第3章 第1节 细胞膜的结构和功能（学习手册）-【新课程能力培养】2024-2025学年高中生物必修1 分子与细胞（人教版2019）

! # " &'589:; 　学 ３３　 　 第３章　细胞的基本结构 第１节　细胞膜的结构和功能 　　１．通过对细胞膜的学习建立生命的结构与功能观。（生命观念） 　　２．领悟细胞膜结构探索过程的科学方法，并能设计简单实验验证细胞膜能控制物质进 出细胞。（科学探究） 　　３．通过分析比较不同细胞膜结构模型的建立过程，阐明流动镶嵌模型。（科学思维） 知识点一　细胞膜的功能 １．细胞膜 （也叫 ）是细胞的 。 ２．细胞膜的三大功能 （１）将细胞与 分隔开，保障了细 胞内部环境的相对稳定。 （２）控制物质进出细胞，不过细胞膜的控制 作用是 ，营养物质可以进入细 胞，细胞产生的抗体、激素等可以排出 细胞，对细胞有害的物质 。 （３）进行细胞间的信息交流，其方式有三种： 方式 实例 化学物质 （间接交流） 激素随血液将信息传递给 直接接触 精子和卵细胞之间的 形成通道 高等植物细胞之间的 １．系统边界———细胞膜也叫质膜 ２．细胞膜的功能分析 ３．细胞膜对物质控制作用的普遍性和相对性 　　正常情况下，图中 Ａ、Ｃ可以进出细胞 膜，而Ｂ、Ｄ不能进出细胞膜，说明了细胞 膜控制物质作用的普遍性，但在一些情况 下，Ｂ也能进入细胞膜，这说明了细胞膜对 物质控制的相对性。 例１　科研上鉴别细胞死活常用 “染色排除 法”：如用台盼蓝染色剂染色，                                       死的动物细 ( ) * + , - ! ./012 ３４　 学 胞被染成蓝色，而活的动物细胞不着色，从 而判断细胞是否死亡。该方法所利用的细胞 膜功能是 （　　） Ａ．保护细胞内部结构和功能 Ｂ．吸收功能 Ｃ．控制物质进出的功能 Ｄ．免疫功能 答案：Ｃ 解析：死细胞不具有控制物质进出的功能， 所以台盼蓝染色剂能进入死细胞内，使其被 染色，Ｃ正确。 例２　下图所示是细胞间信息交流的一种方 式，下列有关叙述错误的是 （　　） Ａ．图中乙细胞表示靶细胞 Ｂ．图中ａ表示信号分子 （如激素） Ｃ．图中ｂ表示细胞膜上的磷脂分子 Ｄ．图中反映了细胞膜具有细胞间信息交流 的功能 答案：Ｃ 解析：图中甲表示分泌细胞，该细胞分泌产 生ａ物质，通过体液的运输作用于乙细胞， 因此图中乙细胞表示靶细胞，Ａ正确；图为 细胞间信息交流的一种方式，甲细胞产生分 泌某种物质ａ经体液运输到细胞乙，与细胞 乙上ｂ结合，将信息传到细胞乙，ａ表示某 种信号分子，乙细胞表示信息分子作用的对 象靶细胞，Ｂ正确；细胞乙上 ｂ有识别功 能，可能是细胞膜上的受体蛋白，不是膜上 的磷脂分子，Ｃ错误；由图可看出，在乙细 胞上存在与ａ物质特异性结合的受体，甲细 胞产生的 ａ物质通过体液运输作用于乙细 胞，与细胞乙上ｂ结合，将信息传到细胞乙， 反映了细胞膜具有细胞间信息交流的功能，Ｄ 正确。 例３　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 （　　） 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．相邻的植物细胞可通过功能④进行信息 交流 答案：Ｂ 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正确； 功能②表示物质进出细胞，一般是吸收有利 物质，但有些有害物质也能进入细胞，说明 控制物质进出细胞是相对的，Ｂ错误；功能 ③表示进行细胞间的信息交流，激素通过与 靶细胞膜上相应物质识别来调控生命活动， Ｃ正确；相邻的植物细胞可通过功能④进行 信息交流，Ｄ正确。 