第3章 第1节 细胞膜的结构和功能（Word教参）-【优化指导】2025-2026学年高中生物必修1 分子与细胞（人教版2019 不定项版）

第1节　细胞膜的结构和功能 课时目标 1.分析细胞膜的功能和结构特点，认同结构与功能相适应的观点。(生命观念) 2．建立细胞膜的结构模型，掌握流动镶嵌模型的基本内容。(科学思维) 3．分析细胞膜成分和结构的探索历程，掌握科学探究的一般方法。(科学探究) 4．分析“脂质体药物”的作用原理，关注人体健康。(社会责任) 一、细胞膜的功能 1．将细胞与外界环境分隔开 使细胞成为相对独立的系统，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)通过体液的作用来完成信息交流。 (2)通过相邻两个细胞的细胞膜接触直接进行交流。 (3)通过相邻两个细胞之间形成通道来实现信息交流。 二、对细胞膜成分的探索 1．探索历程 2．细胞膜的成分 三、对细胞膜结构的探索 四、流动镶嵌模型的基本内容 1．写出a、b、c代表的含义 a．磷脂双分子层；b.蛋白质；c.糖蛋白。 2．基本内容 (1)基本支架：磷脂双分子层。 (2)蛋白质的分布：以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中。 3．结构特点 ◆名师点睛 1．构成细胞膜的脂质有磷脂、胆固醇，不包括脂肪。 2．罗伯特森提出细胞膜的静态结构模型，这一模型不能解释细胞的生长现象。 3．莲花“出淤泥而不染”体现了细胞膜控制物质进出细胞的功能。 4．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是获得纯净细胞膜的好材料。 ◆模型构建 1．细胞内外均为水环境时，磷脂分子的分布： 2．将磷脂分子置于水—苯混合溶剂中，磷脂分子的分布： ◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”) 1．1895年，欧文顿通过对哺乳动物的红细胞细胞膜成分的分析，得知组成细胞膜的主要组成成分中有脂质和蛋白质。 (　　×　　) 提示：欧文顿用多种化学物质对植物细胞的通透性进行了实验，推测出细胞膜的主要组成成分中有脂质。 2．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。 (　　×　　) 提示：构成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质都是可以运动的。 3．细胞膜的脂质使溶于脂质的物质容易通过细胞膜。 (　　√　　) 4．膜蛋白在细胞膜上的分布是对称的。 (　　×　　) 提示：构成细胞膜的蛋白质在膜两侧的分布是不对称的，糖蛋白分布于细胞膜的外侧。 5．同一生物体的细胞膜中蛋白质的种类和数量相同。 (　　×　　) 提示：同一生物体不同种类细胞的细胞膜中蛋白质的种类和数量不同。 ◆思维启迪 1．有人在解释细胞膜时，把它与纱窗进行类比：纱窗能把昆虫挡在外面，同时纱窗的小洞又能让空气进出。这种类比说明什么问题？这种类比合理吗？ 提示：这种类比说明细胞膜与纱窗一样可以允许一些物质出入，阻挡其他物质出入。这种类比不合理，因为细胞膜是活细胞的重要组成部分，活细胞的生命活动是一个主动的过程，而纱窗是没有生命的，它只能被动地起作用。 2．如何根据细胞膜中成分的分布位置，判断膜的内侧和外侧？ 提示：根据糖蛋白的分布情况，有糖蛋白的一侧为膜的外侧，无糖蛋白的一侧则为膜的内侧。 任务一__细胞膜的功能 1．从生命起源的角度分析，由于膜的出现而产生了原始的细胞，并使之成为相对独立的系统。细胞膜在这个生命系统中具有什么重要意义？ 答案：细胞膜的存在保障了细胞内部环境的相对稳定。 2．用台盼蓝染液染色时，死细胞为什么能被染成蓝色而活细胞不能被染色？这说明细胞膜具有什么功能？ 答案：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；死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝染液能通过细胞膜进入细胞，因此死细胞能被染成蓝色。这说明细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。 1．利用图解法理解细胞膜的功能 2．