生物必修1《分子与细胞》第1节 细胞膜的结构和功能导学案

这是一份生物必修1《分子与细胞》第1节 细胞膜的结构和功能导学案，共16页。

2．简述细胞膜的成分和结构。
3．简述流动镶嵌模型的基本内容。
素养达成
设疑激趣
是谁，隔开了原始海洋的动荡，
是谁，为我日夜守边防，
是谁，为我传信报安康。
没有你，我——一个小小的细胞
会是何等模样？
同学们，诗中的“你”是指什么呢？这幅图代表什么呢？
夯基提能·分层突破——互动·探究·智涂
探究点一 细胞膜的功能
1.细胞膜作为系统的边界，有着非常重要的功能，结合下列材料分析回答问题。
材料一 用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞，却不能很快逸出细胞；在光学显微镜下看到，用微针触碰细胞表面时，细胞表面有弹性，可以伸展；用微针插入细胞内，细胞表面有一层结构被刺破；如果细胞表面结构受损面过大，细胞会死亡。
(1)上述材料说明：细胞膜将生命物质和____________分开，保障了细胞内部环境的________。
材料二 细胞膜控制物质进出细胞示意图
(2)据图看出，细胞膜能__________，细胞需要的物质才能进入细胞，但是对细胞有害的病菌和病毒有时候也能进入细胞，说明这种控制作用是________的。
2．如图是细胞间的三种信息交流方式，请据图分析回答下列问题：
(1)图中①②③④的物质或结构的名称分别是什么？
(2)植物细胞间的胞间连丝、人体内胰岛素的作用过程、精子和卵细胞之间的识别和结合分别属于上面的哪种方式？
(3)细胞间进行信息交流时往往需要受体，受体的化学本质是什么？受体和信号分子的结合有没有特异性？
[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)细胞膜控制物质进出细胞的作用是相对的，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)对细胞间信息交流的两个认知误区
①三种信息交流方式是发生于细胞与细胞之间的，而不是细胞内的信息交流。
②并非细胞间信息交流都依赖于细胞膜上的受体蛋白，如通过细胞通道的信息交流方式。
[方法规律] 判断细胞是否具有活性。
(1)判断依据：只有活细胞的细胞膜才能够控制物质进出细胞。
(2)判断方法：能够控制物质进出→活细胞；不能够控制物质进出→死细胞。
1.细胞膜的功能图解
2．细胞间信息交流的三种方式
(1)内分泌细胞分泌的激素(如胰岛素)，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)。
(2)相邻两个细胞的细胞膜直接接触，通过糖蛋白识别，将信息从一个细胞传递给另一个细胞(图示如下)。
(3)高等植物细胞之间主要是通过胞间连丝来实现的(图示如下)。
3．细胞膜功能的实验验证
(1)控制物质进出功能的验证：
(2)识别功能的验证：
1．(合格考)“江村垂柳绵，白鹭上长天。袅袅炊烟软，徐徐落日圆。”诗中的柳树叶细胞和白鹭肌肉细胞的边界分别是( )
A．细胞膜和细胞壁
B．细胞壁和细胞膜
C．细胞膜和细胞膜
D．细胞壁和细胞壁
2．(合格考)用台盼蓝对细胞染色，被染成蓝色的是死细胞，不着色的是活细胞。做出以上判断主要是依据细胞膜的哪种功能( )
A．将细胞与外界环境分隔开
B．控制物质进出细胞
C．控制细胞的代谢和遗传
D．实现细胞与外界环境的能量转换
3．(等级考)如图表示细胞膜部分功能模式图。据图分析，下列说法错误的是( )
A．功能①在生命起源过程中具有关键作用
B．功能②表示对细胞有利的物质才能进入细胞
C．胰岛素调控生命活动可用功能③表示
D．高等植物相邻细胞间可通过功能④进行信息交流
4．(等级考)以下实验体现了细胞膜具有哪项功能( )
A．将细胞与外界环境隔开
