新教材适用2023_2024学年高中生物第3章细胞的基本结构第1节细胞膜的结构和功能学案新人教版必修1

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第1节　细胞膜的结构和功能 课标要求 1．概述细胞膜的主要功能。 2．分析细胞膜结构的探索过程，领悟科学的过程和方法。 3．了解流动镶嵌模型的基本内容。 核心素养 1．生命观念——通过对细胞膜的学习建立生命的结构与功能观。 2．科学探究——领悟细胞膜结构探索过程的科学方法。 3．科学思维——流动镶嵌模型及其解读。 知识点一　细胞膜的功能 必备知识·夯实双基 1．将细胞与_外界环境__分隔开，保障细胞内部环境的相对稳定。 2．控制物质_进出__细胞。 3．进行细胞间的信息交流 (1)通过_化学物质__传递信息。 (2)通过_细胞膜__直接接触传递信息。 (3)通过_细胞通道__传递信息。 活学巧练 1.细胞膜是细胞的最外层结构。( × ) 2．对细胞有害的物质是不能够进入细胞的。( × ) 3．细胞间的信息交流都是通过细胞膜的直接接触来完成的。( × ) 深入探讨 1.生长在水底淤泥中的莲藕“出淤泥而不染”。莲藕“出淤泥而不染”的事例说明细胞膜具有什么功能？这种功能具体体现在什么方面？ 提示：控制物质进出细胞的功能。主要体现在对营养物质的吸收及代谢废物、分泌物的排出，防止病菌、病毒等的侵入等方面。 2．植物传粉后，同种和不同种的花粉都会落到雌蕊的柱头上，同种的花粉能萌发，异种的花粉不能萌发。雌蕊和花粉是通过细胞的什么相互识别的？这体现了该结构的什么功能？ 提示：通过细胞膜相互识别，体现了细胞膜进行细胞间信息交流的功能。 3．细胞间的信息交流都依赖受体吗？ 提示：不一定，如高等植物间通过胞间连丝进行信息交流。 4．尝试写出一种探究“细胞膜是否具有控制物质进出功能”的实验思路。(材料：玉米、红墨水) 提示：将正常玉米和煮熟的玉米分别用红墨水处理，通过观察玉米胚细胞的颜色确定细胞膜是否具有控制物质进出细胞的功能。 课内探究·名师点睛 1．利用图解法理解细胞膜的功能 2．细胞间的信息交流 易错警示：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)细胞间信息交流并非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，而通过化学物质传递信息和通过细胞膜接触传递信息都依赖于细胞膜上或细胞内的受体蛋白。 典例剖析 典例1 下图表示细胞膜的功能模式图。据图分析，下列说法不正确的是( B ) A．功能①在生命起源过程中具有重要作用 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中③表示 D．相邻的高等植物细胞可通过功能④进行信息交流 解析：功能①表示细胞膜将细胞与外界环境分隔开，在生命起源过程中具有重要作用，将生命物质与外界环境分隔开，产生了原始的细胞，并成为相对独立的系统，A项正确；功能②表示控制物质进出细胞，一般是吸收有利物质，但有些有害物质也能进入细胞，说明细胞膜控制物质进出细胞的作用是相对的，B项错误；功能③表示进行细胞间的信息交流，胰岛素通过与靶细胞膜上相应物质识别来调控生命活动，C项正确；相邻的高等植物细胞可通过功能④进行信息交流，D项正确。 变式训练❶ 在哺乳动物受精的过程中，精子能够与卵细胞相互识别，精子将其头部钻入卵细胞中，与卵细胞发生结合，卵细胞细胞膜发生变化，不再让其他精子进入。这一现象体现出细胞膜能够( D ) A．保障细胞内部环境的相对稳定 B．控制物质进出细胞 C．摄入卵细胞所需要的精子 D．进行细胞间的信息交流 解析： 精子与卵细胞的识别和结合，是通过精子与卵细胞的细胞膜直接接触，使得信息从一个细胞传递到另一个细胞，体现了细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能，故D项符合题意。 知识点二　对细胞膜结构的探索 必备知识·夯实双基 1．