2024年高中生物新教材同步必修第一册 第3章 第1节　细胞膜的结构和功能

第1节细胞膜的结构和功能[学习目标]1.简述细胞膜的功能。2.体会科学家探索细胞膜结构的过程。3.简述细胞膜流动镶嵌模型的基本内容。一、细胞膜的功能1．将细胞与外界环境分隔开(1)对细胞本身的意义：保障细胞内部环境的相对稳定，并成为相对独立的系统。(2)在进化方面的意义：膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，产生了原始的细胞。2．控制物质进出细胞3．进行细胞间的信息交流方式实例化学物质(间接交流)激素随血液可达全身各处，将信息传递给靶细胞直接接触精子和卵细胞之间的识别和结合形成通道高等植物细胞之间的胞间连丝判断正误(1)细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能进入细胞，而对细胞有害的物质则不能进入()(2)进行细胞间的信息交流都依赖于靶细胞的细胞膜上的受体与信号分子结合()(3)高等植物的胞间连丝也能使细胞间进行物质交换()答案(1)×(2)×(3)√解析(1)细胞膜是细胞的一道屏障，细胞需要的物质可以进入细胞，对细胞有害的物质也有可能进入细胞，细胞膜的控制作用是相对的。(2)高等植物细胞通过胞间连丝进行细胞间的信息交流，不经过靶细胞的细胞膜上的受体与信号分子结合。1．如图表示细胞膜的功能模式图。据图分析，下列说法不正确的是()A．功能①在生命起源过程中具有重要作用B．功能②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③表示D．相邻的高等植物细胞可通过功能④进行信息交流答案B解析功能①表示细胞膜将细胞与外界环境分隔开，在生命起源过程中具有重要作用，将生命物质与外界环境分隔开，产生了原始的细胞，并成为相对独立的系统，A正确；功能②表示控制物质进出细胞，一般是吸收有利物质，但有些有害物质也能进入细胞，说明细胞膜的控制作用是相对的，B错误；功能③表示进行细胞间的信息交流，激素通过与靶细胞的细胞膜上相应物质的识别来调控生命活动，C正确。2．(2023·云南保山高一期末)如图是细胞间的3种信息交流方式，下列叙述错误的是()A．图1内分泌细胞产生的化学物质，随血液运输到全身各处，作用于靶细胞B．图2可表示精子与卵细胞之间的识别C．图中a表示受体，细胞膜上的受体是所有细胞间信息交流所必需的结构D．图中b表示胞间连丝，是植物细胞间传递信息的通道答案C解析有些细胞间的信息交流可以不经过细胞膜上的受体，如高等植物细胞之间通过胞间连丝进行信息交流，C错误。二、对细胞膜结构的探索1．对细胞膜成分的探索2．细胞膜的成分(1)细胞膜的成分(2)细胞膜成分与功能的关系：功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类与数量就越多。3．对细胞膜结构的探索判断正误(1)构成细胞膜的脂质主要是磷脂、脂肪、胆固醇()(2)罗伯特森在高倍显微镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构()(3)罗伯特森提出的细胞膜的静态结构模型不能解释细胞的生长现象()答案(1)×(2)×(3)√解析(1)构成细胞膜的脂质主要是磷脂、胆固醇。(2)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。任务：探索细胞膜的结构1．分析细胞膜中磷脂分子的排布特点磷脂分子的结构如图所示：(1)将磷脂放入盛有水的容器中，下列能正确反映其分布的是A。(2)若细胞内外均为水环境，细胞膜中的磷脂分子应如何分布？请画图表示。提示如图所示2．分析细胞膜中蛋白质分子的排布特点资料1关于电镜成像：电子束照射大分子物质散射度高，呈暗带；照射小分子物质，散射度低，呈亮带。请根据资料1，分析罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构中蛋白质的分布方式。