B．细胞代谢的主要场所
C．进行细胞间的信息交流
D．控制物质进出细胞
探究点二 对细胞膜成分和结构的探索及流动镶嵌模型的基本内容
1.许多有关细胞膜化学组成的资料，都来自细胞膜(尤其是红细胞膜)的研究。下表是猪的几种细胞的细胞膜组成成分，回答问题：
(1)我们常用猪的成熟的红细胞作为细胞膜制备的材料，可否用鸡的红细胞做细胞膜的制备实验呢？
(2)不同细胞的细胞膜各种成分的含量完全相同吗？
(3)上述细胞膜的脂质中，哪种脂质含量最丰富？
(4)小肠绒毛上皮细胞膜蛋白质含量最高，功能也最复杂，这说明什么？
2．根据阅读资料获得的信息，思考下列问题：
资料1 电镜照片显示出质膜具有3层结构，两侧着色较深，称为暗带，均厚约2nm；中间层着色较浅，称为亮带，厚约3.5nm(图1)。利用冷冻蚀刻电镜技术观察质膜的断裂面，可以看到蛋白质像鹅卵石一样镶嵌在质膜中(图2)。
资料2 科学家用荧光分子标记细胞的膜蛋白，然后用高能激光束照射质膜的某一区域，使该区域内的荧光分子发生不可逆的破坏，这一区域称为光漂白区。继续观察，可以发现光漂白区逐渐重新出现荧光(图3)。
(1)资料1中的质膜电镜观察结果说明蛋白质分子在质膜中是怎么排布的？而在冷冻蚀刻电镜下观察到的图示中又是怎么排布的？
(2)资料2中光漂白区重新出现荧光的原因是什么？质膜是静态的还是具有流动性？
3．结合磷脂分子的结构特点，试以示意图的形式分别画出多个磷脂分子在水—空气界面和在细胞膜上的排布状态，并分析其原因。
[方法归纳]
膜的内、外侧判断技巧：
根据糖蛋白的分布情况，有糖蛋白的一侧为膜的外侧，无糖蛋白的一侧为膜的内侧。
[名师提醒]
生物膜的结构除了具有流动性的特点外，还具有：
(1)镶嵌性：膜的基本结构是由磷脂双分子层镶嵌蛋白质构成的。
(2)不对称性：膜两侧的分子性质和结构不相同，如糖被只存在于外表面。
1.细胞膜成分及结构的探索历程
2．细胞膜的成分及功能分析
3．细胞膜的流动镶嵌模型
(1)细胞膜的脂质中，磷脂最丰富，还有少量的胆固醇。
(2)糖脂和糖蛋白都分布于细胞膜的外表面。
(3)脂质和蛋白质分子并不是均匀分布的，而是呈不对称分布。
4．细胞膜的结构特点——具有流动性
(1)结构基础：构成膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的。
(2)实例证明：人鼠细胞融合实验。
(3)膜的流动性受温度影响，在一定温度范围内，随温度升高，膜的流动性加快。
5．结构特点和功能特性的关系
1．(合格考)科学家在实验中发现，脂溶性物质能够优先通过细胞膜，并且细胞膜会被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解。这些事实说明了组成细胞膜的物质中有( )
A．糖类和脂质B．糖类和蛋白质
C．蛋白质和脂质D．蛋白质和核酸
2．(合格考)如图表示细胞膜的流动镶嵌模型，下列有关叙述不正确的是( )
A．具有①的一侧为细胞膜的外侧
B．①与细胞表面的识别有关
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
3．(等级考)下列关于细胞膜的探索历程中相关实验与结论之间的对应关系错误的是( )
4.(等级考)科学工作者用不同颜色的荧光染料分别标记人和鼠细胞的膜蛋白后，进行细胞融合实验(如图所示)。该实验说明( )
A.膜蛋白是可以移动的
B.两种细胞的膜蛋白种类相同
C.膜蛋白可以起生物催化作用
D.膜蛋白能控制某些物质出入细胞
5．(等级考)(不定项)下列关于细胞膜的叙述中，不正确的是( )
A.细胞膜的结构特点对它完成各种生理功能非常重要
B.细胞膜表面的糖蛋白多种多样不具有特异性
C.细胞膜的识别功能与糖被有关
D.细胞膜的功能特性是具有流动性
