内容正文:
生物“预-学-复”案 第 xx周 xx年xx月 xx日 主编:xx 校对:xxx
3.1细胞膜
班级:________ 姓名:________ 小组:________
【考情分析】
高中生物第三单元高考中分值一般在 4-10 分左右,部分试卷占比可能更高,考查题型有选择题:通常会设置一些关于细胞结构基本概念、不同细胞结构特点对比、细胞器功能判断等方面的题目, 非选择题:可能会结合具体的情境或实验,要求考生分析细胞结构与功能的关系。
【课程标准】
1.概述细胞都由细胞膜包裹,细胞膜将细胞与外界环境分隔开,能控制物质进出细胞,并进行细胞间的信息交流。
2.阐明遗传信息主要储存在细胞核中。
【学习目标】
1.基于对细胞膜、细胞核结构与功能的认识,理解其结构与功能的统一性。(生命观念)
2.结合对细胞膜结构与成分的探究历程,培养分析和处理信息的能力,认同科学发展是不断探索的过程。(科学思维、社会责任)
3.通过对细胞核功能探究实验的分析,理解实验设计的对照原则等基本原则。(科学探究)
【重点难点】
1. 重点:细胞膜的结构和功能
2.难点:细胞核的结构和功能及实验设计
教学流程
环节一 预·筑基
【知识梳理】
一、植物细胞的细胞壁:
(1)主要成分:纤维素和果胶
(2)合成场所:主要高尔基体
(3)合成时期:有丝分裂末期(细胞板变成细胞壁),与其形成有关的细胞器为 高尔基体和 线粒体 。
(4)去除方法:酶解法(纤维素酶和果胶酶)
(5)功能:支持和保护
(6)特性:全透性(提醒:细胞壁不是细胞的边界)
二、细胞膜的功能
1.将细胞与外界环境分隔开(意义:保障了细胞内部环境的相对稳定)
2.控制物质进出细胞
(1)方式:被动运输(自由扩散、协助扩散),主动运输,胞吞、胞吐
(2)特点:①选择透过性(直接原因--细胞膜上转运蛋白的种类和数量;根本原因--细胞的遗传属性)
②相对性(提醒:病毒、病菌可侵入细胞)
3.进行细胞间的信息交流
(1)化学物质传递:细胞分泌的化学物质(如激素),随血液到达全身各处,与靶细胞膜上的特异性受体结合,将信息传递给靶细胞(激素、神经递质)
(2)直接接触传递:相邻细胞的细胞膜接触,信息从一个细胞传递到另一个细胞(精卵结合、细胞毒性T细胞与靶细胞接触)
(3)通道传递:携带信息的物质通过通道进入另一个细胞(高等植物的胞间连丝)(提醒:不需要细胞膜上受体)
三、对细胞膜成分的探索
实验一
实验方法
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
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
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
实验现象
测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍
实验结论
细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层
实验四
实验目的
研究细胞膜的张力
实验现象
细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力
实验结论
推测细胞膜除含脂质分子外,可能还附有蛋白质
四、细胞膜的组成成分
成分
比例
在细胞膜中的作用
主要
脂质
约50%
脂质是组成细胞膜的成分中含量最高,包括磷脂、糖脂,动物细胞膜中有的还有胆固醇,其中磷脂含量最丰富。
蛋白质
约40%
蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用,功能越复杂的细胞膜,蛋白质的种类和数量越多
少量
糖类
2%~10%
糖类与蛋白质或脂质分子结合形成糖蛋白或糖脂,分布在细胞膜的外表面;糖蛋白具有保护、润滑和细胞识别的作用
[拓展]
1、不同生理状态的细胞膜成分和功能
① 癌变细胞:癌细胞表面糖蛋白减少→细胞黏着性降低 →易在体内分散和转移
膜成分发生改变,甲胎蛋白(AFP)和癌胚抗原(CEA)超标
② 衰老细胞:膜通透性改变,物质运输功能下降
③ 代谢旺盛的细胞:运输功能增强膜上载体蛋白的种类和数量增多
2、常见“膜蛋白”及其功能
(1)信号分子(如激素、细胞因子、神经递质)的受体蛋白:糖蛋白。
(2)膜转运蛋白:膜上用于协助扩散的通道蛋白、载体蛋白和用于主动运输的载体蛋白。
(3)具有催化作用的酶:如好氧细菌细胞膜上可附着与有氧呼吸相关的酶,此外,细胞膜上还可存在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(如精子和卵细胞间的识别,免疫细胞对抗原的特异性识别等)。
五、细胞膜的结构——流动镶嵌模型
1、基本内容
1)脂质:磷脂双分子层构成膜的基本支架。
①磷脂分子的排布特点:亲水的“头部”排在外侧;疏水的“尾部”排在内侧。
②作用:具有屏障作用,因为水溶性的分子或离子不能自由通过。
③特点:具有一定的流动性
2)蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中: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。这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。