提示蛋白质—脂质—蛋白质。资料2按照“蛋白质—脂质—蛋白质”模型，细胞膜的厚度应该是单层磷脂厚度的两倍，加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20nm。但是罗伯特森电镜下的细胞膜的厚度约为7～8nm。请根据资料2指出“蛋白质—脂质—蛋白质”的不足之处并对细胞膜的结构进行合理推测。提示资料2表明：“蛋白质—脂质—蛋白质”模型中蛋白质平铺在磷脂双分子层表面形成的膜厚度与真实所测不符。因此，蛋白质不会只覆盖在磷脂双分子层两侧，可能会有蛋白质嵌入磷脂双分子层。资料320世纪60年代，冰冻蚀刻技术得到了应用。科学家将细胞进行快速低温冷冻，用冷刀将细胞标本骤然冲断开。这时，磷脂双分子层的疏水端裂开，从而显示出蛋白质颗粒在膜之中的真实分布情况。通过一定的技术处理，科学家在电子显微镜下观察到，细胞膜的外层磷脂和内层磷脂表面都有凸起的蛋白质颗粒，还有蛋白质随着另一层磷脂离开之后留下的窟窿。通过冰冻蚀刻实验结果，你可以得出什么结论？提示蛋白质分子镶嵌、部分或全部嵌入、贯穿于磷脂双分子层。拓展延伸哺乳动物的红细胞在发育成熟的过程中，细胞核逐渐退化，为携带氧的血红蛋白腾出空间。成熟的红细胞一般不含细胞器且取材方便，因此，哺乳动物成熟的红细胞是获得纯净细胞膜的好材料。3．对细胞膜成分和结构的探索经历了漫长的过程，下列结论或假说对应错误的是()A．根据脂溶性物质更易通过细胞膜推测细胞膜是由脂质组成的B．根据提取的哺乳动物成熟红细胞的脂质铺展成的单分子层面积是该红细胞表面积的2倍，推测细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层C．根据电镜下细胞膜呈清晰的暗—亮—暗三层结构，罗伯特森认为所有的细胞膜都由脂质—蛋白质—脂质三层结构构成D．小鼠细胞和人细胞融合实验可证明细胞膜具有流动性答案C解析根据电镜下细胞膜呈清晰的暗—亮—暗三层结构，罗伯特森认为所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，C错误。4．用绿色荧光染料标记细胞膜上的蛋白质，待荧光分布均匀后，在细胞膜上选定需进行漂白的部位，用激光照射使荧光分子内部结构发生不可逆改变，从而使此部位的荧光消失。一段时间后，漂白部位荧光会有一定程度的恢复。下列有关叙述错误的是()A．绿色荧光在膜上一般不呈均匀分布状态B．根据荧光恢复速度可推算细胞膜中蛋白质分子的运动速度C．漂白部位荧光一定程度的恢复是因为细胞膜具有流动性D．漂白部位荧光的恢复是因为被标记蛋白质恢复空间结构答案D解析由题意可知，用激光照射使荧光分子内部结构发生不可逆改变，因此漂白部位荧光的恢复不可能是因为被标记蛋白质恢复空间结构，D错误。三、流动镶嵌模型的基本内容1．结构模型(1)图中aeq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(名称：磷脂双分子层,作用：膜的基本支架，具有屏障作用,特点：可以侧向自由移动))(2)图中beq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(名称：蛋白质分子,\a\vs4\al\co1(三种,位置)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(镶在磷脂双分子层表面,部分或全部嵌入磷脂双分子层中,贯穿于整个磷脂双分子层)),特点：大多数蛋白质分子是可以运动的))(3)图中ceq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(名称：糖类分子糖被，能和蛋白质结合糖蛋白或与脂质结合糖脂,位置：细胞膜的外表面,作用：与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系))2．