2020_2021学年新教材高中生物第3章细胞的基本结构第1节细胞膜的结构和功能课件新人教版必修1 57页

第1节　细胞膜的结构和功能 课标要求 核心素养 1. 概述细胞膜的主要功能。 2. 分析细胞膜结构的探索过程，领悟科学的过程和方法。 3. 了解流动镶嵌模型的基本内容。 1. 生命观念 —— 通过对细胞膜的学习建立生命的结构与功能观。 2. 科学探究 —— 领悟细胞膜结构探索过程的科学方法。 3. 科学思维 —— 流动镶嵌模型及其解读。 新知预习 · 双基夯实 一、细胞膜的功能 1 ．将细胞与 ____________ 分隔开，保障细胞内部环境的相对稳定。 2 ．控制物质 ________ 细胞。 3 ．进行细胞间的信息交流 (1) 通过 ____________ 传递信息。 (2) 通过 __________ 直接接触传递信息。 (3) 通过 ____________ 传递信息。 外界环境 进出 化学物质 细胞膜 细胞通道 二、细胞膜的成分 1 ． 对细胞膜成分的探索 (1)1895 年欧文顿发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：溶于 ________ 的物质更容易穿过细胞膜，据此推测细胞膜是由 ________ 组成的。 (2) 科学家利用哺乳动物的红细胞制备出细胞膜，得知组成细胞膜的脂质有 ________________ ，其中 ________ 含量最多。 脂质 脂质 磷脂和胆固醇 磷脂 (3)1925 年，荷兰科学家发现，细胞膜中的磷脂分子排列为连续的 ________ 。 (4)1935 年，英国学者丹尼利和戴维森研究细胞膜的张力，发现细胞表面张力明显低于油－水界面的表面张力，据此推测细胞膜中除含有脂质分子外，可能还含有 __________ 。 两层 蛋白质 2 ． 细胞膜的成分 (1) 细胞膜主要由 ________________ 组成，此外，还有少量的 ________ 。在组成细胞膜的脂质中， ________ 最丰富，此外还有少量的 __________ 。 (2)__________ 在细胞膜行使功能方面起重要作用，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的 ______________ 就越多。 脂质和蛋白质 糖类 磷脂 胆固醇 蛋白质 种类与数量 三、对生物膜结构的探索 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 ________________________ 三层结构构成 1970 年 人、鼠细胞融合实验 细胞膜具有 __________ 1972 年 流动镶嵌模型 辛格和尼科尔森提出了细胞膜的 ________________ 蛋白质 — 脂质 — 蛋白质 流动性 流动镶嵌模型 磷脂双分子层 基本支架 流动性 蛋白质分子 镶 嵌入 贯穿 运动 糖蛋白 外表面 细胞识别 流动性 (1) 细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构。 ( 　　 ) (2) 细胞间信息交流的方式只有三种。 ( 　　 ) (3) 细胞间的信息交流大多与细胞膜的结构与功能有关。 ( 　　 ) (4) 植物细胞之间的胞间连丝具有物质运输的作用。 ( 　　 ) (5) 细胞膜是细胞的保护性屏障。 ( 　　 ) (6) 细胞膜可以控制物质进出，任何细胞不需要的物质都不能进入细胞。 ( 　　 ) × × √ √ √ × (7) 静态结构模型不能解释细胞的生长、变形虫的运动、质壁分离及其复原等现象。 ( 　　 ) (8) 在生物膜结构的探索历程中，人们最初认识到细胞膜是由脂质组成的，是通过对膜成分的提取和鉴定实现的。 ( 　　 ) (9) 膜成分和结构的初步阐明，都是通过实验观察直接证实的。 ( 　　 ) (10) 在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点始终引导人们不断实践、认识、再实践、再认识。 ( 　　 ) √ × × √ 思考： 1 ．