第3章 第1节 细胞膜的结构和功能（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中生物必修第一册（人教版 多选）

第1节　细胞膜的结构和功能 学习目标 1.分析细胞膜的功能和结构特点，认同结构与功能的适应性。(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．分析细胞膜的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 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 二、对细胞膜成分的探索 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 细胞膜是由脂质组成的 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，荷兰科学家戈特和格伦德尔 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，英国学者丹尼利和戴维森 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 三、对细胞膜结构的探索 1．细胞膜的成分 2．探索过程 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)基本骨架：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。 2．结构特点：具有一定的流动性。 3．功能特性：选择透过性膜。 聚联乙炔细胞膜识别器是通过物理力把类似于细胞膜上具有分子识别功能的物质镶嵌到聚联乙炔囊泡中，组装成纳米尺寸的生物传感器。它在接触细菌、病毒时可以发生颜色变化，用于检测细菌、病毒等。结合所学知识判断： (1)聚联乙炔细胞膜识别器模拟了细胞膜的信息交流功能。(√) (2)镶嵌到聚联乙炔囊泡中的物质具有识别功能。(√) (3)镶嵌的物质在细胞膜上称为糖蛋白。(×) 探究点一　细胞膜的功能 结合案例分析细胞膜的功能： (1)在原始海洋中，生命起源过程中至关重要的阶段是膜的出现。这一提法的重要依据是什么？ 提示：细胞膜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，保障了细胞内部环境的相对稳定。 (2)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。这一事例说明细胞膜具有什么功能？具体体现是什么？细胞膜的这种作用是绝对的吗？ 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对代谢废物的排出，以及防止细菌、病毒的侵入等方面。细胞膜的这种控制作用是相对的，而不是绝对的。 (3)最新研究发现，内皮素在皮肤中分布不均是产生色斑的主要原因。内皮素拮抗剂可以进入皮肤并和细胞膜上的黑色素受体结合，使内皮素失去作用。该研究说明细胞膜具有进行细胞间的信息交流的功能。 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．细胞间的信息交流 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 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，而某些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。　 1．(2025·大同期中)最新研究发现，内皮素在皮肤中分布不均是造成色斑的主要原因，内皮素拮抗剂进入皮肤，可以和黑色素细胞膜的受体结合，使内皮素失去作用，这为美容研究机构带来了福音。分析材料能够说明细胞膜(　　) A．具有保护功能 B．将细胞与外界环境分隔开 C．严格控制物质进出细胞 D．具有信息交流的功能 解析　根据题干信息“内皮素拮抗剂进入皮肤，可以和黑色素细胞膜的受体结合，使内皮素失去作用”，可知内皮素只有与细胞膜上相应的受体结合后才能发挥作用。细胞膜上的受体识别并与相应的信号分子结合来完成信息传递的过程，属于进行细胞间信息交流的功能，A、B、C错误，D正确。 答案　D 2．作为系统的边界，细胞膜在细胞的生命活动中有多种功能。有关下图模型的说法错误的是(　　) A．图示信息主要体现了细胞膜能进行细胞间信息交流的功能 B．甲细胞分泌a物质与细胞膜控制物质进出的功能有关 C．乙细胞上识别a物质的受体b可以识别所有的信号分子 D．b物质的主要成分是蛋白质 解析　题图所示的是细胞间进行信息交流的一种方式；甲细胞分泌物质a也是细胞膜控制物质出入细胞的一个实例；不同的信号分子具有不同的受体，受体对信号因子的识别具有特异性，所以图中的受体b不能识别所有的信号分子；b的化学本质是糖蛋白，其主要成分是蛋白质。 答案　C 探究点二　对细胞膜成分和结构的探索及流动镶嵌模型的基本内容 阅读下列材料，并回答下列问题。 