第1节 细胞膜的结构和功能（教师用书）-【勤径学升】2024-2025学年高中生物必修1同步练测（人教版2019）

第1节　细胞膜的结构和功能 [学习目标] 1．阐述细胞膜的成分和功能。 2．认同细胞膜作为系统的边界，对于细胞这个生命系统有重要意义。 3．理解细胞膜流动镶嵌模型的基本内容。 4．探讨生物膜结构模型的建立过程如何体现结构与功能相适应的观点并了解科学方法的应用。 5．了解科学研究是一个不断探索、不断完善的漫长过程。 一、细胞膜的功能 1．将细胞与外界环境分隔开 细胞膜将生命物质与外界环境分隔开，使细胞成为相对独立的系统，保障了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)图中①②③④的物质或结构的名称分别是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)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图丙、甲、乙(填图中编号)。 (3)细胞间进行信息交流时往往需要受体和信号分子，受体和信号分子的结合有(填“有”或“没有”)特异性。 二、对细胞膜成分的探索 1．探究过程 时间（人物） 实验依据 结论或假说 1895年，欧文顿 对植物细胞进行通透性实验，发现可以溶于脂质的物质更容易通过细胞膜 细胞膜的主要组成成分中有脂质 20世纪初 对成熟的哺乳动物红细胞的细胞膜进行化学分析 组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多 1925年，荷兰科学家 将从人的红细胞中提取的脂质铺成单分子层。其面积是红细胞表面积的2倍 细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层 1935年，丹尼利和戴维森 细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力 细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质 2．各成分的比例及功能 三、对细胞膜结构的探索 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 四、流动镶嵌模型的基本内容 1．基本内容 (1)图中a 2．结构特点：具有一定的流动性。 3．功能特性：选择透过性膜。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 1．构成细胞膜的脂质主要是磷脂、脂肪和胆固醇。 （×） 2．细胞膜能严格地控制物质进出细胞，因而能保证生物体的健康。 （×） 3．构成细胞膜的磷脂分子具有流动性，而蛋白质是固定不动的。 （×） 4．不同功能的细胞，其细胞膜中蛋白质的种类和数量相同。 （×） 5．鉴别动物细胞是否死亡可用台盼蓝染液，用它染色时，死的动物细胞会被染成蓝色。 （√） 6．细胞间的信息交流都依赖于信息分子和受体的识别。 （×） 知识点一　细胞膜的功能 阅读材料，回答问题： 材料1：生长在水底淤泥中的莲藕“出淤泥而不染”，它能从水和淤泥中吸收所需的营养物质，并排出代谢废物，而莲藕不需要的物质却不会轻易进入莲藕细胞。 材料2：鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。 材料3：春天蜜蜂在不同种植物的花蕊中采蜜，同时也协助植物完成了传粉，但是只有同种植物的花粉可以萌发、释放精子与卵细胞结合完成受精。 (1)材料1莲藕“出淤泥而不染”体现了细胞膜具有________________的功能。 (2)材料2中为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？据此推测，细胞膜具有什么功能？ (3)将正常玉米种子横切后滴一小滴红墨水，2 min后用清水冲洗后，观察发现种子胚的部分呈白色而胚乳部分呈红色；若以煮熟的玉米种子进行上述实验，则发现胚和胚乳都被染成红色。请根据细胞膜的功能解释以上现象。 (4)材料3中描述的现象说明细胞膜具有什么功能？ 提示：(1)控制物质进出细胞 (2)活细胞的细胞膜可控制物质进出细胞，台盼蓝染液是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜，因此活细胞不能被染色；死细胞的细胞膜不能控制物质进出细胞，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。