3.1细胞膜的结构和功能（知识清单）（漫画图谱+3大知识+3大拓展）生物人教版必修1

该高中生物学知识清单系统梳理了细胞膜的结构和功能知识体系。从细胞膜的三大功能（分隔环境、控制物质进出、信息交流）出发，追溯成分探索历程（欧文顿等实验），构建结构模型（静态到流动镶嵌模型），最终阐明结构特性（流动性、选择透过性）与功能的内在联系。 知识链路按“功能-成分探索-结构模型-特性-应用”逻辑清晰呈现，融入科学思维（基于实验证据的模型构建）和探究实践（成分与功能验证实验、脂质体应用案例）。通过表格梳理探索历程、思考问题深化理解，助力学生形成结构与功能观，构建完整认知框架。

第三章 细胞的基本结构 第1节 细胞膜的结构和功能 漫画图谱·概览→必备知识·速记→关键能力·拓展 细胞膜的功能 1．将细胞与外界环境分隔开 (1)对细胞本身的意义：保障了细胞内部环境的相对稳定，并成为相对独立的系统。 (2)在进化方面的意义：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。 2．控制物质进出细胞 体现细胞膜的功能特性—选择透过性。 细胞膜控制物质进出细胞具有普遍性和相对性。 3． 进行细胞间的信息交流（主要有三种方式） 方式 实例 化学物质(间接交流) 激素(如胰岛素)随血液到达全身各处，将信息传递给靶细胞 直接接触 精子和卵细胞之间的识别和结合 形成通道 高等植物细胞之间的胞间连丝 细胞膜成分和结构的探索历程 1．对细胞膜成分的探索 时间(人物) 实验依据 结论或发现 1895年，欧文顿 对植物细胞的通透性进行实验，发现溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜 细胞膜的主要组成成分中有脂质 20世纪初 对哺乳动物红细胞的细胞膜进行化学分析 组成动物细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多 1925年，戈特和格伦德尔 从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，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 2.细胞膜结构的探索 (1)细胞膜的静态模型 ①依据:1959年，罗伯特森在电镜下观察到细胞膜的“暗—亮—暗”的三层结构。 ②推测 ③提出模型假说：所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，是一种静态的统一结构。 ④局限之处：不能解释细胞的生长、变形虫的变形运动等。 (2)细胞膜的动态模型 ①依据：1970年，小鼠细胞和人细胞融合实验。 ②这一实验以及相关的其他实验证据表明，细胞膜具有流动性。 (3)细胞膜的流动镶嵌模型:1972年，辛格和尼科尔森提出。 3.细胞膜的成分 (1)细胞膜的成分 脂质(约50%)：主要是磷脂，此外还含有少量的胆固醇 蛋白质(约40%)：与细胞膜功能密切相关 糖类(2%~10%) (2)细胞膜成分与功能的关系：功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类与数量就越多。 3．对细胞膜结构的探索 时间 内容 结论（假说） 1959年 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 所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，且为静态的统一结构 1970年 科学家用荧光染料标记的小鼠细胞和人细胞进行融合实验 细胞膜具有流动性 1972年 辛格和尼科尔森通过新的观察和实验证据提出 细胞膜的流动镶嵌模型 流动镶嵌模型的基本内容 1.结构模型 项目 内容 图中a 名称:磷脂双分子层 作用:膜的基本支架，具有屏障作用 待点:可以侧向自由移动 图中b 名称:蛋白质分子 三种位置：①镶在磷脂双分子层表面；②部分或全部嵌入磷脂双分子层中；③贯穿于整个磷脂双分子层 特点:大多数蛋白质分子是可以运动的 图中c 名称:糖类分子(糖被)，能和蛋白质结合(糖蛋白)或与脂质结合（糖脂） 位置:细胞膜的外表面 作用:与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系 提醒：(1)细胞膜上的蛋白质并不都是可以运动的，例如细胞膜上与细胞内骨架纤维相结合的蛋白质一般不具有流动性。 (2)细胞膜具有不对称性的原因是蛋白质分子在细胞膜上的分布是不均匀的，磷脂分子也不对称。 2.细胞膜的两大特性 项目 内容 结构特点 内容：具有流动性 原因：构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的 蛋白质分子大多也能运动 实例：质壁分离、变形虫运动、胞吞和胞吐、白细胞的吞噬作用等 影响因素 温度:一定范围内，温度升高，膜的流动加快 功能特征 内容：具有选择透过性 表现：被选择的物质可以通过，不被选择的物质一般不能通过 原因：决定蛋白质种类、数量决定遗传性选择性 联系：细胞膜的流动性是其表现选择透过性的结构基础 教材深挖 科研上鉴别死细胞和活细胞，常用“染色排除法”。