内容正文:
第5讲 细胞膜与细胞核
对应学生P20
知识体系———定内容 核心素养———定能力
生命
观念
通过对细胞膜和细胞核结构和功能的复习,
建立起整体观念和细胞结构与功能相适应的
观点
科学
探究
通过对细胞膜组成和功能的实验探究,以及
细胞核功能的实验分析,掌握实验设计的对
照原则和荧光标记技术
对应学生P20
考点1 细胞膜的结构和功能
[必备知识复盘]
1.细胞膜的功能
2.细胞膜的成分
(1)细胞膜成分的探索
实
验
一
实验
方法
欧文顿用500多种化学物质对植物
细胞的通透性进行了上万次的研究
实验
现象
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
实验
结论
推测细胞膜是由脂质组成的
实
验
二
实验
目的
探究细胞膜中脂质成分的类型
实验
方法
利用哺乳动物的红细胞,通过一定的
方法制备出纯净的细胞膜,进行化学
分析
实验
结论
组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固
醇,其中磷脂含量最多
实
验
三
实验
目的
英国学者丹尼利和戴维森研究细胞
膜的张力
实验
现象
发现细胞的表面张力明显低于油-
水界面的表面张力(人们已发现油
脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则
表面张力会降低)
实验
结论
推测细胞膜可能还附有蛋白质
(2)细胞膜成分组成
42
高考总复习 生物学
3.流动镶嵌模型的基本内容
(1)结构模型
(2)结构特点
1.将台盼蓝注射到家兔血液中,发现脑和骨骼肌未被
染色,是因为细胞膜能控制物质进出.
(2024贵州卷,15B)(√)
2.囊泡与细胞膜的融合依赖于膜的选择透过性.
(2023浙江6月选考,6C)(×)
3.构成细胞膜的蛋白质分子是运动的,磷脂分子是静
止的. (×)
4.细胞膜的基本支架是由磷脂分子和蛋白质分子共
同形成的. (×)
1.(必修1P41“图3-2左上图信息”)是否所有激素
均与靶细胞的细胞膜表面受体结合?
答案:不是.例如性激素是与细胞内受体结合的.
2.(必修1P42“思考讨论”)将人肝细胞中的磷脂全
部提取并铺成单层分子,其面积大于肝细胞表面积
的2倍,请解释原因.
答案:人的肝细胞中除细胞膜外,还有细胞器膜等,
因此单层磷脂分子的面积大于细胞表面积的2倍.
3.(必修1P43、45“文字信息”)说出流动镶嵌模型与蛋
白质-脂质-蛋白质三层结构模型有何异同?
答案:(1)流动镶嵌模型提出蛋白质在膜中的分布
是不均匀的,而三层结构模型认为蛋白质均匀分布
在脂双层的两侧.(2)流动镶嵌模型强调组成膜的
分子是运动的;而三层结构模型认为生物膜是静态
结构.
4.(情景探究)为了研究细胞膜的结构和功能,某科研
小组进行了多方面的实验.以下是关于实验的几
个问题,请尝试解答.
(1)鉴定细胞膜磷脂双分子层的实验思路是什么?
答案: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.
(2)鉴定细胞膜流动性的实验思路是怎样的?
答案:取A、B两种动物细胞进行融合,分别用红、
绿色荧光染料标记两种动物细胞膜上的蛋白质,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.
(3)如何探究细胞膜的识别作用?
答案:将大量的同种生物和亲缘关系较远的生物的
精子和卵细胞混合在一起,观察精子和卵细胞结合
情况.
(4)探究细胞膜控制物质进出细胞的实验思路是
什么?
答案: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.
[关键能力提升]
◆[提升点1] 通过细胞膜的结构及其成分考查信
息提取能力
1.通过冷冻技术,细胞膜通常从某个部位断裂分开,
结构如图所示.据图分析不可以推出的结论是
( )
A.图中b侧含细胞质基质
B.磷脂双分子层疏水端断裂
C.细胞膜具有一定的流动性
D.膜蛋白的分布存在不对称性
解析:C [据题图分析,图中细胞膜的a侧有糖蛋
白,为细胞膜的外侧,b侧为细胞膜的内侧,即b侧
含细胞质基质,A正确;图中磷脂双分子层的疏水
端发生了断裂,B正确;图中未体现细胞膜的运动,
不能得出细胞膜具有流动性的结论,C错误;图中
膜蛋白的分布存在不对称性,D正确.]
