人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第1节 细胞膜的结构和功能第2课时导学案

3.1 细胞膜的结构与功能（2）

1.通过对细胞膜结构的探索学习，了解细胞膜膜的结构模型。

2.通过比较不同的细胞膜结构模型，阐明细胞膜的流动镶嵌模型的特点。

3.通过“脂质体药物”的分析，体会生物科学知识在解决生产、生活问题中的作用。

知识点01  对细胞膜结构的探索

【特别提醒】

①细胞膜主要是由脂质和蛋白质组成的，还有少量的糖类。

②细胞膜中的组成成分中含量最多的是脂质，其次是蛋白质。

③在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富，此外还有少量的胆固醇。

④功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类与数量就越多。 

知识点02  细胞的融合实验

1970年，科学家用发绿色荧光的染料和发红色荧光的染料分别标记小鼠细胞和人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞融合。这两种细胞刚融合时，融合细胞的一半发绿色荧光，另一半发红色荧光。在37℃下经过40 min,两种颜色的荧光均匀分布。这一实验以及相关的其他实验证据表明，细胞膜具有流动性。

【易错提示】

①研究细胞膜融合实验的方法是荧光标记法，而不是放射性同位素标记法。

②细胞膜的融合速度受温度影响，在较低温度下细胞膜融合速度减慢。

③实验说明细胞膜的结构特点是具有一定的流动性。

知识点03 细胞膜的流动镶嵌模型

1.细胞膜的结构示意图

图中①是糖蛋白，②是磷脂双分子层，③是磷脂分子，④是蛋白质分子。

2.细胞膜的流动镶嵌模型

细胞膜的基本支架是磷脂双分子层。蛋白质分子以不同方式镶嵌在其中，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。组成细胞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，因此细胞膜具有流动性。

【特别提醒】

①细胞膜的外表面还有糖类分子，它和蛋白质分子结合形成糖蛋白，或与脂质结合形成糖脂，这些糖类分子叫作糖被。

②糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系。 

考法01  对细胞膜成分和结构的探索过程

1.1925年，科学家发现质膜的表面张力比油-水界面的张力低得多，推测膜中含有蛋白质，从而提出了“蛋白质-脂类-蛋白质”的模型。认为细胞膜由双层脂类分子及其内外表面附着的蛋白质构成的。

2.1959年，科学家用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构。这就是所谓的细胞膜静态结构模型。此模型的不足之处包括：

①把膜结构描写成静止不变的；

②无法解释细胞膜的功能活动：

③无法解释不通细胞膜的蛋白质和脂类的比率不同。

3.流动镶嵌模型：流动镶嵌模型突出了细胞膜的流动性和不对称性，认为细胞膜由流动的脂双层和蛋白质组成。磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架，蛋白质或嵌在脂质双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层，表现出分布的不对称性。不足之处主要表现在：

①不能说明膜在变化过程中如何保持膜的完整性和稳定性；

②忽略了蛋白质对脂质分子流动性的控制作用

③忽略了膜各部分流动性的不均匀性。

【典例1】下列关于细胞膜探索历程的说法，正确的是（    ）

A. 用电镜观察细胞膜，看到的是亮-暗-亮三层，其中暗的部分是蛋白质，亮的是磷脂

B. 提取人的红细胞中的脂质，单分子层面积为红细胞表面积的2倍，证明细胞膜中的脂质分子为两层

C. 人鼠细胞融合实验中，放射性同位素标记的蛋白质发生流动，可证明细胞膜具有流动性

D. 磷脂是甘油、脂肪酸和磷酸组成的，其中“磷酸”头是疏水的，“脂肪酸”尾是亲水的

【答案】B

【解析】用电子显微镜观察细胞膜，看到的是“暗-亮-暗”三层，其中暗的部分是蛋白质、亮的部分是磷脂，A不正确；人的红细胞没有细胞膜和细胞器膜，因此，提取人的红细胞中的脂质，单分子层面积为红细胞表面积的2倍，证明细胞膜中的脂质分子为两层，B正确；研究细胞膜融合实验的方法是荧光标记法，而不是放射性同位素标记法，C不正确；磷脂是甘油、脂肪酸和磷酸组成的分子，其中“磷酸”头是亲水的，“脂肪酸”尾是疏水的，D不正确。

考法02  细胞膜的流动性

1．细胞膜的流动性含义

是生物膜结构的基本特征之一，主要指膜脂肪酸链部分及膜蛋白的运动状态。膜脂类分子在相变温度以上条件下主要有侧向扩散、旋转、左右摇摆、伸缩振荡、翻转及异化运动等方式。

