3—1 细胞膜的结构和功能 （课件PPT）

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第3章　细胞的基本结构 细胞膜的结构和功能 第1节　新教材·生物(RJ)·必修一课标要点 1．概述细胞都由细胞膜包裹，细胞膜将细胞与其生活环境分开，能控制物质进出，并参与细胞间的信息交流。 2．简述细胞膜的成分。 3．简述流动镶嵌模型的基本内容。 4．尝试制作生物膜模型。学法指导 1 ．结合实例记忆并理解细胞膜的功能(生命观念)。 2．结合教材，了解科学家对细胞膜成分和结构的探索历程(科学探究)。 3．通过模型识记细胞膜的结构、磷脂双分子层和蛋白质分子的分布特点(科学思维)。 4．通过实例理解细胞膜的结构特点(生命观念)。研习1细胞膜的功能1．将细胞与外界环境分隔开 使细胞成为相对独立的系统，保障了________________的相对稳定。细胞内部环境2．控制物质进出细胞细胞膜“检查”细胞需要的营养物质对细胞有害的物质，如 .细胞不需要，或者对细胞有害的物质细胞内有用成分 等分泌物，细胞产物的废物排出 细胞可能进入细胞不易进入细胞不能排出细胞进入细胞病毒、病菌抗体、激素3．进行细胞间的信息交流①通过化学物质交流　　　　　 a．植物细胞的胞间连丝②通过细胞膜相互接触交流 b．激素的作用③通过通道交流 c．精子和卵细胞之间的 识别和结合 将下列信息交流的方式与实例连接起来。细胞膜本身的作用不包括(　　) A．物质运输 B．信息传递 C．细胞间的识别 D．蛋白质加工D1．细胞膜的功能图解控制物质进出细胞进行细胞间的信息交流化学物质，如激素、神经递质等直接接触，如精子与卵细胞的相互识别细胞通道，如细胞连丝营养物质代谢废物分泌物病菌、病毒普遍相对类型将细胞与外界环境分隔开保障细胞内部环境的相对稳定意义知识延伸 细胞膜的功能复杂多样，除了上述讲解的三方面的功能之外，细胞膜还具有保护细胞、参与细胞的运动、分泌、排泄、免疫等功能。 2．细胞间信息交流的三种主要方式 (1) 通过体液的作用来完成的间接交流 一些细胞如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)。内分泌细胞 激素 血液 靶细胞受体 靶细胞信息运输进入分泌 (2) 相邻细胞间直接接触，通过与细胞膜结合的信号分子影响其他细胞(如图1所示)。如精子和卵细胞之间的识别和结合。 (3) 相邻细胞间形成通道使细胞相互沟通，通过携带信息的物质来交流信息(如图2所示)。如高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，进行细胞间的信息交流。下列为鉴别细胞活性的染色排除法流程。(1) 请依次填出①～③相关内容。 ①__________；②__________；③______________________。不呈红色呈红色控制物质进出细胞 (2) 请解释染色排除法原理：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 “染色排除法”利用了活细胞的细胞膜能够控制物质进出细胞的原理。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。而死细胞的细胞膜不再具有控制物质进出细胞的功能，所以染色剂能够进入死细胞内，使其被染色 1．据最新研究发现，内皮素在皮肤中分布不均是造成色斑的主要原因。内皮素拮抗剂进入皮肤，可以和黑色素细胞膜的受体结合，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哪项功能？(　　) 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C 解析：本题结合一定的情境考查细胞膜的功能，解答该题的关键词是“和黑色素细胞膜的受体结合”。内皮素拮抗剂与黑色素细胞膜的受体结合细胞膜受体是一种糖蛋白，与细胞识别有关该过程体现了细胞膜信息交流的功能解题探究 (1) 题眼：内皮素拮抗剂→皮肤→和____________________结合，使内皮素失去作用。 (2) 细胞膜受体是一种________，与细胞的________有关，体现了细胞膜的___________功能。 (3) 此题可通过排除法排除A、D项。题干问的是细胞膜的功能，A、D项描述的是成分。本题易错点在题干中的“内皮素拮抗剂进入皮肤”一句话，稍一马虎就易错选B项。黑色素细胞膜的受体糖蛋白信息交流识别 2．血管紧张素Ⅱ受体是一种膜蛋白。当血液中的血管紧张素Ⅱ与该受体结合时，可激活细胞内的第二信使Ca2＋等，进而调节细胞的代谢活动，例如使血管壁平滑肌收缩，导致血压升高。这所体现的细胞膜的功能是(　　) A．分隔细胞与环境　　　　B．信息交流 C．控制物质的进出 D．具有流动性B 解析：由题意知，血管紧张素Ⅱ与细胞膜上的受体蛋白结合，进而调节细胞的代谢活动，体现了细胞膜的信息交流功能。 3．下图表示细胞膜部分功能模式图，据图分析，下列说法正确的是(多选)(　 　)A．