2.(不定项)驱动的分子转子可与特定的细胞膜识别,
经紫外光激活后,以每秒200万~300万转的转速
进行旋转,改变细胞膜中磷脂分子的排列而完成钻
孔,如图所示.下列有关说法错误的是 ( )
A.分子转子与特定细胞膜的识别依靠细胞膜上的
糖蛋白
B.细胞膜中磷脂分子的排列被改变说明细胞膜具
有选择透过性
52
第一单元 走近细胞和组成细胞的分子
C.细胞膜中磷脂分子的排列与磷脂分子的亲水性
无关
D.题图在亚显微结构水平上解释分子转子完成钻
孔的过程
解析:BC [细胞膜上的糖蛋白具有识别作用,分
子转子与特定细胞膜的识别依靠细胞膜上的糖蛋
白,从而钻开细胞膜上的磷脂双分子层,A正确;细
胞膜中磷脂分子的排列被改变说明细胞膜具有流
动性,B错误;细胞膜中磷脂分子亲水性的头部朝
外,疏水性的尾部朝内,C错误;生物膜流动镶嵌模
型是在电子显微镜下观察到的亚显微结构,故能从
亚显微结构水平上解释分子转子完成钻孔的过程,
D正确.]
常考的5种“膜蛋白”
(1)受体蛋白:信号分子(如激素、细胞因子、神经
递质)的受体.
(2)载体蛋白:协助跨膜运输(协助扩散和主动
运输).
(3)具有催化作用的酶:如需氧细菌的细胞膜上可
附着与有氧呼吸相关的酶,此外,细胞膜上还
存在ATP水解酶(催化ATP水解,用于主动
运输等).
(4)识别蛋白:用于细胞与细胞间相互识别的糖蛋
白(如精卵细胞间的识别、免疫细胞对抗原的
特异性识别等).
(5)通道蛋白:通过打开或关闭通道控制物质通
过,如水通道蛋白;神经冲动传导时,Na+、K+
通道蛋白等.
◆[提升点2] 通过细胞融合考查获取信息能力和
综合应用能力
3.科学家利用细胞融合技术研究细胞膜的结构特性,
进行了下列实验.
(1)细胞膜的主要成分是磷脂和蛋白质.将连接了
荧光染料的抗体与融合细胞在一定条件下培养,抗
体与融合细胞的膜蛋白(抗原)特异性结合,其目的
是标记膜蛋白,以便于显微镜观察.用荧光显微镜观
察融合细胞表面荧光的颜色和 ,开始时,鼠
的细胞为绿色,人的细胞为红色,两种颜色不混合;
一段时间后,可观察到红绿荧光交替分布的“嵌合
体”.统计 ,结果如图所示.
(2)科学家据此提出两种假说解释嵌合体的形成.
假说一:融合细胞合成了新的膜蛋白;
假说二:原有膜蛋白在细胞膜平面上运动.
①使用 抑制剂和ATP合成抑制
剂分别处理融合细胞,均对嵌合体形成没有显著影
响,这个结果否定了假说一.
②在15℃、20℃和26℃的培养温度下重复上述
实验,这些实验的结果为 ,
为假说二提供了证据支持.
解析:(1)细胞膜主要由磷脂和蛋白质组成;抗体与
荧光染料结合后抗体被标记,当抗体与融合细胞的
膜蛋白(抗原)特异性结合时,膜蛋白就被标记;用
荧光显微镜观察融合细胞表面荧光的颜色和分布,
并观察和统计嵌合体比例.
(2)①假如嵌合体形成是融合细胞合成了新的膜蛋
白,用蛋白质合成抑制剂和ATP合成抑制剂分别
处理融合细胞,嵌合体形成会受影响.
②如果随着温度增加,嵌合体比例增加(或“随着温
度降低,嵌合体比例降低”),则为假说二提供了证
据支持.
答案:(1)分布 嵌合体比例
(2)①蛋白质合成 ②随着温度增加,嵌合体比例
增加(或随着温度降低,嵌合体比例降低)
考点2 细胞核的结构与功能
[必备知识复盘]
1.细胞核的功能探究
(1)黑白美西螈核移植实验
(2)蝾螈受精卵横缢实验
62
高考总复习 生物学
(3)变形虫切割实验
(4)伞藻嫁接与核移植实验
①伞藻嫁接实验过程:相互对照.
