高中人教版 (2019)第1节 细胞膜的结构和功能导学案

这是一份高中人教版 (2019)第1节 细胞膜的结构和功能导学案，共17页。学案主要包含了细胞膜的功能，对细胞膜成分和结构的探索，流动镶嵌模型的基本内容等内容，欢迎下载使用。


一、细胞膜(又叫质膜)的功能
1．将细胞与外界环境分隔开
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
(1)通过内分泌细胞分泌的激素交流，如：胰岛素的作用。
(2)通过细胞膜相互接触交流，如：精子和卵细胞之间的识别和结合。
(3)通过通道交流，如：高等植物细胞之间的胞间连丝。
二、对细胞膜成分和结构的探索
1．对细胞膜成分的探索
(1)早期对细胞膜成分的探索历程
(2)细胞膜的成分
2．对细胞结构的探索
(1)1959年，罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构，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，是静态的统一结构。
(2)1970年荧光标记细胞膜实验
(3)1972年辛格和尼科尔森：在新的观察和实验证据的基础上，提出为大多数人所接受的流动镶嵌模型。
三、流动镶嵌模型的基本内容
1．结构模型
(1)图中①eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(名称：磷脂双分子层,作用：膜的基本支架,特点：可以侧向自由移动))
(2)图中②eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(名称：蛋白质分子,\a\vs4\al(三种,位置)\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(a.镶在磷脂双分子层表面,b.部分或全部嵌入磷脂双分子层中,c.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))
(3)图中③eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(名称：糖蛋白，另外还有糖类与脂质结合形成的糖脂，其中,糖类分子又叫糖被,位置：细胞膜的外表面,作用：糖被与细胞识别和细胞间的信息传递等功能有密切关系))
2．结构特点：具有一定的流动性。
(1)植物细胞的边界是细胞壁，可以维持细胞内部环境的稳定。( × )
(2)细胞膜的主要成分是糖类、脂质和蛋白质。( × )
(3)罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗三层结构，分别对应脂质—蛋白质—脂质。( × )
(4)磷脂分子构成细胞膜的基本支架。( × )
知识点一 细胞膜的功能
1．细胞膜的功能
[温馨提醒] 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)并非细胞间的信息交流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。通过激素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。
2．细胞膜功能的实验验证
(1)控制物质进出细胞功能的验证
(2)进行细胞间信息交流功能的验证
eq \x(\a\al(只有同种生物的精子,和卵细胞才能结合))eq \(――→,\s\up9(验证))eq \x(\a\al(细胞膜具有识别作用,（糖蛋白的作用）))
3．判断细胞是否具有活性的方法
发展素养
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？(生命观念——水平一)
提示：进行细胞间的信息交流。
1．(2020·山西运城康杰中学高一月考)下图表示细胞膜部分功能模式图。据图分析，下列说法不正确的是( )
A．功能①在生命起源过程中具有关键作用
B．功能②表示进入细胞的物质对细胞都有利
C．胰岛素调控生命活动可用上图③表示
D．相邻的植物细胞可通过功能④进行信息交流
解析：选B。细胞膜是系统的边界，在生命起源过程中具有重要作用，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，A正确；功能②表示物质进出细胞，一般是吸收有利物质，但一些有害物质也能进出细胞，说明细胞膜控制物质进出细胞的作用是相对的，B错误；激素调控生命活动需要靶细胞进行信号检测，C正确；相邻的植物细胞可通过功能④进行信息交流，D正确。