细胞间信息交流的方式与模型建构 方式 模型 间接 交流 直接 交流 经通道 交流 (1)细胞膜的三种信息交流方式发生于细胞与细胞之间，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的受体蛋白。 1．(2025·郑州高一检测)下图为细胞膜部分生理功能的模式图，相关叙述正确的是 (　　) A．①可以保障细胞内部环境的恒定不变 B．②可以阻止环境中的所有有害物质进入细胞 C．③可以表示胰岛素将信息传递给靶细胞 D．④可能是精子和卵细胞间的识别和结合 C　解析：细胞的边界都是细胞膜，功能①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，而不是恒定不变，A错误；细胞膜控制物质进出细胞的能力是相对的，所以无法阻止环境中的所有有害物质进入细胞，B错误；细胞膜可以进行细胞间的信息交流，比如胰岛素将信息传递给靶细胞，可用功能③表示，C正确；功能④主要是高等植物细胞间的一种信息交流方式——胞间连丝，不是精子和卵细胞间的识别和结合，D错误。 2．下图为细胞间信息交流的一种方式，下列有关叙述错误的是 (　　) A．图中反映了细胞膜具有细胞间信息交流的功能 B．图中乙细胞表示靶细胞 C．图中a表示信号分子，其本质不一定是蛋白质 D．图中b表示细胞膜上的信号分子 [答题指导] D　解析：题图表示在乙细胞上存在与a物质特异性结合的受体，反映了细胞膜具有细胞间信息交流的功能，A正确；由题图可知，乙细胞是靶细胞，B正确；题图中a表示信号分子，其本质不一定是蛋白质，C正确；靶细胞膜上的b表示相关受体，为接收信号的分子，D错误。 任务二__对细胞膜成分和结构的探索 1．磷脂分子的结构如下图所示。 (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)戈特和格伦德尔是如何推断出“细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层”这一结论的？ 答案：(1)A (2)戈特和格伦德尔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，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍，从而推断出“细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层”这一结论。 2．科学家测定了不同细胞的细胞膜成分，结果见下表。 种类 成分 蛋白质/% 脂质/% 糖类/% 神经髓鞘 22 77 1 变形虫细胞膜 54 42 4 小鼠肝细胞膜 44 52 4 人红细胞膜 49 43 8 细胞膜的主要成分是什么？细胞膜功能的复杂程度主要与哪种成分相关联？ 答案：细胞膜主要由脂质和蛋白质组成。细胞膜功能的复杂程度主要与蛋白质有关。 1．细胞膜的成分及功能分析 2．构成细胞膜的磷脂分子分析 (1)结构：由甘油、脂肪酸和磷酸及其他衍生物构成，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(如下图所示)，作为细胞膜的基本支架。磷脂分子的这种排列方式符合细胞膜两侧均为水环境的事实。 3．细胞膜成分的鉴定方法 细胞膜成分 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 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．科学家对生物膜结构的探索经历了漫长的历程，下列关于这段科学史的说法，正确的是 (　　) A．欧文顿对植物细胞的通透性进行上万次实验，发现脂溶性物质不易通过细胞膜 B．戈特和格伦德尔提取人红细胞中的脂质铺展成的单分子层是红细胞表面积的2倍，他们由此推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层 C．罗伯特森在电镜下观察到细胞膜呈清晰的暗—亮—暗三层结构，他认为生物膜是由脂质—蛋白质—脂质三层构成的静态结构 D．科学家用绿色和红色的荧光染料分别标记人、鼠细胞膜上的磷脂分子，证明了细胞膜具有流动性 B　解析：1895年，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实验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：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。