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第一册 44页

第 3 章 细胞 的基本结构 第 1 节　细胞膜的结构和功能 一、细胞膜的功能 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 (1) 细胞膜的控制作用具有普遍性 : 细胞需要的营养 物质可以进入细胞 ; 细胞 不需要 的物质不易进入细胞 ; 将抗体或激素分泌到细胞外 ; 将细胞产生的 废物 排出细胞。 (2) 细胞膜的控制作用具有 相对 性 : 环境中 对细胞有害 的物质也有可能进入细胞 , 如某些病毒、病菌侵入细胞 , 使生物体患病。 3 . 进行细胞间的信息交流 。 (1) 图 甲 可表示精子与卵细胞之间的识别 , 该方式中相邻两个细胞的 细胞膜 接触 , 信息从一个细胞传递给另一个细胞。 (2) 图 乙 表示细胞之间通过激素传递信息 , 该方式中通过细胞分泌物与靶细胞膜表面的 受体 结合 , 把信息传递给靶细胞。 (3) 图 丙 表示高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接 , 具有信息交流的作用 , 该方式中相邻两个细胞之间形成通道 , 携带信息的物质通过通道由一个细胞进入另一个细胞。 【思考】 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 ? 二、对细胞膜成分的探索 1 .1895 年欧文顿对植物细胞进行通透性实验 , 发现 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。据此推测细胞膜是由 脂质 组成的。 2 .1925 年戈特和格伦德尔提取的脂质在空气 — 水界面形成单分子层 , 发现单分子层的面积恰好为红细胞表面积的 2 倍 , 它们推断细胞膜中的磷脂分子必然排列为 连续的两层 。 3 .1935 年丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力 , 发现细胞的表面张力明显 低于 油 — 水界面的表面张力 , 推测细胞膜除含有脂质分子外 , 可能还附有 蛋白质 。 答案 : 最初对细胞膜成分的认识 , 是通过对现象的推理分析得出的。 预习反馈 1 . 判断正误。 (1) 细胞膜的主要成分是脂质和糖类。 ( 　　 ) (2) 组成细胞膜的脂质中只有磷脂。 ( 　　 ) (3) 功能越复杂的细胞膜中 , 脂质的种类和数量越多。 ( 　　 ) (4) 高等植物细胞之间的胞间连丝具有物质运输的作用。 ( 　　 ) × × × √ 2 . 连线 。 三、对细胞膜结构的探索 1 .1959 年罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗 — 亮 — 暗三层结构 , 结合其他科学家的工作 , 提出了细胞膜模型假说 : 所有的细胞膜都由 蛋白质 — 脂质 — 蛋白质 三层结构构成 , 是 静态 的结构。 2 .1970 年 , 科学家将荧光标记的小鼠细胞和人细胞进行融合实验 , 实验结果表明 , 细胞膜具有 流动性 。 3 . 在新的观察和实验证据的基础上 ,1972 年辛格和尼科尔森提出为大多数人所接受的 流动镶嵌 模型。 四、流动镶嵌模型的基本内容 1 . 细胞膜的化学构成 细胞膜主要由 磷脂 和 蛋白质 构成。 2 . 流动镶嵌模型 (1) 磷脂双分子层 构成膜的基本支架 , 水溶性分子或离子不能自由通过 , 因此具有 屏障 作用。 (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。 (3) 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。细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、 分裂 、运动等功能都是非常重要的。 (4) 细胞膜的外表面还有糖类分子 , 它和蛋白质分子结合形成的 糖蛋白 , 或与脂质结合形成的 糖脂 , 这些糖类分子叫作 糖被 。糖被在细胞生命活动中具有重要的功能。例如 , 糖被与细胞表面的 识别 、细胞间的 信息传递 等功能有密切关系。 预习反馈 1 . 判断正误。 (1) 细胞膜内、外侧结构具有不对称性。 ( 　　 ) (2) 磷脂分子构成细胞膜的基本支架。 ( 　　 ) (3) 组成细胞膜的蛋白质分子是可以运动的 , 而磷脂分子是静止的。 ( 　　 ) (4) 糖被就是糖蛋白。 ( 　　 ) × √ × × 2 . 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。他们由此得出结论 : 细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层 C. 罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗 — 亮 — 暗的三层结构 , 提出所有的细胞膜都是由蛋白质 — 脂质 — 蛋白质三层结构构成的 D. 