2019-2020学年新教材高中生物 第3章 细胞的基本结构 3-1 细胞膜的结构和功能教学案 新人教版必修1

第三章细胞的基本结构本章概述本章探索组成细胞的分子有序地组织在一起构成细胞后，才能进行生命活动，才能成为一个基本的生命系统。同时，进一步寻找细胞在完成基本生命活动的过程，细胞的各种结构的协调配合。本章包括3节内容：1.细胞膜的结构和功能。2.细胞器之间的分工合作。3.细胞核的结构和功能。第1节细胞膜的结构和功能1理解细胞膜是系统的边界及其在生命活动中的作用。2走进细胞膜成分和结构的探索历程，感受科学探索永无止境及科学家们追求真理的执着。3通过细胞膜模型的构建，理解细胞膜的结构与功能相适应，强化结构与功能观。1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。而死的动物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细胞膜作为细胞的边界，应该具有控制物质进出细胞的功能。(对应学生用书p023)知识点1细胞膜的功能请仔细阅读教材第4041页，完成下面的问题。1将细胞与外界环境分隔开细胞膜的出现将生命物质与外界环境分隔开，使细胞成为相对独立的系统。细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。2控制物质进出细胞3进出细胞间的信息交流知识点2对细胞膜成分的探索请仔细阅读教材第42页，完成下面的问题。1细胞膜成分的探索历程2.细胞膜的成分及功能分析知识点3对细胞膜结构的探索请仔细阅读教材第4344页，完成下面的问题。知识点4流动镶嵌模型的基本内容请仔细阅读教材第4445页，完成下面的问题。1化学组成：主要是磷脂分子和蛋白质分子。2模型结构(3)图中(4)图中名称：糖脂。要点一分析细胞膜的功能1.细胞膜的功能图解2细胞间信息交流的三种方式(1)一些细胞如内分泌细胞分泌一些物质如激素，通过血液的传递运送到作用部位的细胞(靶细胞)，被靶细胞的细胞膜上的受体(成分为糖蛋白)识别，引起靶细胞的生理反应(图示如下)。(2)相邻两个细胞的细胞膜直接接触，通过糖蛋白识别，将信息从一个细胞传递给另一个细胞(图示如下)。(3)植物细胞间的识别主要是通过植物细胞间的胞间连丝来实现的(图示如下)。【典例1】“获得细胞蛋白质详图”是2005年全球十大科技成果之一。科学家揭示出电压控制的钾通道，这是迄今为止获得的最高分辨率的分子图像。这些通道是负责钾离子进出细胞的蛋白质，它们在神经和肌肉细胞上的作用，与晶体管在计算机中的作用一样。这是继2003年诺贝尔化学奖表彰的成果后，又一个关于细胞膜上离子通道的研究成果。这一成果从另一个侧面证明了()a细胞膜能将细胞与外界环境分隔开b细胞膜具有信息交流的功能c细胞膜具有控制物质进出细胞的功能d细胞膜具有保护功能解析根据题意可知：电压控制的钾通道是负责钾离子进出细胞的看门蛋白质，能控制神经和肌肉细胞上钾离子的进出，这一成果从另一侧面证明细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。故选项c正确。答案c针对训练1下列不是细胞间信息交流方式的是()a胰岛细胞分泌的胰岛素通过血液运输作用于组织细胞b细胞膜将细胞与环境分隔开c精子和卵细胞相互接触完成受精作用d高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接解析本题是对细胞间信息交流方式的考查。信息交流的形式：激素靶细胞(体液传递，间接交流)，a项正确。