材料1　1895年，欧文顿发现：凡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。 (1)欧文顿根据实验结果得出了“细胞膜是由脂质组成”的推论。 (2)如何进一步研究确定细胞膜的脂质成分的类型？ 提示：利用哺乳动物成熟红细胞制备出纯净的细胞膜，进行化学分析，得知细胞膜中的脂质有磷脂和胆固醇。其中，磷脂含量最多，胆固醇只存在于动物细胞中。 材料2　1953年，丹尼利和戴维森研究细胞膜表面张力，发现细胞膜表面张力明显低于油—水界面的表面张力。由于人们发现油脂滴表面如果吸附蛋白质成分，则表面张力会降低。 (3)推测：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。 材料3　科学家陆续测定了不同细胞的生物膜的化学组成如下表： 　生物膜 蛋白质/% 脂类/% 糖类/% 人的CNS髓鞘 20 79 少 人的红细胞膜 49 43 8 大鼠的肝细胞核膜 59 35 2.9 内质网膜 67 33 少 线粒体外膜 52 48 少 线粒体内膜 76 24 少 (4)请概述细胞膜的组成成分？ 提示：细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外，还有少量的糖类。 材料4　1917年，科学家朗缪尔把溶有膜脂的挥发性溶剂倾倒在水面上，溶剂挥发掉，而脂类分子可在水面上铺开成一层，并且测出脂分子的极性一端被吸附在水分子上，而非极性一端直立在水面上(如下图)。 (5)朗缪尔实验说明组成细胞膜的脂质有何特点？ 提示：朗缪尔发现组成细胞膜的脂质分子是两性分子，有亲水端和疏水端。 (6)细胞内外均为水环境，磷脂分子应如何分布？ 提示：细胞内外均为水环境，磷脂分子可能会这样分布： 由于磷脂分子有亲水的“头部”和疏水的“尾部”，在水溶液中，朝向水的是“头部”，“尾部”受水的排斥。当磷脂分子的内外两侧均是水环境时，磷脂分子的“尾部”相对排列在内侧，“头部”则分别朝向两侧水环境，形成磷脂双分子层。细胞的内外环境都是水溶液，所以细胞膜磷脂分子的“头部”向着膜的内外两侧，而“尾部”相对排在内侧，形成磷脂双分子层。 材料5　1925年，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，测得磷脂单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。 (7)推论：细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层。 材料6　1959年，罗伯特森利用电子显微镜拍摄到了细胞膜的图像为暗—亮—暗的三层结构，测定细胞膜的厚度为7～8 nm，恰好是单层磷脂膜厚度的两倍，而按照“三明治”模型，加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过20 nm。 材料7　物理科学家在低温下将细胞膜切开，升温后暴露两层磷脂之间的断裂面(冰冻蚀刻法)，发现蛋白质镶嵌、贯穿于磷脂双分子层中。 (8)罗伯特森的蛋白质—脂质—蛋白质的静态膜结构模型能解释膜的哪些功能？不能解释哪些功能？ 提示：能解释蛋白质可以帮助物质运输。不能解释细胞的生长、膜的变形能力等。 (9)根据电镜照片和膜厚度的证据，请对细胞膜结构提出你的猜测。 提示：电镜证据支持了磷脂双分子层结构，否定了膜的“三明治”三层结构。猜测蛋白质镶嵌在膜的双分子层中，才能不过多增加膜的厚度。 材料8　人—鼠细胞融合实验 (10)人—鼠细胞融合实验说明了什么？ 提示：人—鼠细胞融合实验说明细胞膜的流动性。 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]　人和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。因此人和哺乳动物成熟的红细胞是获得纯净细胞膜的好材料。 3．细胞膜的特点 (1)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)结构特点——流动性：组成细胞膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动。 3．(多选)(2025·常德期中)下列关于探索细胞膜成分与结构的叙述，正确的是(　　) A．细胞表面的张力明显低于油—水界面，说明细胞膜含有脂质以外的成分 B．罗伯特森提出细胞膜是静态的统一结构，难以解释细胞的生长等现象 C．荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合的实验结果表明细胞膜具有流动性 D．欧文顿通过对膜成分的提取与检测，提出“细胞膜由脂质组成”假说 解析　丹尼利和戴维森研究发现细胞表面张力明显低于油—水界面的表面张力；人们已知油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低，推测细胞膜除了含脂质分子外，可能还附有蛋白质，A正确；罗伯特森提出的静态统一结构认为细胞膜是固定不动的，但是细胞生长、变形虫的变形过程中细胞膜都是流动的，该模型无法解释，B正确；1970年科学家用两种颜色的荧光染料标记小鼠和人细胞表面的蛋白质分子，诱导两种细胞融合，37 ℃一段时间后，两种颜色的荧光均匀分布，说明细胞膜是流动的，C正确；欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次实验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样，推测细胞膜是由脂质组成， D错误。 