科学家将不同荧光染料标记的人细胞和鼠细胞的磷脂分子进行融合 , 证明了细胞膜的流动性 答案 : D 3 . 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. 两种模型都认为磷脂双分子层是构成膜的基本支架 B. 两种模型都认为蛋白质分子均匀排列在脂质分子的两侧 C. 两种模型都认为组成细胞膜的主要物质是蛋白质和脂质 D. 两种模型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 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 细胞膜 的功能 情 境 导引 作为最基本的生命系统 , 细胞既要维持内部成分和结构的稳定有序 , 又要不断从细胞外获得物质和能量 , 排除代谢废物和某些代谢产物 , 还要根据外界信息随时调整自身的生命活动状态 , 这些问题的解决都离不开细胞膜。请结合教材 P40“ 细胞膜的功能 ” 部分 , 讨论解决下列问题 。 探究点一 探究点二 探究点三 1 . 相邻细胞间如何进行信息交流 ? 距离较远的细胞间如何进行信息交流 ? 答案 : (1) 两个相邻动物细胞的细胞膜可以直接接触 , 发出信号 , 细胞的信号分子与靶细胞膜上的受体进行识别 , 信息从一个细胞传递给另一个细胞。相邻两个细胞之间形成通道 , 携带信息的物质通过通道进入另一个细胞 , 例如高等植物细胞之间可以通过胞间连丝相互连接 , 从而实现信息交流。 (2) 距离较远的细胞间进行信息交流时 , 发出信息的细胞释放出细胞分泌物 ( 即信号分子 , 如激素 ), 信号分子通过血液运输到全身各处 , 与靶细胞的细胞膜表面的受体结合 , 把信息传递给靶细胞。 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 细胞膜控制物质进出细胞的作用有什么特点 ? 3 . 莲藕 “ 出淤泥而不染 ” 体现了细胞膜的什么功能 ? 这种功能的具体体现是什么 ? 答案 : (1) 细胞膜的控制作用具有普遍性 , 即细胞需要的营养物质可以进入细胞 ; 细胞不需要的物质不容易进入细胞 , 细胞膜对物质进出细胞具有控制作用。 (2) 细胞膜的控制作用又是相对的 , 环境中一些对细胞有害的物质有可能进入细胞 ; 有些细菌、病毒可能侵入细胞使生物体患病。 答案 : 控制物质进出细胞的功能。主要体现在对营养物质的吸收及对代谢废物的排出 , 防止有害物质进入。 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 细胞间信息交流的三种主要方式 探究点一 探究点二 探究点三 方法技巧 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。 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 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 是细胞直接接触进行信息交流 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 探究点一 探究点二 探究点三 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。 答案 : D 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . 细胞膜将细胞与外界环境分隔开 , 起到的作用不正确的是 ( 　　 ) A. 保障了细胞内部环境的相对稳定 B. 将生命物质与外界环境分隔开 C. 使细胞成为相对独立的系统 D. 使细胞内物质不能流失到细胞外 , 细胞外物质不能进入细胞 解析 : 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 ; 细胞膜还能控制物质进出细胞 , 细胞需要的营养物质可以从细胞外进入细胞 , 细胞不需要的物质不容易进入细胞 , 而合成的某些物质以及废物可以排出细胞。 答案 : D 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 多细胞生物体内实现各个细胞间的功能协调依赖于 ( 　　 ) A. 细胞间的物质和能量交换 B. 细胞间的信息交流 C. 细胞间的物质交换 D.A 和 B 两项 解析 : 多细胞生物体内 , 各细胞之间都不是孤立存在的 , 它们之间必须保持功能的协调 , 实现这种协调性依赖于细胞间的物质、能量的交换和信息的交流。 答案 : D 探究点一 探究点二 探究点三 3 . 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 , 不正确的是 ( 　　 ) A. 细胞需要的物质可以进入细胞 B. 细胞不需要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、细菌等不能进入细胞 解析 : 细胞膜具有控制物质进出细胞的功能主要体现在两方面 : 细胞需要的物质可以进入细胞 , 细胞不需要的物质 , 一般不能进入细胞 ; 细胞产生的代谢废物排出细胞外 , 细胞中重要的物质和结构不能排出细胞。