细胞细胞(直接接触)，c项正确。细胞细胞(通道沟通交流)，d项正确。答案b要点二生物膜的结构特征1.构成生物膜的磷脂分子(1)结构：由磷酸、甘油和脂肪酸构成，其中磷酸作为亲水性的“头部”、脂肪酸作为疏水性的“尾部”。(2)排列方式：“尾部”相对、“头部”朝外构成磷脂双分子层(如图)，作为生物膜的支架。磷脂分子的这种排列方式符合生物膜两侧均为水环境的事实。2生物膜的流动镶嵌模型(1)细胞膜中的脂质细胞膜中的脂质除磷脂外，还有一些胆固醇。糖脂和糖蛋白都分布于细胞膜的外表面。(2)镶嵌性膜的基本结构是磷脂双分子层，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。(3)流动性膜结构中的大多数蛋白质分子和脂质分子在膜中可以运动，膜整体结构也具有流动性。膜的流动性具有重要的生理意义，与物质运输、细胞识别、细胞融合等有关，是生物膜最主要的结构特点。(4)不对称性：膜两侧的分子性质和结构都不相同。(5)蛋白质极性多肽链的极性区朝向膜表面，非极性部分埋在磷脂双分子层内部，故膜上的蛋白质分子与水溶性和脂溶性分子均具有亲和性。【典例2】科学家在细胞膜成分和结构的探索过程中，运用了假说，学习了“细胞膜的流动镶嵌模型”一节后，某同学作如下比喻欠妥的是()a把静态的三维结构比作“三明治”或“三合板”b细胞膜流动镶嵌模型比作“枣糕”，如图1所示c细胞膜流动镶嵌模型比作“正在煮着的粥”，如图2所示d细胞膜外表面的糖蛋白比作“信号接收塔”解析在流动镶嵌模型中，蛋白质在磷脂双分子层中的分布是不对称和不均匀的。膜结构具有流动性。膜的结构成分不是静止的，而是动态的，磷脂双分子层与镶嵌着的球蛋白按二维排列组成。“枣糕”能体现细胞膜中蛋白质分布，但不能体现流动性，b欠妥。答案b针对训练2下列最能正确表示细胞膜的结构的是()解析细胞膜的基本骨架是磷脂双分子层，头部是亲水的，朝向细胞内外。蛋白质覆盖、镶嵌或贯穿其中，细胞膜外侧有识别作用的糖蛋白。a、b图磷脂分子头部排列错，无糖蛋白，故a、b错。d图细胞膜内外都有糖蛋白，故d错。答案c要点三细胞膜的结构与功能之间的关系1.细胞膜的结构特性流动性(1)结构基础：磷脂分子和蛋白质分子是可以运动的。(2)生理意义：保证了细胞的物质运输、信息交流、分裂和融合等正常生命活动的进行。(3)表现：分泌蛋白的分泌、细胞膜厚度的改变、动物细胞吸水膨胀、失水皱缩、变形虫的运动等，都体现了细胞膜的流动性。2细胞膜的功能特性选择透过性(1)结构基础：膜上具有载体蛋白。(2)生理意义：控制物质进出细胞。(3)原因：某些离子和分子不能透过细胞膜的磷脂双分子层，与细胞膜上载体蛋白的专一性有关。3细胞膜的结构特点、功能特性及相互关系4温度、膜流动性与细胞生命活动的关系(1)温度高时，膜流动性大，有利于生命活动的进行，但温度过高，膜的流动性过大，甚至破坏了膜的结构，反而不利于生命活动的正常进行。(2)温度低时，膜的流动性下降，膜的运输功能下降或完全丧失。【典例3】下图表示细胞膜的亚显微结构，其中a和b为物质的两种运输方式，下列叙述正确的是()a细胞膜作为系统的边界将细胞与外界环境分隔开，保证了细胞内部环境的相对稳定b细胞膜功能的复杂程度主要由决定c细胞膜的选择透过性与有关，与无关d流动性和选择透过性是细胞膜的两个特性，二者毫无关系解析a选项描述了细胞膜作为最基本的生命系统细胞的界膜的重要功能之一；b选项中细胞膜的功能主要由膜蛋白决定；c选项细胞膜的选择透过性与都有关；d选项流动性是选择透过性的基础，没有流动性，选择透过性就难以实现。