细胞膜的成分提取出来后，根据前面所学习的知识，可以用哪些方法来分析细胞膜的化学成分？ 提示： 用双缩脲试剂检测细胞膜是否含有蛋白质；用斐林试剂检测细胞膜中是否含有还原糖；用苏丹 Ⅲ 检测细胞膜中是否含有脂肪。 2 ．取两种不同的海绵动物细胞，使其分散成单个，然后掺在一起混合培养，发现只有同种的细胞才能融合，这一现象体现了细胞膜的什么功能？ 提示： 进行细胞间的信息交流。 3 ．温度影响细胞膜物质运输功能的原因是什么？ 提示： 温度影响磷脂分子的运动；温度影响细胞膜上蛋白质的活性；温度影响细胞呼吸，从而影响细胞膜的物质运输功能。 4 ．变形虫依靠伪足进行运动，这依赖细胞膜的什么特性？简要说明其在细胞生命活动中的作用。 提示： 依赖细胞膜的流动性。流动性具有重要的生理意义，与物质运输、细胞识别、细胞融合等有关。 学霸记忆 · 素养积累 1 ．细胞膜的主要组成成分是脂质和蛋白质，还含少量糖类。 2 ．细胞膜是细胞的边界，不仅将细胞与外界环境分隔开，还具有控制物质进出、进行细胞间的信息交流等作用。 3 ．流动镶嵌模型认为：磷脂双分子层构成膜的基本支架，蛋白质分子镶在或嵌入或贯穿于磷脂双分子层。 4 ．细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，功能特性是具有选择透过性。 5 ．糖蛋白只分布于细胞膜的外表面，与细胞识别作用有关。 课内探究 · 名师点睛 1 ． 将细胞与外界环境分隔开 生物体的生命活动都是以细胞为基本单位进行的，一切细胞均由保持细胞系统完整的细胞膜围护着，没有细胞膜，细胞的生存是不可能的。细胞膜确定了细胞成为生命的基本单位。它使每个细胞与周围环境隔离开，维持着相对稳定的细胞内部环境，并且具有保护细胞的作用。 一 细胞膜的功能 2 ． 控制物质进出细胞 细胞膜具有控制物质进出细胞的功能，包括吸收、分泌、排泄。我们常说的新陈代谢是指生物与外界交换物质和能量，以及生物体内的物质和能量的转换。细胞膜控制物质进出细胞就是一种新陈代谢现象。 3 ． 进行细胞间的信息交流 (1) 通过细胞分泌的化学物质来完成间接交流。如内分泌细胞分泌的激素通过血液运输到靶细胞，与靶细胞的细胞膜表面的受体特异性结合，将信息传递给靶细胞。 (2) 通过相邻两个细胞的细胞膜接触来完成直接交流。如精子和卵细胞之间的识别和结合。 (3) 通过相邻两个细胞间形成的通道来完成信息交流。如高等植物细胞之间通过胞间连丝来实现植物细胞间的识别。 特别提醒： (1) 细胞膜的功能是复杂多样的，教材中介绍的三方面功能只是其中的一部分，如细胞膜还具有保护细胞的作用，参与细胞的运动、分泌等； (2) 细胞膜的复杂多样的生理功能是由其结构决定的，尤其是与细胞膜上的蛋白质分子有关。 下列关于细胞膜功能的叙述，不正确的是 ( 　　 ) A ．功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多 B ．细胞间的信息交流使生物体作为一个整体完成生命活动 C ．相邻两个细胞的信息交流全靠细胞膜的接触 D ．细胞膜能控制物质进出细胞，这种功能是相对的 解析： 细胞间信息交流的方式多种多样，高等植物细胞间的信息交流可通过胞间连丝来完成。 典例剖析 典例 1 C 1 ． (2020 · 安阳三十六中高一期中 ) 据最新研究发现，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。上述材料体现了细胞膜的哪项功能 ( 　　 ) A ．细胞膜中磷脂含量越高，功能越复杂 B ．细胞膜作为系统的边界，严格控制物质进出细胞 C ．细胞膜的组成成分主要为磷脂和蛋白质 D ．细胞膜具有信息交流的功能 变式训练 D 解析： 根据题干信息 “ 肉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，体现了细胞膜具有信息交流的功能，故 D 正确。 1 ． 细胞膜各成分的含量及在细胞膜中的作用 二 细胞膜的成分 成分 占细胞膜总量的比例 在细胞膜中的作用 脂质 约 50% 磷脂是构成细胞膜的重要成分，此外还含有少量的胆固醇 蛋白质 约 40% 蛋白质是生命活动的主要承担者，在细胞膜行使功能时起重要作用 糖类 2% ～ 10% 与膜蛋白或膜脂结合成糖蛋白或糖脂，分布在细胞膜的外表面，糖蛋白具有识别、保护等功能 2 ． 