例如，用台盼蓝进行染色，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色，可通过细胞是否被染色来判断细胞是否死亡。 磷脂的理解 1.磷脂分子的示意图 2.将磷脂放入盛有水的容器中，反映其在空气和水的界面上分布特点如图。 3.细胞内外均为水环境，请根据磷脂分子的特点推测细胞膜中的磷脂分子分布如图。 归纳总结 哺乳动物成熟的红细胞 1.特点:哺乳动物成熟的红细胞 没有细胞核和众多的细胞器，是提取细胞膜的理想材料。 2.“血影”:将哺乳动物成熟的红细胞置于低渗溶液中，红细胞吸水膨胀、破裂，释放出内容物，留下来的细胞膜结构称为“血影”。“血影”不仅可用于研究细胞膜的成分，还可用来研究细胞膜的功能，如各种膜蛋白的功能。 思考一下 将人的肝细胞中的磷脂全部提取出来，铺成单分子层，其面积是肝细胞表面积的2倍吗?为什么? 提示:不是，大大超过2倍。因为肝细胞具有细胞膜、核膜、众多具膜细胞器。 教材深挖 胆固醇 1.分布：胆固醇主要位于磷脂双分子层的疏水环境中，具有一个很小的亲水基团，与磷脂头部连接； 2.作用：胆固醇对细胞膜中磷脂分子的活动具有双重调节作用。一方面，胆固醇通过与磷脂脂肪酸链的相互作用，具有限制其运动、增加其有序性的作用;另一方面，胆固醇也能将磷脂分子分隔开以增强其运动性。这种双重的调节作用取决于环境和胆固醇的数量。例如，环境温度较低时，胆固醇有助于保持细胞膜的柔韧性。 思考 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：根据糖蛋白或糖脂的分布情况，有糖蛋白或糖脂的一侧为膜的外侧，无糖蛋白或糖脂的一侧则为膜的内侧。 细胞膜成分的验证方法(实验探究) 细胞膜功能的验证方法 1.控制物质进出细胞功能的验证 （1）染色剂进入实验 验证植物细胞膜控制物质进出细胞功能的实验常用红墨水；验证动物细胞膜控制物质进出细胞功能的实验常用台盼蓝染液，活细胞不被染色，死细胞被染成蓝色。 （2）色素透出实验 2.进行细胞间信息交流功能的验证 同种生物的精子和卵细胞结合形成受精卵→细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能。 脂质体在运送药物方面的应用 1.脂质体的概念 脂质体是根据磷脂分子可在水中形成稳定的脂双层膜的现象而制备的人工膜。它可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞发挥作用。 2.脂质体的应用 (1)脂质体携带药物原理 由双层磷脂分子构成的脂质体，两层磷脂分子之间的部分是疏水的，脂溶性药物(乙)能被稳定地包裹在其中。脂质体的内部是水环境，能在水中结晶的药物（甲）可被稳定地包裹在其中。 (2)作用原理 由双层磷脂分子构成的脂质体的结构与细胞膜的结构类似，接触细胞后可能会与细胞的细胞膜融合，将携带的药物运入细胞内。另外脂质体的表面结合有糖蛋白，利用糖蛋白的识别作用，可以使药物精准地作用于靶细胞，以减少对机体的损伤。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三章 细胞的基本结构 第1节 细胞膜的结构和功能 漫画图谱·概览→必备知识·速记→关键能力·拓展 细胞膜的功能 1．将细胞与外界环境分隔开 (1)对细胞本身的意义：保障了细胞 的相对稳定，并成为 的系统。 (2)在进化方面的意义： 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。 2．控制物质进出细胞 体现细胞膜的功能特性—选择透过性。 细胞膜控制物质进出细胞具有普遍性和相对性。 3． 进行细胞间的信息交流（主要有三种方式） 方式 实例 化学物质(间接交流) 激素(如胰岛素)随血液到达全身各处，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 细胞膜成分和结构的探索历程 1．对细胞膜成分的探索 时间(人物) 实验依据 结论或发现 1895年，欧文顿 对植物细胞的通透性进行实验，发现溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜 细胞膜的主要组成成分中有 20世纪初 对哺乳动物红细胞的细胞膜进行化学分析 组成动物细胞膜的脂质有 和 ，其中 含量最多 1925年，戈特和格伦德尔 从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 倍 细胞膜中的磷脂分子必然排列为 1935年，丹尼利和戴维森 细胞的表面张力明显 油—水界面的表面张力 细胞膜除含脂质分子外，可能还附有 2.细胞膜结构的探索 (1)细胞膜的静态模型 ①依据:1959年，罗伯特森在电镜下观察到细胞膜的“暗—亮—暗”的三层结构。 ②推测 ③提出模型假说：所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，是一种静态的统一结构。 ④局限之处：不能解释细胞的生长、变形虫的变形运动等。 (2)细胞膜的动态模型 ①依据：1970年，小鼠细胞和人细胞融合实验。 ②这一实验以及相关的其他实验证据表明，细胞膜具有流动性。 (3)细胞膜的流动镶嵌模型:1972年，辛格和尼科尔森提出。 3.细胞膜的成分 (1)细胞膜的成分 脂质(约50%)：主要是磷脂，此外还含有少量的 蛋白质(约40%)：与细胞膜功能密切相关 糖类(2%~10%) (2)细胞膜成分与功能的关系：功能越复杂的细胞膜， 的种类与数量就越多。 3．对细胞膜结构的探索 时间 内容 结论（假说） 1959年 罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的 的三层结构 所有的细胞膜都由 三层结构构成，且为 的统一结构 1970年 科学家用荧光染料标记的 细胞和 进行融合实验 细胞膜具有流动性 1972年 辛格和尼科尔森通过新的观察和实验证据提出 细胞膜的流动镶嵌模型 流动镶嵌模型的基本内容 1.结构模型 项目 内容 图中a 名称: 作用:膜的基本支架，具有屏障作用 待点: 图中b 名称:蛋白质分子 三种位置：①镶在磷脂双分子层表面；②部分或全部 磷脂双分子层中；③ 整个磷脂双分子层 特点:大多数蛋白质分子是可以 图中c 名称:糖类分子(糖被)，能和蛋白质结合(糖蛋白)或与脂质结合（糖脂） 位置:细胞膜的 表面 作用:与细胞表面的 、细胞间的 等功能有密切关系 提醒：(1)细胞膜上的蛋白质并不都是可以运动的，例如细胞膜上与细胞内骨架纤维相结合的蛋白质一般不具有流动性。 (2)细胞膜具有不对称性的原因是蛋白质分子在细胞膜上的分布是不均匀的，磷脂分子也不对称。 2.细胞膜的两大特性 项目 内容 结构特点 内容：具有 原因：构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的 蛋白质分子大多也能运动 实例： 变形虫运动、胞吞和胞吐、白细胞的吞噬作用等 影响因素 温度:一定范围内，温度升高，膜的流动加快 功能特征 内容：具有 表现：被选择的物质可以通过，不被选择的物质一般不能通过 原因：决定蛋白质种类、数量决定遗 联系：细胞膜的流动性是其表现选择透过性的结构基础 教材深挖 科研上鉴别死细胞和活细胞，常用“染色排除法”。例如，用台盼蓝进行染色，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色，可通过细胞是否被染色来判断细胞是否死亡。 磷脂的理解 1.磷脂分子的示意图 2.将磷脂放入盛有水的容器中，反映其在空气和水的界面上分布特点如图。 3.细胞内外均为水环境，请根据磷脂分子的特点推测细胞膜中的磷脂分子分布如图。 归纳总结 哺乳动物成熟的红细胞 1.特点:哺乳动物成熟的红细胞 没有细胞核和众多的细胞器，是提取细胞膜的理想材料。 2.“血影”:将哺乳动物成熟的红细胞置于低渗溶液中，红细胞吸水膨胀、破裂，释放出内容物，留下来的细胞膜结构称为“血影”。“血影”不仅可用于研究细胞膜的成分，还可用来研究细胞膜的功能，如各种膜蛋白的功能。 思考一下 将人的肝细胞中的磷脂全部提取出来，铺成单分子层，其面积是肝细胞表面积的2倍吗?为什么? 提示:不是，大大超过2倍。因为肝细胞具有细胞膜、核膜、众多具膜细胞器。 教材深挖 胆固醇 1.分布：胆固醇主要位于磷脂双分子层的疏水环境中，具有一个很小的亲水基团，与磷脂头部连接； 2.作用：胆固醇对细胞膜中磷脂分子的活动具有双重调节作用。一方面，胆固醇通过与磷脂脂肪酸链的相互作用，具有限制其运动、增加其有序性的作用;另一方面，胆固醇也能将磷脂分子分隔开以增强其运动性。这种双重的调节作用取决于环境和胆固醇的数量。例如，环境温度较低时，胆固醇有助于保持细胞膜的柔韧性。 思考 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：根据糖蛋白或糖脂的分布情况，有糖蛋白或糖脂的一侧为膜的外侧，无糖蛋白或糖脂的一侧则为膜的内侧。 细胞膜成分的验证方法(实验探究) 细胞膜功能的验证方法 1.控制物质进出细胞功能的验证 （1）染色剂进入实验 验证植物细胞膜控制物质进出细胞功能的实验常用红墨水；验证动物细胞膜控制物质进出细胞功能的实验常用台盼蓝染液，活细胞不被染色，死细胞被染成蓝色。 （2）色素透出实验 2.进行细胞间信息交流功能的验证 同种生物的精子和卵细胞结合形成受精卵→细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能。 脂质体在运送药物方面的应用 1.脂质体的概念 脂质体是根据磷脂分子可在水中形成稳定的脂双层膜的现象而制备的人工膜。它可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞发挥作用。 2.脂质体的应用 (1)脂质体携带药物原理 由双层磷脂分子构成的脂质体，两层磷脂分子之间的部分是疏水的，脂溶性药物(乙)能被稳定地包裹在其中。脂质体的内部是水环境，能在水中结晶的药物（甲）可被稳定地包裹在其中。 (2)作用原理 由双层磷脂分子构成的脂质体的结构与细胞膜的结构类似，接触细胞后可能会与细胞的细胞膜融合，将携带的药物运入细胞内。另外脂质体的表面结合有糖蛋白，利用糖蛋白的识别作用，可以使药物精准地作用于靶细胞，以减少对机体的损伤。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $