细胞膜的结构与功能高一上学期生物人教版必修1

第三章细胞的基本结构

第一节细胞膜的结构与功能（2）教学目标及核心素养1.从系统与环境关系的角度，阐释细胞膜作为系统的边界所具有的功能。2.分析细胞膜组成成分与结构的关系，说明细胞膜结构的物质基础，基于事实和证据进行推理、论证，概述流动镶嵌模型的主要内容，感悟科学在质疑与创新中不断发展。3.分析对细胞膜成分与结构的探索历程，认同科学理论的形成是一个科学精神、科学思维和技术手段结合下不断修正与完善的过程。重点难点教学重点：

1.细胞膜的功能。

2.流动镶嵌模型的主要内容。教学难点：

1.细胞膜的结构与其组成成分的内在联系。2.对细胞膜结构的探索过程。脂质和蛋白质等成分如何组成细胞膜？●细胞膜的功能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●细胞膜的化学成分脂质：约占50%蛋白质：约占40%糖类：占2～10%1、对细胞膜结构的探索任务1：对细胞膜结构的探索资料1：1959年，科学家罗伯特森在电子显微镜下观察细胞膜有“暗—亮—暗”的三层结构。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。脂双层对电子的阻挡作用小，电子束散射较少，就有较多的电子通过物镜光栅参与成像，在图像中显得较亮。蛋白质对电子的阻挡作用大，透过样品的电子较少，在图像中则显得较暗。任务1：对细胞膜结构的探索思考1：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。蛋白质—脂质—蛋白质“三明治”模型任务1：对细胞膜结构的探索1959年，科学家罗伯特森在电子显微镜下观察细胞膜有“暗—亮—暗”的三层结构蛋白质—脂质—蛋白质“三明治”模型“三明治”模型的特点：蛋白质均匀分布在磷脂双分子层两侧；细胞膜是静态的。任务1：对细胞膜结构的探索任务1：对细胞膜结构的探索资料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。蛋白质—脂质—蛋白质“三明治”模型思考2：请根据资料2，指出“蛋白质—脂质—蛋白质”模型的不足之处，并对细胞膜的结构进行合理推测。任务1：对细胞膜结构的探索资料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。思考2：请根据资料2，指出“蛋白质—脂质—蛋白质”模型的不足之处，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3：20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。冰冻蚀刻技术研究细胞膜结构任务1：对细胞膜结构的探索思考3：通过冰冻蚀刻实验结果，你可以得出什么结论？冰冻蚀刻技术研究细胞膜结构提示：蛋白质分子镶嵌、部分或全部嵌入、贯穿于磷脂双分子层。任务1：对细胞膜结构的探索细胞生长变形虫运动受精卵卵裂任务1：对细胞膜结构的探索“三明治”模型无法解释：细胞的生长与分裂膜蛋白与脂质的含量差异电镜下细胞膜的厚度任务1：对细胞膜结构的探索思考4：通过人鼠细胞融合实验结果，你可以得出什么结论？结论：磷脂分子和大多数蛋白质分子是运动的。正在融合的细胞融合细胞任务1：对细胞膜结构的探索观察、认识细胞膜中的磷脂分子的运动人鼠细胞融合实验侧向扩散旋转运动摆动运动伸缩振荡翻转运动旋转异构适当升高温度，磷脂的流动性越大任务1：对细胞膜结构的探索任务1：对细胞膜结构的探索流动镶嵌模型的基本内容●细胞膜主要由磷脂分子和蛋白质分子构成，另外还有少量糖类，脂质和大多数蛋白质分子可以运动。●磷脂双分子层是细胞膜的基本支架，亲水的头部排在外侧，疏水的尾部排在内侧，这个支架不是静止的，而是流动的。●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。●糖类与蛋白质结合构成糖蛋白，与某些脂质结合构成糖脂，这些糖类分子叫做糖被。糖被有识别、信息交流、保护、润滑和免疫等作用。任务1：对细胞膜结构的探索【注意】（1）细胞膜中的脂质除磷脂外，动物细胞膜中还含有胆固醇，但细胞膜中没有没有脂肪。（2）糖蛋白和糖脂都分布于细胞膜的外侧，这是判断细胞膜内外表面的重要指标。（3）不同细胞膜上所含蛋白质的种类和数量不同，功能越复杂的细胞膜，其上蛋白质的种类和数量就越多。结构特点——具有一定的流动性原因：膜结构中脂质分子和大部分的蛋白质分子都是可以运动的。实验验证——细胞融合实验影响因素：主要是温度。在适当的温度范围内，随外界温度的升高，膜的流动性增强；若温度高出一定范围，将导致膜的结构被破坏。

