时 B 的厚度变小，这说明细胞膜具有流动性 实验探究 如图甲表示某生物膜结构，图中 A、B、C 表示某些物质，a、b、c、d 表示物质跨膜 运输方式。图乙和图丙表示物质运输曲线，请据图回答： (1)若图甲是癌细胞的细胞膜，则膜上含量较正常细胞减少的物质是 _。 (2)若图甲是线粒体膜，b 和 c 过程运输的气体分别是_。b、c 运输方式 符合图_所表示的物质运输曲线。 (3)若图甲表示人体红细胞膜，则表示 Na 、K 运输的分别是图中_。K的运输 方式符合图_所示曲线。 (4)已知红细胞吸收葡萄糖是协助扩散，而有人认为小肠上皮细胞以主动运输的方式吸 收葡萄糖，请设计实验加以确定。 实验步骤： 第一步：取甲、乙两组生长状况相同的小肠上皮细胞，放入适宜浓度的含有葡萄糖的 培养液中。 第二步：甲组细胞给予正常的呼吸条件，_ _ _。 第三步：_ _。 预测实验结果并分析： a .若甲、乙两组细胞对葡萄糖的吸收速率基本相同，则 _。 b ._ _。 限时训练 题组一 流动镶嵌模型 1.下列为神经细胞的细胞膜结构模式图，正确的是 （ ） 第 5 页 共 14 页 2 .巨噬细胞可吞噬细菌，下列哪一项最适于解释此现象( ) A .细胞膜具有一定的流动性 B .细胞膜主要由磷脂构成 C .细胞膜上具有选择性的通道蛋白 D .细胞膜具有主动运输的功能 3 . 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做出的贡献。下图为嗅觉受体细胞膜的模 式图，下列有关对该图描述正确的是( ) 构成膜的 A 与 B 具有一定的流动性和特异性 C 为多肽，其基本单位是氨基酸 B 为磷脂双分子层，为受体细胞膜的基本支架 氨基酸由膜外进入膜内都需要 A 的协 助 A . B . C . D . 4 .如图表示细胞膜的结构示意图。下列有关叙述正确的是( ) A .A 是蛋白质，B 为磷脂分子 B .二氧化碳和氧气通过膜需要 A 的协助 C .构成细胞膜的 A 与 B 大多数可以运动 D .适当提高温度，能使 A 和 B 的相对运动加快，透性增加，有利于生命活动的进行 5 .如图是细胞膜的亚显微结构模式图， 表示构成细胞膜的物质，下列有关说法 不正确的是( ) A .所表示的成分在细胞膜上能执行多种功能 B .由参加的物质跨膜运输不一定为主动运输 C .细胞膜的流动性与有关而与无关 D .细胞膜的功能特性与都有关系 题组二 物质出入细胞的方式 6.如图是某种物质通过细胞膜的示意图，从图中能得出 ( ) A .图中 S 代表载体， C 代表离子 B .S 可代表甘油、O 2、K 等小分子物质 C .这种物质的跨膜方式一定是主动运输，因为有 C 和能量参与 D .图中 C 这种移动方式是错误的，它是固定不动的 7 .关于下面概念图的分析，正确的是(多选)( ) A .和 所示的过程都需要消耗细胞内 ATP 水解释放的能量 B .只有 所示的过程能逆浓度梯度运输物质 C .大分子只有通过 所示的过程才能进 入细胞 D .果脯腌制时蔗糖进入细胞与过程 有关 8 .图中的哪一条曲线能说明红细胞运输葡萄糖的速率与血浆中葡萄糖的浓度之间的关 系( ) 9 .下图表示正常情况下，不同物质穿过细胞膜进入细胞内的四种情况。若在 X 点加入 有氧呼吸抑制剂，下列曲线中将会发生明显变化的是( ) 10.将某活组织放入适宜的完全营养液中，置于适宜的条件下培养。培养液中甲、乙两 种离子的浓度保持相等且恒定，定期测定细胞中两种离子的含量，得到如图所示曲线。据 图分析下列叙述 中正确的是 ( ) 第 7 页 共 14 页 A .该组织的细胞吸收甲、乙两种离子的方式分别是自由扩散和主动运输 B .该组织细胞运输离子甲的载体数量比运输离子乙的载体数量多 C .两种离子均只能从低浓度的一侧运输到高浓度的一侧 D .