3)糖被:细胞膜外表面与蛋白质或脂质结合的糖类分子称为糖被,与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有关。
2、细胞膜的特点
1)结构特点——具有一定的流动性。
原因: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。
实例:如质壁分离与复原、变形虫的变形运动、胞吞和胞吐、白细胞的吞噬作用等。(提醒:结构特点是功能特点的基础)
影响因素:一定范围内,温度升高,膜的流动性 越大 。
2)功能特点—选择透过性
直接原因:膜上的转运蛋白的种类和数量
表现:水分子、细胞需要的离子和小分子可以通过,而其他的离子、小分子和大分子不能通过。(提醒:台盼蓝染色法的原理)
【自我测评】
(1)胆固醇可以影响动物细胞膜的流动性。(2024·湖南卷,1B)( √ )
(2)变形虫通过胞吞方式摄取食物,该过程不需要质膜上的蛋白质参与。(2024·安徽卷,2C)( × )
(3)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)( × )
(4)细胞膜的流动性使膜蛋白均匀分散在脂质中。(2022·河北卷,1C)( × )
(5)鉴别细胞的死活时,台盼蓝能将代谢旺盛的动物细胞染色成蓝色。(2021·全国乙卷,2A)( × )
(6)细胞膜的成分都有脂质和蛋白质。(2021·福建卷,1B)( √ )
(7)叶肉细胞的细胞膜含有纤维素。(2018·海南卷,1D)( × )
环节二 学•精研
【考向训练】
考点一 细胞膜的结构和功能
1.(2024·湖南,1)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
【答案】 A
【解析】 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,其对于调节细胞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有密切关系,C正确;磷脂是构成细胞膜的重要成分,磷脂双分子层构成了生物膜的基本支架,D正确。
2.(河南南阳模拟)蛋白质在生物膜行使功能时起关键作用,其种类和数量越多,膜功能越复杂。下列有关膜蛋白a、b、c、d的说法正确的是( D )
A.膜蛋白a可实现物质的跨膜转运,则其转运过程中一定要消耗能量
B.膜蛋白b可实现ATP的合成或水解,并具有膜蛋白a的功能,其可存在于神经细胞膜、叶绿体内膜
C.膜蛋白c能识别结合某些信息分子,故可知其是细胞间信息交流不可缺少的结构
D.膜蛋白d能和抗体特异性结合,则其可能与器官移植时的免疫排斥、血型决定等有关
【随堂检测】(5分钟)
1.下列关于细胞膜的结构和功能的叙述,正确的是( )
A.鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液,其原理是死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能
B.植物细胞的边界是细胞壁,但控制物质进出的是细胞膜
C.环境中有害的物质有可能进入细胞,这说明细胞膜不能控制物质进出细胞
D.细胞间的信息交流都与细胞膜上的受体有关
E.欧文顿通过对膜成分的提取和化学分析,提出细胞膜是由脂质和蛋白质等成分组成的
F.选择哺乳动物成熟红细胞制备细胞膜,容易将细胞膜与细胞器膜分开
G.根据“从人的红细胞中提取的脂质在空气—水界面铺展成单层”实验,推断出细胞膜中磷脂分子排列为两层
H.丹尼利和戴维森发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力,由此推测细胞膜除含脂质分子外,可能还附有蛋白质
I.细胞膜的主要成分有脂质、蛋白质和糖类,同一生物体的所有细胞膜中蛋白质的种类和数量均相同
J.在组成细胞膜的脂质中,磷脂分子疏水的头部朝外构成支架,胆固醇最丰富
K.罗伯特森用电镜观察细胞膜的结构,提出了“暗—亮—暗”的三明治结构是一种静态模型,其拍摄的细胞膜结构电镜照片属于物理模型
L.人—鼠细胞融合实验运用了放射性同位素标记法,证明了细胞膜具有选择透过性
M.科学家根据观察的现象和已有的知识提出解释某一生物学问题的假说或模型,这种假说或模型最终能否被普遍接受,取决于它能否与以后不断得到的观察和实验结果相吻合
N.向细胞内注射物质后,细胞膜上会留下一个空洞
O.流动性的基础是组成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大多是可以移动的
P.细胞膜上的糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等有关,膜蛋白在细胞膜上的分布是不对称的
Q.利用双层磷脂分子构成的脂质体运送药物时,水溶性药物被包在两层磷脂分子之间
【答案】 AGHMOP
【解析】细胞壁是全透性的,植物细胞的边界是细胞膜,B错误;环境中一些对细胞有害的物质有可能进入,说明细胞膜控制物质进出的作用是相对的,C错误;高等植物可通过胞间连丝进行细胞间的信息交流,D错误;欧文顿通过对植物细胞通透性的研究实验,推理出了细胞膜是由脂质组成的,E错误;哺乳动物成熟红细胞中不存在细胞核和细胞器,容易获得纯净的细胞膜,F错误;细胞膜的主要成分有脂质和蛋白质,还有少量糖类,细胞膜的功能复杂程度与细胞膜的蛋白质的种类和数量有关,功能越复杂,膜蛋白的种类和数量越多,I错误;在组成细胞膜的脂质中,磷脂最丰富,磷脂分子疏水的尾部朝内,亲水的头部朝外,J错误;罗伯特森拍摄的细胞膜的电镜照片是实物,不属于模型,K错误;人—鼠细胞的融合实验过程中用荧光标记蛋白质,证明了细胞膜具有流动性,L错误;细胞膜具有流动性,向细胞内注射物质后,细胞膜上不会留下一个空洞,N错误;磷脂分子头部亲水,尾部疏水,脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间,Q错误。