据此推测：细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。 (3)胚乳和煮熟的玉米胚能够被染色，原因是正常情况下红墨水中的颗粒物质不能自由通过细胞膜进入细胞，而胚乳细胞和煮熟的胚细胞已经死亡，细胞膜失去了控制作用。 (4)参与细胞间信息交流。 1．对细胞膜控制物质进出功能的理解 （1）物质是否能通过细胞膜一般取决于细胞生命活动是否需要，而不完全取决于分子的大小。 （2）具有普遍性：细胞需要的营养物质可进入细胞；抗体、激素等物质在细胞内合成后，被分泌到细胞外；细胞产生的废物被排到细胞外。 （3）具有相对性：对细胞有害的物质有可能进入细胞；有些病毒、细菌等可以侵入细胞，使生物体患病。 2．细胞膜功能的实验验证 （1）控制物质进出细胞功能的验证 ①染色剂进入实验 ②色素透出实验 （2）进行细胞间信息交流功能的验证 1．人们常用台盼蓝进行染色来鉴别动物细胞的死活，用红墨水进行染色检测玉米种子(纵剖)的活力。下列有关叙述错误的是(　　) A．被台盼蓝染成蓝色的均为死细胞 B．用红墨水对玉米种子进行染色，胚乳着色而胚不着色的种子是具有活力的 C．这两种方法的原理为活细胞的细胞膜具有一定的流动性 D．两种方法均体现细胞膜的选择透过性 解析　用台盼蓝对动物细胞进行染色，凡被染成蓝色的均为死细胞，用红墨水对玉米种子进行染色，胚乳细胞是死细胞，胚乳着色而胚不着色的种子是具有活力的，体现了细胞膜能控制物质进出细胞，A、B、D正确，C错误。 答案　C 2．(濮阳高一检测)蜜蜂将一株油菜的花粉带到另一株油菜花的柱头上后，即可发生花粉萌发、花粉管伸长、释放精子、精卵融合等一系列生理反应；若将一株油菜的花粉带到一朵桃花的柱头上则不会发生这一系列反应。该现象能很好地说明细胞膜(　　) A．具有选择透过性 B．能进行细胞间的信息交流 C．控制物质出入细胞的作用是相对的 D．可将细胞与外界环境分隔开 解析　本题考查细胞膜的功能。题示现象说明精子和卵细胞的细胞膜能进行细胞间的信息交流，故选B。 答案　B 知识点二　对细胞膜成分和结构的探索 1．分析细胞膜中磷脂分子的排布特点 磷脂分子的结构如图所示： (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________。 　　　 (2)若细胞内外均为水环境，细胞膜中的磷脂分子应如何分布？请画图表示。 提示：(1)A (2)如图所示 2．分析细胞膜中蛋白质分子的排布特点 资料1：关于电镜成像：电子束照射大分子物质散射度高，呈暗带；照射小分子物质，散射度低，呈亮带。 资料2：按照“蛋白质—脂质—蛋白质”模型，细胞膜的厚度应该是单层磷脂厚度的两倍，加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20 nm。但是罗伯特森电镜下的细胞膜的厚度约为7～8 nm。 资料3：20世纪60年代，冰冻蚀刻技术得到了应用。科学家将细胞进行快速低温冷冻，用冷刀将细胞标本骤然冲断开。这时，磷脂双分子层的疏水端裂开，从而显示出蛋白质颗粒在膜之中的真实分布情况。通过一定的技术处理，科学家在电子显微镜下观察到，细胞膜的外层磷脂和内层磷脂表面都有凸起的蛋白质颗粒，还有蛋白质随着另一层磷脂离开之后留下的窟窿。 (1)请根据资料1，分析罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构中蛋白质的分布方式。 (2)请根据资料2指出“蛋白质—脂质—蛋白质”的不足之处并对细胞膜的结构进行合理推测。 (3)通过冰冻蚀刻实验结果，你可以得出什么结论？ 提示：(1)蛋白质—脂质—蛋白质。 (2)资料2表明：“蛋白质—脂质—蛋白质”模型中蛋白质平铺在磷脂双分子层表面形成的膜厚度与真实所测不符。因此，蛋白质不会只覆盖在磷脂双分子层两侧，可能会有蛋白质嵌入磷脂双分子层。 (3)蛋白质分子镶嵌、部分或全部嵌入、贯穿于磷脂双分子层。 3．分析细胞膜的结构特点 人—鼠细胞融合实验 (1)37 ℃下经过40 min后，两种颜色的荧光________，若适当降低温度，膜蛋白最终均匀分布的时间会________(填“缩短”或“延长”)。 (2)试结合人—鼠细胞融合实验说明细胞膜的流动性。 提示：(1)均匀分布　延长 (2)人、鼠细胞融合成一个细胞，首先说明磷脂分子可以流动。最终红色和绿色荧光在整个细胞膜中均匀分布，说明细胞膜上的蛋白质也是可以运动的。 1．细胞膜的成分及功能分析 2．细胞膜主要成分的实验鉴定方法 细胞膜主要成分 鉴定试剂（方法） 结果 磷脂 脂溶剂处理 细胞膜被溶解 磷脂酶处理 细胞膜被破坏 脂溶性物质透过实验 脂溶性物质优先通过 蛋白质 双缩脲试剂 紫色 蛋白酶处理 细胞膜被破坏 1．