曲线 mn 段和 ab 段表明两种离子浓度的升高抑制了细胞对水的吸收 题组三 应用提升 11 .将酶、抗体、核酸等生物大分子或小分子药物用磷脂制成的微球体包裹后，更容易 运输到患病部位的细胞中，这是因为( ) A .生物膜具有选择透过性，能够允许对细胞有益的物质进入 B .磷脂双分子层是生物膜的基本支架，且具有一定的流动性 C .微球体能将生物大分子药物水解成小分子药物 D .生物膜具有半透性，优先让生物大分子物质通过 12.图 1 是生物膜的流动镶嵌模型及物质跨膜运输示意图，其中离子通道是一种通道蛋 白，通道蛋白是横跨质膜的亲水性通道，允许适当大小的离子顺浓度梯度通过。图 2 表示 磷脂在细胞膜内外两侧分布的百分比。请据图分析下列叙述不正确的是 （ ） A .图 1 所示生物膜最可能是细胞膜，因为有糖蛋白丁 B .物质通过离子通道不需要消耗 ATP C .由图 1 和图 2 可知，膜脂和膜蛋白在细胞膜上的分布是不对称的 D .若丁是受体，则丁的化学成分为蛋白质 13.图 1 是物质出入细胞的示意图，图 2 中曲线甲、乙分别代表物质进出细胞的两种方 式。请据图回答： （1）曲线甲代表_，曲线乙中 Q 点对应时刻细胞不再吸收物质分子，此时， 限制物质进入细胞的因素是_。 （2）已知某海洋生物的细胞中物质 X、物质 Y 浓度分别为 0.60 和 0.14，而海水中物 质 X、物质 Y 浓度分别为 0.29 和 0.38 (浓度单位均为 mol/L)，由此可知该细胞能主动地 _ (吸收/排出)物质 X，可用图 1 中的_(a、b、c) 表示。 （3）细胞膜水通道、离子通道是普遍存在的。若肾集合管管壁细胞膜受刺激后发生兴 奋时，水通道开放，大量水被肾集合管管壁细胞重吸收，则代表此过程中水的流动可用 _(a、b、c) 表示。 高考真题体验 1.（2012 浙江卷）人体肝细胞内 CO2 分压和 K+浓度高于细胞外，而 O2 分压和 Na+浓 度低于细胞外，上述四种物质中通过主动转运进入该细胞的是 A .CO2 B .O2 C .K+ D .Na+ 2. (2010山东理综，13)由图中曲线 a、b 表示物质跨(穿)膜运输的两种方式，下列表述 正确的是( )。 A .脂溶性小分子物质不能通过方式 a 运输 B .与方式 a 有关的载体蛋白覆盖于细胞膜表面 C .方式 b 的最大转运速率与载体蛋白数量有关 D .抑制细胞呼吸对方式 a 和 b 的转运速率均有影响 3.(2010广东卷)下图是植物从土壤中吸收某矿物质离子示意图。据图判断，该离子跨 膜进入根毛细胞的方式为( ) 。 A. 自由扩散 B. 协助扩散 C. 主动运输 D. 被动运输 4 .(2010天津卷)下列关于物质跨膜运输的叙述，错误的是( ) 。 A .主动运输过程中，需要载体蛋白协助和 ATP 提供能量 B .在静息状态下，神经细胞不再进行葡萄糖的跨膜运输 C .质壁分离过程中水分子外流导致细胞内渗透压升高 D .抗体分泌过程中，囊泡膜经融合成为细胞膜的一部分 5 .(2011海南单科，27)原尿中葡萄糖、氨基酸等物质的浓度与血浆中的基本相同。原 尿经肾小管上皮细胞的选择性重吸收和分泌作用后形成尿液。正常情况下尿液中不含葡萄 糖。肾小管上皮细胞中的葡萄糖通过被动运输的方式进入组织液。下图为肾小管壁及相关 结构示意图。 回答问题。 第 9 页 共 14 页 (1)肾小管上皮细胞中的葡萄糖浓度_( 高于、低于、等于)组织液中的。 (2)原尿中的葡萄糖进入肾小管上皮细胞的运输方式是_ ，需要_的参与。 (3)肾小管上皮细胞重吸收水分的原理是_，原尿中葡萄糖未能被完全重吸收从 而导致尿量增加的原因是_。 