课堂小结
环节三 复•自测
【本科级】
1.(2024·云南模拟)如图为细胞膜的结构模式图,①~③表示物质或结构,下列相关叙述错误的是( )
A.图中①位于细胞膜外侧,与细胞表面的识别有关
B.细胞膜功能的复杂程度主要取决于②的种类和数量
C.由于③的内部是疏水的,因此水分子不能通过细胞膜
D.③和大多数的②可以运动,因此细胞膜具有流动性
【答案】 C
【解析】 水分子可以通过自由扩散或协助扩散的方式通过细胞膜,C错误。
2.(2022·河北,1)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
【答案】 C
【解析】膜蛋白在磷脂双分子层的分布是不对称、不均匀的,C错误。
3.细胞膜是系统的边界,对细胞维持正常的功能具有重要的作用,下列叙述正确的是( )
A.对细胞有害的物质都不能通过细胞膜进入细胞
B.用台盼蓝染液对动物细胞进行染色,被染成蓝色的为活细胞
C.细胞膜将细胞与外界环境分隔开,保障了细胞内部环境相对稳定
D.进行细胞间的信息交流均依赖于细胞膜上的受体
【答案】C
【解析】细胞膜的控制作用是相对的,环境中一些对细胞有害的物质有可能进入,有些病毒、病菌也能侵入,使生物体患病,A错误;鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液,活细胞具有选择透过性,台盼蓝不能进入活细胞,能进入死细胞,用它染色时,死细胞会被染成蓝色,而活细胞不会着色,B错误;膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段,它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相对稳定,C正确;进行细胞间的信息交流还可以利用胞间连丝等通道,D错误。
4.提取生物膜中的磷脂分子,将其放入水中可以形成双层磷脂分子的球形脂质体(如图所示),它载入药物后可以将药物送入相应细胞,下列关于细胞膜和脂质体的叙述,错误的是( )
A.该脂质体膜与细胞膜在结构上没有任何区别
B.在a处运载的药物为水溶性药物
C.可在脂质体膜上插入少量胆固醇调节其流动性
D.磷脂分子在水中能形成磷脂双分子层是因为其具有亲水的“头部”和疏水的“尾部”
【答案】A
【解析】细胞膜的主要成分是磷脂和蛋白质,脂质体膜只有磷脂双分子层,无蛋白质,所以结构上也有区别,A错误;据题图信息可知,a处为亲水区域,球形脂质体的双层磷脂分子的亲水端朝外,疏水端朝内,所以在a处运载的药物为水溶性药物,B正确;胆固醇是膜的主要成分之一,在脂质体膜上加入适量胆固醇,可以用来调节脂质体膜的流动性,C正确;磷脂分子“头部”是亲水的,脂肪酸“尾部”是疏水的;磷脂分子在水中能形成磷脂双分子层是因为其具有亲水的“头部”和疏水 的“尾部”,D正确。
5.(2025·甘肃庆阳·二模)由磷脂分子构成的脂质体,可以作为药物的运载体,将药物运送到特定的细胞发挥作用。下列有关脂质体及脂质的叙述,正确的是( )
A.磷脂由甘油、脂肪酸和磷酸组成
B.被运载的药物应放在脂质体中间
C.高脂血症说明脂质中的胆固醇有害无益
D.脂肪中的不饱和脂肪酸熔点较低
【答案】D
【解析】磷脂由甘油、脂肪酸和磷酸及其衍生物组成,A错误;由磷脂分子构成的脂质体,根据相似相溶原理,被运载的药物若为水溶性应放在脂质体中间的水溶液中,若为脂溶性应放在脂质体的磷脂双分子层中,B错误;胆固醇是构成动物细胞膜的重要成分,在人体内还参与血液中脂质的运输,高脂血症是血液中脂质含量过高,但不能说明胆固醇有害无益,C错误;脂肪中的不饱和脂肪酸熔点较低,在室温下呈液态,D正确。
6.温度升高会使脂质分子运动加快,导致膜的结构变得更加松散,稳定性下降。为探究胆固醇对膜结构稳定性的影响,某实验小组进行了相关研究,结果如图所示。下列说法错误的是( )
A.胆固醇是组成植物细胞膜的主要成分
B.温度升高可能会使细胞膜的通透性发生改变
C.在进行细胞膜融合的实验时,可适当提高实验温度
D.胆固醇可以使细胞膜抗高温胁迫的能力有一定的提高
【答案】A
【解析】胆固醇是组成动物细胞膜的主要成分,A错误;温度升高人工膜的微粘度降低,则可能会使细胞膜的通透性发生改变,B正确;在进行细胞膜融合的实验时,可适当提高实验温度,降低细胞膜的微粘度,有利于细胞膜的融合,C正确;据图可知,在温度高于25℃时,含有胆固醇的人工膜随温度的升高微粘度下降的幅度小于不含胆固醇的人工膜,且含有胆固醇的人工膜的微粘度高于不含胆固醇的人工膜,说明胆固醇可以使细胞膜抗高温胁迫的能力有一定的提高,D正确。
7.(2025·广东·高考真题)罗伯特森(J.D.Robertson)提出了“蛋白质—脂质—蛋白质”的细胞膜结构模型。下列不属于该模型提出的基础的是( )
A.化学分析表明细胞膜中含有磷脂和胆固醇
B.据表面张力研究推测细胞膜中含有蛋白质
C.电镜下观察到细胞膜暗—亮—暗三层结构
D.细胞融合实验结果表明细胞膜具有流动性
【答案】D【知识点】生物膜结构的探索历程