知识点二　对细胞膜成分、结构的探索 一、细胞膜的成分 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 组成的                                                                   。 ! # " &'589:; 　学 ３５　 （２）科学家利用 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 。 （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 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 。 ２．细胞膜各成分的比例和功能 （１）脂质 （约占 ５０％）： 含量最 丰富， 是构成动物细胞膜的 重要成分。 （２）蛋白质 （约占 ４０％）：与细胞膜的功 能密切相关，功能越复杂的细胞膜， 蛋白质的 就越多。 （３）糖类 （２％～１０％）：与 　 或脂质结合。 二、细胞膜的结构 　　对细胞膜结构的探索 （１）１９５９年，电镜下细胞膜呈清晰的 　 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。 （２）１９７０年，通过人、鼠细胞融合实验证 实细胞膜具有 。 （３）１９７２年，在新的观察和实验证据的基 础上，辛格和尼科尔森提出了细胞膜 的 模型。 　　用 “ ”表示磷脂分子， “ ”表示 蛋白质分子，“ ”表示糖蛋白，请构建 细胞膜的结构模型。 　　提示：如图所示 。 １．对细胞膜成分的探索 ２．磷脂分子 （如图所示） ３．细胞膜两大特点的比较 项 目 结构特点———流动性 功能特点———选择 透过性 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 载体蛋白 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 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 例４　 （不定项）下列关于生物膜结构发现 历史的叙述，正确的是 （　　） Ａ．罗伯特森根据 “暗—亮—暗”的电镜照 片，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 Ｂ．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 Ｃ．辛格和尼科尔森提出的细胞膜的流动镶 嵌模型为大多数人所接受 Ｄ．欧文顿对植物细胞的通透性进行上万次 实验，最终推测膜上含有脂质 答案：                                                                   ＢＣＤ ( ) * + , - ! ./012 ３６　 学 解析：罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰 的 “暗—亮—暗”的三层结构，认为两边 的暗层是蛋白质分子，中间亮的是脂质分 子，Ａ错误；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，发现细胞膜上 的蛋白质是可以运动的，证明了细胞膜的流 动性，Ｂ正确；辛格和尼科尔森提出的细胞 膜的流动镶嵌模型为大多数人所接受，认为 膜上所有磷脂和大多数蛋白质都是运动的， Ｃ正确；欧文顿对植物细胞的通透性进行上 万次实验，发现脂溶性物质更容易通过细胞 膜，最终推测膜上含有脂质，Ｄ正确。 例５　荧光漂白恢复技术在细胞生物学中具 有重要的应用，包括三个步骤：绿色荧光染 料与膜上的蛋白质结合，细胞膜上呈现一定 强度的绿色；激光照射猝灭 （漂白）膜上 部分绿色荧光；检测猝灭部位荧光再现速 率。实验过程如图甲，结果如图乙。下列说 法错误的是 （　　） Ａ．该技术说明细胞膜具有一定的流动性 Ｂ．应用该技术可以测定膜上单个蛋白质的 流动速率 Ｃ．降低实验温度，漂白区域荧光强度恢复 到Ｆ２的时间将延长 Ｄ．理论分析，漂白区域恢复足够长的时间 荧光强度Ｆ２仍小于Ｆ１ 答案：Ｂ 解析：由实验可知，该技术的理论基础是细 胞膜具有一定的流动性，Ａ正确；应用该技 术只能测定群体蛋白质的流动速率，Ｂ错 误；降低温度，膜的流动性降低，漂白区域 荧光强度恢复到 Ｆ２的时间延长，Ｃ正确； 由于实验过程中一部分荧光消失，所以漂白 区域恢复足够长的时间荧光强度小于漂白 前，Ｄ正确。 　　（不定项）关于细胞膜流动性的叙述， 不正确的是 （　　） 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 知识点三　流动镶嵌模型的基本内容 　　流动镶嵌模型的基本内容 （１）化学组成：主要是 和蛋白质 分子。 （２）物质分布情况 ①磷脂双分子层是膜的 ，其内部是 磷脂分子的疏水端， 或离子不能 自由通过，因此具有屏障作用。 ②蛋白质分子有的 磷脂双分子层表 面，有的部分或全部 磷脂双分子 层中，有的 于整个磷脂双分子层。 ③糖被分布于细胞膜的 ，有保护、 润滑和 等作用。 （３）流动性：主要表现为构成膜的磷脂分 子可以 　，膜中的 大多也能运动                                                                   。 ! # " &'589:; 　学 ３７　 １．膜中各种组分的作用 （１）脂双层：控制细胞物质出入 （流动性） （２）膜蛋白：控制细胞物质出入 （载体蛋白） （３）生物催化剂：酶 （４）细胞识别：糖蛋白 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载体蛋白的 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。 ４．只有活细胞的膜才具有流动性和选择透 过性。 ５．细胞膜成分、结构、功能相关的实验设计 项目 设计思路 细胞膜磷 脂双分子 层的鉴定 提取细胞膜结构中的磷脂分子，铺在 水面上，测得磷脂单分子占有面积， 与细胞膜面积对比分析 细胞膜流 动性的 鉴定 取Ａ、Ｂ两种动物细胞，分别用红、 绿色荧光染料标记两种动物细胞膜上 的蛋白质，进行融合实验，观察在细 胞融合过程中两种颜色的荧光在细胞 膜上的分布情况 细胞膜 识别作用 探究 将大量的同种生物和亲缘关系较远的 生物精子和卵细胞混合在一起，观察 精子和卵细胞的结合情况 细胞膜 控制物质 进出细胞 探究 可利用有颜色的植物组织，将其放入 无色溶液中，然后用高温、强酸或强 碱处理，观察处理前后溶液颜色是否 发生变化 例６　如图为某细胞膜的结构模型示意图， 下列相关叙述不正确的是 （　　） Ａ．④表示糖蛋白，位于细胞膜外表面，与 细胞识别有关 Ｂ．图中②和⑥组成磷脂分子，其中⑥表示 疏水端，具有屏障作用 Ｃ．图中③表示蛋白质，其含量和种类越 多，膜的功能越复杂 Ｄ．图中③均匀分布在细胞膜中，大多数不 能运动 答案：Ｄ 解析：如图所示，①表示糖类，④表示糖蛋 白，糖蛋白所在部位为细胞膜的外侧，与细 胞识别有关，Ａ正确；图中②和⑥组成磷脂 分子，其中②表示亲水性的头部，⑥表示疏 水端，具有屏障作用，Ｂ正确；图中③表示 蛋白质，膜的功能主要由蛋白质承担，功能 越复杂的细胞膜，其蛋白质的含量越高，种 类越多，Ｃ正确；③是蛋白质，蛋白质在细 胞膜中的分布是不均匀的，大多数蛋白质分 子是可以运动的，Ｄ错误。 例７　 （不定项）生物膜所含的蛋白质叫膜 蛋白，下列相关叙述正确的是 （　　） Ａ．膜蛋白都是糖蛋白 Ｂ．膜蛋白有的嵌入磷脂双分子层中 Ｃ．膜中的蛋白质大多是运动的 Ｄ．细胞膜的胰岛素受体蛋白可运输葡萄糖 答案：ＢＣ 解析：糖蛋白位于细胞膜的外侧，由细胞膜 上的蛋白质和多糖结合形成，膜蛋白不都是 糖蛋白，Ａ错误；膜蛋白有的镶在膜的表 面，有的全部或部分嵌入磷脂双分子层中， 有的贯穿整个磷脂双分子层，Ｂ正确；膜中 的蛋白质大多是运动的，Ｃ正确；受体具有 特异性，细胞膜的胰岛素受体只能与胰岛素 结合，不能运输葡萄糖，Ｄ错误。 例８　 （１）科学家将人的成熟红细胞细胞 膜中的磷脂分子提取出来，铺在空气—                                                                   水界 ( ) * + , - ! ./012 ３８　 学 面上成单分子层，测得磷脂单分子层面积为 Ｓ，那么该细胞膜的表面积约为 。 （２）有人发现，在一定温度条件下，细胞 膜中的磷脂分子均垂直排列于膜表面。当温 度上升到一定程度时，细胞膜中的磷脂分子 有７５％排列不整齐，细胞膜厚度变小，而 膜的表面积扩大，膜对离子和分子的通透性 提高。对上述实验现象的解释合理的是 　 　。 答案：（１）Ｓ／２　 （２）构成细胞膜的磷脂分 子是可以运动的，细胞膜具有一定的流动性 解析：（１）细胞膜的基本支架是磷脂双分 子层，因此，当磷脂单分子层面积为 Ｓ时， 细胞膜的表面积约为Ｓ／２。（２）磷脂双分子 层由整齐排列变得不整齐，导致细胞膜厚度 改变，可推测这是由细胞膜的基本骨架——— 磷脂双分子层的运动造成的。因细胞膜具有 一定的流动性，细胞膜的厚度才会改变                。 第２节　细胞器之间的分工合作 　　１．通过对分泌蛋白合成、加工和运输的学习，建立部分与整体的生物学观点；运用普 遍联系的观点分析生物膜之间的联系。（生命观念） 　　２．通过构建数学模型和物理模型，加深对分泌蛋白合成、加工和运输相关过程的理解。 （科学思维） 　　３．用科学的方法观察细胞中的叶绿体和细胞质流动。（科学探究） 知识点一　细胞质和细胞器 一、细胞器之间的分工 １．细胞质的组成及细胞骨架 （１）细胞质主要由 和细胞器组成， 其中细胞质基质呈 状。分离 细胞器最常用的方法是 法。 （２）细胞骨架是由 组成的网架结 构，维持着 ，锚定并支撑着 许多细胞器，与 、分裂、分 化以及物质运输、能量转化、信息传 递等生命活动密切相关。 ２．细胞器的结构和功能 根据细胞结构模式图 （如下图所示）， 写出细胞器的名称和功能，图中ａ～ｈ表 示细胞器。 （１）ａ表示 ，能调节植物细胞内的 环境，使植物细胞保持坚挺，主要存 在于 细胞。 （２）ｂ表示 ，是绿色植物 的场所，是植物细胞的 “养料制造车 间”和 “能量转换站”。 （３）ｃ表示 ，是 的主要场 所，是细胞的 “动力车间                             ”。 !"#$%&' ４１　 Ｃａ２＋的含量太低，会出现抽搐等症状，Ｄ正确。 ６．Ｂ【解析】油脂是植物细胞良好的储能物质，植物 蜡对植物细胞起保护作用，Ａ错误；鸟类的羽毛主要成分 是蛋白质，主要由角蛋白组成，Ｂ正确；糖原是动物细胞 特有的多糖，淀粉是马铃薯重要的贮能物质，Ｃ错误；纤 维素是构成植物细胞壁的主要成分，细胞膜的组成成分主 要是磷脂和蛋白质，Ｄ错误。 ７．