②伞藻核移植实验过程:自身对照.
③实验结论:伞藻“帽”的形状是由细胞核控制的.
2.细胞核的结构与功能
1.根尖分生区细胞的核膜在分裂间期解体,在分裂末
期重建. (2024安徽卷,1C)(×)
2.核仁含有DNA、RNA和蛋白质等组分,与核糖体
的形成有关. (2023湖南卷,2B)(√)
3.细胞质中的RNA均在细胞核合成,经核孔输出.
(×)
1.(必修1P54“资料4”)伞藻与衣藻、黑藻、颤蓝细菌
在生物分类上有什么不同?
答案:伞藻、衣藻均属于绿藻类的真核生物,黑藻是
高等植物,颤蓝细菌属于蓝细菌类的原核生物.
2.(必修1P56“旁栏思考”)“蓝图”指的是什么? 为什
么同一个体的不同细胞都一样? 从分子水平上解
释细胞多样性的原因.
答案:“蓝图”指的是DNA上储存的遗传信息;同
一个体的不同细胞都一样的原因是所有细胞都是
由受精卵通过有丝分裂形成的,细胞多样性的实质
是基因的选择性表达.
3.(必修1P58“拓展应用1”)染色体与染色质是同一
种物质在细胞不同时期的两种存在状态.这两种
不同的状态对于细胞的生命活动有什么意义?
答案:染色体呈高度螺旋状态,这种状态有利于在细胞
分裂过程中移动并分配到子细胞中去,而染色质处于
细丝状,有利于DNA完成复制、转录等生命活动.
4.(情景探究)细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心,
其功能的实现离不开细胞核的结构.细胞核中的
核孔结构复杂,至少由50种蛋白质构成,称为核孔
复合体,是核内外物质转运的通道.核孔复合体具
有双功能和双向性,双功能表现在两种运输方式,
即被动运输(离子和水分子等小分子物质)与主动
运输(大分子物质);双向性表现在既介导蛋白质的
入核运输,又介导RNA等的出核运输.
(1)核膜、核孔都有选择性,试举例说明:
.
答案:小分子物质可通过核膜进出细胞核,DNA不
能通过核孔进出细胞核,RNA可以通过核孔进入
细胞质;DNA聚合酶等蛋白质可以通过核孔进入
细胞核
(2)核孔复合体能够识别已经加工成熟的 mRNA
并将其运出核孔,前体 mRNA(未经加工剪接的
RNA)不能运出核孔,这体现了核孔具有什么特
点? 核孔复合体能够识别相应的物质信号,可推测
核孔复合体上存在什么结构?
答案:体现了核孔具有选择透过性.推测核孔复合
体上存在特异性受体蛋白.
(3)真核细胞核内的核仁被破坏,抗体合成将不能
正常进行的原因是 .
答案:核仁与核糖体的形成有关,核仁被破坏,不能
形成核糖体,抗体的合成将不能正常进行
(4)核孔的数量、核仁的大小与细胞代谢之间有什
么关系?
答案:细胞代谢旺盛、蛋白质合成量大的细胞中,核
孔数量多,核仁较大.
[关键能力提升]
◆[提升点1] 通过细胞核的结构与功能考查思维
判断能力
1.(2025湖南长郡中学调
研)如图为某细胞的部分
结构示意图,当 RNA 经
过核孔运出细胞核时,需
要核孔蛋白协助且消耗
能量.下列有 关 叙 述 错
误的是 ( )
72
第一单元 走近细胞和组成细胞的分子
A.2是一种双层膜结构的细胞器,在动植物细胞中
普遍存在
B.2与核膜直接相连,其上附着有与分泌蛋白合成
有关的核糖体
C.RNA通过核孔的运输特点与主动运输有相似
之处
D.基因A表达过程中需要的RNA聚合酶通过核
孔从细胞质运入细胞核
解析:A [2是内质网,是一种单层膜结构的细胞
器,在动植物细胞中普遍存在,A 错误;2是内质
网,与核膜直接相连,其上附着有与分泌蛋白合成
有关的核糖体,B正确;RNA通过核孔运出细胞核
时,需要核孔蛋白协助且消耗能量,可见其运输特
点与主动运输相似,C正确;基因A表达过程中需
要的RNA聚合酶通过核孔从细胞质运入细胞核,
D正确.]