据此推测细胞膜的主要组成成分中有脂质，A错误。1925年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔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，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，他们由此推断红细胞中的磷脂分子必然排列为连续的两层，B正确。1959年，罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗三层结构，他结合其他科学家的工作，大胆提出了细胞膜模型的假说——所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，C错误。1970年，科学家将小鼠细胞和人细胞融合，并用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子，证明细胞膜具有流动性，D错误。 2．(不定项) (2025·长春高一检测)脂质体(如图)可用作药物的运载体，通过对其修饰可以使其对特定细胞发挥作用。下列叙述错误的是 (　　) A．药物A是脂溶性物质，药物B是水溶性物质 B．脂质体与细胞膜的成分完全相同，有助于脂质体和细胞膜融合 C．适当地提高温度，可以增强脂质体膜的流动性 D．脂质体到达细胞后可以通过与细胞膜发生融合进入细胞 AB　解析：由于磷脂分子的“头部”亲水，“尾部”疏水，所以药物A是水溶性物质，药物B是脂溶性物质，A错误；细胞膜由脂质、蛋白质和少量糖类组成，而脂质体由磷脂双分子层组成，两者成分不完全相同，B错误；适当地提高温度，可加快分子的热运动，即可以增强脂质体膜的流动性，C正确；脂质体到达细胞后可以通过与细胞膜发生融合进入细胞，D正确。 任务三__流动镶嵌模型的基本内容 下图为细胞膜的结构模型图。 [问题探究] 1．图中A、B、C、D中构成细胞膜的基本支架的是________________________________________________________________________。 答案：C(磷脂双分子层) 2．细胞膜中的蛋白质都有哪些分布特点？ 答案：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．吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了细胞膜具有什么特点？这与图中哪些成分密切相关？ 答案：吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了细胞膜具有流动性。细胞膜具有流动性的原因为构成细胞膜的C磷脂双分子层中的磷脂分子可以侧向自由移动，细胞膜中的B蛋白质大多也能运动。 1．细胞膜的成分 成分 存在形式 功能 磷脂 磷脂双分子层 构成细胞膜的基本支架 蛋白质 镶、嵌入、贯穿磷脂双分子层 种类和数量越多，细胞膜的功能越复杂 糖类 糖被 与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等密切相关 2.细胞膜结构特点与功能特点的区别与联系 (1)区别 项目 结构特点—— 流动性 功能特点—— 选择透过性 基础 磷脂分子可以侧向自由移动，蛋白质大多也能运动 磷脂分子既亲水，又疏水；细胞膜上具有蛋白质 意义 对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能都是非常重要的 控制物质进出细胞 表现 变形虫的变形、吞噬细胞的吞噬等 有些物质可进出细胞，有些物质不能进出细胞 (2)联系 (1)细胞膜具有不对称性：膜两侧的分子性质和结构不相同，如糖蛋白只分布在细胞膜外侧。 (2)只有活细胞的细胞膜才具有选择透过性，死细胞的细胞膜不具有选择透过性。 1．下列叙述不符合细胞膜的流动镶嵌模型观点的是 (　　) A．磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性 B．每个磷脂分子的亲水头部向外，疏水尾部向内 C．细胞膜上的糖类形成糖蛋白或糖脂 D．