Ｃ【解析】脂肪可被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色，Ａ正 确；有活性的片段鸢尾素通过体液运输作用于脂肪细胞， 促进脂肪细胞的能量代谢，Ｂ正确；蛋白酶切割 ＦＤＣ５蛋 白形成有活性的鸢尾素片段，蛋白酶催化肽键的断裂，Ｃ 错误；线粒体是有氧呼吸的主要场所，脂肪细胞线粒体增 多，有利于脂肪细胞消耗更多的脂肪，Ｄ正确。 ８．Ｄ【解析】蛋白质的功能———生命活动的主要承担 者：①构成细胞和生物体的重要物质，即结构蛋白，如羽 毛、头发、蛛丝、肌动蛋白。②催化作用：如绝大多数酶。 ③传递信息，即调节作用：如胰岛素、生长激素。④免疫 作用：如免疫球蛋白 （抗体）。⑤运输作用：如红细胞中 的血红蛋白。叶绿体类囊体薄膜是进行光合作用的场所， 能合成ＡＴＰ，则存在催化 ＡＴＰ合成的酶，其本质是蛋白 质，Ａ正确；胰岛Ｂ细胞能分泌胰岛素，降低血糖，胰岛 素的化学本质是蛋白质，Ｂ正确；唾液腺细胞能分泌唾液 淀粉酶，唾液淀粉酶属于分泌蛋白，能水解淀粉，Ｃ正确； 葡萄糖分解的场所在细胞质基质，线粒体膜上不存在运输 葡萄糖的蛋白质，Ｄ错误。 ９．Ｃ【解析】酶的化学本质是蛋白质或ＲＮＡ，抗体的 化学成分是蛋白质，蛋白质是由氨基酸连接而成的多聚体， 核酸是由核苷酸连接而成的多聚体，氨基酸和核苷酸都含 有氮元素，Ｃ正确。 １０．Ｃ【解析】细胞的有氧呼吸第二阶段消耗水，第 三阶段产生水，Ｃ错误。 １１．Ａ １２．（１）从上向下　 （２）丙由两条肽链组成　 （３）相 对分子质量　丙　乙 【解析】（１）电泳利用了待分离样品中各种分子带电 性质的差异以及分子本身的大小、形状的不同，使带电分 子产生不同的迁移速度，从而实现样品中各种分子的分离。 电泳时，分子质量越大，迁移距离越小，根据题中给出 “甲的相对分子质量是乙的２倍”，故甲的迁移距离相对乙 较小，可判断出迁移方向是从上到下。 （２）题中给出甲、 乙均由一条肽链构成，图示凝胶电泳时甲、乙分别出现１ 个条带，故丙出现 ２个条带，说明丙是由 ２条肽链构成。 （３）凝胶色谱法主要根据蛋白质的相对分子质量差异来分 离蛋白质，相对分子质量大的蛋白质只能进入孔径较大的 凝胶孔隙内，故移动距离较短，会先被洗脱出来，分子质 量较小的蛋白质进入较多的凝胶颗粒内，移动距离较长， 会后被洗脱出来。据图判断，丙的分子质量最大，最先被 洗脱出来，乙的分子质量最小，最后被洗脱出来。 ( ３ )*-.567no ( １ / -.p5no=qr 学习手册 知识点一　细胞膜的功能 【知识梳理】 １．质膜　边界 ２．（１）外界环境　 （２）相对的　不易进入细胞　 （３）靶细胞　识别和结合　胞间连丝 知识点二　对细胞膜成分、结构的探索 【知识梳理】 一、１．（１）脂质　 （２）哺乳动物的红细胞 （３）连续的两层　 （４）油－水界面　蛋白质 ２．（１）磷脂　胆固醇　 （２）种类与数量　 （３）蛋 白质分子 二、（１）暗—亮—暗　 （２）流动性　 （３）流动镶嵌 【要点精析】 变式训练　ＡＢＣ 知识点三　流动镶嵌模型的基本内容 【知识梳理】 （１）磷脂分子　 （２）①基本支架　水溶性分子　②镶 在　嵌入　贯穿　③外表面　细胞识别　 （３）侧向自由 移动　蛋白质 练习手册 【基础练习】 １．Ｃ【解析】蛋白质是生命活动的主要承载者，细胞 膜的功能复杂程度与细胞膜上蛋白质的种类和数量有关， Ａ正确；细胞间的信息交流保证了生物体作为一个整体完 成生命活动，Ｂ正确；相邻两个细胞的信息交流可靠细胞 膜的直接接触，还可以通过胞间连丝联系，Ｃ错误；细胞 膜作为系统的边界，能控制物质进出细胞，且是相对的， Ｄ正确。 ２．Ｃ【解析】将细胞与外界环境分隔开，保证内部环 境的相对稳定，不属于细胞间的信息交流，Ｃ错误。 ３．Ｄ【解析】人鼠细胞杂交实验说明细胞膜具有一定 的流动性                                                                    。