答案a针对训练3关于细胞膜的组成、结构、功能之间的关系，逻辑顺序正确的是()主要由磷脂分子和蛋白质分子构成具有流动性具有选择透过性膜内蛋白质分子和磷脂分子大都是运动的物质运输得以正常进行abcd解析此题的推理过程是很重要的，由细胞的组成结构分子到分子运动才能体现出结构的流动性特点，再由结构到控制细胞内外的物质交换功能，使其具有选择透过性，进而得出能进行正常物质运输。答案c附：练习与应用参考答案一、概念检测1(1)(2)(3)2.b二、拓展应用1把细胞膜与窗纱进行类比，合理之处是说明细胞膜与窗纱一样具有容许一些物质出入，阻挡一些物质出入的作用。这样类比也有不妥当的地方。例如，窗纱是一种简单的刚性的结构，功能较单纯；细胞膜的结构和功能要复杂得多这是一个主动的过程；而窗纱是没有生命的，它只是被动地在起作用。2(1)磷脂分为亲水的头部和疏水的尾部，故水溶性药物被包在双分子层内部，而脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。(2)因为脂质体与细胞膜成分相似，膜上的磷脂分子是可以运动的，故脂质体很容易与细胞膜的磷脂双分子层融合，将药物送入细胞内。课后作业(八)合格性考试必做题1下图所示为某生理活动的一个过程，这一过程体现出的细胞膜功能是()a控制物质进出细胞b将细胞与外界环境分隔开c具有选择透过性d进行细胞间的信息交流解析精子和卵细胞之间直接接触并相互识别完成受精的过程中，两种细胞间进行了充分的信息交流。答案d2细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。下列有关这一功能的理解，不正确的是()a细胞需要的物质可以进入细胞b细胞不需要或对细胞有害的物质一般不能进入细胞c细胞中的成分如核酸等不会流失到细胞外d由于细胞膜的存在，致病的病毒、细菌等都不能进入细胞解析细胞膜控制物质进出的功能表现在细胞需要的物质可以进入细胞，不需要的或对细胞有害的物质一般不能进入细胞，细胞内的核酸等重要成分不能流失到细胞外。但细胞膜控制物质进出的功能具有相对性，有些致病的病毒、细菌等也可能进入细胞。答案d3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解析细胞具有多样性，不同细胞的结构不同，导致功能存在差异。细胞膜的不同主要体现在蛋白质的种类和含量的不同。答案b4下列对细胞膜成分的叙述，错误的是()a细胞膜的主要成分是蛋白质和脂质b细胞膜中的脂质主要是磷脂c细胞膜上的糖类很少，所以其作用不重要d细胞膜中蛋白质的种类和数量决定细胞膜功能的复杂程度解析细胞膜的成分有脂质、蛋白质和糖类，其中主要成分是蛋白质和脂质，脂质中主要是磷脂。蛋白质是生命活动的主要承担者，所以细胞膜的功能主要取决于其上蛋白质的种类和数量。糖类和某些蛋白质结合成糖蛋白，对细胞间的信息交流具有重要的作用。答案c5为了检测麦种的质量，将100粒麦种浸入红墨水中，2 h后用刀片纵剖开，发现胚乳被染红95%，胚被染红32%，因而断定麦种发芽率太低不宜作种。下列对此检测原理的解释最正确的是()a胚和胚乳都具有控制物质进出的功能，细胞不需要的色素不会被吸附和吸收b胚如果是活细胞，红色素就不会被选择吸收c胚乳没有细胞结构，主要成分是淀粉，可吸附色素d胚乳的活细胞少，对色素不具选择吸收作用解析如果小麦种子的胚和胚乳细胞全部为活细胞，其细胞膜应具有控制物质进出的功能，则色素分子不能进入细胞，而由题干信息知部分色素分子已进入细胞，说明小麦种子的部分细胞已死亡，即小麦种子的发芽率过低，由此判定b项符合题意。答案b6下图表示细胞膜部分功能模式图。