对细胞膜成分、结构的探索 时间 ( 人物 ) 实验依据 结论或假说 19 世纪末 ( 欧文顿 ) 可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更易通过细胞膜进入细胞 细胞膜是由脂质组成的 20 世纪初 将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，并进行化学分析 组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多 时间 ( 人物 ) 实验依据 结论或假说 1925 年 ( 两位荷兰科学家 ) 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两倍 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 时间 ( 人物 ) 实验依据 结论或假说 1959 年 ( 罗伯特森 ) 电镜下细胞膜呈清晰的暗 — 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 1970 年 荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验 细胞膜具有流动性 1972 年 ( 辛格和尼科尔森 ) 新的观察和实验证据 提出了为大多数人所接受的细胞膜的流动镶嵌模型 特别提醒 ： (1) 不同种类的细胞，细胞膜的组成成分及其含量不完全相同，如癌细胞表面的糖蛋白含量较少。 (2) 细胞在不同时期，细胞膜的组成成分及其含量也会发生变化。 (3) 各种细胞膜所含蛋白质与脂质的比例与细胞膜的功能有关，功能越复杂的细胞膜，蛋白质种类和数量越多，如肾小管上皮细胞与口腔上皮细胞相比，前者细胞膜中蛋白质的含量高。 (4) 各种蛋白质在膜上的分布是不对称的，不同的细胞膜，内外两侧蛋白质分布有差异。 下列关于细胞膜成分的叙述，正确的是 ( 　　 ) A ．细胞在癌变的过程中，细胞膜的成分发生改变 B ．细胞膜的功能主要取决于膜中磷脂的含量和种类 C ．糖蛋白和糖脂分别位于细胞膜的内外两侧 D ．脂类物质能优先通过细胞膜与膜中蛋白质的种类有关 典例剖析 典例 2 A 解析： 细胞膜的成分与其功能有关，细胞癌变过程中，细胞膜的成分会发生相应的改变， A 正确；细胞膜的功能主要取决于膜中蛋白质的种类与数量， B 错误；糖蛋白和糖脂分布于细胞膜的外侧， C 错误；脂类物质能优先通过细胞膜与膜的基本支架 —— 磷脂双分子层有关， D 错误。 方法指导： 解答此类试题需明确： (1) 细胞膜的基本组成成分：蛋白质、脂质、糖类，磷脂双分子层是细胞膜的基本支架； (2) 细胞膜上蛋白质的种类和数量决定了细胞膜功能的复杂程变； (3) 不同细胞膜的组成成分基本相似，但每种成分的含量不完全相同； (4) 细胞代谢的变化往往伴随着细胞膜成分的变化。 2 ． ( 不定项 ) 下列关于细胞膜成分和结构的探索历程的说法，正确的是 ( 　　　 ) A ．欧文顿通过对膜成分的提取和鉴定，认识到细胞膜是由脂质组成的 B ．科学家通过提取红细胞中的脂质实验，得出结论：细胞膜中的磷脂分子是双层排列的 C ．磷脂是甘油、脂肪酸和磷酸组成的，其中磷酸 “ 头 ” 部是亲水的，脂肪酸 “ 尾 ” 部是疏水的 D ．在建立细胞膜结构模型的过程中，实验技术起了关键的推动作用 变式训练 BCD 解析： 欧文顿通过对植物细胞的通透性进行研究实验，发现溶于脂质的物质更容易通过细胞膜，从而提出：细胞膜是由脂质组成的， A 说法错误；科学家用丙酮从红细胞中提取脂质，测得单分子层的面积是红细胞表面积的 2 倍，由此得出细胞膜中的磷脂分子是双层排列的结论， B 说法正确；磷脂分子是一种由甘油、脂肪酸和磷酸等所组成的分子，磷酸 “ 头 ” 部是亲水的，脂肪酸 “ 尾 ” 部是疏水的， C 说法正确；新的技术手段不断运用于细胞膜的研究，对建立细胞膜结构模型的过程起了关键的推动作用， D 说法正确。 