细胞核与其他知识的整合
(1)物质运输:核孔是大分子物质运输(RNA出
核,蛋白质入核)的通道,小分子和离子则可选
择性透过核膜.
(2)基因表达:转录发生在细胞核,翻译发生在细
胞质.
(3)有丝分裂:核膜和核仁周期性的消失(前期)和
重建(末期).
(4)细胞衰老:细胞核的体积增大,核膜内折,染色
质收缩,染色加深.
◆[提升点2] 通过细胞核相关实验考查科学探究
能力和综合应用能力
2.研究人员将幼年实验鼠的体细胞去核后与老年实
验鼠的体细胞核融合,将老年实验鼠的体细胞去核
后与幼年实验鼠的体细胞核融合,分别进行体外培
养.结果发现前者不分裂而后者分裂旺盛.下列
叙述正确的是 ( )
A.后者分裂旺盛是因为遗传物质全部来自幼年实
验鼠
B.老年实验鼠的染色体端粒可能比幼年实验鼠
的短
C.老年实验鼠细胞中的自由基减少,细胞核的功能
减弱
D.实验说明细胞质对细胞分裂的影响比细胞核大
解析:B [后者分裂旺盛是因为遗传物质主要来自
幼年实验鼠的细胞核,而不是全部遗传物质,A错
误;根据衰老的端粒学说,随着分裂次数增多,细胞
端粒变短,因此老年实验鼠的细胞分裂次数多,可
能比幼年实验鼠的染色体端粒短,B正确;根据衰
老的自由基学说可知,老年实验鼠细胞中的自由基
增多,细胞核的功能减弱,C错误;上述实验说明细
胞核对细胞分裂的影响比细胞质更大,D错误.]
3.科学家用黑白两种美西螈
(一种两栖动物)做实验,
实验过程如图所示.
(1)由该实验结果可得出
的初步结论是:美西螈的
肤色是由 控
制的.
(2)该结论受到了某些人
的质疑,原因是该实验缺少对照实验.为使结论更
加准确,可以运用反证法进行证明,其反证过程是
.该反证实验与前实验形
成了 (填“空白”“自身”“相互”或“条件”)
对照.
(3)在该对照实验中自变量是
,无关变量是
(至少写2项).
解析:(1)分析图示可知:黑色美西螈的胚胎细胞核
与白色美西螈的去核卵细胞形成重组细胞,由该重
组细胞发育成的美西螈的肤色与提供细胞核的个
体相同,说明美西螈的肤色是由细胞核控制的.
(2)该实验缺少对照实验.为使结论更加准确,可
运用反证法,将黑色美西螈的去核卵细胞与白色美
西螈胚胎细胞的细胞核结合,形成重组细胞并进行
培养.该反证实验与前实验形成了相互对照.
(3)在该对照实验中的自变量是不同美西螈的去核
卵细胞与细胞核,因变量是由重组细胞发育成的美
西螈的肤色,水质、温度、阳光等凡是影响美西螈生
长发育的因素都是无关变量.
答案:(1)细胞核
(2)黑色美西螈的去核卵细胞与白色美西螈的细胞
核结合 相互
(3)不同美西螈的去核卵细胞与细胞核 水质、温
度、阳光等
对应学生P24
[真题研析]———浸润素养
[例] (2024湖南卷)细胞膜上的脂类具有重要的
生物学功能.下列叙述错误的是 ( )
A.耐极端低温细菌的膜脂富含饱和脂肪酸
B.胆固醇可以影响动物细胞膜的流动性
C.糖脂可以参与细胞表面识别
D.磷脂是构成细胞膜的重要成分
[关键信息点]
① 细胞膜上的脂质
② 脂质的生物学功能
82
高考总复习 生物学
解析:A [饱和脂肪酸的熔点较高,容易凝固,耐
极端低温细菌的膜脂富含不饱和脂肪酸,A错误;
胆固醇是构成动物细胞膜的重要成分,其对于调节
膜的流动性具有重要作用,B正确;细胞膜表面的
糖类分子可与脂质结合形成糖脂,糖脂与细胞表面
的识别、细胞间的信息传递等功能密切相关,C正
确;磷脂是构成细胞膜的重要成分,磷脂双分子层
构成生物膜的基本支架,D正确.]
[真题品悟]———厚积素养
[考向1] 细胞膜的结构和功能
1.(2023海南高考)不同细胞的几种生物膜主要成
分的相对含量见表.
