第2、3节生物膜的流动镶嵌模型物质跨膜运输的方式

第2、3节生物膜的流动镶嵌模型物质跨膜运输的方式一、对生物膜的探索历程1．19世纪末，欧文顿根据脂溶性物质更容易通过细胞膜，提出膜是由脂质组成的。2．20世纪初，化学分析表明，膜的主要成分是

。3．1925年，荷兰科学家得出结论：细胞膜中的脂质分子排列为连续的

。4．20世纪40年代，科学家推测脂质两边各覆盖着

。①脂质和蛋白质②两层③蛋白质5．1959年，罗伯特森认为生物膜由

三层结构构成。6．1970年，人鼠细胞杂交实验表明，细胞膜具有

。7．1972年，桑格和尼克森提出的生物膜的

模型为大多数人所接受。④蛋白质—脂质—蛋白质⑤流动性⑥流动镶嵌二、流动镶嵌模型的基本内容1．

构成膜的基本支架，其结构特点是具有一定的

。2．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，有的贯穿于整个磷脂双分子层，大多数蛋白质分子是可以运动的。3．细胞膜表面的糖类可以和蛋白质结合形成

，也可以和脂质结合形成糖脂。⑦磷脂双分子层⑧流动性⑨糖蛋白1．糖被位于细胞膜的外侧还是内侧？有什么作用？三、物质跨膜运输的方式1．自由扩散(1)方向：物质分子从高浓度一侧到低浓度一侧(2)影响因素：细胞膜两侧存在物质分子浓度差(3)实例：水、CO2、甘油、乙醇2．协助扩散(1)方向：物质分子从

一侧运输到

一侧(2)影响因素：a.细胞膜两侧存在物质分子浓度差b．细胞膜上

的协助(3)实例：葡萄糖进入红细胞⑩高浓度⑪低浓度⑫载体3．主动运输(1)方向：物质分子从低浓度一侧运输到高浓度一侧(2)影响因素：a.细胞膜上相应的

的协助b．细胞新陈代谢产生的

(3)实例：K＋、Na＋、Ca2＋、氨基酸通过细胞膜4．大分子物质以

的方式进出细胞，这与细胞膜的

有关，但不属于跨膜运输。⑬载体⑮胞吞和胞吐⑯流动性⑭能量(ATP)2．细胞膜的主动运输和被动运输对于细胞的生命活动而言是非常重要的，保证生命活动顺利进行的结构和功能基础分别是什么？3．胞吞与胞吐的正常进行须依赖细胞膜的何种结构特性方可完成？胞吞和胞吐过程中是否跨越生物膜？思考探讨提示：1．外侧。糖被具有保护、润滑和细胞识别的作用。2．膜的流动性和选择透过性。3．细胞对大分子物质摄入或排出时所进行的胞吞与胞吐方式须依赖细胞膜的流动性方可完成。胞吞与胞吐过程中，不曾跨越生物膜。(跨膜层数为0层)一、细胞膜的结构——流动镶嵌模型1．化学成分：主要是磷脂分子和蛋白质分子，碳水化合物都和膜蛋白或膜脂结合成糖蛋白或糖脂。2．空间结构：双层磷脂分子组成膜的基本骨架；蛋白质分子镶嵌、嵌入或贯穿于磷脂双分子层中，如下图所示。3．结构特点：(1)镶嵌性：膜的基本结构是由磷脂双分子层镶嵌蛋白质构成的；(2)流动性：膜结构中的蛋白质和磷脂分子在膜中都是可以做多种形式的运动的，导致膜整体具有一定的流动性；(3)不对称性：膜两侧的分子性质和结构不相同，如糖蛋白只分布在细胞膜的外表面，在细胞膜的内表面没有糖被。(4)影响因素：主要受温度影响，适当温度范围内，随外界温度升高，膜的流动性增强，但温度高出一定范围，则导致膜的破坏。4．功能特性：选择透过性(1)表现：植物根对矿质元素的选择性吸收，神经细胞对K＋的吸收和对Na＋的排出，肾小管的重吸收和分泌，小肠的吸收等。(2)原因：遗传性载体种类、数量选择性。5．细胞膜的流动性与选择透过性流动性与选择透过性都是对细胞膜的描述，但两者既有区别又有联系。(1)区别：流动性是细胞膜结构方面的特性，选择透过性体现了细胞膜功能方面的特性，主动运输能充分说明选择透过性。(2)联系：细胞膜的流动性是表现其选择透过性的结构基础。因为只有细胞膜具有流动性，细胞才能完成其各项生理功能，才能表现出选择透过性。相反，如果细胞膜失去了选择透过性，细胞可能已经死亡了。总之，膜的组成、结构和功能可表示为下图。1．(2009年杭州模拟)如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，下列对细胞膜结构和功能的叙述错误的是 (