桑格和尼克森提出流动镶嵌模型组分结构功能磷脂蛋白质糖类（少）细胞膜内部疏水，屏障磷脂双分子层为基本骨架镶嵌、嵌入、贯穿物质运输等（运动）（运动）结构特点：具有一定的流动性细胞的物质运输、生长、分裂、运动等生命活动细胞膜外表面传递信息等1.将细胞与外界环境分隔开2.控制物质进出细胞3.进行细胞间信息交流任务3：利用废旧物品制作生物膜模型课后实践：发掘身边可利用的废旧物品，进行生物膜模型的构建吧！思考：哪些材料能够更好地体现细胞膜的结构特点呢？具体操作流程可参见教材以及配套光盘任务3：利用废旧物品制作生物膜模型小结

磷脂双分子层是细胞膜的基本支架，蛋白质分子镶嵌、部分或完全嵌入、贯穿于脂双层。其中磷脂分子和大多数蛋白质分子都可以运动，因而细胞膜具有流动性。

人类对细胞膜结构的探索历程说明，科学探索永无止境，科学理论是在不断修正的过程中建立和完善的，这需要科学精神、科学思维和技术手段的结合。对其他科学理论、假说和模型等，也是如此。小结细胞膜的结构和功能成分结构功能主要少量流动镶嵌模型蛋白质脂质糖类组成要点特点糖类磷脂双分子层蛋白质结合方式基本骨架外侧面镶、贯结构特点功能特点具有一定的流动性选择透过性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决定【典例1】下图是细胞膜的亚显微结构模型示意图，下列关于细胞膜的流动镶嵌模型的叙述，错误的是（）A.③是磷脂双分子层，一层细胞膜包括两层磷脂双分子B.①是糖蛋白，糖蛋白具有识别和润滑等作用C.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D.膜中的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的A【变式1】细胞膜的流动镶嵌模型如下图所示。下列叙述正确的是（）A.磷脂和糖脂分子形成的脂双层是完全对称的B.磷脂分子的疏水端在膜的内部，使物质分子都不能自由通过，具有屏障作用C.磷脂分子和蛋白质分子都是可以运动的D.有些膜蛋白能识别并接受来自细胞内外的化学信号D【解析】具有识别作用的糖脂分子只分布在细胞膜的外侧，故脂双层是不完全对称的，A项错误；磷脂分子的疏水端在膜的内部，水溶性分子或离子一般不能自由通过，具有屏障作用，但脂溶性物质、O2和CO2可自由通过磷脂水分子层。B项错误；膜中的蛋白质大多能运动，但某些起连接功能的蛋白质不能运动，C项错误；有些膜蛋白起着细胞标志物的作用，能识别并接受来自细胞内外的化学信号，D项正确。【答案】D【典例2】关于细胞膜结构的探索,下列说法错误的是 (

)A.罗伯特森利用电镜看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构B.罗伯特森提出假说:细胞膜由脂质—蛋白质—脂质三层结构构成C.如果细胞膜是静态的,细胞膜的复杂功能将难以实现D.荧光染料标记的人和小鼠的细胞融合实验表明细胞膜具有流动性B【解析】罗伯特森用电镜看到了细胞膜的暗—亮—暗的三层结构,A正确;罗伯特森提出细胞膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成,B错误;如果细胞膜是静态的,则如细胞的生长等无法完成,即难以实现细胞膜的复杂功能,C正确;题述实验及相关其他实验证据表明细胞膜具有流动性,D正确。【变式2】如图为细胞膜的亚显微结构模式图和部分功能示意图，下列相关叙述错误的是（

）A．细胞膜的功能可说明细胞膜是动植物细胞的边界B．细胞间的信息交流都需要细胞膜上的受体协助C．细胞膜中物质①②的流动性决定了其具有一定的流动性D．图2所示细胞膜的功能的实现与图1中结构③密切相关B【解析】A、细胞膜可以控制物质出入细胞的功能，因而说明细胞膜是细胞的边界，A正确；B、细胞间的信息交流不都需要细胞膜上的受体协助，如高等植物细胞间的信息交流通过专门的通道胞间连丝实现，B错误；C、细胞膜中物质①可以侧向自由移动，且其中的②蛋白质也是大多是运动的，因而细胞膜具有一定的流动性，即细胞膜中物质①②的流动性决定了其具有一定的流动性，C正确；【变式2】如图为细胞膜的亚显微结构模式图和部分功能示意图，下列相关叙述错误的是（

）A．细胞膜的功能可说明细胞膜是动植物细胞的边界B．细胞间的信息交流都需要细胞膜上的受体协助C．细胞膜中物质①②的流动性决定了其具有一定的流动性D．图2所示细胞膜的功能的实现与图1中结构③密切相关B【解析】D、结构③是糖蛋白，有识别作用，图2中激素与细胞膜上的受体结合，受体即是糖蛋白，因此图2所示细胞膜的功能的实现与图1中结构③密切相关，D正确。随堂练1.关于细胞膜的叙述,错误的是()A.细胞膜上的蛋白质在物质运输方面具有重要作用B.温度变化会影响膜蛋白的运动速度C.细胞膜的流动性使膜蛋白均匀分散在脂质中D.细胞膜上多种蛋白质参与细胞间信息交流C【解析】细胞膜上的蛋白质分子种类不同,功能也不同,有的在物质运输方面具有重要作用,有的与糖类结合,形成糖蛋白,参与细胞间的信息交流,A、D正确;由于蛋白质分子和磷脂分子是可以运动的,因此细胞膜具有一定的流动性,温度可以影响细胞膜的流动性,所以温度变化会影响膜蛋白的运动速度,B正确;膜蛋白的种类和数量决定了细胞膜功能的复杂程度,细胞膜不同区域功能不同,是因为膜蛋白分布在不同区域,所以膜蛋白不会均匀地分散在脂质中,C错误。随堂练2.下列不属于细胞间信息交流方式的是（