功能①在生命起源过程中具有关键作用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③表示D．相邻的植物细胞可通过功能④进行信息交流ACD研习2细胞膜成分和结构的探索1．对细胞膜成分的探索历程溶于脂质的物质脂质磷脂胆固醇续表2两层低于蛋白质2．细胞膜的成分磷脂蛋白质种类和数量糖类3．对细胞膜结构的探索 (1) 20世纪40年代曾有科学家推测________________________。1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜的清晰的___________的三层结构，他提出细胞膜___________________________________________ 。他把细胞膜描述为________的统一结构。20世纪60年代以后，科学家对_______________的观点提出了质疑。脂质的两边各覆盖着蛋白质暗—亮—暗 都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成　静态细胞膜是静态(2) 1970年荧光标记细胞膜实验红色荧光 红色荧光绿色荧光 均匀分布流动性 (3) 1972年辛格和尼科尔森 在新的观察和实验证据的基础上，提出为多数人所接受的________________模型。流动镶嵌1．下列最能正确表示细胞膜的结构的是(　　)C 解析：细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，头部是亲水的，朝向细胞外。蛋白质覆盖、镶嵌或贯穿磷脂双分子层中，细胞膜外侧有具有识别作用的糖蛋白。A、B图中磷脂分子头部排列错误，且无糖蛋白，故A、B错误。D图中细胞膜内外都有糖蛋白，故D错误。2．下列各项中，对生物膜化学成分的表述最全面的是(　　) A．蛋白质、糖类、脂肪 B．糖蛋白、磷脂 C．蛋白质、糖类、脂质 D．脂质、蛋白质C1．构成生物膜的磷脂分子分析 (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．细胞膜具有流动性的实验(1) 方法(2) 现象① 开始：一半发红色荧光，另一半发绿色荧光。② 40 min后两种颜色的荧光均匀分布。(3) 结论：细胞膜具有流动性。 (4) 证明细胞膜具有流动性的实例：质壁分离与复原、变形虫运动、胞吞和胞吐、白细胞吞噬病菌、受精时细胞的融合过程、细胞杂交时的融合等。名师点评(1) 脂溶性物质优先通过细胞膜，说明细胞膜中含有脂质。(2) 磷脂双分子层是构成生物膜的基本支架。(3) 构成生物膜的磷脂和蛋白质分子大多数是可以运动的。 1．磷脂分子是由甘油、脂肪酸和磷酸等组成的，磷酸“头部”是亲水的，脂肪酸“尾部”是疏水的，如图所示。请思考以下两个问题： (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哪一项？________。A (2) 细胞膜中的磷脂是连续的两层，试分析细胞膜中的两层磷脂分子最可能的排列方式是哪一种？________。A2．分析人—鼠细胞融合的实验，回答下列问题： (1) 人—鼠细胞的两种荧光最终均匀分布的原因是什么？ (2) 在该实验中，将温度维持在0 ℃，与37 ℃相比，实验现象有什么变化？细胞膜上的蛋白质是可以运动的。 两种荧光不能均匀分布，或者需要更长的时间才能均匀分布，因为温度降低，影响了蛋白质运动的速度 1．将大量磷脂分子放入清水中，搅拌后，下列图示现象不可能出现的是(　　) 解析：磷脂分子由亲水的“头部”和疏水的“尾部”构成，把大量磷脂分子放入水中，应是亲水的“头部”向外，疏水的“尾部”向内。A 2．人、鼠细胞融合实验，是用带有不同荧光染料的抗体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。如图是相关实验记录，据此能得到的结论是(多选)(　　 )BCDA．当温度增加到15 ℃以上时，细胞膜的流动性发生变化B．该实验证明膜蛋白能够运动C．温度对膜蛋白的扩散有影响D．图中数据说明融合时间越长，形成的嵌合体越多 解析：由图示可知，在低温时形成嵌合体的比例较小，温度适宜时比例较高，15 ℃以上时细胞膜的流动性明显发生变化，从图中无法得出融合比例与时间的具体关系。归纳提炼温度、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。 C研习3细胞膜的结构特点和功能特性1．细胞膜的化学组成：主要是_______和_________。脂质蛋白质2．模型结构磷脂双分子层基本支架流动性蛋白质镶入贯穿嵌入运动的糖蛋白外表面识别糖被3．结构特点：具有一定的________。流动性下列不符合生物膜的流动镶嵌模型的说法是(　　) A．磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性 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．生物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D 解析：生物膜中的磷脂分子和蛋白质分子大都能运动，这使得整个生物膜具有流动性。