据图分析，下列说法不正确的是()a功能在生命起源过程中具有关键作用b功能表示进入细胞的物质对细胞都有利c胰岛素调控生命活动可用图中表示d相邻的植物细胞可通过功能进行信息交流解析功能是细胞的边界，在生命起源过程中具有关键作用，a正确；功能表示细胞膜具有控制物质进出细胞的功能，进入细胞的物质不一定都对细胞有利，b错误；表示细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能，胰岛素调控生命活动可用图中表示，c正确；相邻的植物细胞可通过胞间连丝即功能进行信息交流，d正确。答案b7性激素是一种固醇类物质，它可以优先通过细胞膜扩散到细胞内部，这主要与细胞膜的哪项结构有关()a b c d解析性激素属于脂质，而脂质优先通过细胞膜，与细胞膜的成分中含有磷脂分子有关，由图可知，为磷脂双分子层。答案a8下面能正确反映流动镶嵌模型中磷脂分子和蛋白质分子的分布情况的是()解析流动镶嵌模型中磷脂双分子层中的磷脂分子的头部在外侧，尾部相对，蛋白质分子或镶嵌或覆盖或贯穿于磷脂双分子层中，故b正确。答案b9用不同的荧光染料标记的抗体，分别与人细胞和小鼠细胞的细胞膜上的一种抗原物质结合，使两类细胞分别产生绿色和红色荧光。当这两种细胞融合成一个细胞时，开始时一半呈绿色，一半呈红色。但在37 下保温0.5 h后，两种颜色的荧光点就呈均匀分布。请据图回答下列问题：(1)人和小鼠细胞膜表面的抗原属于构成膜结构的_物质。(2)融合细胞表面两类荧光染料分布的动态变化，表明了组成细胞膜的_分子是可以运动的，由此可以证实与细胞膜结构“模型”相关的_的观点是成立的。(3)融合细胞表面两类荧光染料最终均匀分布，原因是_，这表明细胞膜的结构特点是具有_。(4)如果该融合实验在20 条件下进行，则两种表面抗原均匀分布的时间将大大延长，这说明_。若在0 下培养40 min，则发现细胞仍然保持一半发红色荧光，另一半发绿色荧光。对这一现象的合理解释是_。解析细胞膜的主要成分是蛋白质分子和磷脂分子，能与荧光染料标记的抗体结合的应是膜上的蛋白质分子，即题中所谓的“抗原”物质。将融合细胞置于37 下保温30 min后，温度适宜，膜上的分子因流动而发生重新排列，表现出荧光点均匀分布的现象。答案(1)蛋白质(2)蛋白质等膜物质分子能够运动(3)构成膜结构的磷脂分子和蛋白质分子大都可以运动一定的流动性(4)随环境温度的降低，膜上蛋白质分子的运动速率减慢细胞膜的流动性特点只有在适宜的条件下才能体现等级性考试必做题10据最新研究发现，内皮素在皮肤中分布不均，是形成色斑的主要原因。内皮素拮抗剂进入皮肤后，可以与细胞膜的黑色素受体结合，使内皮素失去作用，这为美容研究机构带来了福音。上述材料体现了细胞膜的功能是()a细胞膜中磷脂含量越高，功能越复杂b细胞膜作为系统的边界，严格控制物质进出细胞c细胞膜具有信息交流的功能d细胞膜的组成成分主要为磷脂和蛋白质解析题干中的“内皮素拮抗剂”属于信息分子，要与细胞膜表面上的受体结合后才能发挥作用，完成信息的传递。答案c11如图所示细胞间的三种信息交流方式，下列说法不正确的是()a图甲表示内分泌细胞产生的化学信号物质，随血液到达全身各处，与靶细胞上受体结合b图乙可表示精子和卵细胞之间的识别和结合c图丙表示植物细胞之间通过细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞d细胞间的信息交流是各个细胞之间都维持功能协调性的基础之一解析图甲中，细胞分泌的激素随血液到达全身各处，与靶细胞细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞，a正确；据图乙分析，两个相邻细胞通过细胞膜的直接接触来传递信息，b正确；图丙表示植物细胞之间可以通过建立特定的结构，即胞间连丝来传递信息，c错误；细胞间的信息交流是各个细胞之间维持功能协调性的基础之一，d正确。