【详解】A、化学分析表明细胞膜中含有磷脂和胆固醇,该结论在罗伯特森用电镜观察之前,属于该模型提出的基础,A不符合题意;
B、1935年,英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力,据表面张力研究推测细胞膜中含有蛋白质,该结论在罗伯特森用电镜观察之前,属于该模型提出的基础,B不符合题意;
C、1959年,罗伯特森根据电镜下看到的细胞膜清晰的暗—亮—暗三层结构,结合其他科学家的工作提出蛋白质—脂质—蛋白质三层结构模型,C不符合题意;
D、1970年,科学家通过荧光标记的小鼠细胞和人细胞的融合实验,证明细胞膜具有流动性,该结论在罗伯特森用电镜观察之后,不属于该模型提出的基础,D符合题意。
【重本级】
1.细胞膜既是将细胞内部与外界隔开的屏障,也是细胞与外界进行物质交换的门户。下图为细胞膜的结构模式图。下列叙述错误的是( )
A.①表示糖被,与细胞间信息交流密切相关
B.细胞膜及其他生物膜的主要成分都是②③
C.细胞膜上蛋白质的不对称分布,利于信息识别与传递
D.细胞膜上蛋白质的结构可能随温度、pH的改变而改变
【答案】A
【解析】分析题图可知,①表示蛋白质和糖类分子构成的糖蛋白,而糖被是指细胞膜表面的糖类分子,A错误;②表示蛋白质,③表示磷脂分子,生物膜的主要成分是磷脂和蛋白质,B正确;细胞膜上蛋白质的不对称分布,利于信息识别与传递,C正确;温度、pH会影响蛋白质的结构,D正确。
2.(2024·广州一模)磷脂分子由头部和两条脂肪酸链构成的尾部组成;胆固醇分子比磷脂小,由极性的头部、非极性的环状结构和非极性的尾部三部分构成。胆固醇若插到磷脂的饱和脂肪酸链中间,就会阻碍这些链相互紧密规则排列;若插到磷脂的不饱和脂肪酸链中间,就会限制这些链的活动性。下列推测错误的是( )
A.细胞膜中磷脂分子的双层排列方式是对水环境的一种适应
B.磷脂分子尾部的疏水性导致水溶性分子和离子不能自由通过
C.胆固醇的头部排列在磷脂双分子层的外侧,尾部埋在磷脂双分子层的中央
D.胆固醇插到磷脂的饱和脂肪酸链中间可以降低细胞膜的流动性
【答案】 D
【解析】 胆固醇插到磷脂的饱和脂肪酸链中间阻碍这些链相互紧密规则排列,也就是使它们松散,能提高细胞膜的流动性,D错误。
3.胞间连丝是两个相邻植物细胞进行物质运输和信息交流的重要通道,通常在新的细胞壁产生时形成,下图为某植物胞间连丝的结构示意图,下列叙述错误的是( )
A.①的主要成分能促进肠道蠕动,但不能为人体提供能量
B.②主要由脂质和蛋白质组成,结构上具有选择透过性
C.叶肉细胞光合作用产生的蔗糖可通过胞间连丝运输到相邻细胞
D.胞间连丝最可能形成于细胞分裂的末期
【答案】B【解析】①为细胞壁,主要成分是纤维素和果胶,能促进肠道蠕动,主要作用是构成植物体的结构,不能为人体提供能量,A正确;②为细胞膜,主要由脂质和蛋白质组成,功能上具有选择透过性,B错误;胞间连丝主要用于相邻细胞之间物质和信息的传递,C正确;胞间连丝通常在新的细胞壁产生时形成,细胞壁在细胞分裂的末期形成,D正确。
4.(以实验探究的角度)科学家为了探究细胞膜损伤修复机制,在含有荧光葡聚糖的缓冲液中,用海胆卵细胞进行下表所示实验,已知荧光葡聚糖不会诱导细胞死亡。下列叙述错误的是( )
组别
1
2
3
4
操作
加入Ca2+
否
是
否
是
针刺卵细胞
否
否
是
是
结果
荧光葡聚糖流入细胞
否
否
是
否
卵细胞正常受精并开始卵裂
是
是
否
是
卵细胞死亡
否
否
是
否
A.该实验的自变量是缓冲液中是否存在Ca2+
B.荧光葡聚糖用来指示细胞膜是否受到损伤
C.Ca2+在海胆卵细胞膜的修复中有重要作用
D.细胞维持正常的生命活动依赖完整的结构
【答案】A
【解析】该实验的自变量不仅有缓冲液中是否存在钙离子,还有是否针刺卵细胞,A错误;从第3组实验结果看,当细胞膜受损(针刺卵细胞)时,荧光葡聚糖会流入细胞,所以荧光葡聚糖可用来指示细胞膜是否受到损伤,B正确;对比组别3和4(都针刺卵细胞,一组无钙离子,一组有钙离子),无钙离子时卵细胞死亡,说明钙离子在海胆卵细胞膜的修复中有重要作用,有钙离子时卵细胞正常受精并开始卵裂且不死亡,可以说明Ca2+在海胆卵细胞膜的修复中有重要作用,C正确;从第3组实验结果可知,当细胞膜受损(针刺且无钙离子修复)时,卵细胞死亡,不能正常受精和卵裂,说明细胞维持正常的生命活动依赖完整的结构,D正确。
5.(以蓝细菌光合片层为情境)蓝细菌光合片层膜(类似类囊体膜)和叶绿体的类囊体膜的主要成分为如图所示的单半乳糖甘油二酯(MGDG)和双半乳糖甘油二酯(DGDG)。在缺磷条件下,植物细胞膜的MGDG和DGDG含量会上升。下列有关叙述错误的是( )
A.膜成分相似支持“叶绿体起源于蓝细菌”的假说
B.在类囊体膜双分子层结构中,半乳糖位于内侧
C.缺磷条件下,MGDG和DGDG会替代植物细胞膜上的部分磷脂
D.缺磷条件下,MGDG和DGDG含量上升有助于植物细胞保持完整性
【答案】B
【解析】蓝细菌光合片层膜(类似类囊体膜)和叶绿体的类囊体膜的主要成分相似,支持“叶绿体起源于蓝细菌”的假说,A正确;生物膜磷脂双分子层亲水头部在外,疏水尾部相对,半乳糖是水溶性的,位于外侧,B错误;在缺磷条件下,植物细胞膜的MGDG和DGDG含量会上升,MGDG和DGDG与磷脂分子结构相似,所以缺磷条件下,MGDG和DGDG会替代植物细胞膜上的部分磷脂,C正确;缺磷条件下,MGDG和DGDG含量上升有助于植物细胞保持完整性,D正确。
【双一流级】