2．(2020·河北唐山一中高一期中)科研上鉴别死细胞和活细胞，常用“染色排除法”。例如，用台盼蓝染液染色，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色，从而判断细胞是否死亡。该方法所利用的是细胞膜( )
A．保护细胞内部结构的功能
B．进行细胞间的信息交流的功能
C．控制物质进出的功能
D．免疫功能
解析：选C。细胞膜具有控制物质进出的功能，台盼蓝染液在正常情况下不能进入细胞中，当细胞死亡后，细胞膜控制物质进出的能力就丧失了，所以台盼蓝染液就会进入细胞中。
知识点二 对细胞膜成分和功能的探究
1．细胞膜内外侧的判断方法
(1)判断依据：糖蛋白的分布情况。
(2)判断方法：糖蛋白eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(存在的一侧——细胞膜的外侧,\a\vs4\al(不存在的一侧——细胞膜的内侧)))
2．细胞膜的结构特性——流动性
3．细胞膜的功能特性——选择透过性
发展素养
科学思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力，它是连接实践与理论的桥梁。或者可以说，科学思维是指符合认识规律、遵循一定的逻辑规则并能够达到正确认识结果的思维。
最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取与检测提出的？(科学思维——水平二)
提示：最初对细胞膜成分的认识是通过对现象的推理分析提出的。
1．下列说法中，与细胞膜发现史不一致的是( )
A．欧文顿在实验基础上提出，膜是由脂质组成的
B．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，测得单分子层面积为红细胞表面积的2倍。他们由此推出：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层
C．英国学者丹尼利和戴维森提出为大多数人所接受的流动镶嵌模型
D．科学家将不同荧光染料标记的人细胞和鼠细胞进行融合，证明了细胞膜的流动性
解析：选C。辛格和尼科尔森提出流动镶嵌模型。
2．(2020·安徽芜湖高一期末)下图是探究温度对细胞膜流动性的影响的实验，观察在40 min 内，两种颜色荧光膜蛋白融合情况，下列说法错误的是( )
A．该实验需设置一系列温度梯度的多个实验组进行
B．该实验也可以观察两种颜色膜蛋白均匀融合所需时间
C．图示膜蛋白因为是细胞膜的基本支架才能运动
D．标记的绿色荧光蛋白与红色荧光蛋白的数量要相等
答案：C
3．下图为细胞膜的流动镶嵌模型示意图，下列有关叙述不正确的是( )
A．具有①的一侧为细胞膜的外侧
B．①与细胞之间的信息交流有关
C．②构成了细胞膜的基本支架
D．细胞膜的选择透过性与①的种类和数量有关
解析：选D。图中①代表糖蛋白，位于细胞膜外侧，与细胞之间的信息交流有关；②代表磷脂双分子层，它构成了细胞膜的基本支架；③代表蛋白质，可以作为参与物质运输的载体蛋白，细胞膜的选择透过性与载体蛋白的种类和数量有关。
[随堂检测]
1．将细胞膜的磷脂提取后放入盛有水的容器中，经过充分的搅拌后，下列能正确反映其分布的是( )
答案：A
2．下图表示各种细胞膜组成成分的含量：
图示能说明的是 ( )
A．构成细胞膜的主要成分是蛋白质、脂质和糖类
B．细胞膜中的脂质和蛋白质含量的变化与细胞膜的功能有关
C．细胞膜的功能越简单，所含蛋白质的数量越多
D．蛋白质在进行细胞间的信息交流中具有重要作用
解析：选B。由图中数据可知，细胞膜的组成成分有蛋白质、脂质和糖类，但主要成分是蛋白质和脂质，A不符合题意；细胞膜中的脂质和蛋白质含量的变化与细胞膜的功能有关，B符合题意；细胞膜的功能越复杂，蛋白质的种类和数量越多，C不符合题意；蛋白质在细胞间的信息交流中有重要作用，但由图中信息不能得出该结论，D不符合题意。
3．(2020·河南省实验中学高一期中)作为系统的边界，细胞膜在细胞的生命活动中有多种功能。下图所示模型表示细胞甲分泌的激素作用于细胞乙，此过程主要表明细胞膜的功能是( )
A．将细胞与外界环境分隔开
B．控制物质进出细胞
C．进行细胞间的信息交流