下列说法中，与生物膜发现史不一致的是 （　　） A．欧文顿在实验基础上提出膜是由脂质组成的 B．荷兰科学家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，测得单层分子面积为红细胞表面积的2倍。他们由此推出：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层 C．罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构，提出所有的生物膜都是由磷脂—蛋白质—磷脂三层结构构成的 D．科学家将不同荧光染料标记的人细胞和小鼠细胞进行融合，证明了细胞膜的流动性 解析　罗伯特森在电镜下看到细胞膜的暗—亮—暗的三层结构，提出所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成。 答案　C 2．科学家用两种荧光染料分别标记人和小鼠细胞表面的蛋白质分子，将这两种标记细胞进行融合。细胞刚发生融合时，两种荧光染料在融合细胞表面对等分布（即各占半边），最后在融合细胞表面均匀分布。这一实验现象支持的结论是 （　　） A．膜蛋白能自主翻转 B．细胞膜具有流动性 C．细胞膜具有选择透过性 D．膜蛋白可以作为载体蛋白 解析　两种荧光染料分别标记两种细胞表面的蛋白质分子，细胞刚融合时，两种荧光染料在细胞表面对等分布，最后在细胞表面均匀分布，说明细胞膜具有流动性。不能说明膜蛋白在细胞内外翻转，也不能说明细胞膜的物质运输功能。 答案　B 知识点三　细胞膜的流动镶嵌模型 　　如图为细胞膜的亚显微结构模式图，据图回答问题： （1）写出图中①～③的名称。 （2）图示中，哪一侧是膜的外侧，判断的依据是什么？ （3）根据细胞膜的流动镶嵌模型，膜上的蛋白质分子是如何排布的？这种排布是对称的吗？ （4）什么是糖被？有什么功能？ 提示：（1）①磷脂双分子层、②蛋白质、③糖被。 （2）a侧，糖被只存在于细胞膜外侧。 （3）膜上的蛋白质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，还有的贯穿于整个磷脂双分子层。不对称。 （4）糖被是指细胞膜表面的糖类分子，这些糖类分子和蛋白质分子结合成糖蛋白，或与脂质分子结合成糖脂。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。 细胞膜结构特点与功能特性的区别与联系 1．区别 结构特点——流动性 功能特点——选择透过性 结构基础 磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的 磷脂分子既亲水，又疏水；膜上具有糖被 生理意义 保证细胞的物质需要、信息交流、分裂和融合等生命活动的进行 控制物质进出 具体表现 分泌蛋白的分泌、变形虫的变形、吞噬细胞的吞噬 有些物质可进入细胞，有些物质不能进入 2．联系 1．(重庆高一检测)如图是科学家普遍认可的细胞膜流动镶嵌模型，下列叙述正确的是(　　) A．细胞膜功能的复杂性与①的种类无关 B．在有水的环境中，③可自发形成双层结构 C．②在细胞的内外两侧均有，起到信息传递作用 D．此图为电子显微镜下观察到的细胞膜亚显微结构 解析　本题考查细胞膜的流动镶嵌模型。细胞膜功能的复杂性与①蛋白质的种类有关，A错误；因为磷脂分子有亲水性的头部和疏水性的尾部，故在水环境中磷脂分子会排成两层，亲水性的头部朝外，疏水性的尾部朝内，B正确；②糖蛋白只在细胞外侧有，起到信息传递作用，C错误；此图为细胞膜流动镶嵌模型，并非电子显微镜下观察到的结构，D错误。 答案　B 2．细胞膜的流动镶嵌模型如图所示，①～④表示其中的物质。下列叙述正确的是 （　　） A．①在细胞膜的内外侧均有分布，与细胞间的识别有关 B．②可自发形成双层结构，亲水部位在中间 C．③分布于细胞膜中，能催化细胞膜中发生的生化反应 D．④有脂溶性和水溶性两部分，可控制某些离子出入细胞 解析　①是糖蛋白，分布于细胞膜外侧面，A错误；②是磷脂分子，在水溶性介质中可自发形成双层结构，疏水部位在中间，B错误；③是胆固醇，分布于细胞膜中，使得细胞膜既有一定的流动性，又比较坚实，而催化生化反应的是酶（其本质为蛋白质或RNA），C错误；④是膜蛋白，其和磷脂分子一样，有水溶性部分和脂溶性部分，某些膜蛋白可作为转运蛋白控制离子出入细胞，D正确。 答案　D 　　　　　　　　　　　　　素养发展　探究应用　　　　　　　　　　　　　  [情境] 治疗艾滋病的新思路 艾滋病是对人类危害极大的一种传染病，迄今我们仍然没有找到有效治疗艾滋病的方法。