生物膜是一个整体，它上面的各种分子相互作用、密切联系才维持了生物膜的整体性。 (1) 结构基础：磷脂分子和大多数蛋白质是可运动的。 (2) 生理意义：完成物质运输、细胞识别、细胞融合等功能。 (3) 实验验证：变形虫的运动、白细胞吞噬细菌、细胞胞吞和胞吐现象等。1．生物膜的结构特性——流动性2．功能特性——选择透过性 (1) 含义 水分子可以自由通过磷脂双分子层，细胞需要的离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。 (2) 原因 某些离子和分子不能透过细胞膜的磷脂双分子层，与细胞膜上转运蛋白的专一性有关，如图中物质A、B有相应的转运蛋白，而物质C没有相应的转运蛋白。(3) 生理意义：控制物质进出细胞。 (1)区别：具有一定的流动性是细胞膜的结构特点，即磷脂分子是运动的，大多数蛋白质分子也是运动的。选择透过性是细胞膜的功能特点，即水分子、被选择的离子和小分子可以通过，大分子、不被选择的离子和小分子不能通过。3．流动性和选择透过性的关系(2) 联系：细胞膜的流动性是表现其选择透过性的结构基础。 以上关系可表示为：细胞膜的结构细胞膜的功能决定蛋白分子磷脂双分子层糖被基本支架与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系蛋白质分子的特异性，决定了载体蛋白的特异性功能决定功能特性：选择透过性大多数是运动的结构特点：具有流动性基础名师点评 (1) 各种膜所含的蛋白质与脂质的比例同膜的功能有关，相对活动较旺盛的膜，其蛋白质含量较高，因为膜的功能主要由蛋白质来承担。 (2) 影响生物膜流动性的因素是温度。 (3) 细胞膜的结构特点是细胞膜的流动性，它的基础是磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的；而细胞膜的功能特性是选择透过性，它与转运蛋白有关，两者不能混淆，但结构特点是功能特性的基础，转运蛋白的运动是选择透过性的基础，不能认为两者是独立的。下图是细胞膜的亚显微结构示意图，请分析： (1) 图中的4是哪种成分？为什么在细胞膜中是两层的？ 4是磷脂分子。因为细胞膜两侧都是水溶液，磷脂分子头部亲水，尾部疏水，只有形成双分子层结构，才能稳定。 (2) 2、5、6在4上的存在方式有什么不同？ 2、5、6分别镶在、贯穿、嵌入磷脂双分子层中。A面是细胞膜的外侧，因为具有糖蛋白(糖被)。(3) A、B中哪面是细胞膜的外侧？判断的依据是什么？(4) 从分子组成上分析生物膜具有流动性的原因。 由于组成生物膜的脂质是可以运动的，大多数蛋白质分子也是可以运动的，所以生物膜具有一定的流动性。 1．如图为细胞膜的流动镶嵌模型，有关叙述正确的是(多选) (　 　)A．具有①的一侧是细胞膜的外侧B．①与细胞识别有关C．②是构成细胞膜的基本支架D．细胞膜的选择透过性与①的种类和数量有关ABC 解析：据图信息：①为糖蛋白；②为磷脂双分子层；③为蛋白质。糖蛋白只位于细胞膜的外侧；磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架；③为转运蛋白，与细胞膜的选择透过性有关。解题探究 (1) 直接信息：①为________， ②为____________， ③为________。 (2) 明确各结构的功能 ①功能：__________________________________。 ②功能：___________________________________。 ③功能：____________________________________。糖蛋白磷脂双分子层蛋白质具有保护、润滑和细胞识别的作用构成细胞膜的基本支架作为物质运输的载体和信息交流的受体(3) 如何判断细胞膜的内外两侧？有糖蛋白的一侧为细胞膜的外侧。(4) 生物膜具有流动性的原因。构成膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子都是可以运动的。名师点评 (1) 只有活细胞的膜才具有流动性和选择透过性。 (2) 流动性是细胞膜结构的固有属性，无论细胞是否与外界发生物质交换，流动性总是存在的，而选择透过性只在完成物质交换功能时才能体现出来。 (3) 细胞膜中的蛋白质有部分起转运蛋白的作用，其特异性和数量的多少，决定了其运输物质的种类和数量。 2．阿米巴原虫(俗称变形虫，长期生活在清澈溪流中)是一种单细胞原生动物，它能将水中较大的食物颗粒摄入细胞，与此相关的结构基础是(　　) A．细胞膜的半透性　　　 B．细胞膜的选择透过性 C．细胞膜的流动性 D．细胞膜的黏附性解析：变形虫摄取食物的过程体现了细胞膜的流动性。C 3．器官移植是20世纪医学领域的一项重大突破，其技术核心是用具有正常功能的器官替换已经丧失功能的器官，达到延长人生命的目的。但是器官移植手术最大的障碍就是免疫排斥反应，这主要是由于细胞膜具有识别作用，这种生理功能的结构基础是(　　) A．细胞膜具有选择透过性 B．细胞膜具有一定的流动性 C．