6．(等级考)如图甲为细胞膜的亚显微结构模式图，图乙为图甲细胞膜的磷脂分子结构模式图，下列相关叙述错误的是( )
A.图甲中的①②③共同为细胞的生命活动提供相对稳定的内部环境
B.图乙分子可识别“自己”和“非己”的成分
C.图甲中②可识别气味分子并完成信息的传递
D.将图乙平展在水面上，a部分与水面接触
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1.细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。下列有关这一功能的理解，不正确的是( )
A．细胞需要的物质可以进入细胞
B．细胞不需要或对细胞有害的物质一般不能进入细胞
C．细胞中的某些成分如核酸等不会流失到细胞外
D．由于细胞膜的存在，致病的病毒、细菌等都不能进入细胞
2．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( )
3．一种聚联乙炔细胞膜识别器已问世，它是通过物理力把类似于细胞膜上具有分子识别功能的物质镶嵌到聚联乙炔囊泡中，组装成纳米尺寸的生物传感器。它在接触到细菌、病毒时可以发生颜色变化，用以检测细菌、病毒。这类被镶嵌进去的物质很可能含有( )
A．磷脂和蛋白质B．多糖和蛋白质
C．胆固醇和多糖D．胆固醇和蛋白质
4．食醋中的醋酸成分是活细胞不需要的小分子物质，蔗糖则是细胞需要的物质。用食醋和蔗糖可将新鲜大蒜头腌成糖醋蒜，其原因是( )
A．醋酸和蔗糖分子均能存在于活细胞的间隙中
B．醋酸和蔗糖分子均能被吸附在活细胞表面
C．醋酸能固定和杀死活细胞，使细胞膜失去控制物质进出的功能
D．因腌的时间过久，两种物质均慢慢地进入活细胞
5.
如图表示细胞膜的结构，据此回答问题(在[ ]中填序号)。
(1)细胞膜的这种结构模型被称为____________。细胞膜的基本支架是[ ]。
(2)胆固醇、维生素D等物质能优先通过细胞膜，这是由于细胞膜上具有________(填成分)。
(3)由图可知，该结构的________(填“上方”或“下方”)是细胞膜的外侧。
(4)精子和卵细胞能够通过该结构相互识别并结合，说明细胞膜具有______________________功能。与此相关的物质是[ ]。
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问题探讨
1．提示：活细胞的细胞膜具有选择透过性，染料台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜，因此活细胞不被染色。死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。
2．提示：细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能。
练习与应用
一、概念检测
1．(1)× (2)× (3)×
2．B
二、拓展应用
1．提示：把细胞膜与窗纱进行类比，合理之处是说明细胞膜与窗纱一样具有允许一些物质出入，阻挡一些物质出入的作用。这样类比也有不妥当的地方，例如，窗纱是一种简单的刚性的结构，功能较单纯；细胞膜的结构和功能要复杂得多，这是一个主动的过程；而窗纱是没有生命的，它只是被动地在起作用。
2．提示：(1)磷脂分为亲水的头部和疏水的尾部，故水溶性药物被包在双分子层内部，而脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。
(2)因为脂质体与细胞膜成分相似，膜上的磷脂分子是可以运动的，故脂质体很容易与细胞膜的磷脂双分子层融合，将药物送入细胞内。
第1节 细胞膜的结构和功能
夯基提能·分层突破
探究点一
【师问导学】
1．(1)外界环境 相对稳定