细胞膜有控制物质进出细胞的功能 , 但这种控制作用是相对的 , 一些对细胞有害的细菌或病毒也能进入细胞。 答案 : D 探究点一 探究点二 探究点三 对 细胞膜成分和结构的探索 情 境 导引 科学探索永无止境 , 科学理论是在不断修正的过程中建立和完善的 , 这需要探索精神、科学思维和技术手段的结合 , 细胞膜的成分与结构的认识也是科学家多年不懈努力探索的结果。下图表示人类在探索细胞膜的成分与结构的历程中所经历的几件大事 , 请讨论解决有关问题。 探究点一 探究点二 探究点三 1 . 根据磷脂分子的特点解释 , 为什么磷脂在空气 — 水界面上铺展成单分子层 ? 科学家是如何推导出 “ 脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层 ” 这一结论的 ? 答案 : 因为磷脂分子的头部亲水 , 尾部疏水 , 所以在水 — 空气界面上磷脂分子是 “ 头部 ” 向下与水面接触 ,“ 尾部 ” 则朝向空气的一面。科学家因测得从哺乳动物成熟的红细胞中提取的脂质 , 铺成单分子层的面积恰为红细胞的表面积的 2 倍 , 才得出膜中的脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层这一结论。 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 结合磷脂分子的结构特点 , 试以示意图的形式画出多个磷脂分子在水 — 空气界面的排布状态和在细胞膜上的排布状态 , 并分析其原因 。 答案 : (1) 水 — 空气界面 : 因为磷脂分子的 “ 头部 ” 亲水 ,“ 尾部 ” 疏水 , 所以在水 — 空气界面上磷脂分子 “ 头部 ” 向下与水面接触 ,“ 尾部 ” 则朝向空气一面。 (2) 细胞膜上 : 因细胞膜内外的液体均为水溶液 , 依据磷脂分子 “ 头部 ” 亲水 ,“ 尾部 ” 疏水的特点 , 故呈现如图所示状态。 探究点一 探究点二 探究点三 3 .1959 年 , 罗伯特森提出的暗 — 亮 — 暗三层结构模型中 ,“ 暗 ”“ 亮 ” 分别代表什么物质 ? 该模型的缺陷是什么 ? 答案 : “ 暗 ”“ 亮 ” 分别代表蛋白质和磷脂。根据暗 — 亮 — 暗三层结构模型 , 细胞膜是静态的结构 , 无法解释细胞的生长、变形虫的变形运动等现象。 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 1 . 细胞膜的成分 探究点一 探究点二 探究点三 特别提醒 (1) 不同种类的细胞 , 细胞膜的成分及含量不完全相同。 (2) 细胞在不同时期 , 细胞膜的成分及含量也会发生变化 , 如癌细胞表面的糖蛋白减少。 (3) 各种蛋白质在膜上的分布是不对称的。 (4) 利用颜色反应可对细胞膜组成成分进行检测 , 如利用双缩脲试剂检测蛋白质。 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 温度、膜流动性与细胞生命活动的关系 (1) 温度高 ( 适宜 ) 时 , 膜流动性大 , 有利于生命活动的进行 , 但温度过高 , 膜的流动性过大 , 甚至破坏了膜的结构 , 反而不利于生命活动的正常进行。 (2) 温度低时 , 膜的流动性下降 , 膜的运输功能下降或完全丧失。 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 ( 多选 ) 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. 细胞膜的功能越复杂 , 所含蛋白质的数量越多 D. 蛋白质在细胞膜行使功能方面具有重要作用 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 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 项错误 ; 细胞膜的功能越复杂 , 蛋白质的种类和数量越多 ,B 、 C 两项正确 ; 蛋白质在细胞膜行使功能方面有重要作用 , 但由图中信息不能得出该结论 ,D 项错误。 答案 : BC 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . 如图所示为将小鼠细胞和人细胞融合成杂交细胞的过程 , 图 各自 膜表面的蛋白质 , 下列有关叙述不正确的是 ( 　　 ) A. 图中膜表面的蛋白质构成了细胞膜的基本支架 , 此外 , 细胞膜的主要成分还包括磷脂双分子层 B. 细胞膜的元素组成包括 C 、 H 、 O 、 N 、 P C. 该实验证明了细胞膜具有流动性 D. 适当提高温度有利于图示细胞融合 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 构成细胞膜基本支架的是磷脂双分子层 ; 细胞膜主要由蛋白质、脂质组成 , 蛋白质分子由 C 、 H 、 O 、 N 等元素组成 , 磷脂分子除 C 、 H 、 O 元素外 , 还含有 N 、 P 元素 ; 图中细胞融合后 ,“ ” 和 “ ” 代表的蛋白质分子在杂交细胞膜上均匀分布 , 这说明蛋白质分子可以运动 , 即体现了细胞膜具有流动性 ; 适当提高温度能加快分子的运动 , 从而有利于细胞融合。 