1. (2025·山西晋城·二模)某实验小组研究了红景天苷对高原红细胞增多症(HAPC)大鼠红细胞膜结构与功能的影响。实验中将大鼠随机分为对照组、HAPC模型组及红景天苷高、中、低剂量(200、100、50 mg/kg)处理组进行实验,如图为红景天苷对HAPC模型大鼠红细胞膜脂质流动度的影响结果。下列叙述错误的是( )
A.由图可知,HAPC模型大鼠的红细胞膜脂质流动性较健康大鼠明显降低
B.红景天苷中、高剂量可显著改善HAPC模型大鼠红细胞膜的脂质流动性
C.推测红景天苷可以通过调节红细胞膜的选择透过性,促进机体的供氧
D.推测HAPC使红细胞膜功能异常可能与膜中不同脂质成分的改变有关
【答案】C
【解析】据图可知,HAPC模型大鼠的红细胞膜脂质流动性较健康大鼠明显降低,而中、高剂量红景天苷可显著改善HAPC模型大鼠红细胞膜的流动性,A、B正确;氧气的跨膜运输方式为自由扩散,本实验研究的是红细胞膜的脂质流动性,因此,实验仅可推测红景天苷可通过调节红细胞膜的脂质流动性,促进机体的供氧,无法得出与膜的选择透过性有关的结论,C错误;红细胞膜中含有磷脂、胆固醇等与细胞膜的流动性相关的脂质,HAPC使红细胞膜功能异常可能与膜中不同脂质成分的改变有关,D正确。
2.(2025·河北·高考真题)砷可严重影响植物的生长发育。拟南芥对砷胁迫具有一定的耐受性,为探究其机制,研究者进行了相关实验。回答下列问题:
(1)砷通过转运蛋白F进入根细胞时需消耗能量,该运输方式属于 。砷的累积可导致细胞内自由基含量升高。自由基造成细胞损伤甚至死亡的原因为 (答出两点即可)。
(2)针对砷吸收相关基因C缺失和过量表达的拟南芥,研究者检测了其根细胞中砷的含量,结果如图。由此推测,蛋白C可 (填“增强”或“减弱”)根对砷的吸收。进一步研究表明,砷激活的蛋白C可使F磷酸化、磷酸化的F诱导细胞膜内陷、形成含有蛋白F的囊泡。由此判断,激活的蛋白C可使细胞膜上转运蛋白F的数量 ,造成根对砷吸收量的改变。囊泡的形成过程体现了细胞膜在结构上具有 的特点。
(3) 砷和磷可竞争性通过转运蛋白F进入细胞。推测在砷胁迫下植物对磷的吸收量 (填“增加”或“减少”),结合(2)和(3)的信息,分析其原因: (答出两点即可)
【答案】(1) 主动运输 自由基会攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子,当自由基攻击生物膜的组成成分磷脂分子时,产物同样是自由基,这些新产生的自由基又会去攻击别的分子,由此引发雪崩式的反应,对生物膜损伤比较大,此外,自由基还会攻击DNA,可能引起基因突变,攻击蛋白质,使蛋白质活性下降。
(2) 减弱 减少 一定的流动性
(3) 减少 砷激活蛋白C,使细胞膜上转运蛋白F数量减少,而磷也是通过转运蛋白F进入细胞,所以磷的吸收量减少;砷和磷可竞争性通过转运蛋白F进入细胞,砷胁迫下,更多的转运蛋白F用于转运砷,导致磷的吸收量减少
【视野拓展】
一、与生活的联系与应用
1. 医学健康:
细胞膜的物质运输功能:解释药物跨膜吸收(如口服药通过细胞膜进入细胞发挥作用)、细胞癌变时细胞膜糖蛋白减少导致癌细胞扩散。
细胞核功能:染色体异常(如21三体综合征)与细胞核中遗传物质异常相关。
2. 日常现象:
腌制食品(如咸菜)利用细胞膜渗透作用,使细胞失水变皱;植物萎蔫后浇水恢复硬挺,与细胞膜控制水分进出有关。
二、与高中其他学科的联系
1. 化学:
细胞膜的磷脂双分子层结构涉及有机物(磷脂)的性质;物质跨膜运输(如主动运输)与能量(ATP,化学中的高能磷酸化合物)相关。
2. 物理:
自由扩散、协助扩散与物理中的“扩散”“浓度差”概念一致;细胞膜的流动性可联系分子运动理论。
3. 数学:
物质跨膜运输速率曲线(如影响主动运输的因素)可通过数学图像分析规律。
4. 语文/英语:
相关概念(如“选择透过性”“核仁”)的术语表述需准确,涉及学科词汇的理解与应用
3.1细胞膜 愿你如细胞膜般通透灵动,守得住边界,也容得下交流;似细胞核般沉稳智慧,藏得住密码,更引得出方向!1
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$生物“预-学-复”案 第 xx 周 xxx年xx月 xx日 主编:xx 校对:xxx
3.1细胞膜
班级:________ 姓名:________ 小组:________
【考情分析】
高中生物第三单元高考中分值一般在 4-10 分左右,部分试卷占比可能更高,考查题型有选择题:通常会设置一些关于细胞结构基本概念、不同细胞结构特点对比、细胞器功能判断等方面的题目, 非选择题:可能会结合具体的情境或实验,要求考生分析细胞结构与功能的关系。
【课程标准】
1.概述细胞都由细胞膜包裹,细胞膜将细胞与外界环境分隔开,能控制物质进出细胞,并进行细胞间的信息交流。
2.阐明遗传信息主要储存在细胞核中。
【学习目标】
1.基于对细胞膜、细胞核结构与功能的认识,理解其结构与功能的统一性。(生命观念)
2.结合对细胞膜结构与成分的探究历程,培养分析和处理信息的能力,认同科学发展是不断探索的过程。(科学思维、社会责任)
3.通过对细胞核功能探究实验的分析,理解实验设计的对照原则等基本原则。(科学探究)
【重点难点】
1. 重点:细胞膜的结构和功能
2.难点:细胞核的结构和功能及实验设计
教学流程
环节一 预·筑基
【知识梳理】一.植物细胞的细胞壁:
(1)主要成分:纤维素和果胶(提醒:细菌细胞壁主要成分是肽聚糖,真菌细胞壁主要成分是几丁质 )