答案　ABC 4．(2025·哈尔滨期中)下图是兔肌肉细胞膜的亚显微结构模式图，①～③是细胞膜上的部分化合物。下列相关叙述错误的是(　　) A．图中细胞膜的这种结构模型被称为流动镶嵌模型 B．细胞膜的基本支架是③ C．结构②为糖被，B侧为细胞膜的外表面 D．细胞膜上的磷脂分子和多数蛋白质分子能够运动 解析　题图中结构模型为流动镶嵌模型，其中①为糖蛋白，分布在细胞膜的外表面，具有识别功能；②为蛋白质，其镶在、嵌入或贯穿于磷脂双分子层；③为磷脂双分子层，构成细胞膜的基本骨架，A正确；细胞膜的基本支架是③磷脂双分子层，B正确；结构①为糖蛋白，②为蛋白质，糖被是指能与蛋白质、脂质结合的糖类分子，位于细胞膜的外表面，B侧为细胞膜的内表面，C错误；细胞膜具有流动性，主要表现为构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动，D正确。 答案　C [构建课堂要点] [检测学习效果] 1．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、细菌等大分子的物质也可能进入细胞。 答案　D 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，说明细胞膜具有一定的流动性。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 3．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 4．(多选)下列关于细胞膜结构特点和功能特点的叙述，不正确的是(　　) A．某些有害物质不能进入细胞，体现了细胞膜的选择透过性 B．变形虫吞噬细菌体现了细胞膜的功能特点是具有一定的流动性 C．选择透过性的基础是细胞膜上的转运蛋白和磷脂分子具有特异性 D．流动性的基础是组成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的 解析　某些有害物质不能进入细胞，是因为细胞膜具有控制物质进出的功能，也体现了细胞膜的选择透过性，A正确；变形虫吞噬细菌体现了细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，B错误；细胞膜的选择透过性的基础是细胞膜上的转运蛋白具有特异性，而磷脂分子没有特异性，C错误；细胞膜具有流动性的基础是构成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的，D正确。 答案　BC 5．下图是细胞膜的流动镶嵌模型(①～③分别表示有关的物质或结构)，据图分析并回答下列问题： (1)早在1959年，罗伯特森在电镜下观察到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构，大胆提出细胞膜是由________三层结构构成。1970年，科学家利用________法进行人—鼠细胞融合实验，证明了细胞膜上的蛋白质可以运动。1972年科学家辛格和尼科尔森正式提出了生物膜的流动镶嵌模型。 (2)据图分析，①的化学本质是________，②是________(填结构名称)。②是构成细胞膜的基本支架，蛋白质则以不同方式镶嵌在②中，细胞膜的主要功能取决于膜上________。 (3)细胞膜作为系统的边界，有多种生理功能。除控制物质进出细胞以外，细胞膜还有________(答出两点即可)等生理功能。 解析　(1)早在1959年，罗伯特森在电镜下观察到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构，大胆提出细胞膜是由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，1970年，科学家利用荧光标记法进行人—鼠细胞融合实验，证明了细胞膜上的蛋白质可以运动。1972年科学家辛格和尼科尔森正式提出了生物膜的流动镶嵌模型。(2)题图表示细胞膜的流动镶嵌模型，据图分析，①的化学本质是糖蛋白，②是磷脂双分子层。②磷脂双分子层是构成细胞膜的基本支架，蛋白质则以不同方式镶嵌在②中，细胞膜的主要功能取决于膜上蛋白质(③)的种类和数量。(3)细胞膜作为系统的边界，有多种生理功能。除控制物质进出细胞以外，细胞膜还有将细胞与外界环境分隔开、进行细胞间的信息交流等生理功能。 答案　(1)蛋白质—脂质—蛋白质　荧光标记　(2)糖蛋白　磷脂双分子层　蛋白质(③)的种类和数量　(3)将细胞与外界环境分隔开、进行细胞间的信息交流 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$