结构特点判断正误(1)向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下一个空洞()(2)构成细胞膜的磷脂分子具有流动性，而蛋白质是固定不动的()(3)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外侧()答案(1)×(2)×(3)√解析(1)由于细胞膜具有流动性，因此向细胞内注射物质后，细胞膜上不会留下一个空洞。(2)构成细胞膜的磷脂分子具有流动性，且蛋白质大都是运动的。5．(2022·山西大同高一期中)如图为细胞膜的结构模型示意图，A、B表示细胞膜的两侧。下列有关说法错误的是()A．细胞膜因具有图中1表示的基本支架而具有对称性B．动物细胞吸水时，图中1的厚度会变小C．图中A侧具有糖蛋白，是细胞膜的外侧D．细胞膜具有流动性与图中1、3都有关答案A解析细胞膜两侧的分布不具有对称性，A错误；动物细胞吸水时细胞膨胀，1磷脂双分子层的厚度会变小，B正确；图中A侧具有糖蛋白，是细胞膜的外侧，与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系，C正确；细胞膜具有流动性依赖于1磷脂双分子层能够流动和大多数3蛋白质可以运动，D正确。6.提取生物膜中的磷脂分子，将其放入水中可以形成双层磷脂分子的球形脂质体(如图所示)，它载入药物后可以将药物送入相应细胞，下列关于细胞膜和脂质体的叙述，错误的是()A．磷脂分子在水中能自发形成磷脂双分子层是因为其具有亲水的“头部”和疏水的“尾部”B．在a处嵌入水溶性药物，利用脂质体与细胞膜融合的特点将药物送入细胞C．在b处嵌入脂溶性药物，利用脂质体与细胞膜融合的特点将药物送入细胞D．该脂质体与细胞膜融合是利用它们都具有流动性这一功能特点答案D解析该脂质体与细胞膜融合是利用它们都具有流动性这一结构特点，D错误。题组一细胞膜的功能1．硝苯地平是一种常见的降压药，它的作用机理是通过抑制细胞膜上的Ca2＋通道，使流入细胞的Ca2＋减少，从而导致血压降低。这体现了()A．细胞膜能将细胞与外界环境分隔开B．细胞膜能保护细胞内部的结构C．细胞膜可以控制物质进出细胞D．功能越复杂的细胞膜，蛋白质的数量越多答案C2．(2023·湖北武汉高一期中)如图是一种细胞间信息交流过程示意图，相关实例通过图示方式进行信息传递的是()A．同种生物的精子与卵细胞识别B．相邻植物间物质和信息的传递C．胰岛素运输并作用于肝脏细胞D．睾丸分泌的某些肽调节自身功能答案C解析分析题图可知，A细胞和B细胞通过信息分子完成间接交流，由于两者距离较远，通过血液运送信息分子完成信息交流，而精子与卵细胞的识别和结合，是通过两个细胞的细胞膜接触进行信息交流，A不符合题意；高等植物细胞通过胞间连丝相互连接，进行信息交流，B不符合题意；睾丸分泌的某些肽，是睾丸器官自身细胞分泌，分泌后作用于本身器官，以用来调节自身功能，并未通过血液运送信息分子用以完成信息交流，D不符合题意。3．(2023·陕西宝鸡高一期末)能体现细胞膜控制物质进出细胞的是()①细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞②细胞产生的代谢产物能排出细胞③细胞内的核酸等重要成分不会流出细胞④环境中一切有害的物质都不能通过细胞膜进入细胞A．①②③B．①②④C．②③④D．①③④答案A解析环境中某些有害的物质有可能通过细胞膜进入细胞内。题组二对细胞膜结构的探索4．下列关于细胞膜的成分和结构的探索过程的叙述，不正确的是()A．利用荧光标记法将小鼠和人细胞膜上的蛋白质做标记的实验，证明了细胞膜具有流动性B．欧文顿利用了化学上的“相似相溶原理”，推出了脂溶性物质更容易进入细胞是因为细胞膜上具有大量的磷脂和少量的固醇C．科学家根据观察的现象和已有的知识提出解释某一生物学问题的假说或模型，这种假说或模型最终能否被普遍接受，取决于他能否与以后的现象和实验结果相吻合，能否很好地解释现象D．