(2)合成场所:主要______________
(3)合成时期:有丝分裂 期(细胞板变成细胞壁),,与其形成有关的细胞器为 和 。
(4)去除方法:酶解法( 酶和 酶)
(5)功能:支持和保护
(6)特性: (提醒:细胞壁不是细胞的边界)
二.细胞膜的功能
1.将细胞与 分隔开(意义:保障了细胞内部环境的相对稳定)
2.控制物质进出细胞
(1)方式:被动运输(自由扩散、协助扩散),主动运输,胞吞、胞吐
(2)特点:① 性(直接原因--细胞膜上 的种类和数量;根本原因--细胞的遗传属性) ② 性(提醒:病毒、病菌可侵入细胞)
3.进行细胞间的信息交流
(1)化学物质传递:细胞分泌的化学物质(如激素),随血液到达全身各处,与靶细胞膜上的 结合,将信息传递给 (激素、神经递质)
(2)直接接触传递:相邻细胞的细胞膜接触,信息从一个细胞传递到另一个细胞( 结合、 与靶细胞接触)
(3)通道传递:携带信息的物质通过通道进入另一个细胞(高等植物的 )(提醒:不需要细胞膜上受体)
【合作探究】
一、对细胞膜成分的探索
实验一
实验方法
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
实验现象
溶于脂质的物质, ;不溶于脂质的物质,___________
实验结论
推测细胞膜是由 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 ,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 ,其中 含量最多
实验三
实验目的
用丙酮从 中提取脂质,在空气—水界面上铺展成单分子层
实验现象
测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的 倍
实验结论
细胞膜中的磷脂分子必然排列为_________
实验四
实验目的
研究细胞膜的张力
实验现象
细胞的表面张力明显低于 的表面张力
实验结论
推测细胞膜除含脂质分子外,可能还附有___________
二、细胞膜的组成成分
成分
比例
在细胞膜中的作用
主要
脂质
约50%
是组成细胞膜的成分中含量最高,包括磷脂、糖脂,动物细胞膜中有的还有 __,其中 ____ 含量最丰富。
蛋白质
约40%
蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用,功能越复杂的细胞膜,蛋白质的 越多
少量
糖类
2%~10%
糖类与蛋白质或脂质分子结合形成 或 ,分布在细胞膜的 _____;糖蛋白具有保护、润滑和细胞识别的作用
[拓展]
1、不同生理状态的细胞膜成分和功能
① 癌变细胞:癌细胞表面糖蛋白 →细胞黏着性 →易在体内分散和转移
膜成分发生改变,甲胎蛋白(AFP)和癌胚抗原(CEA)超标
② 衰老细胞:膜通透性改变,物质运输功能
③ 代谢旺盛的细胞:运输功能增强膜上 增多
2、常见“膜蛋白”及其功能
(1)信号分子(如激素、细胞因子、神经递质)的 蛋白:糖蛋白。
(2)转运蛋白:膜上用于协助扩散的 、 和用于主动运输的 。
(3)具有 的酶:如好氧细菌细胞膜上可附着与有氧呼吸相关的酶,此外,细胞膜上还可存在ATP水解酶( ATP水解,用于 等)。
(4) 蛋白:用于细胞与细胞间相互识别的糖蛋白(如精子和卵细胞间的识别,免疫细胞对抗原的特异性识别等)。
三、细胞膜的结构——流动镶嵌模型
1、基本内容
1)脂质:磷脂双分子层构成膜的 。
①磷脂分子的排布特点:亲水的“头部”排在 ;疏水的“尾部”排在 。
②作用:具有屏障作用,因为水溶性的分子或离子不能自由通过。
③特点:具有一定的
2).蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中:有的 磷脂双分子层表面,有的 嵌入磷脂双分子层中,有的 整个磷脂双分子层。这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。
3)糖被:细胞膜 表面与 或 结合的糖类分子称为糖被,与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有关。
2、细胞膜的特点
1)结构特点——具有一定的 。
原因:构成膜的磷脂分子可以侧向 ,膜中的蛋白质 。
实例:如质壁分离与复原、变形虫的变形运动、胞吞和胞吐、白细胞的吞噬作用等。(提醒:结构特点是功能特点的基础)
影响因素:一定范围内,温度升高,膜的流动性 。
2)功能特点——
直接原因:膜上的 的种类和数量
表现:水分子、细胞需要的离子和小分子可以通过,而其他的离子、小分子和大分子不能通过。(提醒:台盼蓝染色法的原理)
【自我检测】
(1)胆固醇可以影响动物细胞膜的流动性。(2024·湖南卷,1B)( )
(2)变形虫通过胞吞方式摄取食物,该过程不需要质膜上的蛋白质参与。(2024·安徽卷,2C)( )
(3)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)( )
(4)细胞膜的流动性使膜蛋白均匀分散在脂质中。(2022·河北卷,1C)( )
(5)鉴别细胞的死活时,台盼蓝能将代谢旺盛的动物细胞染色成蓝色。(2021·全国乙卷,2A)( )
(6)细胞膜的成分都有脂质和蛋白质。(2021·福建卷,1B)( )
(7)叶肉细胞的细胞膜含有纤维素。(2018·海南卷,1D)( )
环节二 学•精研