对细胞膜成分的探索 (1)1895年欧文顿发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：溶于_脂质__的物质更容易穿过细胞膜，据此推测细胞膜是由_脂质__组成的。 (2)科学家利用哺乳动物的红细胞制备出细胞膜，得知组成细胞膜的脂质有_磷脂和胆固醇__，其中_磷脂__含量最多。 (3)1925年，荷兰科学家发现，细胞膜中的磷脂分子排列为连续的_两层__。 (4)1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究细胞膜的张力，发现细胞表面张力明显低于油—水界面的表面张力，据此推测细胞膜中除含有脂质分子外，可能还附有_蛋白质__。 2．细胞膜的成分 (1)细胞膜主要由_脂质和蛋白质__组成，此外，还有少量的_糖类__。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__。 (2)_蛋白质__在细胞膜行使功能方面起重要作用，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的_种类与数量__就越多。 3．对生物膜结构的探索 活学巧练 1.构成膜的脂质主要是磷脂、脂肪和胆固醇。( × ) 2．变形虫和草履虫的细胞膜基本组成成分不同。( × ) 3．1895年，欧文顿认为细胞膜是由脂质组成的。( √ ) 4．细胞膜上的蛋白质种类和数量多少决定了细胞膜功能的复杂程度。( √ ) 深入探讨 脂质体是根据磷脂分子可以在水中形成稳定的脂质双层膜的原理而制备的人工膜。单层脂质分子铺展在水面上时，极性端(亲水端)与非极性端(疏水端)所在位置不同，搅拌后可形成由双层脂质分子构成的球形脂质体(如图所示)。 1．为什么磷脂在空气—水界面上铺展成单分子层？ 提示：磷脂分子的亲水“头部”易与水结合在一起，而疏水“尾部”由2条长脂肪酸链组成，性质与油相似，不能与水结合，暴露在空气一侧。 2．磷脂在水中能自发地形成双分子层，如何解释这一现象？ 提示：由于磷脂分子有亲水的“头部”和疏水的“尾部”，当磷脂分子的内外侧均是水环境时，磷脂分子的“尾部”相对排列在内侧，“头部”则分别朝向两侧水的环境，形成磷脂双分子层。 课内探究·名师点睛 1．细胞膜的成分及功能分析 2．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(如图所示)，作为生物膜的基本支架，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。 拓展延伸： 哺乳动物的红细胞在发育成熟的过程中，细胞核逐渐退化，为携带氧的血红蛋白腾出空间。成熟的红细胞一般不含细胞器且取材方便。因此哺乳动物成熟的红细胞细胞质简单，是获得纯净细胞膜的好材料。 典例剖析 典例2 下列关于细胞膜成分与结构的探索历程的说法，不正确的是( D ) A．最初通过对现象的推理分析得出细胞膜是由脂质组成的 B．三层结构模型认为细胞膜为静态的统一结构 C．流动镶嵌模型认为构成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动 D．三层结构模型和流动镶嵌模型都认为蛋白质分子在细胞膜中的分布是不均匀的 解析：脂溶性物质更易穿过细胞膜，说明细胞膜是由脂质组成的，A项正确；罗伯特森认为细胞膜是由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成的，而且是静态的统一结构，B项正确；流动镶嵌模型认为构成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动，说明细胞膜具有流动性，C项正确；三层结构模型认为蛋白质分子在细胞膜中的分布是均匀的、固定的，而流动镶嵌模型认为蛋白质分子在细胞膜中的分布是不均匀的，D项错误。 变式训练❷ 提取生物膜中的磷脂分子，将其放入水中可以形成双层磷脂分子的球形脂质体(如图所示)，它载入药物后可以将药物送入相应细胞，下列关于细胞膜和脂质体的叙述，错误的是( D ) A．