）A．细胞分泌的激素与靶细胞的细胞膜表面受体结合

B．精子和卵细胞之间的识别和结合C．玉米植株细胞之间通过通道相互连接交流信息

D．有些病毒、病菌也能侵入细胞，使生物体患病D【解析】

A、细胞分泌的激素与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，属于通过体液的作用来完成的间接交流，A错误；B、精子和卵细胞之间的识别和结合，是通过相邻两个细胞的细胞膜直接接触进行细胞交流，B错误；C、玉米植株细胞可通过胞间连丝相互连接进行细胞间的信息交流，是细胞间信息交流的主要方式之一，C错误；D、有些病毒、病菌也能侵入细胞，使生物体患病，体现了细胞膜控制物质进出的局限性，不属于细胞间信息交流方式，D正确。随堂练3.动物的死细胞会被台盼蓝染液染成蓝色,而活细胞不会着色,由此说明()A.细胞膜的外表面有糖被B.细胞膜的成分有磷脂C.活细胞的细胞膜能控制物质进出D.死细胞的细胞膜能控制物质进出C【解析】活细胞的细胞膜能控制物质进出细胞,对吸收的物质具有选择透过性,染色剂不能透过细胞膜进入细胞内部,活细胞不会着色,而死细胞的细胞膜失去控制物质进出的功能,染色剂会进入死细胞而将其染成蓝色。因此题述现象说明活细胞的细胞膜能控制物质进出,C正确。随堂练4.细胞膜的亚显微结构如图所示。下列叙述错误的是（

）A．磷脂双分子层中的③为亲水端，④为疏水端B．膜蛋白①②⑤在细胞膜上的分布是不均匀的C．膜蛋白①与糖类构成的糖被具有识别的功能D．浆细胞分泌抗体与膜脂的侧向自由移动有关C【解析】

A、磷脂双分子层中的③是磷脂分子的头部，具有亲水性，是亲水端；④是磷脂分子的尾部，具有疏水性，是疏水端，A正确；B、膜蛋白①部分嵌入磷脂双分子层，②贯穿磷脂双分子层，⑤全部嵌入磷脂双分子层，膜蛋白①②⑤是不均匀分布的，B正确；C、膜蛋白和糖类结合形成糖蛋白，脂质与糖类结合形成糖脂，这些糖类分子叫作糖被，所以膜蛋白和糖类构成糖蛋白不叫糖被，C错误；D、细胞膜中的磷脂分子可以侧向自由移动，蛋白质大多也能运动，因而细胞膜具有一定的流动性，浆细胞分泌抗体与膜脂的侧向自由移动及蛋白质的运动有关，D正确。随堂练5.科学发现的过程既离不开技术的支持，也离不开科学方法的运用。下列关于生物学知识发现过程的叙述，错误的是（）A．动植物体由细胞构成是科学家通过对动植物的解剖和显微观察获得证据，并通过归纳概括形成的结论B．流动镶嵌模型是解释细胞膜分子结构的一种假说，其内容还可以进一步完善C．人--鼠细胞融合实验中，在0℃下经过40min，融合细胞仍然一半发绿色荧光，一半发红色荧光，该实验结果说明在0℃下细胞膜不具有流动性D．水分子通过细胞膜的速率高于通过人工脂质体的，由此可推测，细胞膜可能存在特殊的输送水分子的通道C【解析】

A、动植物体由细胞构成是科学家通过对动植物的解剖和显微观察获得证据，并通过归纳概括形成的结论，A正确；B、流动镶嵌模型是解释细胞膜分子结构的一种假说，其内容还可以进一步完善，B正确；C、人--鼠细胞融合实验中，在0℃下经过40min，融合细胞仍然一半发绿色荧光，一半发红色荧光，可能是因为温度太低，影响了细胞膜的流动，C错误；随堂练5.科学发现的过程既离不开技术的支持，也离不开科学方法的运用。下列关于生物学知识发现过程的叙述，错误的是（）A．动植物体由细胞构成是科学家通过对动植物的解剖和显微观察获得证据，并通过归纳概括形成的结论B．流动镶嵌模型是解释细胞膜分子结构的一种假说，其内容还可以进一步完善C．人--鼠细胞融合实验中，在0℃下经过40min，融合细胞仍然一半发绿色荧光，一半发红色荧光，该实验结果说明细胞膜不具有流动性D．水分子通过细胞膜的速率高于通过人工脂质体的，由此可推测，细胞膜可能存在特殊的输送水分