1 ． 流动镶嵌模型的基本内容 (1) 磷脂双分子层构成了细胞膜的基本支架； (2) 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； (3) 磷脂双分子层和大多数蛋白质是可以运动的。 三 流动镶嵌模型的基本内容 2 ． 细胞膜的结构和成分 细胞膜的主要成分是磷脂、蛋白质，还有少量糖类。 拓展 静态模型不能解释的现象 细胞膜的静态结构模型不能解释下列现象：细胞的生长、变形虫的变形运动、吞噬细胞吞噬细菌、细胞的融合、植物细胞质壁分离及复原等。这些现象的基础都是细胞膜的流动性。 科学家在细胞膜成分和结构的探索过程中，运用了假说法，在学习了 “ 细胞膜的流动镶嵌模型 ” 一节后，某同学作出下列比喻，其中错误的是 ( 　　 ) 典例剖析 典例 3 A ．把静态的三维结构比作 “ 三明治 ” 或 “ 三合板 ” B ．细胞膜的流动镶嵌模型比作 “ 枣糕 ” ，如 (1) 所示 C ．细胞膜的流动镶嵌模型比作 “ 正在煮着的粥 ” ，如 (2) 所示 D ．细胞膜外表面的糖蛋白比作 “ 信号接收塔 ” 答案： B 解析： 静态结构的内容是蛋白质 — 脂质 — 蛋白质，因此可以把静态的三维结构比作 “ 三明治 ” 或 “ 三合板 ” ， A 正确；细胞膜的流动镶嵌模型中的蛋白质在磷脂双分子层中的分布是不对称和不均匀的，膜结构具有流动性， “ 枣糕 ” 能体现细胞膜中蛋白质分布，但不能体现流动性， B 错误；细胞膜的流动镶嵌模型比作 “ 正在煮着的粥 ” ，体现了膜的流动性， C 正确；细胞膜外表面的糖蛋白具有识别功能，可比作 “ 信号接收塔 ” ， D 正确。 3 ． ( 不定项 )(2019 · 四川成都外国语学校高一月考 ) 如下图所示为细胞膜的亚显微结构模式图，下列有关叙述错误的是 ( 　　 ) A ．②在细胞鲜重中含量最多，其化学元素组成是 C 、 H 、 O 、 N 变式训练 D B ．②和③大都是运动的，所以细胞膜具有流动性和选择透过性 C ．②③构成细胞膜的基本支架，由双层膜构成 D ．①是糖分子与膜蛋白结合成的糖蛋白，在细胞膜外侧 解析： 由题图可知， ① 是糖蛋白， ② 是蛋白质， ③ 是磷脂双分子层。细胞鲜重中含量最多的是水， A 错误；构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，体现了细胞膜具有流动性，但这不是细胞膜具有选择透过性的原因， B 错误；细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，且细胞膜只有一层膜，可以控制物质进出细胞， C 错误；糖蛋白由糖分子和膜上蛋白质组成，位于细胞外侧，具有识别功能， D 正确。 指点迷津 · 拨云见日 1 ． 细胞间信息交流的三种主要方式 通过信息分子间接交流 细胞间直接交流 经特殊通道交流 信息交 流方式 通过细胞分泌的化学物质 ( 如激素 ) 间接传递信息 通过相邻两个细胞的细胞膜直接接触传递信息 通过相邻两个细胞之间形成通道传递信息 细胞之间通过信息交流，保证细胞间功能的协调。下列关于细胞间信息交流的说法，错误的是 ( 　　 ) A ．图 1 是远距离的细胞间信息交流，图 2 是细胞直接接触 B ．图 2 可以表示精子与卵细胞的识别 C ．图 1 表示内分泌细胞产生激素，通过血液循环最终作用于靶细胞 D ．细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构 典例 4 D 解析： 图 1 表示通过体液运输来完成的间接交流方式， A 细胞产生的信号分子与 B 细胞上的受体结合，完成信息交流。图 2 表示细胞膜直接接触完成细胞间的信息交流，精子与卵细胞间的识别属于此种方式。这两种信息交流方式均需受体参与。细胞间形成通道也可以进行信息交流，不需要细胞膜上的受体参与。 2 ． 验证细胞膜控制物质进出细胞的方法 (1) 利用红墨水处理正常玉米种子和煮熟的玉米种子。