)A．若图示为肝细胞膜，则尿素的运输方向是Ⅱ→ⅠB．细胞间的识别、免疫、细胞的癌变与①有密切的关系C．适当提高温度将加快②和③的流动速度D．b过程不需要ATP，a过程未体现膜的选择透过性这一生理特性【解析】图中①是糖蛋白，②是蛋白质，③是磷脂分子，Ⅰ为膜外(外侧有糖蛋白)，Ⅱ为膜内。a方式是由低浓度向高浓度、需载体协助的主动运输，b方式是由高浓度向低浓度、不需载体协助的自由扩散。肝细胞内合成尿素，通过肝细胞膜以自由扩散的方式运输到细胞外，A项正确；细胞间的识别、免疫和细胞的癌变与膜上的糖蛋白有关，B项正确；适当提高温度，分子运动速度加快，C项正确；b自由扩散不需要能量是正确的，但a主动运输需膜上载体蛋白的协助，能体现膜的选择透过性，故D项错误。【答案】

D2．细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，下列实例中能反映该特点的是 (

)①高尔基体形成的囊泡与细胞膜融合②变形虫能伸出伪足③小肠绒毛上皮细胞对Na＋、K＋的吸收④核糖体中合成的蛋白质进入细胞核⑤吞噬细胞吞噬病菌A．①②④

B．②③④C．①②⑤

D．①②③④⑤【解析】

膜的融合、伪足、吞噬都是反映细胞膜具有流动性的典型例子。细胞对Na＋、K＋的吸收通过细胞膜上的钠泵。核糖体合成的蛋白质通过核孔进入细胞核，不需通过细胞膜。【答案】

C二、物质出入细胞的方式1．自由扩散、协助扩散和主动运输的比较物质出入细胞的方式被动运输主动运输自由扩散协助扩散运输方向高浓度→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、CO2、H2O甘油、乙醇、苯等出入细胞的方式红细胞吸收葡萄糖小肠吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等表示曲线(一定浓度范围内)2.大分子物质出入细胞的方式三种物质运输方式是小分子和离子的运输方式，不包括大分子物质。大分子物质的运输是通过胞吞与胞吐来运输的。(1)胞吞和胞吐进行的结构基础是细胞膜的流动性。(2)胞吞和胞吐与主动运输一样也需要能量供应，如果分泌细胞中的ATP合成受阻，则胞吐作用不能继续进行。(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①细胞膜内外物质的浓度差。②细胞膜上运载物质的载体数量。(3)影响主动运输的因素①载体：是细胞膜上的一类蛋白质。载体具有特异性，不同物质的载体不同，不同生物细胞膜上的载体的种类和数目也不同。载体具有饱和现象，当细胞膜上的载体已经达到饱和，细胞吸收该载体运载的物质的速度不再随物质浓度的增大而增大。②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。3．甲(○)、乙(●)两种物质在细胞膜两侧的分布情况如下图(颗粒的多少表示浓度的高低)，在进行跨膜运输时，下列说法正确的是 (

)A．甲进入细胞一定需要能量B．甲运出细胞一定不需要能量C．乙进入细胞一定有载体蛋白的参与D．乙运出细胞一定有载体蛋白的参与【解析】从图中可以看出，物质甲的浓度是细胞外高于细胞内，物质乙的浓度正好相反。物质进出细胞的方式主要有两种，即自由扩散和主动运输，前者是指小分子物质从高浓度环境进入低浓度环境，不需要载体，不消耗能量；后者主要是被细胞吸收的物质从低浓度到高浓度，需要载体并消耗能量。【答案】

