高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第1节 细胞膜的结构和功能优秀导学案及答案

这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第1节 细胞膜的结构和功能优秀导学案及答案，共11页。学案主要包含了易错提醒，知识拓展，特别提醒，易错提示，易错警示，名师提醒等内容，欢迎下载使用。

1.细胞膜将细胞与外界环境分隔开，保障了细胞内部环境的相对稳定。
2.细胞膜控制物质进出细胞，一般来说，细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞；细胞不需要的物质不容易进入细胞。
3.进行细胞间信息交流
【易错提醒】
①细胞是最基本的生命系统结构层次，细胞膜是细胞的系统边界，对于植物细胞来说，细胞壁不是细胞边界，细胞膜是细胞的边界。
②细胞膜的控制作用是相对的，对细胞有害的物质有可能进入，有些病毒、病菌也可能侵入细胞。
③ 用台盼蓝染色，台盼蓝为细胞不需要的物质，活细胞不吸收，死细胞膜失去了活性，丧失控制物质进出细胞的功能，台盼蓝进入细胞，细胞才会被染成蓝色。
【知识拓展】
①细胞壁的主要成分：植物-纤维素和果胶；细菌-肽聚糖；真菌-几丁质。
②主要功能：保护，支持，植物细胞壁对于植物体起着骨架的作用，以维持细胞的正常形态。
知识点02 对细胞膜成分的探索
知识点03 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04 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05 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。
拓展知识
考法01 细胞膜控制物质进出细胞
细胞膜控制物质进出细胞的普遍性和相对性。
1.细胞膜控制物质进出细胞的普遍性体现在：
①细胞需要的营养物质如水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等可以从外界进入细胞；细胞不需要的物质不容易进入细胞。
②细胞产生的废物可以通过细胞膜排到细胞外；抗体、激素等物质在细胞内合成后，分泌到细胞外，细胞内有用的成分不会流失到细胞外。
2.细胞膜控制物质进出细胞的相对性指：有些对细胞没用甚至有害的物质有可能进入细胞，如有些病毒、病菌也能进入细胞，使生物体患病。
【易错警示】细胞膜的控制作用是相对的，环境中一些对细胞有害的物质也有可能进入细胞，某些病毒、病菌也能侵入细胞，使生物体患病。
【典例1】下列关于细胞膜控制物质进出这一功能的叙述中,错误的是（ ）
A．对细胞有害的物质不能进入细胞
B．细胞对物质的控制作用是相对的
C．细胞内合成抗体分泌到细胞外
D．细胞产生的代谢废物排出细胞外
【答案】A
【解析】细胞膜可以控制物质进出细胞，细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞，细胞对物质的控制作用是相对的，环境中一些对细胞有害的物质有可能进入细胞，有些病毒、病菌也能侵入细胞，A错误、B正确；抗体、激素等大分子物质在细胞内合成后，通过胞吐作用分泌到细胞外，C正确；细胞产生的废物排出细胞外，D正确。
考法02 细胞间的信息交流方式
1.细胞分泌的化学物质（如激素，神经递质），随体液（如血液）到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。这是高等动物和人最常见的信息交流方式，如体液调节和神经调节通过信息分子作用于靶细胞，通过细胞膜上的受体完成信息交流。如下图所示：
2.相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。 如精子和卵细胞之间的识别和结合。如下图所示：
3.相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。如高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用。胞间连丝贯穿两个相邻的植物细胞的细胞壁，并连接两个原生质体的胞质丝。它们使相邻细胞的原生质连通，是植物物质运输、信息传导的特有结构。如下图所示：