引发艾滋病的HIV专性寄生在人体T淋巴细胞内，病毒的大量增殖会导致患者免疫机能崩溃，使人最终死于各种病原体的感染或恶性肿瘤。 HIV表面有一种名为gp41－gp120的蛋白质复合体，它能与T淋巴细胞表面的CD4蛋白发生特异性结合，再在T淋巴细胞细胞膜中的CCR5蛋白辅助下，使病毒包膜与细胞膜融合，遗传物质最终进入T淋巴细胞。 布朗是一名艾滋病患者，后来又不幸患上了白血病。为了治疗白血病，布朗在2007年接受了造血干细胞移植。幸运的是干细胞捐献者正是一位CCR5基因突变者，布朗的白血病和艾滋病都被治愈了。 [探究] （1）HIV与人体细胞在结构上最大的区别是什么？ （2）HIV表面的gp41－gp120蛋白质复合体，与T淋巴细胞表面的CD4蛋白发生特异性结合，请你推测CD4蛋白的作用是　　　　。  （3）艾滋病病毒包膜与细胞膜融合，遗传物质最终进入T淋巴细胞，体现了细胞膜的结构特点是　　　　。  （4）请你依据材料提出一个治疗艾滋病的新思路。 答案　（1）提示：HIV是病毒，没有细胞结构。 （2）识别（或信息传递） （3）流动性 （4）提示：破坏艾滋病患者T淋巴细胞的CCR5基因，对质膜进行改造，就有望治愈艾 滋病。 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）细胞膜难以杜绝所有对细胞有害物质的进入，说明其控制物质进出的能力是有限的。 （√） （2）植物细胞之间的胞间连丝具有物质运输的作用。 （√） （3）提取鸡红细胞的脂质在空气—水界面上铺成单层是其红细胞膜面积的两倍。 （×） （4）磷脂分子由亲水“头”部和疏水“尾”部构成，含C、H、O、N、P五种元素。 （√） （5）罗伯特森用光学显微镜观察到了细胞膜暗—亮—暗的三层结构。 （×） （6）组成细胞膜的蛋白质分子是可以运动的，而磷脂分子是静止的。 （×） 2．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，错误的是 （　　） 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 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。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、细菌等也可能进入细胞。 答案　D 3．下列关于细胞膜结构的探索历程的说法，错误的是 （　　） 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膜中的分布是不均匀的 解析　脂溶性物质更易通过细胞膜，由此推测细胞膜是由脂质组成的，A正确；罗伯特森认为生物膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构组成，而且是静态的结构，B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，说明细胞膜具有一定的流动性，C正确；三层结构模型认为蛋白质在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膜中的分布是不均匀的，D错误。 答案　D 4．流动镶嵌模型是为大多数人接受的细胞膜结构模型，以下不符合其基本内容的是（　　） A．磷脂分子排列成双分子层，构成细胞膜的基本支架 B．膜上蛋白质分子对称分布在膜的内外两侧 C．膜上磷脂分子和大多数蛋白质分子都是可以运动的 D．膜功能复杂程度取决于蛋白质的种类和数量 解析　细胞膜的流动镶嵌模型中，磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架，A正确；细胞膜上蛋白质分子的分布是不对称的，B错误；细胞膜中的磷脂分子和大多数蛋白质分子都是可以运动的，C正确；细胞膜上蛋白质的种类和数量越多，细胞膜的功能越复杂，D正确。 答案　B 5．细胞间的信息交流大多与细胞膜的结构有关，下图A、B、C是细胞间信息交流的三种方式。回答下列有关问题： （1）图中所示信息交流的方式中，只发生在植物细胞间的是图　　　　所示的方式，即植物细胞间可以通过　　　　进行信息交流。  （2）多细胞生物体细胞间的信息交流方式多种多样，其意义是　　　　。  （3）由图A、B可知，动物细胞间的信息交流可能与细胞膜上的　　　　有关。  答案　（1）C　胞间连丝 （2）保证细胞间能进行正常的信息交流，保证生物体生命活动的正常进行 （3）受体（或糖蛋白） 学科网（北京）股份有限公司 $$