蛋白质分子全部嵌入磷脂双分子层中 D　解析：磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性，A不符合题意；由于细胞膜的内外均为液体环境，故每个磷脂分子的亲水头部向外，疏水尾部向内，排成磷脂双分子层，B不符合题意；细胞膜上的糖类有的和蛋白质结合在一起形成糖蛋白，也有的和脂质结合在一起形成糖脂，C不符合题意；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，D符合题意。 2．(2024·汕尾高一期末)科学家将细胞膜冰冻，然后用冷刀骤然将其从疏水层撕裂。在电镜下观察，发现撕裂面上有很多颗粒(如图所示)。由以上实验可推出的结论是 (　　) A．蛋白质是细胞膜的重要组成成分 B．细胞膜可控制物质进出细胞 C．磷脂双分子层是细胞膜的基本支架 D．蛋白质分子嵌插或贯穿于磷脂双分子层中 D　解析：从疏水层撕裂，疏水层是磷脂双分子层中间，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；“发现撕裂面上有很多颗粒”，说明蛋白质分子嵌插或贯穿于磷脂双分子层，D正确。 细胞膜的模型研究——科学思维 某课题组对多种细胞膜结构进行了系统深入的研究，统一了多种模型观点，阐明细胞膜包括多种特征，如磷脂双层结构、流动镶嵌性、内外膜非对称性、不同功能细胞膜的差异性等，而不是单一模型可以解决所有的细胞膜问题。下图为该课题组提出的哺乳动物组织细胞膜模型。 设计1：考查知识理解与识图能力 (1)该模型的基本支架是________________，图中的1、2、4代表________分子。 设计2：考查知识迁移应用能力 (2)哺乳动物有核细胞的细胞膜外侧多了一层致密的蛋白层，而细胞膜内侧相对粗糙，由此可推知图中________侧为细胞膜的外侧。根据流动镶嵌模型，该侧还应该含有糖类分子，它与__________________、____________________等功能密切相关。 设计3：考查问题解决能力、长句表达能力与科学思维 (3)红细胞膜外侧没有致密的蛋白层，膜的整体厚度约为10 nm；而存在于组织中有核细胞的细胞膜外侧多了一层致密的蛋白层，利于细胞间的联系和支撑，膜厚度约为20 nm。请从结构与功能相适应的角度，解释红细胞膜外侧没有致密蛋白层、膜厚度低的原因： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)磷脂双分子层　蛋白质 (2)A　细胞表面的识别　细胞间的信息传递 (3)红细胞在血液中循环流动，表面必须光滑，不需要膜外蛋白维持细胞间的联系和支撑 解析：(1)细胞膜的基本支架为磷脂双分子层，蛋白质分子在细胞膜上的位置为镶、嵌入、贯穿磷脂双分子层，所以1、2、4为膜上的蛋白质。(2)哺乳动物有核细胞的细胞膜外侧多了一层致密的蛋白层，细胞膜内侧相对粗糙，故A侧为细胞膜外侧。根据流动镶嵌模型，细胞膜的外侧还含有糖类分子，其与细胞表面的识别和细胞间的信息传递等功能密切相关。(3)红细胞的主要功能是运输氧气和二氧化碳，需在血液中循环流动，其表面必须光滑，不需要膜外蛋白维持细胞间的联系和支撑，所以红细胞膜外侧没有致密蛋白层、膜厚度低。 1．(2025·岳阳高一检测)细胞膜成分的探索经历了长期的实验探究历程，下列不能作为细胞膜上有蛋白质的实验证据的是 (　　) A．科研人员用胰蛋白酶处理组织细胞时，发现处理一定时间后会破坏细胞膜的功能 B．研究细胞膜表面张力时，发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力 C．红细胞的脂质在空气—水界面上铺展成单分子层，面积恰为细胞表面积的2倍 D．科学家发现水分子在通过细胞膜时的速率显著高于通过人工脂双层时的速率 C　解析：用胰蛋白酶处理组织细胞时，处理时间过长会破坏细胞膜的功能，胰蛋白酶能水解蛋白质，这说明细胞膜上有蛋白质，A不符合题意；细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力，这表明细胞膜中存在降低表面张力的成分，而蛋白质具有这样的作用，这说明细胞膜上有蛋白质，B不符合题意；红细胞的脂质在空气—水界面上铺展成单分子层，面积恰为细胞表面积的2倍，这只能说明细胞膜中含有脂质，不能说明有蛋白质，C符合题意；水分子通过细胞膜的速率显著高于通过人工脂双层时的速率，这是因为细胞膜上有蛋白质形成的通道，这说明细胞膜上有蛋白质，D不符合题意。 2．