【典例2】如图表示细胞间信息交流的三种方式，叙述不正确的是（ ）
A．图C中植物细胞依靠胞间连丝交流信息，但不能进行物质交换
B．精子和卵细胞受精时要发生图B所示的信息交流方式
C．图A、图B中靶细胞表面上的受体与信号分子结合，从而接受信息
D．胰岛素调节过程中，信息交流方式与图A所示相同
【答案】A
【解析】高等植物细胞间通过胞间连丝进行信息交流，也可以交换某些物质，A错误；精子和卵细胞依靠膜上糖蛋白的识别，靠细胞与细胞的直接接触进行信息传递，B正确；图A中信息分子通过血液到达全身各处，与靶细胞表面上的受体结合，图B相邻两个细胞的靶细胞上的受体直接与另一个细胞发出信号分子结合，从而接信息，C正确；内分泌细胞胰岛B细胞分泌的化学物质胰岛素随血液流到全身各处，与靶细胞表面的受体结合进行信息传递，如图A、D正确。
考法03 构成细胞膜的成分
科学家在进行细胞膜化学成分分析时，常采用哺乳动物或人的红细胞作为实验材料。将其特殊处理使细胞破裂发生溶血现象，一些物质溶出，再将溶出细胞外的物质洗掉，即可得到纯净的细胞膜。
【典例3】某研究性学习小组欲研究细胞膜的结构和成分，如果你是课题组成员，请你设计一个简易实验制备较纯净的细胞膜，并对其成分进行鉴定。
（1）选用的最好材料是___________，其原因是_______________。
（2）在制得的膜成分中加入双缩脲试剂，如果产生_________反应，即可证明细胞膜成分中含有_________。
（3）研究发现，脂溶性物质容易透过细胞膜，非脂溶性物质透过细胞膜十分困难，这表明组成细胞膜的主要成分中是_________。
（4）该实验表明，组成细胞膜的主要成分有______________。
【答案】（1）哺乳动物成熟的红细胞 没有细胞核和具膜结构的细胞器，容易获得较为纯净的细胞膜 放在蒸馏水中让其吸水涨破
（2）紫色 蛋白质
（3）脂质
（4）脂质和蛋白质
【解析】（1）哺乳动物成熟的红细胞，没有细胞核和具膜结构的细胞器，可制备纯净的细胞膜。
（2）蛋白质遇双缩脲试剂呈现紫色，依据此原理可以鉴别细胞膜成分中有无蛋白质。
（3）根据相似相溶原理，脂溶性物质容易通过细胞膜，非脂溶性物质透过细胞膜十分困难，说明组成细胞膜的主要成分中有脂质。
（4）上述两个实验表明组成细胞膜的主要成分有脂质和蛋白质。
考法04 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05 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06 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07 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。

多细胞生物体内，各个细胞功能的协调依赖于物质和能量的交换，也有赖于信息的交流。
图例
信息交流方式
示例
[a]内分泌细胞分泌的[c]激素随血液到达全身各处，与[b]靶细胞膜表面的[d]受体结合，将信息传递给[b]靶细胞。
胰岛细胞分泌胰岛素，随血液运输到肝脏细胞，与肝脏细胞膜上的胰岛素受体结合，将信息传递给肝细胞。
相邻两个细胞的细胞膜接触，信息（[f]信号分子）从一个细胞（[e]发出信号的细胞）传递给另一个细胞。
精子和卵细胞之间的识别与结合。
相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。
高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，进行信息交流。
1.欧文顿实验
1895 年，欧文顿实验发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜；不溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜。据此推测：细胞膜是由脂质组成的。
（2）戈特和格伦德尔实验
1925年，戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。他们由此推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
（3）丹尼利和戴维森实验
1935年，丹尼利和戴维森他们发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。因此推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。
1.细胞膜的双分子片层模型
1935年，丹尼利和戴维森他们发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。因此推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。此模型认为：细胞膜是由双层脂质分子和蛋白质构成的。
2.细胞膜静态结构模型
1959年,罗伯特森在电镜下看到了细胞膜的“暗一亮一暗”的三层结构,提出了所有的细胞膜都由“蛋白质一脂质一蛋白质”三层结构构成。细胞膜静态结构模型不能解释细胞膜的复杂功能，就连细胞的生长，变形虫的变形运动都难以解释。
3.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。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。
细胞膜成分
鉴定试剂(方法)
结果
磷脂
①脂溶剂处理
细胞膜被溶解
②磷脂酶处理
细胞膜被破坏
③脂溶性物质透过实验
脂溶性物质优先透过
蛋白质
①双缩脲试剂
呈现紫色
②蛋白酶处理
细胞膜被破坏