流动性是选择透过性的基础，正是因为膜脂的流动性和膜蛋白的运动性，才决定了细胞膜的控制物质进出的功能，从而体现出选择透过性，因此，膜的流动性是结构特点。

2．细胞膜膜流动性的测定方法

主要有荧光探针标记，电子自旋共振以及差示扫描量热法，x线衍射等。例如，科学家用发绿光的染料标记老鼠的细胞表面的蛋白质分子，用发红光荧光的染料标记人的细胞表面的蛋白质分子，将老鼠的细胞和人的细胞融合，融合的一半发绿色荧光，一半发红色荧光。在温度为37度，经过40分钟后，两种颜色的荧光均匀分布。此结论证明细胞膜具有流动性。

3．细胞膜流动性的意义和影响因素

细胞膜具有一定的流动性，这是生物膜正常功能的必须条件。例如，细胞的物质运输、细胞识别、细胞免疫、细胞分化与信息转导等都与膜流动性有密切关系。温度影响分子运动，因而影响膜的流动性。一定范围内，温度升高，膜的流动性加大，有利于生理功能的进行；但温度过高，膜流动性过大，会破坏膜结构，不利于生命活动的进行，甚至使细胞死亡；若温度过低，膜流动性下降，黏度增加，运输功能下降，严重的使膜结构破坏，通透性增大，内容物大量排出，引起细胞死亡。

4.细胞膜流动性的应用

动物细胞融合；植物原生质体融合；将膜脂制成微球体包裹酶、抗体、核酸等生物大分子或小分子药物，运输到患病部位，通过脂质微球体膜和细胞膜的融合，把这些物质送入细胞，从而达到治疗疾病或改变细胞代谢和遗传特性等目的。

【典例2】关于细胞膜流动性的叙述，正确的是(    )

A．因为细胞膜由磷脂双分子层构成，所以细胞膜具流动性

B．蛋白质分子无尾，不能运动，与细胞膜的流动性无关

C．细胞膜的流动性是指蛋白质能够运动，与磷脂分子无关

D．细胞膜流动性与蛋白质分子和磷脂分子都有关

【答案】D

【解析】细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性，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。D正确。

考法03  细胞膜的流动镶嵌模型

1.磷脂双分子层是细胞膜的基本支架。磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸等组成的分子，作为“头”部的磷酸是亲水的，而作为“尾”部的脂肪酸是疏水的，一个磷脂分子有一个亲水的“头”和两个疏水的“尾”。其疏水的“尾”只能位于膜的中央，“头”则位于膜的外侧和内侧，构成双分子层。构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动。

2.构成细胞膜的蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中：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。这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。

【典例3】1972年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型普遍为人们所接受，它能很好地解释生物膜的动态功能，如图是细胞膜的模式图，以下有关说法正确的是(　　)

A.功能越复杂的细胞膜，构成③的分子含量越多

B.生物膜上的②不能运动，③构成了生物膜的基本支架

C.生物膜上的①可以具有识别、保护和润滑等作用

D.利用废旧物品制作的生物膜流动镶嵌模型属于概念模型

【答案】C

【解析】①是糖蛋白，②是蛋白质分子，③是磷脂双分子层。功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类与数量就越多，磷脂的含量就越少，A不正确；磷脂双分子层构成了生物膜的基本支架，具有流动性，生物膜上的大多数蛋白质也是可以运动的，B不正确；生物膜上的糖蛋白可以具有识别、保护和润滑等作用，C正确；利用废旧物品制作的生物膜流动镶嵌模型是物理模型不是概念模型，D不正确。

【名师提醒】结构和功能相统一：由于组成细胞膜的磷脂分子可以运动、绝大多数蛋白质是运动的，因此细胞膜具有流动性；由于糖蛋白具有识别细胞和生物大分子的功能，所以细胞膜具有识别和信息交流功能；由于细胞膜上蛋白质具有多样性，决定了细胞膜在功能上具有多样性，如物质运输、能量转换和免疫识别等。

考法04  细胞膜的组成及功能的实验探究

1.细胞膜成分的鉴定

2.细胞膜结构特点验证

①方法：荧光标记法

②现象：采用荧光标记法分别标记小鼠细胞与人细胞进行人鼠细胞融合实验，依据两种荧光染料混杂状况，确认膜上分子并非静止的而是流动的。

3.控制物质进出功能的验证

①染色剂进入实验

②色素透出实验

【典例4】在洋葱鳞片叶的表皮细胞内，液泡中含有紫色的花青素。将鳞片叶的表皮撕成若干小方块放入清水中，水的颜色无明显变化。若进行加温，随着水温的升高，观察到水的颜色会逐渐变为紫色。其主要原因是(　　)