D．进行细胞间的物质运输
解析：选C。据题图分析可知，细胞甲分泌的相关激素进入血液，通过血液运输到达细胞乙，与乙细胞膜上的受体特异性结合，进而传递信息，从而完成信息交流，此过程表明细胞膜的功能是进行细胞间的信息交流。
4．下列关于细胞膜的结构和功能特性的叙述，错误的是( )
A．组成细胞膜的各种成分大都是可以运动的
B．白细胞能吞噬某些细菌，这说明细胞膜具有选择透过性
C．不同细胞对同一种物质的吸收量不同
D．细胞膜由两层磷脂分子构成其基本支架
解析：选B。细胞膜由磷脂双分子层构成基本支架，磷脂分子和大多数蛋白质分子具有流动性；白细胞通过变形吞噬细菌，体现了细胞膜具有流动性；不同细胞对同一种物质的吸收量不同，体现了选择透过性。
5． (2020·山东德州高一期末)利用冷冻蚀刻技术处理细胞膜，并用电镜观察，将观察结果绘制成下图，下列有关说法不正确的是( )
A．BS侧表示细胞膜的外侧
B．BF侧和PF侧都是亲水侧
C．图中蛋白质的分布是不对称的
D．该图表明细胞膜的基本支架是磷脂双分子层
解析：选B。磷脂分子的“头部”(BS、PS侧)是亲水的，“尾部”(BF、PF侧)是疏水的，B错误。
6．观察下列三个图的信息交流类型，请思考并回答下列问题：
(1)图甲、乙、丙分别通过______________________________实现信息交流。
(2)精卵识别属于图________类型，激素调节属于图________类型，植物细胞的胞间连丝与图________方式相吻合。
答案：(1)激素、细胞膜直接接触、细胞通道
(2)乙 甲 丙
[课时作业]
A 合格性考试
1．(2020·临川一中月考)细胞膜功能的复杂程度，主要取决于膜上( )
A．磷脂的含量 B．蛋白质的种类和数量
C．糖的种类 D．水的含量
解析：选B。细胞膜主要由蛋白质和脂质组成，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。
2．下图所示为某生理活动的一个过程，这一过程体现出细胞膜的功能是( )
A．控制物质进出细胞
B．将细胞与外界环境分隔开
C．细胞膜具有筛选的功能
D．进行细胞间的信息交流
答案：D
3．碘化丙啶(PI)能与DNA结合而使细胞核着色，可用来鉴别死细胞和活细胞。将细胞浸泡于一定浓度的PI中，仅死细胞的细胞核会被染色，活细胞的细胞核不会被染色，但若将PI注射到活细胞中，则活细胞的细胞核也会被染色。利用PI鉴别细胞死活的基本原理是( )
A．死细胞与活细胞的核酸结构不同
B．死细胞与活细胞的核酸含量不同
C．活细胞的细胞膜能阻止PI的进入
D．活细胞能分解PI
解析：选C。活细胞的细胞膜能控制物质进出细胞，维持细胞正常的生命活动。一般情况下，PI是细胞不需要的物质，不能通过活细胞的细胞膜。死细胞的细胞膜不具有控制物质进出细胞的功能，PI可以通过死细胞的细胞膜，而使细胞核被染色。
4．(高考全国卷Ⅰ改编)细胞间信息交流的方式有多种。在哺乳动物卵巢细胞分泌的雌激素作用于乳腺细胞的过程中，以及精子进入卵细胞的过程中，细胞间信息交流的实现分别依赖于( )
A．血液运输，胞间连丝传递
B．淋巴运输，细胞间直接接触
C．淋巴运输，胞间连丝传递
D．血液运输，细胞间直接接触
解析：选D。哺乳动物卵巢细胞分泌的雌激素直接进入血液，通过血液循环被运送到靶细胞处并发挥作用，B、C不符合题意；精子与卵细胞之间的识别和结合，依赖于细胞间的直接接触，A不符合题意，D符合题意。
5．科学家将哺乳动物或人的成熟红细胞放进蒸馏水中，造成红细胞破裂出现溶血现象，再将溶出细胞外的物质冲洗掉，剩下的结构在生物学上称为“血影”，那么，“血影”的主要成分有( )
A．无机盐、蛋白质 B．蛋白质、糖类
C．脂肪、蛋白质 D．脂质、蛋白质
解析：选D。哺乳动物或人的成熟的红细胞在蒸馏水中吸水涨破后，内容物流出，只剩下细胞膜，故“血影”为细胞膜，其主要成分为脂质和蛋白质。
6．将一个细胞中的磷脂成分全部提取出来，并将其在空气—水界面上铺展成单分子层，结果测得单分子层的面积相当于原来细胞表面积的2倍。用下列细胞进行实验与此结果最相符的是( )
A．人的肝细胞
B．蛙的红细胞
C．洋葱鳞片叶表皮细胞
D．大肠杆菌细胞
解析：选D。细胞膜以磷脂双分子层为基本支架。实验结果表明，该细胞中只有细胞膜，没有其他膜结构。A、B、C三项都是真核细胞，除了有细胞膜外，还有核膜、膜性细胞器的膜等，A、B、C不符合题意。大肠杆菌细胞是原核细胞，D符合题意。