C4．(2010年海淀模拟)如右图表示细胞对大分子物质“胞吞”和“胞吐”的过程。下列与此有关的叙述错误的是 (

)A．a与b均要以膜的流动性为基础才可能发生B．a要有细胞表面识别和内部供能才可能完成C．b表示细胞分泌的同时会导致膜成分的更新D．b与a分别是细胞排泄废物和摄取养分的基本方式【解析】胞吞和胞吐是膜流动性的具体体现，胞吞是通过膜外表面的糖被识别，消耗能量进入细胞内；细胞分泌是高尔基体“出芽”形成的囊泡与细胞膜融合，将大分子物质排到膜外，因此，有部分高尔基体膜的成分转移到细胞膜；细胞排出废物和摄取养分的基本方式是利用膜的选择透过性直接通过细胞膜，以被动运输、主动运输等方式进行。【答案】

D

(2009年北京卷)细胞膜在细胞的生命活动中具有重要作用。下列相关叙述不正确的是(

)A．细胞膜的糖被在细胞间具有识别作用B．细胞膜对膜两侧物质的进出具有选择性C．细胞膜内外两侧结合的蛋白质种类有差异D．载体蛋白是镶在细胞膜内外表面的蛋白质【解析】

本题考查了细胞膜的结构和功能特点。细胞膜上的糖被具有识别功能；细胞膜具有选择透过性，对进出细胞膜的物质具有选择性；载体蛋白是跨膜蛋白而不是镶在细胞膜内外表面。【答案】

D细胞膜研究的拓展(1)细胞膜成分的实验探究①用溶脂剂处理细胞膜，膜被破坏，说明细胞膜中含有脂质成分。②用蛋白酶处理细胞膜，膜被破坏，说明细胞膜中含有蛋白质成分。(2)细胞膜具有识别作用的实验探究可将大量的同种生物和亲缘关系较远的生物的精子和卵细胞混合在一起，发现只有同种生物的精子与卵细胞能结合。(3)设计实验探究细胞膜的选择透过性①可利用细胞液有颜色的植物组织，放入无色溶液中，然后用高温或强酸、碱等处理，观察处理前后无色溶液的颜色变化。②也可以用哺乳动物成熟的红细胞来研究细胞膜的选择透过性。之所以选哺乳动物成熟的红细胞而不选其他细胞，是因为成熟的红细胞无核膜及其他膜结构，能排除其他膜的干扰。

(2009年辽宁、宁夏卷)下列关于物质跨膜运输的叙述，错误的是 (

)A．植物细胞吸收K＋需消耗能量B．细胞对离子的吸收具有选择性C．海水中的海藻细胞可通过积累溶质防止质壁分离D．液泡中积累大量离子，故液泡膜不具有选择透过性【解析】

液泡膜是一层生物膜，具有选择透过性，能够积累大量的离子。细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，才可能发生质壁分离，海水中的海藻细胞可通过积累溶质使细胞液的浓度增大防止质壁分离。【答案】

D判定主动运输的有效依据(1)从运输方向：只要从低浓度到高浓度运输，则一定为主动运输。(2)从达到平衡时的浓度：若达到平衡时细胞内外仍存在浓度差则一定是主动运输，因为自由扩散和协助扩散达到平衡时内外浓度一定相等。(3)消耗能量(ATP)的一定是主动运输(大分子的运输除外)，且该过程因与呼吸作用有关，故温度可通过影响呼吸作用中酶的活性而影响主动运输。实验设计往往是解答实验题的难点，但只要理清思路，找准方法和突破口、也能化难为易。实验的设计可遵循以下步骤进行。1．了解题目要求：认真读题，从题中找出答案。2．写出实验名称：指出是什么实验，判断出是“验证性实验”还是“探究性实验”。3．写出实验目的：弄清该题要验证或探究的是什么样的生物学事实。即明确实验要解决什么问题。一般在题干中有“验证……”、“证明……”、“探究……”，其后内容就是实验的目的。有些实验需要对其去粗取精，提炼要点。4．写出实验原理：就是完成该实验的理论依据是什么？这就需要分析实验中所涉及的生物学及相关学科中的知识、方法，以及所依据的科学原理。5．设计实验操作过程：大多数题目要求写出实验步骤，这是学生束手无策失分较多的地方。总结下面一条书写模式，能够使书写条理，思路清晰。(1)分组标号：根据实验要求选择适宜的材料和器材，选材应保持条件相同(如：日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠)。将实验分为实验组和对照组；可以分两组，也可以分若干组，每组进行明确的标记，如用甲、乙、丙，或者是A、B、C或者1、2、3，总之让人一看对实验组一目了然。便于实验的观察、统计、比较和叙述。常用语言：选择长势相同、大小相似的同种植物随机等量分组，分别编号为A、B、C…取两支试管，分别编号为甲、乙，各加入等量的某溶液，选择年龄、体重(性别)、健康状况相同的某种动物随机等量分组，分别编号为1、2、3…(2)实验处理：根据实验的要求分别对实验组和对照组施加单一变量。除实验变量外，对实验组和对照组的培养、饲养等条件应要相同，即控制无关变量。后面步骤中要用到的东西，如果题目没有给出，则必须在前面的步骤中准备好，如实验中要用蔗糖液，而题目中只给出蔗糖，我们就要先配制好蔗糖液；题目中如果已经给好(如给的是配好的试剂)，则不必再配制了。(3)培养(或饲养)、观察、记录：对于植物实验和某些动物实验，分别进行实验处理后，要进行一段时间的培养，才能出现结果。而有些实验进行实验处理之后，就可以观察出现的现象。要仔细观察实验组与对照组出现的差异，记录实验现象和实验数据。