煮熟的玉米种子细胞死亡，细胞膜丧失控制物质进出细胞的功能，红墨水中的色素分子可以大量进入细胞，使细胞呈红色，正常种子的细胞不会变红。 (2) 将有颜色的植物组织放入清水中，然后分别用高温、强酸、强碱处理，观察实验前后清水的颜色变化。处理前清水无颜色变化，处理后植物组织细胞死亡，细胞膜失去控制物质进出的功能，清水呈现出植物组织的颜色。 (3) 台盼蓝染色法。台盼蓝染液是细胞活性染料，常用于检测细胞膜的完整性。正常的活细胞，细胞膜结构完整，能够排斥台盼蓝，使之不能够进入胞内；而丧失活性或细胞膜不完整的细胞，可被台盼蓝染成蓝色。 水溶性染色剂 (PI) 能与核酸结合而使细胞核着色，可将其应用于鉴别细胞的死活。将细胞浸泡于一定浓度的 PI 中，仅有死细胞的细胞核会被染色，而活细胞的细胞核不着色。利用 PI 鉴别细胞死活的原理是 ( 　　 ) A ．死细胞与活细胞的细胞膜结构不同 B ．活细胞能分解染色剂 PI C ．死细胞与活细胞的细胞膜的成分和含量不同 D ．活细胞的细胞膜能阻止 PI 的进入 典例 5 D 解析： 活细胞的细胞膜可控制物质出入细胞，维持正常的生命活动；水溶性染色剂 (PI) 不是细胞所需物质，因而不能通过活细胞的细胞膜；细胞死亡后，细胞膜及其他生物膜的控制物质进出功能丧失，溶于水中的物质 ( 如 PI) 都可以通过，而使细胞核着色。  问题探讨 ⇨ P40 1 ． 提示： 因为活细胞有完整的细胞膜，细胞膜会阻止对细胞有害的物质，如染料通过。死细胞的细胞膜控制物质进出的能力已丧失。 2 ． 提示： 将细胞与外界环境分隔开，保护细胞；控制物质进出细胞，为细胞生命活动提供营养，及时将细胞的代谢废物排出体外；通过细胞膜的相关结构与其他细胞建立联系，进行信息交流，共同协调完成个体的生命活动。  思考 · 讨论 ⇨ P42 1 ． 提示： 最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析。 2 ． 提示： 在空气 — 水界面中，水只在下侧。磷脂分子头亲水而尾疏水，磷脂分子只会头下尾上排列在此界面中，因此只能铺展成单分子层。 对于红细胞来说，其膜结构只有细胞膜。从红细胞中提取的脂质，全部来自细胞膜。这些脂质铺成一层的面积是细胞表面积的 2 倍，说明这些脂质把红细胞表面围了两层。 3 ． 提示： 磷脂头亲水，尾疏水。那么在水中，磷脂分子的尾不接触水才是最稳定的形式。只有磷脂分子尾尾相对时，磷脂分子的尾才能最大限度不接触水。这也意味着，磷脂分子在水中能自发地形成头朝外，尾朝内的双分子层。 对于细胞来讲，其内部是水，外部也是水。包围细胞的磷脂头要朝内，也要朝外。根据前面所讲，磷脂分子在水中总是自发地形成尾尾相对，头部朝向两侧的双分子层。因此，细胞表面就形成了头部朝向细胞内侧和外侧，尾部相对的磷脂双分子层。 4 ． 提示： 磷脂分子将集中分布于水 — 苯交界处。处于水 — 苯界面位置的磷脂分子，铺展成单层。头朝水，尾朝向苯。  旁栏思考 ⇨ P45 提示： 因为膜内部分虽是疏水的，并非没有空间，水分子可以通过氢键在其中形成类似冰的结构，从而跨膜运输。  练习与应用 ⇨ P46 一、概念检测 1 ． (1)× 　 提示： 构成细胞膜的蛋白质，大部分都是可以运动的。 (2) × 　 提示： 细胞膜控制物质进出的能力是有限的，一些有害的物质也可以进入细胞内。 (3) × 　 提示： 由于细胞膜具有流动性，不会造成空洞。 2 ． B 　水分子是小分子物质，可以通过磷脂分子间隙进出细胞。 二、拓展应用 1 ． 提示： 把细胞膜与窗纱进行类比，合理之处是说明细胞膜与窗纱一样具有容许一些物质出入，阻挡其他物质出入的作用。这样类比也有不妥当的地方。例如，窗纱是一种简单的刚性的结构，功能较单一；细胞膜的结构和功能要复杂得多。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；而窗纱是没有生命的，它只是被动地在起作用。 2 ． (1) 提示： 因为两类药物的性质不同，脂质体内部是亲水环境，适合携带水溶性药物；两层磷脂分子之间是亲脂环境，适合携带亲脂药物。 (2) 提示： 脂质体和细胞膜的结构相似，都含有磷脂分子，根据相似相溶的原理，药物可随着脂质体进入细胞。