罗伯特森用电子显微镜观察细胞膜的结构，提出了“暗－亮－暗”的三明治结构是一种静态模型答案B解析欧文顿利用了化学上的“相似相溶原理”，推出了脂溶性物质更容易进入细胞是因为细胞膜上具有脂质，没有确认具体的脂质成分，B错误。5.(2022·四川广安高一期中)某研究小组利用哺乳动物成熟的红细胞制备出细胞膜，用一定手段从细胞膜中提取出所有磷脂分子，将磷脂分子依次放在空气—水界面上、水—苯混合溶剂中以及水中，观察磷脂分子铺展的情况。下列相关说法错误的是()A．哺乳动物成熟的红细胞内无细胞核和各种膜性的细胞器B．空气—水界面上的磷脂分子面积应为红细胞表面积的2倍C．水—苯混合溶剂中磷脂分子会形成头部与水接触，尾部与苯接触的单分子层D．水中磷脂分子会排列成尾部在外侧、头部在内侧的双分子层答案D解析水中磷脂分子会排列成尾部在内侧、头部在外侧的双分子层，D错误。6．如图表示各种细胞膜组成成分的含量，图示能说明的是()A．构成细胞膜的主要成分是蛋白质、脂质和糖类B．细胞膜中的脂质和蛋白质含量的变化与细胞膜的功能有关C．细胞膜的功能越简单，所含蛋白质的数量越多D．蛋白质在进行细胞间的信息交流中具有重要作用答案B解析构成细胞膜的成分有脂质、蛋白质和糖类，脂质和蛋白质在膜成分中占的比例很大，是细胞膜的主要成分，糖类不是主要成分，A错误；细胞膜中脂质和蛋白质的含量变化与细胞膜的功能有关，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多，B正确，C错误；分析题图可知，该图没有涉及细胞间的信息交流功能与蛋白质的关系，D错误。题组三流动镶嵌模型的基本内容7．1972年，辛格和尼科尔森在新的观察和实验证据的基础上，提出了关于细胞膜的分子结构模型，即流动镶嵌模型。下列不符合细胞膜的流动镶嵌模型的说法的是()A．构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动B．每个磷脂分子的疏水端都向内C．嵌入磷脂双分子层的蛋白质分子大多能运动D．细胞膜中的磷脂分子和蛋白质分子之间没有联系，所以才具有流动性答案D解析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，膜中的蛋白质大多也能运动，D错误。8．如图表示细胞膜的结构，下列叙述错误的是()A．此图在普通光学显微镜下是无法观察到的B．此图无法判断哪侧是膜内，哪侧是膜外C．大多数①与②可以运动，所以形成的细胞膜具有流动性D．若用荧光对细胞膜进行标记，一般标记在②上答案D解析①是蛋白质，②是磷脂双分子层，用荧光对细胞膜进行标记时一般标记在①(蛋白质)上，D错误。9．(2023·山东青岛高一期中)磷脂分子是组成细胞膜的重要成分，其“头”部亲水，“尾”部疏水。酶、抗体等水溶性大分子药物常用磷脂包裹制成微球体，因其外部结构与细胞膜类似，能很好地与细胞膜融合，所以更容易携带药物运输到患病部位的细胞中，进而发挥药效。下列有关叙述正确的是()A．增强消化能力的消化酶不需要微球体运送B．微球体能将生物大分子药物水解成小分子药物C．推测微球体可以由一层或两层磷脂分子构成D．组成微球体的磷脂分子“尾”部和药物形成稳定的结合体答案A解析增强消化能力的消化酶在消化道内发挥作用，不需要进入细胞，无需微球体运送，A正确；根据题意可知，微球体的作用是包裹水溶性大分子药物，运输到患病部位的细胞中，B错误；由于磷脂包裹的酶、抗体等物质属于水溶性物质，所以微球体的内部和外部都应该是磷脂分子的亲水端，即该微球体应该由两层磷脂分子构成，C错误；磷脂分子“尾”部疏水，“头”部亲水，酶、抗体等水溶性大分子药物应该与磷脂“头”部相连形成稳定的结合体，D错误。10．(2023·江苏连云港高一期中)某冠状病毒外有包膜结构，主要来源于宿主细胞膜，包膜上含有病毒自身的糖蛋白S，该糖蛋白S可以与人体某些细胞表面的蛋白ACE2结合，使病毒的包膜与宿主细胞膜融合，进而侵入宿主细胞。下列相关说法不正确的是()A．该冠状病毒外包膜的基本支架为磷脂双分子层B．