学案 8 生物膜的流动镶嵌模型和物质跨膜运输的方式 答案与解析 基础自查 一生物膜的流动镶嵌模型 1对生物膜的探索历程 实例（实验） 结论（假说） 脂溶性物质更容易通过细胞膜 膜是由脂质组成的 将膜分离提纯，并进行化学分析 膜的主要成分是脂质和蛋白质 红细胞膜中脂质铺展成单分子层 后是红细胞表面积的 2 倍 细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层 电镜下细胞膜呈清晰暗明暗 三层结构 生物膜由蛋白质-脂质-蛋白质三层结构构成 人鼠细胞杂交实验 细胞膜具有流动性 2流动镶嵌模型的基本内容 （1）磷脂双分子层 （2）镶在磷脂分子层表面、嵌入磷脂分子层中或横跨 （3）运动的 思考:蛋白质与糖类。保护、润滑和识别 二、物质跨膜运输的方式 1生物膜对小分子或离子的转运 被动运输物质出入 细胞方式 自由扩散 协助扩散 主动运输 运输方向 高浓度低浓度 高浓度低浓度 一般为低浓度高浓度 是否需要载体 不需要 需要 需要 是否消耗能量 不消耗 不消耗 消耗 图例 举例 O2、 N2、 CO2、H 2O、甘油、 乙醇、苯等出入细胞 红细胞吸收葡萄糖 小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐 2非跨膜运输胞吞与胞吐的比较 胞吞(内吞) 胞吐(外排) 作用 细胞摄取或排出大分子或颗粒的方式 原理 膜的流动性 特点 物质通过小泡转移，消耗能量但不需要载体 方向 胞外胞内 胞内胞外 实例 变形虫吞噬食物颗粒；白细胞吞噬细菌 分泌蛋白的分泌 课堂深化探究 一 生物膜的流动镶嵌模型 1有糖蛋白的一侧为细胞膜的外侧面；无糖蛋白的一侧为内侧面。 2.(1)区别：流动性是生物膜的结构特点，选择透过性是生物膜的功能特性。 (2)联系：流动性是选择透过性的基础，膜只有具有流动性，才能实现选择透过性。膜的流 动性和选择透过性都是活细胞的特性，死细胞将失去流动性和膜的选择透过性。 图示如下： 3. (1)结构特点具有一定的流动性 实验验证细胞融合实验 实例证明：变形虫捕食和运动时伪足的形成、胞吞和胞吐现象、动物细胞分裂时细胞膜 的缢裂过程、植物细胞质壁分离与复原实验、白细胞吞噬细菌、受精时细胞的融合过程等。 (2)功能特性选择透过性 第 11 页 共 14 页 探究点二 物质出入细胞的方式及影响因素 1.(1)自由扩散不需载体蛋白，协助扩散需要载体蛋白 顺浓度梯度扩散，不耗 ATP (2)逆浓度梯度进行运输，耗 ATP 均需载体蛋白 (3)胞吞、胞吐不穿越膜分子，主动运输穿越膜分子 均耗 ATP 2影响跨膜运输的因素 (1) (2)氧气浓度 (3)温度可影响生物膜的流动性和酶的活性，因而会影响物质跨膜运输的速率。 对应训练 1解析：由题目信息只能确定组成细胞的物质中有脂质。 答案：D 2 解析：选择透过性是细胞膜的功能特性，主动运输最可以体现这种选择性，细胞膜的 结构特点是具有一定的流动性。 答案：A 3 解析：1959 年，罗伯特森根据电镜下看到的细胞膜清晰的暗亮暗三层结构，结合 其他科学家的工作提出蛋白质脂质蛋白质三层结构模型。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。 答案：C 4 解析：唾液腺细胞分泌唾液淀粉酶是通过细胞的“胞吐” 方式进行的，该过程不需要细 胞膜上的载体协助，但需要消耗能量。 答案：D 5 解析：成熟的红细胞是没有细胞核的，也没有细胞器，只进行无氧呼吸，产生的乳酸 进入血液后，就与血液中的碳酸氢钠发生作用，生成乳酸钠和碳酸。因此，氧气的浓度对 于运输速度没有影响。 答案：A 6. 解析： 细胞间的识别、信息传递及免疫与糖蛋白( 结构 D)有关。CO 2 和 O2 通过自由扩 散进出线粒体；线粒体需要从外面获取 O2，同时把产生的 CO2 释放出去。进食后 34 小 时血糖浓度降低，此时胰岛 A 细胞分泌胰高血糖素增加，促使肝细胞中的糖原水解成葡萄 糖供细胞利用。