【考向训练】
考点一 细胞膜的结构和功能
1.(2024·湖南,1)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
2.(河南南阳模拟)蛋白质在生物膜行使功能时起关键作用,其种类和数量越多,膜功能越复杂。下列有关膜蛋白a、b、c、d的说法,正确的是( )
A.膜蛋白a可实现物质的跨膜转运,则其转运过程中一定要消耗能量
B.膜蛋白b可实现ATP的合成或水解,并具有膜蛋白a的功能,其可存在于神经细胞膜、叶绿体内膜
C.膜蛋白c能识别结合某些信息分子,故可知其是细胞间信息交流不可缺少的结构
D.膜蛋白d能和抗体特异性结合,则其可能与器官移植时的免疫排斥、血型决定等有关
【随堂检测】(5分钟)
1.下列关于细胞膜的结构和功能的叙述,正确的是( )
A.鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液,其原理是死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能
B.植物细胞的边界是细胞壁,但控制物质进出的是细胞膜
C.环境中有害的物质有可能进入细胞,这说明细胞膜不能控制物质进出细胞
D.细胞间的信息交流都与细胞膜上的受体有关
E.欧文顿通过对膜成分的提取和化学分析,提出细胞膜是由脂质和蛋白质等成分组成的
F.选择哺乳动物成熟红细胞制备细胞膜,容易将细胞膜与细胞器膜分开
G.根据“从人的红细胞中提取的脂质在空气—水界面铺展成单层”实验,推断出细胞膜中磷脂分子排列为两层
H.丹尼利和戴维森发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力,由此推测细胞膜除含脂质分子外,可能还附有蛋白质
I.细胞膜的主要成分有脂质、蛋白质和糖类,同一生物体的所有细胞膜中蛋白质的种类和数量均相同
J.在组成细胞膜的脂质中,磷脂分子疏水的头部朝外构成支架,胆固醇最丰富
K.罗伯特森用电镜观察细胞膜的结构,提出了“暗—亮—暗”的三明治结构是一种静态模型,其拍摄的细胞膜结构电镜照片属于物理模型
L.人—鼠细胞融合实验运用了放射性同位素标记法,证明了细胞膜具有选择透过性
M.科学家根据观察的现象和已有的知识提出解释某一生物学问题的假说或模型,这种假说或模型最终能否被普遍接受,取决于它能否与以后不断得到的观察和实验结果相吻合
N.向细胞内注射物质后,细胞膜上会留下一个空洞
O.流动性的基础是组成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大多是可以移动的
P.细胞膜上的糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等有关,膜蛋白在细胞膜上的分布是不对称的
Q.利用双层磷脂分子构成的脂质体运送药物时,水溶性药物被包在两层磷脂分子之间
课堂小结
环节三 复•自测
【本科级】
1.(2024·云南模拟)如图为细胞膜的结构模式图,①~③表示物质或结构,下列相关叙述错误的是( )
A.图中①位于细胞膜外侧,与细胞表面的识别有关
B.细胞膜功能的复杂程度主要取决于②的种类和数量
C.由于③的内部是疏水的,因此水分子不能通过细胞膜
D.③和大多数的②可以运动,因此细胞膜具有流动性
2.(2022·河北,1)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
3.细胞膜是系统的边界,对细胞维持正常的功能具有重要的作用,下列叙述正确的是( )
A.对细胞有害的物质都不能通过细胞膜进入细胞
B.用台盼蓝染液对动物细胞进行染色,被染成蓝色的为活细胞
C.细胞膜将细胞与外界环境分隔开,保障了细胞内部环境相对稳定
D.进行细胞间的信息交流均依赖于细胞膜上的受体
4.提取生物膜中的磷脂分子,将其放入水中可以形成双层磷脂分子的球形脂质体(如图所示),它载入药物后可以将药物送入相应细胞,下列关于细胞膜和脂质体的叙述,错误的是( )
A.该脂质体膜与细胞膜在结构上没有任何区别
B.在a处运载的药物为水溶性药物
C.可在脂质体膜上插入少量胆固醇调节其流动性
D.磷脂分子在水中能形成磷脂双分子层是因为其具有亲水的“头部”和疏水的“尾部”
5.(2025·甘肃庆阳·二模)由磷脂分子构成的脂质体,可以作为药物的运载体,将药物运送到特定的细胞发挥作用。下列有关脂质体及脂质的叙述,正确的是( )
A.磷脂由甘油、脂肪酸和磷酸组成
B.被运载的药物应放在脂质体中间
C.高脂血症说明脂质中的胆固醇有害无益
D.脂肪中的不饱和脂肪酸熔点较低
6.温度升高会使脂质分子运动加快,导致膜的结构变得更加松散,稳定性下降。为探究胆固醇对膜结构稳定性的影响,某实验小组进行了相关研究,结果如图所示。下列说法错误的是( )
A.胆固醇是组成植物细胞膜的主要成分
B.温度升高可能会使细胞膜的通透性发生改变
C.在进行细胞膜融合的实验时,可适当提高实验温度
D.胆固醇可以使细胞膜抗高温胁迫的能力有一定的提高
7.(2025·广东·高考真题)罗伯特森(J.D.Robertson)提出了“蛋白质—脂质—蛋白质”的细胞膜结构模型。下列不属于该模型提出的基础的是( )
A.化学分析表明细胞膜中含有磷脂和胆固醇
B.据表面张力研究推测细胞膜中含有蛋白质
C.电镜下观察到细胞膜暗—亮—暗三层结构
D.细胞融合实验结果表明细胞膜具有流动性
【重本级】