(2)控制物质进出细胞 相对
2．(1)①信号分子(激素)；②受体；③与膜结合的信号分子；④胞间连丝。 (2)分别属于图C、图A、图B。
(3)受体的本质是糖蛋白，受体和信号分子的结合具有特异性。
【随堂检测】
1．解析：无论动物还是植物细胞都以细胞膜为边界，C正确。
答案：C
2．解析：台盼蓝是细胞不需要的大分子，台盼蓝不能进入活细胞中，而死亡细胞的细胞膜选择透过性丧失，大分子的台盼蓝能进入死细胞中，体现了细胞膜的控制物质进出的功能，B正确。
答案：B
3．解析：功能①是指细胞膜能将细胞与外界环境分隔开，这对原始的细胞的产生极其重要，即在生命起源过程中具有关键作用，A正确；功能②是指细胞膜可以控制物质进出细胞，但细胞膜的控制作用是相对的，环境中的一些有害物质也可能进入细胞，B错误；胰岛素作为信号分子，通过与靶细胞膜上的特异性受体结合发挥作用，可用功能③表示，C正确；功能④是进行细胞间的信息交流，高等植物相邻细胞间可通过胞间连丝进行信息交流，D正确。
答案：B
4．解析：由题图可知，将正常的玉米种子和煮熟的玉米种子都用红墨水处理，一段时间后用清水冲洗，正常的玉米胚细胞不呈红色，说明红墨水不能进入，煮熟的玉米胚细胞呈红色，说明红墨水能通过细胞膜进入细胞，此实验说明了细胞膜能控制物质进出细胞，D正确。
答案：D
探究点二
【师问导学】
1．答案：(1)不可以。鸡不是哺乳动物，其红细胞内含有细胞核和众多的细胞器，不易获得较纯净的细胞膜。
(2)不完全相同。
(3)磷脂最丰富。
(4)说明蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用。
2．(1)电镜观察结果说明蛋白质分子在质膜中是分层排布的；冷冻蚀刻电镜下显示蛋白在细胞膜表面或者穿透，而不是在两层之间。
(2)是由于质膜上其它区域的蛋白质流动使光漂白区呈现的荧光。质膜具有流动性。
3．因为磷脂分子的“头部”亲水，“尾部”疏水，所以在水—空气界面磷脂分子“头部”向下与水面接触，“尾部”则朝向空气一面。
【随堂检测】
1．解析：脂溶性物质优先通过细胞膜，且细胞膜被脂溶性溶剂溶解，说明细胞膜中含有脂质分子；细胞膜被蛋白酶分解，说明细胞膜中含有蛋白质分子。
答案：C
2．解析：图中①是糖蛋白，②是磷脂双分子层，③是蛋白质分子。糖蛋白主要与细胞的信息交流和识别有关；磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架；蛋白质是生物膜中的功能分子，细胞膜的选择透过性主要与膜上的蛋白质有关。
答案：D
3．解析：荧光标记的人鼠细胞融合实验，说明了细胞膜具有流动性，A错误；红细胞膜中脂质铺展成单分子层后是红细胞表面积的2倍，说明细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层，B正确；由于人们已经发现了油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低，所以由细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力，可以推测细胞膜中可能还含有蛋白质，C正确；脂溶性物质更易通过细胞膜，可以说明细胞膜是由脂质组成的，D正确。
答案：A
4．解析：用发红色荧光的染料标记人细胞的膜蛋白，用发绿色荧光的染料标记鼠细胞的膜蛋白，然后诱导二者融合。开始时融合细胞的一半发红色荧光，一半发绿色荧光，一段时间后，两种颜色的荧光均匀分布。这说明膜蛋白是可以运动的。
答案：A
5．解析：细胞膜的结构特点是具有流动性，对细胞完成物质运输、生长、分裂运动等功能都非常重要，A正确；细胞膜表面的糖蛋白具有识别作用，具有特异性，B错误；细胞膜的识别功能与糖被有关，C正确；细胞膜的功能特性是具有选择透过性，D错误。
答案：BD