该冠状病毒进入细胞的过程依赖于膜的流动性C．高温变性的该冠状病毒的蛋白质与双缩脲试剂会发生紫色反应D．糖蛋白S与受体蛋白ACE2结合过程体现了细胞膜可以进行细胞间的信息交流答案D解析该冠状病毒外包膜主要来源于宿主细胞膜，因此其成分与宿主细胞膜相同，其膜的基本支架为磷脂双分子层，A正确；该冠状病毒进入细胞需要经过膜的融合，依赖于膜的流动性，B正确；高温变性不会使蛋白质的肽键断裂，故能够与双缩脲试剂发生紫色反应，即高温变性的该冠状病毒的蛋白质与双缩脲试剂会发生紫色反应，C正确；该冠状病毒没有细胞结构，糖蛋白S与受体蛋白ACE2结合过程不能体现细胞膜可以进行细胞间信息交流的功能，D错误。11．如图为某同学根据所学知识绘制的细胞膜流动镶嵌模型，下列有关叙述错误的是()A．①与细胞表面识别、细胞间的信息传递等功能密切相关B．②构成了细胞膜的基本支架，其外部亲水、内部疏水C．细胞膜具有流动性，膜上的蛋白质都可以自由移动D．科学家通过研究细胞膜的表面张力，推测细胞膜中含有蛋白质答案C解析②是构成细胞膜基本支架的磷脂双分子层，外表亲水、内部疏水，B正确；细胞膜具有流动性，主要表现为构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动，但并不是所有蛋白质都可以自由运动(比如锚定蛋白)，C错误。12．人、鼠细胞融合实验中用不同的荧光染料标记两种细胞的膜蛋白，一段时间后两种膜蛋白能在杂种细胞膜上均匀分布形成嵌合体。如图是相关实验结果的记录，据此不能得出的结论是()A．温度超过15℃，细胞膜流动性开始增强B．该实验证明膜蛋白能够运动C．温度对膜蛋白的运动有影响D．融合时间越长，形成的嵌合体越多答案D解析分析题图可知，嵌合体形成的多少与温度有关，但图中数据无法说明与融合时间的关系，D符合题意。13．荧光漂白恢复技术在细胞生物学中有着非常重要的应用，包括三个步骤：将绿色荧光蛋白共价结合在膜蛋白上，细胞膜呈现一定强度的绿色；激光照射淬灭(漂白)膜上部分区域绿色荧光，被照射部分荧光蛋白将不会再发出荧光；检测淬灭部位激光照射前后荧光强度的变化情况。实验过程如图甲，结果如图乙。下列说法不正确的是()A．图乙结果说明细胞膜具有流动性B．应用该技术可以测定膜上单个蛋白质的流动速率C．降低实验温度，漂白区域荧光强度恢复到F2的时间可能将延长D．理论分析，漂白区域恢复足够长的时间荧光强度F2仍小于F1答案B解析应用该技术不能测定膜上单个蛋白质的流动速率，只能测定群体蛋白质的流动速率，B错误。14．以下是细胞间信息交流的三种形式，请据图回答下列问题：(1)A是________，需要通过________的运输到达B________。(2)C的化学本质是____________，它可以接受另一细胞发出的________。(3)E是____________，能使植物细胞相互连接，也具有信息交流的作用。精子和卵细胞之间的识别和结合相当于图甲、图乙、图丙中的图________。(4)细胞膜含有________________________等成分，B细胞膜与D细胞膜的功能差异，主要与________成分有关。(5)除信息交流外，细胞膜还具有________________________、_________________________等功能。答案(1)激素血液靶细胞(2)糖蛋白(蛋白质)信息(3)胞间连丝乙(4)蛋白质、脂质和糖类蛋白质(5)将细胞与外界环境分隔开控制物质进出细胞15．磷脂是组成细胞膜的重要成分，这与磷脂分子的“头”部亲水、“尾”部疏水的性质有关。回答下列问题：(1)某研究小组发现植物种子细胞以小油滴的方式贮存油，每个小油滴都由磷脂膜包被着，该膜最可能的结构是由_________(填“单”或“双”)层磷脂分子构成的，磷脂的“尾”部向着油滴________(填“内”或“外”)。(2)将一个细胞中的磷脂成分全部抽提出来，并将它在空气—水界面上铺成单分子层，结果发现这个单分子层的表面积相当于原来细胞膜表面积的两倍。这个细胞很可能是_________