磷脂分子在水中能自发形成磷脂双分子层是因为其具有亲水的“头部”和疏水的“尾部” B．在a处嵌入水溶性药物，利用脂质体与细胞膜融合的特点将药物送入细胞 C．在b处嵌入脂溶性药物，利用脂质体与细胞膜融合的特点将药物送入细胞 D．该脂质体与细胞膜融合是利用它们都具有流动性这一功能特点 解析： 该脂质体与细胞膜融合是利用它们都具有流动性这一结构特点，D错误。 知识点三　流动镶嵌模型的基本内容 必备知识·夯实双基 1．结构模型 (1)图中aeq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(名称： 磷脂双分子层　,地位：细胞膜的 基本支架　,特点：具有 流动性　)) (2) 图中beq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(名称： 蛋白质分子　,位置\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1( 镶　在磷脂双分子层的表面,部分或全部 嵌入　磷脂双分子层中, 贯穿　于整个磷脂双分子层)),特点：大多数蛋白质分子是可以 运动　的)) (3) 图中ceq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(名称： 糖蛋白　,位置：细胞膜的 外表面　,作用：保护、润滑和 细胞识别　等)) 2．结构特点：具有一定的_流动性__。 活学巧练 1.不同细胞的形态相对固定，主要是由细胞膜决定的，因为构成细胞膜的蛋白质和磷脂分子都是相对固定不动的。( × ) 2．不同细胞膜的磷脂分子是相同的，而蛋白质分子是不同的。( √ ) 3．糖被在细胞交流中可起识别的作用。( √ ) 深入探讨 1.仔细观察辛格和尼科尔森建构的流动镶嵌模型，它是对称模型吗？ 提示：不是对称模型。因为构成细胞膜的蛋白质分子的分布是不均匀的。 2．你能快速判断出哪个是细胞膜的外侧吗？ 提示：根据糖被的分布情况判断，有糖被存在的一侧为细胞膜外侧。 课内探究·名师点睛 1．流动镶嵌模型的基本内容 (1)磷脂双分子层构成了细胞膜的基本支架。 (2)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。 (3)磷脂双分子层和大多数蛋白质是可以运动的。 2．细胞膜的结构和成分 细胞膜的主要成分是磷脂、蛋白质，还有少量糖类。 拓展 静态模型不能解释的现象 细胞膜的静态结构模型不能解释下列现象：细胞的生长、变形虫的变形运动、吞噬细胞吞噬细菌、细胞的融合、植物细胞质壁分离及复原等。这些现象的基础都是细胞膜的流动性。 典例剖析 典例3 如图为细胞膜的流动镶嵌模型示意图，下列有关叙述正确的是( D ) A．a指磷脂分子的“尾”部，具有亲水性 B．c指磷脂分子的疏水性头部 C．e能够与多糖结合分布在细胞膜的内外两侧 D．细胞膜功能的复杂程度取决于b、d、e的种类和数量 解析：磷脂分子由亲水性头部c和疏水性尾部a组成，A、B两项错误；糖被分布在细胞膜外侧，C项错误；b、d、e为不同类型的蛋白质，细胞膜功能的复杂程度取决于蛋白质的种类和数量，D项正确。 变式训练❸ 通过冷冻技术通常能使细胞膜从某处断裂分开，其过程如下图所示。据图判断，下列说法错误的是( D ) A．图中b侧为细胞膜的内侧 B．磷脂双分子层疏水端断裂 C．膜蛋白呈不对称分布 D．细胞膜具有流动性 解析：由图可知，a侧有糖蛋白，为细胞膜的外侧，b侧为细胞膜的内侧，A项正确；从图中可以得出磷脂双分子层疏水端断裂，B项正确；由图可知，膜蛋白呈不对称分布，C项正确；由图不能得出细胞膜具有流动性的结论，D项错误。 验证细胞膜控制物质进出细胞的方法 (1)利用红墨水处理正常玉米种子和煮熟的玉米种子。煮熟的玉米种子细胞死亡，细胞膜丧失控制物质进出细胞的功能，红墨水中的色素分子可以大量进入细胞，使细胞呈红色，正常种子的细胞不会变红。 (2)将有颜色的植物组织放入清水中，然后分别用高温、强酸、强碱处理，观察实验前后清水的颜色变化。