生物膜
膜主要成分
红细胞
质膜
神经鞘细
胞质膜
高尔基
体膜
内质
网膜
线粒体
内膜
蛋白质(%) 49 18 64 62 78
脂质(%) 43 79 26 28 22
糖类(%) 8 3 10 10 少
下列有关叙述错误的是 ( )
A.蛋白质和脂质是生物膜不可或缺的成分,二者
的运动构成膜的流动性
B.高尔基体和内质网之间的信息交流与二者膜上
的糖类有关
C.哺乳动物红细胞的质膜与高尔基体膜之间具有
膜融合现象
D.表内所列的生物膜中,线粒体内膜的功能最复
杂,神经鞘细胞质膜的功能最简单
解析:C [细胞膜主要由脂质和蛋白质组成,磷脂
双分子层构成膜的基本支架,这个支架是可以流动
的,大多数蛋白质也是可以流动的,因此蛋白质和
脂质的运动构成膜的流动性,A正确;糖蛋白与细
胞识别作用有密切关系,因此高尔基体和内质网之
间的信息交流与二者膜上的糖类有关,B正确;哺
乳动物成熟的红细胞没有高尔基体,C错误;功能
越复杂的细胞膜,蛋白质的种类和数量越多,由表
格内容可知,线粒体内膜的蛋白质最高,其功能最
复杂,神经鞘细胞质膜的蛋白质最少,其功能最简
单,D正确.]
2.(2022河北卷)关于细胞膜的叙述,错误的是
( )
A.细胞膜与某些细胞器膜之间存在脂质、蛋白质
的交流
B.细胞膜上多种载体蛋白协助离子跨膜运输
C.细胞膜的流动性使膜蛋白均匀分散在脂质中
D.细胞膜上多种蛋白质参与细胞间信息交流
解析:C [在分泌蛋白的合成和分泌过程中,高尔
基体膜形成的囊泡融合到细胞膜中,此过程中细胞
膜与某些细胞器膜之间存在脂质、蛋白质的交流,
A正确;载体蛋白具有专一性,所以细胞膜上多种
载体蛋白协助不同的离子跨膜运输,B正确;膜蛋
白在磷脂双分子层的分布是不对称、不均匀的,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,
C错误;细胞膜上多种蛋白质与糖类结合,形成糖
蛋白.糖蛋白与细胞表面的识别功能有密切关系,
参与细胞间的信息交流,D正确.]
[考向2] 细胞核的结构和功能
3.(2022海南卷)肌动蛋白是细胞骨架的主要成分
之一.研究表明,Cofilin-1是一种能与肌动蛋白
相结合 的 蛋 白 质,介 导 肌 动 蛋 白 进 入 细 胞 核.
Cofilin-1缺失可导致肌动蛋白结构和功能异常,
引起细胞核变形,核膜破裂,染色质功能异常.下
列有关叙述错误的是 ( )
A.肌动蛋白可通过核孔自由进出细胞核
B.编码 Cofilin-1的基因不表达可导致细胞核
变形
C.Cofilin-1缺失可导致细胞核失去控制物质进
出细胞核的能力
D.Cofilin-1缺失会影响细胞核控制细胞代谢的
能力
解析:A [肌动蛋白进入核孔需要Cofilin-1介
导,因此,肌动蛋白不能通过核孔自由进出细胞核,
A错误;Cofilin-1缺失可导致肌动蛋白结构和功
能异常,引起细胞核变形,核膜破裂(失去控制物质
进出细胞核的能力),染色质功能异常(染色质上所
含的基因可控制细胞代谢),B、C、D正确.]
4.(2022浙江6月选考,15改编)下列关于细胞核
结构与功能的叙述,正确的是 ( )
A.核膜为单层膜,有利于核内环境的相对稳定
B.核膜上有核孔,可调控核内外的物质交换
C.核仁是核内的圆形结构,主要与 mRNA的合成
有关
D.染色质由RNA和蛋白质组成,是遗传物质的主
要载体
解析:B [核膜为双层膜,能将核内物质与细胞质
分开,有利于核内物质的相对稳定,A错误;核膜上
有核孔,核孔处有核孔复合体,具有选择性,可调控
核质之间 频 繁 的 物 质 交 换,B正 确;核 仁 主 要 与
rRNA的合成有关,C错误;染色质主要由DNA和
蛋白质组成,是遗传物质的主要载体,D错误.]
92
第一单元 走近细胞和组成细胞的分子