6．解析：图甲中①②③构成的细胞膜共同为细胞的生命活动提供相对稳定的内部环境，A正确；可识别“自己”和“非己”的成分是细胞膜上的糖蛋白，而图乙分子表示磷脂分子，B错误；图甲中，①②是糖蛋白可作为气味分子的受体并完成信息的传递，C正确；图乙中的a部分表示亲水端，b端表示疏水端，因此将磷脂分子平展在水面上，a部分与水面接触，D正确。
答案：B
高效课堂·实践运用
1．解析：细胞膜控制物质进出的功能表现在细胞需要的物质可以进入细胞，不需要的或对细胞有害的物质一般不能进入细胞，细胞内的核酸等重要成分不能流失到细胞外，A、B、C正确；但细胞膜控制物质进出的功能具有相对性，有些致病的病毒、病菌等也可能进入细胞，D错误。
答案：D
2．解析：磷脂分子一端为亲水的头，一端为疏水的尾，所以磷脂分子不可能疏水性的尾和亲水性的头混乱地分布在水中。
答案：A
3．解析：细胞膜上磷脂与蛋白质结合形成的脂蛋白没有识别功能，A错误；细胞膜上的糖类和蛋白质在一起构成的糖蛋白(糖被)具有识别功能，因此被镶嵌的物质很可能是多糖和蛋白质，B正确；胆固醇和多糖都不具有识别功能，C、D错误。
答案：B
4．解析：细胞膜具有控制物质进出的功能，细胞需要的一些离子和小分子可以通过，而细胞不需要的其他的离子、小分子和大分子则不能通过。醋酸是活细胞不需要的小分子物质，一般不能通过细胞膜进入细胞内，但当新鲜的大蒜细胞处于醋酸分子营造的酸性环境时，细胞会被杀死，导致细胞膜失去控制物质进出的功能，此时外界溶液中的醋酸分子和蔗糖分子可以大量进入细胞内，最终将新鲜的大蒜头腌制成糖醋蒜，C符合题意。
答案：C
5．解析：由图示可知：①是糖蛋白，②是蛋白质，③是磷脂双分子层。
(1)细胞膜的这种结构模型被称为流动镶嵌模型。细胞膜的基本支架是③磷脂双分子层。
(2)胆固醇、维生素D等物质能优先通过细胞膜，这是由于细胞膜上具有脂质(磷脂)成分。
(3)由图可知，该结构的上方是细胞膜的外侧，因为糖蛋白位于细胞膜的外侧。
(4)精子和卵细胞能够通过该结构相互识别并结合，说明细胞膜具有细胞间的信息交流(细胞识别)功能。与此相关的物质是①糖蛋白。
答案：(1)流动镶嵌模型 ③ (2)脂质(磷脂) (3)上方 (4)细胞间的信息交流(细胞识别) ①细胞膜的种类
主要成分含量
蛋白质
脂质
糖类
成熟的红细胞膜
42%
53%
5%
肌细胞膜
36%
60%
4%
小肠绒毛上皮细胞膜
50%
44%
6%
选项
实验
结论
A
荧光标记的人鼠细胞融合实验
细胞膜具有选择透过性
B
红细胞膜中脂质铺展成单分子层后是红细胞表面积的2倍
细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层
C
细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力
细胞膜中可能还含有蛋白质
D
脂溶性物质更易通过细胞膜
细胞膜是由脂质组成的
网
络
建
构
eq \a\vs4\al()
主
干
落
实
1.细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质，还有少量糖类。
2．功能越复杂的细胞膜中，蛋白质的种类和数量越多。
3．细胞膜的主要功能：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。
4．细胞间信息交流的方式有三种：通过化学物质传递信息；细胞间直接接触传递信息；通过细胞通道传递信息。
5．脂溶性物质能优先通过细胞膜，说明细胞膜中含有脂质。
6．流动镶嵌模型认为：磷脂双分子层构成膜的基本支架，蛋白质分子以不同方式镶、嵌入、贯穿磷脂双分子层中。
7．细胞膜的结构特点是具有流动性，功能特性是具有选择透过性。
8．糖蛋白只分布于细胞膜的外表面，具有细胞识别作用。