处理前清水无颜色变化，处理后植物组织细胞死亡，细胞膜失去控制物质进出的功能，清水呈现出植物组织的颜色。 (3)台盼蓝染色法。台盼蓝染液是细胞活性染料，常用于检测细胞膜的完整性。正常的活细胞，细胞膜结构完整，能够排斥台盼蓝，使之不能够进入胞内；而丧失活性或细胞膜不完整的细胞，可被台盼蓝染成蓝色。 典例4 水溶性染色剂(PI)能与核酸结合而使细胞核着色，可将其应用于鉴别细胞的死活。将细胞浸泡于一定浓度的PI中，仅有死细胞的细胞核会被染色，而活细胞的细胞核不着色。利用PI鉴别细胞死活的原理是( D ) A．死细胞与活细胞的细胞膜结构不同 B．活细胞能分解染色剂PI C．死细胞与活细胞的细胞膜的成分和含量不同 D．活细胞的细胞膜能阻止PI的进入 解析：活细胞的细胞膜可控制物质出入细胞，维持正常的生命活动；水溶性染色剂(PI)不是细胞所需物质，因而不能通过活细胞的细胞膜；细胞死亡后，细胞膜及其他生物膜的控制物质进出功能丧失，溶于水中的物质(如PI)都可以通过，而使细胞核着色。 学霸记忆 1.细胞膜的主要组成成分是脂质和蛋白质，还含少量糖类。 2．细胞膜是细胞的边界，不仅将细胞与外界环境分隔开，还具有控制物质进出、进行细胞间的信息交流等作用。 3．流动镶嵌模型认为：磷脂双分子层构成膜的基本支架，蛋白质分子镶在或嵌入或贯穿于磷脂双分子层。 4．细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，功能特性是具有选择透过性。 5．糖蛋白只分布于细胞膜的外表面，与细胞识别作用有关。 1．(2023·榆林模拟)人类对生物膜结构的探索经历了漫长的历程，下列结论(假说)错误的是( C ) A．脂溶性物质更易通过细胞膜说明细胞膜是由脂质组成的 B．提取哺乳动物成熟红细胞的脂质铺展成的单分子层的面积是红细胞表面积的2倍，说明细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层 C．电镜下细胞膜呈清晰的暗—亮—暗三层结构，罗伯特森认为生物膜由脂质—蛋白质—脂质三层结构构成 D．人—鼠细胞融合实验证明细胞膜具有流动性 解析：罗伯特森以为生物膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成。 2．(2023·峨山彝族自治县第一中学高一期中)下列不属于细胞膜功能的是( D ) A．将细胞与外界环境分隔开 B．控制物质进出细胞 C．进行细胞间的信息交流 D．细胞代谢和遗传的控制中心 解析：细胞膜的功能有：将细胞与外界环境分隔开、控制物质进出细胞和进行细胞间的信息交流，A、B、C正确；细胞代谢和遗传的控制中心是细胞核，D错误；故选D。 3．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_流动镶嵌模型__。细胞膜的基本支架是[_③__]。 (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)__(填成分)。 (3)由图可知，该结构的_上方__(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_进行细胞间的信息交流(细胞识别)__功能。 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，说明细胞膜具有进行细胞间的信息交流(细胞识别)功能。 示意图方式过程举例通过体液运输细胞→信号分子→体液→靶细胞受体→靶细胞激素 调节细胞间直接接触细胞→细胞精子和卵细胞之间的识别和结合细胞间形成通道细胞细胞高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接时间实例(实验)结论(假说)1959年电镜下细胞膜呈清晰的暗—亮—暗的三层结构罗伯特森认为所有的细胞膜都由_蛋白质—脂质—蛋白质__三层结构构成1970年人、鼠细胞融合实验细胞膜具有_流动性__1972年流动镶嵌模型辛格和尼科尔森提出了细胞膜的_流动镶嵌模型__