某实验小组要对“低温是否会影响物质的跨膜运输”进行实验探究，设计了如下实验：实验步骤：①组装渗透装置两套，分别编号为1,2。②在两组烧杯中分别加入等量的水，在长颈漏斗中分别加入等量的同一浓度的蔗糖溶液，保持管内外液面高度相等。③对两组装置进行不同处理：1组用水浴锅加热至37℃，2组的烧杯外加冰块降温。④两组装置同时开始实验，几分钟后观察记录漏斗的液面刻度变化。请分析回答下列问题：(1)本实验是通过测定水分子通过膜的________速率来进行探究的。(2)该实验可能的结果与结论是：

①_________________________________________；②_________________________________________；③_________________________________________。(3)如果上述实验结果证明了“低温能影响物质跨膜运输的速率”，那么对于生物活细胞来说，产生这种情况的原因可能是：①_______________________________________；②_______________________________________。【解析】通过不同温度条件下的渗透速率可以说明温度对物质的跨膜运输的影响，注意的是设置实验要遵循单因子和等量的原则，分析要全面。【答案】

(1)扩散(渗透)

(2)①若1组漏斗的液面高度比2组高，则说明低温会影响物质的跨膜运输且运输速率减慢②若2组漏斗的液面高度比1组高，则说明低温会影响物质的跨膜运输且运输速率加快③若1,2组漏斗的液面高度相同，则说明温度高低并不影响物质的跨膜运输(3)①低温会影响细胞膜的流动性，从而影响其功能②低温会影响酶的活性，从而影响物质的跨膜运输1．(2009年浙江卷)对某动物细胞进行荧光标记实验，如下面示意图所示，其基本过程：①用某种荧光材料标记该动物细胞，细胞表面出现荧光斑点。②用激光束照射该细胞表面的某一区域，该区域荧光淬灭(消失)。③停止激光束照射一段时间后，该区域的荧光逐渐恢复，即又出现了斑点。上述实验不能说明的是 (

)A．细胞膜具有流动性B．荧光染料能与细胞膜组成成分结合C．根据荧光恢复的速率可推算出物质跨膜运输的速率D．根据荧光恢复的速率可推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率【解析】

该过程说明细胞膜具有流动性、荧光染料能与细胞膜组成成分结合，根据荧光恢复的速率推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率，但不能根据荧光恢复的速率推算物质跨膜运输的速率，因为该过程中没有发生物质跨膜运输。所以C不正确。【答案】

C2．(2009年广东卷)某物质从低浓度向高浓度跨膜运输，该过程 (

)A．没有载体参与B．为自由扩散C．为协助扩散

D．为主动运输【解析】

【答案】

D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—低浓度低浓度—高浓度是否需要载体否是是3．(2008年广东生物)甲、乙两种物质分别依赖自由扩散(简单扩散)和协助扩散进入细胞，如果以人工合成的无蛋白磷脂双分子膜代替细胞膜，并维持其他条件不变，则(

)A．甲运输被促进

B．乙运输被促进C．甲运输被抑制

D．乙运输被抑制【答案】

D4．(2008年江苏生物)线粒体DNA上的基因所表达的酶与线粒体功能有关。若线粒体DNA受损伤，则下列细胞的功能受影响最大的是 (

)A．红细胞吸收葡萄糖

B．小肠上皮细胞吸收水