答案 : A 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 下列关于细胞膜结构探索历程的说法 , 不正确的是 ( 　　 ) A. 最初通过对现象的推理分析得出细胞膜是由脂质组成的 B. 蛋白质 — 脂质 — 蛋白质结构模型认为细胞膜为静态的结构 C. 流动镶嵌模型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 D. 蛋白质 — 脂质 — 蛋白质结构模型和流动镶嵌模型都认为蛋白质分子在膜中的分布是不均匀的 解析 : 蛋白质 — 脂质 — 蛋白质结构模型认为蛋白质在膜中的分布是均匀的、固定的。 答案 : D 探究点一 探究点二 探究点三 细胞 膜的流动镶嵌模型 情 境 导引 目前 , 细胞膜的流动镶嵌模型已被大多数人所接受 , 右图就是流动镶嵌模型的示意图 , 请结合该图探究下列问题。 探究点一 探究点二 探究点三 1 . 细胞膜的基本支架是什么 ? 为什么水溶性分子或离子不能自由通过 ? 答案 : 磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架。 ④ 表示磷脂双分子层 , 因为磷脂双分子层的内部是磷脂分子的疏水端 , 所以水溶性分子或离子不能自由通过。 答案 : 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。 ②⑤⑥ 表示蛋白质在磷脂双分子层中的分布 , ③ 表示糖蛋白 , 糖蛋白位于细胞膜的外表面 ; 体现了细胞膜的不对称性。 2 . 蛋白质分子有哪几种存在状态 ? 体现了什么 ? 探究点一 探究点二 探究点三 3 . 构成膜的分子是静止的还是运动的 ? 体现了细胞膜的什么特点 ? 细胞膜的流动性有什么意义 ? 4 . 什么叫糖被 ? 它有什么功能 ? 答案 : 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 ; 体现了细胞膜的结构特点是具有流动性 ; 细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能都是非常重要的。 答案 : 细胞膜表面的糖类分子和蛋白质分子结合形成糖蛋白 , 或与脂质结合形成糖脂 , 这些糖类分子叫糖被。糖被在细胞生命活动中具有重要的功能 , 例如 , 糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切的关系。 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 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。 方法技巧 判断细胞膜内外侧的方法 (1) 依据 : 细胞膜中的糖类可以与蛋白质结合形成糖蛋白 , 糖蛋白只分布在细胞膜外侧。 (2) 方法 : 有糖蛋白的一侧是细胞膜外侧。 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 下图为细胞膜的亚显微结构模式图 , 请据图回答问题。 (1) 图中 [B] 　　　　　　 的基本组成单位是 　　　　　　 。构成细胞膜基本支架的结构是 [ 　　 ] 　　　　　　　　　　　　 。   (2) 与细胞膜的识别功能有关的结构是 [ 　　 ] 　　　　　　 。   (3) 人鼠细胞融合的过程体现了细胞膜具有 　　　　 性 , 这是因为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。   探究点一 探究点二 探究点三 解析 : (1) 图中 B 是蛋白质 , 其基本组成单位是氨基酸 ,D 是磷脂双分子层 , 构成膜的基本支架。 (2) 与细胞膜识别功能有关的结构是 A 糖被。 (3) 人鼠细胞融合过程体现了膜的流动性。 答案 : (1) 蛋白质　氨基酸　 D 　磷脂双分子层　 (2)A 　糖被　 (3) 流动　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 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . 下列选项中不符合细胞膜的流动镶嵌模型观点的是 ( 　　 ) A. 磷脂双分子层可以侧向自由移动 B. 每个磷脂分子的疏水端都向内 C. 嵌入磷脂双分子层的蛋白质大多能运动 D. 膜中的磷脂和蛋白质之间没有联系 , 所以才具有流动性 解析 : 细胞膜是一个整体 , 组成它的各种分子相互作用、密切联系才维持了细胞膜的整体性。 答案 : D 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 下列能正确表示细胞膜结构的是 ( 　　 ) 解析 : 磷脂双分子层是构成细胞膜的基本支架 , 磷脂分子的尾部具有疏水性 , 头部具有亲水性。细胞膜的内外两侧都是水溶液 , 因此细胞膜最稳定的结构就是磷脂分子的头部朝向水溶液。另外 , 糖蛋白位于细胞膜外侧。 答案 : B