7．下图是细胞膜的流动镶嵌模型示意图，下列相关叙述错误的是( )
A．①是糖蛋白
B．②是蛋白质
C．③是磷脂双分子层
D．细胞膜功能的复杂程度主要与③有关
答案：D
8．(2020·成都五校高一期中联考)胰岛细胞和神经元细胞在细胞膜上的不同主要体现在( )
A．磷脂的含量高低
B．蛋白质的含量及种类不同
C．糖类的含量及种类不同
D．脂质的含量及种类不同
解析：选B。蛋白质是生命活动的主要承担者，胰岛细胞和神经元细胞的功能不同，其细胞膜上蛋白质的种类和数量不同。
9．据图回答下列有关细胞膜功能的问题：
(1)图中反映的是细胞膜的________功能。
(2)若图中甲表示的是发出信号的细胞，则乙表示的是 ________细胞。
(3)若图中1表示与膜结合的信号分子，则2表示________细胞细胞膜上的________。
(4)一般认为细胞识别的分子基础是受体。受体主要指细胞膜上的________，它与细胞外信号分子的结合具有特异性。
解析：细胞膜的功能之一是能进行细胞间的信息交流。细胞间信息交流的方式多种多样。题图表示相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。图中甲表示发出信号的细胞；1表示与膜结合的信号分子；乙表示接受信号的细胞，即靶细胞；2表示受体，其化学本质是蛋白质(通常为糖蛋白)。
答案：(1)信息交流 (2)靶 (3)靶 受体 (4)蛋白质
10．一种嗅觉受体细胞只拥有一种类型的气味受体。气味受体有多少，就有多少种类型的嗅觉受体细胞。每一种受体能探测到有限数量的气味物质。当气味物质分子流动到我们的鼻端黏膜处的嗅觉受体细胞处时，气味物质分子可以黏附在细胞膜上的特殊气味受体上；人体基因的3%被用来编码嗅觉受体细胞细胞膜上的不同气味受体。下图为嗅觉受体细胞膜模式图(局部)。请据图回答下列问题：
(1)A代表________分子，C代表________。
(2)气味物质分子首先要与图中[ ]________结合，才有产生嗅觉的可能。
(3)图中A具有特异性，这种特异性最终是由________决定的。
解析：细胞膜结构的基本支架是磷脂双分子层。A表示蛋白质，B表示磷脂双分子层，C表示多糖。
答案：(1)蛋白质 多糖 (2)A 气味受体 (3)DNA(或基因、遗传物质)
B 等级性考试
11．在人类对细胞膜结构的探索历程中，罗伯特森提出的三层结构模型与流动镶嵌模型的相同点是( )
A．都认为磷脂双分子层是构成膜的基本支架
B．都认为蛋白质分子均匀排列在脂质分子的两侧
C．都认为组成细胞膜的主要物质是蛋白质和脂质
D．都认为构成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动
解析：选C。流动镶嵌模型认为，组成细胞膜的主要物质是蛋白质和脂质，磷脂双分子层构成了细胞膜的基本支架，蛋白质分子不均匀分布，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。其中只有组成细胞膜的主要物质是蛋白质和脂质这一点与罗伯特森的三层结构模型一致。
12．(2020·河北望都中学高一期中)人注射卡介苗后，经过免疫细胞的识别等过程，血液中会出现抗结核杆菌的抗体，免疫细胞的识别过程体现了细胞膜的哪一种功能( )
A．控制物质进出细胞膜
B．将细胞与外界环境分隔开
C．排泄功能
D．进行细胞间的信息交流
解析：选D。人注射卡介苗后，经过免疫细胞细胞膜上糖蛋白的识别，体现了细胞膜能进行细胞间的信息交流的功能，D符合题意。
13．(2020·浙江杭州高一模拟)对某动物细胞进行荧光标记实验，如图所示，其基本过程是：①用某种荧光染料标记该动物细胞，细胞表面出现荧光斑点；②用激光束照射该细胞表现出荧光的某一区域，该区域荧光淬灭(即消失)；③停止激光束照射一段时间后，该区域的荧光逐渐恢复，即又出现了荧光斑点。上述实验不能说明的是( )
A．细胞膜具有流动性
B．荧光染料能与细胞膜的组成成分结合
C．根据荧光恢复的速率可推算出物质跨膜运输的速率
D．根据荧光恢复的速率可推算出细胞膜中蛋白质或脂质的流动速率
解析：选C。停止激光束照射一段时间后，该区域的荧光逐渐恢复，说明细胞膜具有流动性。细胞表面出现荧光斑点说明荧光染料能与细胞膜的组成成分结合。根据荧光恢复的速率可推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率，但不能根据荧光恢复速率推算出物质跨膜运输的速率。