答案c12下列关于真核细胞细胞膜的叙述，正确的是()a细胞膜的特定功能主要由膜蛋白决定b构成膜的脂质主要是磷脂、脂肪和胆固醇c不同功能的细胞，其细胞膜上蛋白质的种类和数量相同d细胞膜作为系统的边界，严格控制着物质的出入，细胞不需要的物质不能进入细胞内解析生物膜的特定功能与膜蛋白有关；构成细胞膜的脂质有磷脂和少量的固醇，不含有脂肪；蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用，功能越复杂的细胞膜上蛋白质种类和数量越多；细胞膜能控制物质进出细胞，但是这种功能是相对的，如细胞外的病菌等有时可以进入到细胞内，使细胞受到破坏。答案a13.下图表示细胞膜中的各种成分及其含量，其中对应的成分是()a磷脂，蛋白质，胆固醇b蛋白质，脂肪，纤维素c脂质，蛋白质，糖类d蛋白质，脂质，糖类解析细胞膜中脂质含量最多，其次是蛋白质，含量最少的是糖类。答案c14下列说法中，与生物膜发现史不一致的是()a欧文顿在实验基础上提出，膜是由脂质组成的b荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气水界面上铺展成单分子层，测得单分子层面积为红细胞表面积的两倍。他们由此推出：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层c罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗亮暗的三层结构，提出所有的生物膜都是由磷脂蛋白质磷脂三层结构构成的d科学家将不同荧光染料标记的人细胞和鼠细胞进行融合，证明了细胞膜的流动性解析借助于电镜，罗伯特森观察到了细胞膜的结构，并提出了生物膜的静态结构模型。该模型指出生物膜都是由蛋白质脂质蛋白质三层结构构成的，c项错误。答案c15用丙酮从口腔上皮细胞中提取脂质，在空气水界面上铺成单分子层，测得单分子层面积为s1，设细胞表面积为s2，则s1与s2关系最恰当的是()as12s2bs12s2cs12s2ds2s12s2解析磷脂双分子层构成生物膜的基本支架，因此细胞膜铺成单分子层后是细胞表面积的2倍。口腔上皮细胞还有具膜的细胞器和细胞核，因此口腔上皮细胞生物膜铺成单分子层后大于细胞膜表面积s2的2倍。答案b16.单纯的磷脂分子在水中可以形成双层脂分子的球形脂质体(如图)，它载入药物后可以将药物送入靶细胞内部，下列关于脂质体的叙述正确的是()a在a处嵌入脂溶性药物，利用它的流动性将药物送入细胞b在b处嵌入脂溶性药物，利用它的流动性将药物送入细胞c在a处嵌入水溶性药物，利用它与细胞膜融合的特点将药物送入细胞d在b处嵌入水溶性药物，利用它与细胞膜融合的特点将药物送入细胞解析磷脂双分子层构成生物膜的基本支架，具有流动性，磷脂分子亲水的头部排在外侧，疏水的尾部排在内侧，所以水溶性药物在a处能稳定存在，脂溶性药物在b处能稳定存在；球形脂质体与细胞膜融合时，借助于膜的流动性可以将a处的药物送入细胞内部，但只能将b处的药物送到细胞膜的两层磷脂分子之间。答案c17右图是桑格和尼克森在1972年提出的关于生物膜分子结构的流动镶嵌模型，下列相关叙述不正确的是()a与细胞识别有关的结构是a，细胞的识别实际上是一个信息传递过程，植物细胞间可通过胞间连