A.细胞壁在加温中受到破坏

B.水温升高，花青素的溶解度加大

C.加温使细胞膜和液泡膜失去了控制物质进出的作用

D.加温使水中的化学物质发生了反应

【答案】C

【解析】由题意知加温后水的颜色变为紫色，说明液泡中的色素由液泡流出后经细胞膜进入水中，即由于水温升高，导致细胞膜和液泡膜失去了控制物质进出的作用。

题组A  基础过关练

1．科学家从细胞膜成分入手探索生物膜结构，提出生物膜的流动镶嵌模型，下列关于该模型的叙述错误的是（   ）

A．磷脂双分子层构成膜的基本支架

B．蛋白质分子均匀排列在磷脂分子的两侧

C．构成生物膜的磷脂分子可以运动

D．构成生物膜的大多数蛋白质分子可以运动

2．在人类对细胞膜结构的探索历程中，罗伯特森提出的三层结构模型与流动镶嵌模型的相同点是（　　）

A．两种模型都认为磷脂双分子层是构成膜的基本支架

B．两种模型都认为蛋白质分子镶嵌在脂质分子中

C．两种模型都认为组成细胞膜的主要物质是蛋白质和脂质

D．两种模型都认为组成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动

3.下列最能正确表示细胞膜的结构的是(　　)

A　　　　　B　　　　　C　　　　　D

4.下列不符合生物膜的流动镶嵌模型的说法是(　　)

A.磷脂双分子层可以自由移动，具有流动性

B.磷脂双分子层中磷脂分子的疏水端位于膜的内部

C.嵌入磷脂双分子层的蛋白质分子大多能运动

D.流动镶嵌模型能够解释变形虫运动但不能解释细胞间信息传递

5.下图为细胞膜的流动镶嵌模型示意图，有关叙述错误的是(　　)

A.a指磷脂分子的尾部，具有疏水性

B.c指磷脂分子的头部，具有亲水性

C.糖蛋白在细胞膜的内外侧均有分布

D.细胞膜的功能与b的种类和数量关系密切

6．决定细胞膜功能复杂性和细胞识别作用的物质分别是（　　）

A．淀粉和纤维素 B．纤维素和糖蛋白

C．蛋白质和糖类分子 D．蛋白质和磷脂

题组B  能力提升练

7.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

8.单纯的磷脂分子在水中可以形成双层磷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

9.荧光漂白恢复技术在细胞生物学中具有重要的应用，包括三个步骤：绿色荧光染料与膜上的蛋白质结合，细胞膜上呈现一定强度的绿色；激光照射猝灭(漂白)膜上部分绿色荧光；检测猝灭部位荧光再现速率。实验过程如图甲、乙所示。下列说法错误的是(　　)

A.该技术说明细胞膜具有一定的流动性

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

10．细胞膜非常薄，使用高倍显微镜也难以看清它的真面目，人们对细胞膜化学成分与结构的认识经历了很长的过程。下列关于细胞膜成分和结构探索历程的叙述正确的是（    ）

A．根据脂溶性物质容易穿过细胞膜证实细胞膜是由脂质组成的

B．对细胞膜表面张力的研究推测出膜中附有蛋白质

C．电镜下观察到的细胞膜都由脂质一蛋白质一脂质三层结构构成

D．流动镶嵌模型认为细胞膜的磷脂和蛋白质都是可以运动的

11.如图表示细胞膜的亚显微结构模式图，请据图回答：

（1）图中[B]________的基本组成单位是________。构成细胞膜基本支架的结构是[　　]________。

（2）与细胞膜的识别功能有关的结构是[　　]________。

（3）吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了细胞膜具有________性。这是因为_______________________。

（4）不同细胞细胞膜的生理功能不同，主要取决于细胞膜上的什么结构？________(填写标号)。

（5）细胞膜的外侧是________(选填“M”或“N”)侧，判断的依据是_______________________。

（6）细胞膜的这种结构模型被称为________。

12.下图表示细胞膜探索历程的重要实验，请写出各字母对应的内容：

A．______________________；B．______________________；C．______________________；D．______________________；E．______________________。

题组C  培优拔尖练

13.（2009·浙江卷）对某动物细胞进行荧光标记实验，如图所示，其基本过程：①用某种荧光染料标记该动物细胞，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

14.（2016·课标Ⅲ改编）下列有关细胞膜的叙述，正确的是（   ）

A.细胞膜两侧的离子浓度差与细胞膜控制物质进出无关

B.细胞膜与线粒体膜、核膜中所含蛋白质的功能相同

C.细胞生长、变形虫的变形运动过程存在膜脂的流动现象

D.膜中的磷脂分子是由胆固醇、脂肪酸和磷酸组成的

15.下图表示各种细胞膜的成分及其中物质的含量，图示不能说明的是（    ）

A．构成细胞膜的主要成分是蛋白质和脂质

B．细胞膜中的脂质和蛋白质的含量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少

D．蛋白质在细胞间的信息交流中具有重要作用

16.请根据以下材料设计实验，验证细胞膜具有控制物质进出的功能。

材料：红玫瑰、质量分数为15%的盐酸、蒸馏水、培养皿、量筒。

实验步骤：

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________；

③________________________________________________________________________。