细胞膜的主要成分是蛋白质和磷脂 D．细胞膜的外表面有糖蛋白D 解析：由题干信息可知，免疫排斥反应主要与细胞膜的识别作用有关，细胞膜上与此功能有关的结构基础是细胞膜的外表面有糖蛋白。梳理网络结构成分功能糖类蛋白质磷脂双分子层膜的基本支架镶在、嵌入或者贯穿磷脂双分质层形成糖蛋白或者糖脂将细胞与外界分开；控制物质进出；进行细胞间的信息交流要语必备 1.细胞膜的主要功能：(1) 将细胞与外界环境分隔开； (2) 控制物质进出细胞； (3) 进行细胞间的信息交流。 2．细胞膜主要由脂质和蛋白质组成。 3．功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量就越多。 4．磷脂双分子层构成生物膜的基本支架。 5．构成生物膜的磷脂分子和蛋白质分子大多数是可以运动的。 6．糖被只分布于细胞膜的外表面，与细胞表面的识别、细胞间信息传递等功能有密切关系。课 后 题1．构成细胞膜的主要成分是(　　) A．蛋白质和糖类　　　 B．蛋白质和糖脂 C．糖类和磷脂 D．磷脂和蛋白质 解析：构成细胞膜的主要成分是蛋白质和脂质，脂质中最丰富的是磷脂，其中蛋白质在细胞膜行使功能时起主要作用。C2．细胞具有识别功能是因为(　　) A．细胞膜具有一定的流动性　 B．细胞膜表面具有糖蛋白 C．细胞内产生蛋白质 D．细胞膜内有磷脂双分子层B3．细胞膜具有一定的流动性，依赖于(　　) A．磷脂分子可以运动 B．蛋白质分子可以运动 C．磷脂分子、大多数蛋白质分子可以运动 D．与上述两种分子无关 解析：构成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子都是可以运动的，从而推出细胞膜具有一定的流动性。C4．下列涉及细胞间信息交流的是(多选)(　 ) A．花粉与柱头结合 B．高等植物细胞之间依靠胞间连丝相互交换物质 C．唾液淀粉酶与淀粉特异性结合 D．甲状腺细胞表面的糖蛋白结合垂体细胞分泌的促甲状腺激素ABD 解析：花粉与柱头识别是通过细胞膜直接接触进行的，与细胞膜上糖蛋白传递信息有关；高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，进行细胞间的信息交流；唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质，唾液淀粉酶与淀粉特异性结合不属于细胞间的信息交流；垂体细胞分泌的促甲状腺激素与甲状腺细胞表面受体(糖蛋白)结合，将信息传递给甲状腺细胞。5．如图所示为细胞膜亚显微结构模式图，请据图回答下列问题： (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[　]________。蛋白质氨基酸D磷脂双分子层E糖蛋白 (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哪一结构？________(填字母)。流动 组成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的B (5) 细胞膜的外侧是________(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________________。M M侧有多糖与蛋白质结合形成的糖蛋白，糖蛋白位于细胞膜外侧流动镶嵌模型 解析：细胞膜由磷脂双分子层构成基本支架，蛋白质覆盖、镶嵌或贯穿于磷脂双分子层中。磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的。细胞膜的生理功能主要由其上的蛋白质决定。糖蛋白位于细胞膜的外侧，具有识别作用。 6．通过以下材料，请分析细胞膜的成分。 材料一　1895年，英国的细胞生理学家欧文顿注意到脂溶性的化合物通过细胞膜的速率比水溶性的化合物快。 材料二　1925年，荷兰科学家发现，红细胞细胞膜所含的脂质若铺展成一个单分子层，其面积等于红细胞表面积的两倍。 材料三　通过研究细胞表面张力的实验发现，细胞的表面张力比水与油之间的表面张力要小得多。有人在脂肪与水的模型中加入极少量的蛋白质，结果表面张力就降低了很多。 材料四　取两种不同的海绵动物，使其细胞分散成单个的，然后掺在一起混合培养，发现只有同种的细胞才能结合。(1)材料一说明_______________________________________。(2)材料二说明_______________________________________。(3)材料三说明_________________________________________________。(4)材料四可作为________的典型例子。细胞膜中含有脂质脂质分子在细胞膜中以双分子层的形式排列 细胞膜不是单纯由脂质构成的，可能还含有蛋白质细胞识别 解析：根据相似相溶原理，推知细胞膜中含有脂质；“脂质分子的面积等于红细胞表面积的两倍”，意味着脂质分子在细胞膜中以双分子层的形式排列；“同种的细胞才能结合”，说明细胞表面存在具有细胞识别功能的物质。完成课时作业本课结束！