(2025·长春高一检测)细胞膜的特性和功能是由其结构决定的。下列相关叙述错误的是 (　　) A．由于磷脂双分子层内部是疏水的，因此水分子不能通过细胞膜 B．细胞膜的脂质结构使溶于脂质的物质容易通过细胞膜 C．细胞膜的蛋白质分子有物质运输功能 D．细胞的生长现象不支持细胞膜的静态结构模型 A　解析：磷脂双分子层内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用，但水分子是能通过细胞膜的，A错误；磷脂双分子层是细胞膜的基本支架，细胞膜的脂质结构使溶于脂质的物质容易通过细胞膜，B正确；细胞膜上的蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用，如载体蛋白等，C正确；细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能都是非常重要的，细胞的生长现象不支持细胞膜的静态结构模型，D正确。 3．下图为细胞膜的流动镶嵌模型。下列各项中，不是细胞膜中磷脂分子形成双层结构的原因的是 (　　) A．磷脂分子有亲水的“头部” B．磷脂分子有疏水的“尾部” C．细胞膜内外环境都是水环境 D．使细胞膜结构更加坚固 D　解析：磷脂分子具有亲水的“头部”和疏水的“尾部”，且细胞膜内外环境都是水，使亲水的“头部”朝外，疏水的“尾部”朝内，形成了双层结构，A、B、C不符合题意；细胞膜由磷脂双分子层构成基本支架，使细胞膜结构更加坚固，这是磷脂双分子层形成膜基本支架的意义，不是原因，D符合题意。 4．(2025·连云港高一检测)下图是细胞膜的结构模式图，下列相关叙述错误的是 (　　) A．膜中的甲大多可以运动 B．甲的种类和数量越多，膜的功能越复杂 C．膜中蛋白质的分布是不对称的，但脂质的分布是对称的 D．乙、丁中的糖类分子叫作糖被，与细胞间的信息交流有关 C　解析：构成膜的丙(磷脂分子)可以侧向自由移动，膜中的甲(蛋白质)大多也能运动，导致细胞膜具有一定的流动性，A正确；蛋白质是生命活动的主要承担者，功能越复杂的细胞膜，甲(蛋白质)的种类和数量越多，B正确；膜中蛋白质和脂质的分布都是不对称的，C错误；乙(糖脂)和丁(糖蛋白)中的糖类分子叫作糖被，糖被与细胞间的信息交流有关，D正确。 5．(不定项)下图为某细胞的细胞表面受体与信号分子结合的过程，图中①表示细胞的某一结构。下列有关叙述正确的是 (　　) A．细胞表面受体的化学本质是脂质 B．细胞可通过图示方式进行信息交流 C．结构①的基本支架是磷脂双分子层 D．结构①具有控制物质进出细胞的功能 BCD　解析：受体的化学本质为糖蛋白(或糖脂)，能与相应的信号分子特异性结合，A错误；图示方式是信号分子与靶细胞表面的受体结合传递信息，进行细胞间的信息交流，B正确；结构①是细胞膜，细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，C正确；结构①是细胞膜，细胞膜的功能之一是控制物质进出细胞，D正确。 6．在人体局部发炎时，由发炎部位细胞发出信号，使该处的毛细血管壁细胞表达出膜上的P选择蛋白(一种跨膜蛋白)，血浆中的白细胞与毛细血管壁细胞之间识别、黏附并移出血管(如下图)，最后进入感染部位的组织中，吞噬病原体。据图回答下列问题： (1)图中过程②③体现了细胞膜具有________的结构特点。 (2)细胞膜的化学成分主要是________________；不同细胞膜的功能不同，从组成成分分析，主要原因是 ________________________________________________________________________。 (3)白细胞与毛细血管壁细胞之间能相互识别是因为白细胞膜上的糖被与P选择蛋白有相互识别作用，体现了细胞膜具有____________________的功能。 答案：(1)流动性 (2)脂质和蛋白质　膜上蛋白质的种类和数量不同 (3)进行细胞间信息交流 解析：(1)题图中过程②③白细胞的形态发生改变，体现了细胞膜具有流动性的结构特点。(2)细胞膜的化学成分主要是脂质和蛋白质，细胞膜的功能主要由膜上蛋白质的种类和数量决定。(3)由题图可知，白细胞与毛细血管壁细胞之间能够相互识别，是因为白细胞膜上的糖被与P选择蛋白有相互识别作用，这体现了细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能。 学科网（北京）股份有限公司 $$