14．人、鼠细胞融合实验，是用带有不同荧光染料的抗体标记两种细胞的膜蛋白，一段时间后两种膜蛋白能在杂种细胞膜上均匀分布形成嵌合体。下图是相关实验记录，据此不能得到的结论是( )
A．当温度增加到15 ℃以上，细胞膜的流动性发生变化
B．该实验证明膜蛋白能够在膜上运动
C．温度对膜蛋白的扩散有影响
D．图中数据说明融合时间越长形成的嵌合体越多
解析：选D。由图示可知，在低温时形成嵌合体的比例较低，温度适宜时比例较高；15 ℃以上时细胞膜的流动性明显发生变化；据图无法得到融合比例与时间的关系。
15．生物体细胞内的膜具有一定的选择透过性，即水分子可以自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他离子、小分子和大分子则不能通过。请根据以下所提供的条件探究细胞膜的选择透过性。
实验材料和用具：①新鲜的红色康乃馨②烧杯③玻璃铅笔④质量分数为15%的盐酸⑤清水⑥量筒。
(1)简要说明膜的成分与选择透过性的关系。
_________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)完善下列实验设计，验证膜具有选择透过性。
第一步：选两只大小相同的烧杯，用玻璃铅笔标上A和B。
第二步：_____________________________________________________。
第三步：_____________________________________________________。
结果预测：___________________________________________________。
原因分析：___________________________________________________。
(3)此实验体现的最主要的实验思想是什么？运用这一实验思想设计实验时应特别注意什么？从实验结果分析，此实验的关键是什么？
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
解析：正常情况下红色色素分子是不能透过细胞膜的，若用盐酸处理其细胞，则细胞膜的选择透过性将改变，这是实验设计的出发点。
答案：(1)膜的选择透过性主要取决于膜的组成成分中的载体蛋白
(2)第二步：在A、B两只烧杯中，分别加入等量的15%的盐酸和清水
第三步：选等量的红色康乃馨花瓣，分别放入A、B两只烧杯中，经过一段时间后观察
结果预测：清水中的花瓣仍为红色，清水呈无色；盐酸中的花瓣红色逐渐变浅，而盐酸溶液变红
原因分析：盐酸对活细胞具有很强的伤害作用，它可以将细胞杀死使其丧失选择透过性，而清水对活细胞无伤害作用
(3)体现的主要实验思想为对照实验设计的实验思想。在设计对照实验时，要特别注意遵循等量原则，即向烧杯中加等量的盐酸和清水；选等量的康乃馨；处理相同时间。此实验的关键是用盐酸还是用清水处理康乃馨花瓣
课标要求
核心素养
素养对接
素养水平
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。
生命观念：通过对细胞膜的学习建立生命的结构与功能观。
水平一
科学探究：领悟细胞膜结构探索过程的科学方法。
水平二
科学思维：流动镶嵌模型及其解读。
水平一
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
对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，其中磷脂的含量最多
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，英国学者丹尼利和截维森
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
核心知识小结
[要点回眸]
[答题必备]
细胞膜的主要功能有三点：将细胞与外界环境分隔开；控制物质进出细胞；进行细胞间的信息交流。
细胞间信息交流的方式有三种：通过化学物质传递信息；细胞间直接接触传递信息；通过细胞通道传递信息。
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、嵌入或贯穿于磷脂双分子层中。
细胞膜的结构特点是具有流动性，功能特性是具有选择透过性。
糖蛋白一般分布于细胞膜的外表面，与细胞识别作用有关。
功能越复杂的细胞膜中，蛋白质的种类和数量越多。