组成细胞膜的分子可以运动(细胞膜的流动性) ，决定了细胞膜的形状可以 发生变化。 答案： C 限时训练 1. 解析：细胞膜以磷脂双分子层为基本骨架，排列时亲水性的头部排列在外，疏水性的 尾部排列在内。磷脂分子是流动的，可以发生侧移、翻转等。蛋白质分子镶嵌或贯穿于磷 脂双分子层的骨架中，蛋白质分子也可以在膜上移动。 答案： A 2 解析：巨噬细胞通过变形可以吞噬细菌，这体现了细胞膜具有一定的流动性，并不能 说明细胞膜的组成成分；细胞膜上的通道蛋白与扩散有关，而与细胞膜的运动无关。 答案：A 3B 解析：A 为膜蛋白，具有一定的流动性和特异性， B 为磷脂双分子层，有流动性，无特异 性，故错；C 为多糖，其基本单位是葡萄糖，故 错。 4ACD 解析：二氧化碳和氧气通过膜是自由扩散，不需要载体蛋白和能量。 5C 解析：细胞膜的流动性是指磷脂分子的运动和绝大部分蛋白质的运动；为糖蛋白，有识 别、信息交流、润滑、保护等多种功能；由载体蛋白参加的跨膜运输有主动运输和协助扩 散；细胞膜的选择透过性与磷脂双分子层与载体蛋白都有关。 6. 解析：从图中可以看出，物质 S 从膜外运送到膜内，物质 C 在细胞膜上，并参与了运输 过程，故 S 可能是离子，而 C 是载体；图示过程中有能量的供应及载体的参与，一定是主 动运输；O2 和甘油是通过自由扩散进入细胞的；载体蛋白在运载离子时，不是固定不动的 而是可以运动的。 答案：C 7BD 解析：由图可知为协助扩散，为主动运输；果脯腌制时，由于蔗糖浓度太高，细胞已 被杀死，细胞膜变为全透的；大分子物质进入细胞靠胞吞完成。 8C 葡萄糖进入红细胞的运输方式为协助扩散，在一定范围内，血糖浓度越大，运输速 率越快，但因膜上运输葡萄糖的载体蛋白数量是有限的，所以当葡萄糖浓度达到一定值时， 吸收速率不再改变。 9C 第 13 页 共 14 页 解析：通过图中可以看出 C 为主动运输，需要呼吸作用提供能量，所以加入有氧呼吸抑制 剂，曲线就会发生明显变化。 9.C 解析：考查学生获取信息的能力和理解能力。结合图示可以看出，该矿质离子的跨膜运输 有两个特点：一是逆浓度梯度，二是消耗 ATP，故应为主动运输。 10. 解析：由图看出两种离子在细胞内的浓度均可高于细胞外，所以吸收方式都为主动运 输；细胞内离子甲的浓度高于离子乙的浓度，说明该组织细胞运输离子甲的载体数量比运 输离子乙的载体数量多；两种离子均能从高浓度的一侧运输到低浓度的一侧，也能从低浓 度的一侧运输到高浓度的一侧。曲线 mn 段和 ab 段表明此浓度是细胞所需的甲、乙两种离 子在细胞中的浓度，离子浓度升高促进细胞对水分的吸收。 答案：B 11B 解析：利用膜的流动性的特点，将磷脂包裹的酶、抗体、核酸等生物大分子或小分子药物 制成的微球体与细胞膜融合，使药物进入患病部位的细胞中。 12.解析： 图中丁是糖蛋白，分布于细胞膜外表面，故图 1 最可能为细胞膜。由题干信息 可知，物质顺浓度梯度通过通道蛋白，因此不消耗 ATP。由图 1 和图 2 可知，膜的成分在 膜上的分布是不对称的。丁的化学成分应为糖蛋白。 答案： D 13.解析： 图 2 中的曲线甲表明吸收物质分子的数量与细胞内、外分子浓度差成正比，没 有饱和现象，说明细胞吸收该物质分子的方式属于自由扩散。分析曲线乙，当细胞内部物 质分子浓度高于外界物质分子的浓度之后，仍能吸收该物质分子，可见细胞能够逆浓度吸 收该物质分子，并且在 Q 点出现饱和现象，此时细胞供能不足，说明细胞吸收该物质分子 的方式属于主动运输。某海洋生物的细胞中物质 X、物质 Y 浓度分别为 0.60 和 0.14，而海 水中物质 X、物质 Y 的浓度分别为 0.29 和 0.38(浓度单位均为 mol/L)，由此可推出该细胞 能主动地吸收物质 X，可用 a 表示。水、部分离子通过通道