1.细胞膜既是将细胞内部与外界隔开的屏障,也是细胞与外界进行物质交换的门户。下图为细胞膜的结构模式图。下列叙述错误的是( )
A.①表示糖被,与细胞间信息交流密切相关
B.细胞膜及其他生物膜的主要成分都是②③
C.细胞膜上蛋白质的不对称分布,利于信息识别与传递
D.细胞膜上蛋白质的结构可能随温度、pH的改变而改变
2.(2024·广州一模)磷脂分子由头部和两条脂肪酸链构成的尾部组成;胆固醇分子比磷脂小,由极性的头部、非极性的环状结构和非极性的尾部三部分构成。胆固醇若插到磷脂的饱和脂肪酸链中间,就会阻碍这些链相互紧密规则排列;若插到磷脂的不饱和脂肪酸链中间,就会限制这些链的活动性。下列推测错误的是( )
A.细胞膜中磷脂分子的双层排列方式是对水环境的一种适应
B.磷脂分子尾部的疏水性导致水溶性分子和离子不能自由通过
C.胆固醇的头部排列在磷脂双分子层的外侧,尾部埋在磷脂双分子层的中央
D.胆固醇插到磷脂的饱和脂肪酸链中间可以降低细胞膜的流动性
3.胞间连丝是两个相邻植物细胞进行物质运输和信息交流的重要通道,通常在新的细胞壁产生时形成,下图为某植物胞间连丝的结构示意图,下列叙述错误的是( )
A.①的主要成分能促进肠道蠕动,但不能为人体提供能量
B.②主要由脂质和蛋白质组成,结构上具有选择透过性
C.叶肉细胞光合作用产生的蔗糖可通过胞间连丝运输到相邻细胞
D.胞间连丝最可能形成于细胞分裂的末期
4.(以实验探究的角度)科学家为了探究细胞膜损伤修复机制,在含有荧光葡聚糖的缓冲液中,用海胆卵细胞进行下表所示实验,已知荧光葡聚糖不会诱导细胞死亡。下列叙述错误的是( )
组别
1
2
3
4
操作
加入Ca2+
否
是
否
是
针刺卵细胞
否
否
是
是
结果
荧光葡聚糖流入细胞
否
否
是
否
卵细胞正常受精并开始卵裂
是
是
否
是
卵细胞死亡
否
否
是
否
A.该实验的自变量是缓冲液中是否存在Ca2+
B.荧光葡聚糖用来指示细胞膜是否受到损伤
C.Ca2+在海胆卵细胞膜的修复中有重要作用
D.细胞维持正常的生命活动依赖完整的结构
5.(以蓝细菌光合片层为情境)蓝细菌光合片层膜(类似类囊体膜)和叶绿体的类囊体膜的主要成分为如图所示的单半乳糖甘油二酯(MGDG)和双半乳糖甘油二酯(DGDG)。在缺磷条件下,植物细胞膜的MGDG和DGDG含量会上升。下列有关叙述错误的是( )
A.膜成分相似支持“叶绿体起源于蓝细菌”的假说
B.在类囊体膜双分子层结构中,半乳糖位于内侧
C.缺磷条件下,MGDG和DGDG会替代植物细胞膜上的部分磷脂
D.缺磷条件下,MGDG和DGDG含量上升有助于植物细胞保持完整性
【双一流级】
1.(2025·山西晋城·二模)某实验小组研究了红景天苷对高原红细胞增多症(HAPC)大鼠红细胞膜结构与功能的影响。实验中将大鼠随机分为对照组、HAPC模型组及红景天苷高、中、低剂量(200、100、50 mg/kg)处理组进行实验,如图为红景天苷对HAPC模型大鼠红细胞膜脂质流动度的影响结果。下列叙述错误的是( )
A.由图可知,HAPC模型大鼠的红细胞膜脂质流动性较健康大鼠明显降低
B.红景天苷中、高剂量可显著改善HAPC模型大鼠红细胞膜的脂质流动性
C.推测红景天苷可以通过调节红细胞膜的选择透过性,促进机体的供氧
D.推测HAPC使红细胞膜功能异常可能与膜中不同脂质成分的改变有关
2.(2025·河北·高考真题)砷可严重影响植物的生长发育。拟南芥对砷胁迫具有一定的耐受性,为探究其机制,研究者进行了相关实验。回答下列问题:
(1)砷通过转运蛋白F进入根细胞时需消耗能量,该运输方式属于 。砷的累积可导致细胞内自由基含量升高。自由基造成细胞损伤甚至死亡的原因为 (答出两点即可)。
(2)针对砷吸收相关基因C缺失和过量表达的拟南芥,研究者检测了其根细胞中砷的含量,结果如图。由此推测,蛋白C可 (填“增强”或“减弱”)根对砷的吸收。进一步研究表明,砷激活的蛋白C可使F磷酸化、磷酸化的F诱导细胞膜内陷、形成含有蛋白F的囊泡。由此判断,激活的蛋白C可使细胞膜上转运蛋白F的数量 ,造成根对砷吸收量的改变。囊泡的形成过程体现了细胞膜在结构上具有 的特点。
(3) 砷和磷可竞争性通过转运蛋白F进入细胞。推测在砷胁迫下植物对磷的吸收量 (填“增加”或“减少”),结合(2)和(3)的信息,分析其原因: (答出两点即可)
【视野拓展】
一、与生活的联系与应用
1. 医学健康:
细胞膜的物质运输功能:解释药物跨膜吸收(如口服药通过细胞膜进入细胞发挥作用)、细胞癌变时细胞膜糖蛋白减少导致癌细胞扩散。
细胞核功能:染色体异常(如21三体综合征)与细胞核中遗传物质异常相关。
2. 日常现象:
腌制食品(如咸菜)利用细胞膜渗透作用,使细胞失水变皱;植物萎蔫后浇水恢复硬挺,与细胞膜控制水分进出有关。
二、与高中其他学科的联系
1. 化学:
细胞膜的磷脂双分子层结构涉及有机物(磷脂)的性质;物质跨膜运输(如主动运输)与能量(ATP,化学中的高能磷酸化合物)相关。
2. 物理:
自由扩散、协助扩散与物理中的“扩散”“浓度差”概念一致;细胞膜的流动性可联系分子运动理论。
3. 数学:
物质跨膜运输速率曲线(如影响主动运输的因素)可通过数学图像分析规律。
4. 语文/英语:
相关概念(如“选择透过性”“核仁”)的术语表述需准确,涉及学科词汇的理解与应用
3.1细胞膜 愿你如细胞膜般通透灵动,守得住边界,也容得下交流;似细胞核般沉稳智慧,藏得住密码,更引得出方向!1
学科网(北京)股份有限公司
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