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必修一第四章第二节生物膜的流动镶嵌模型


第2节
课标要求

生物膜的流动镶嵌模型

1、简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容 2、举例说明生物膜具有流动性特点 3、举例说出细胞膜是选择透过性膜 4、细胞膜的成分与功能 5、科学家对细胞膜结构的探索过程

知识网络体系
科 学 家 对 细 胞 膜 结 构 的 探 索 历 程 欧文顿的实验

/>
体验制备细胞膜的方法

科学家提取、鉴定细胞膜成分

罗伯特森的细胞膜模型

人、鼠细胞融合实验

桑格、尼克森的流动镶嵌模型

细胞膜的结构

制作细胞膜的模型

基本支架 磷脂双分子层 镶在 蛋白质镶嵌不对称 嵌入 横跨 结构特点 流动性 磷脂 蛋白质 细胞膜的外表有糖被和糖脂 主要成分 磷脂、蛋白质和少量糖类 功能特点 选择透过性

生物膜

重难热点归纳
1、对生物膜结构的探索历程 时间 科学家 科学实验 假说

19 世纪末 欧文顿

用 500 多种物质对植物细胞进行上万 次的通透性实验,发现脂质更容易通过细 膜是由脂质组成的 胞膜 从细胞膜中提取脂质,铺成单层分 细胞膜中脂质为连续 子,面积是细胞膜的 2 倍 的两层 在电镜下看到细胞膜由“蛋白质— 生物膜为三层静态统 脂质—蛋白质”的三层结构构成 一结构 分别用绿色和红色荧光染料标记两 种细胞的蛋白质,并将两细胞融合,发现 细胞膜具有流动性 荧光均匀 在新的观察和实验证据基础上 提出流动镶嵌模型

1925 年

两位荷兰科学 家 罗伯特森 弗雷和埃迪登

1959 年

1970 年 桑格和尼克森

1972 年

*生物膜的分子结构模型有多种,较为流行的如“流动镶嵌模型” 2、生物膜分子结构的基本特点是: (1)镶嵌性:膜的基本结构是由脂双分子层镶嵌蛋白质构成的 (2)流动性:膜结构中的蛋白质和脂类分子在膜中可作多种形式的移动。膜整体结构也具 有流动性。流动性的重要生理意义:物质运输、细胞识别、细胞融合、细胞表面受体功能调 节等。 (3)不对称性:膜两侧的分子性质和结构不相同 (4)蛋白质极性:多肽链的极性区突向膜表面,非极性部分埋在脂双层内部。故蛋白质分 子既和水溶性也和脂溶性分子具有亲和性。 3、流动镶嵌模型的基本内容 结构特点: (1)磷脂双分子层:构成膜的基本支架 (其中磷脂分子 的亲水性头部朝向两侧,疏水性尾部朝向内侧) (2)蛋白质分子:在膜表面,或部分或全部镶嵌在磷脂双分子层 糖被(少量) :细胞膜外表 功能特性: (3)脂分子是可以运动的,具有流动性; (4)膜的蛋白质分子也是可以运动的。 (也体现膜的流动性) (5)细胞膜外表,有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合(峨嵋文化收集整理) 形成的糖蛋白,叫做糖被。 (糖被与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系) 4.为什么说细胞膜是选择透过性膜? 水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的, 其他物质的跨膜运输并不都是这样, 这取决于细胞生 命活动的需要。细胞对物质的吸收是有选择的。 结论:细胞膜不仅是半透膜,还是选择透过性膜

经典例题剖析
例题 1 变形虫可以吞噬整个细菌,这一事实说明( ) 。 A、细胞膜具有选择透过性; B、细胞膜具有全透性; C、细胞膜具有一定的流动性; D、细胞膜具有保护作用。 【答案】C 【解析】 本题考核的知识点为细胞膜的结构特性,但却是通过一个实例请同学分析,要求 同学们能将所学的知识加以运用,从而得出正确答案。很多同学会误选 A,该选项是细胞膜 的功能特性,但与题目情境不符。 例题 2(2004 年湖北模拟题)苋菜的细胞液中有一些红色的物质,无论用清水怎么洗,清水仍不见 红色物质,但若把苋菜放入沸水中一烫,水立刻变成红色。这个现象是因为 A.沸水使细胞膜失去选择透过性 B.在清水中细胞膜没有选择透过性 C.沸水中色素分解成小分子物质 D.在清水中没有物质出入 [解析] 细胞膜的结构特点是具有流动性,细胞膜的生理功能是具有选择透过性,这是活细 胞所特有的功能。通常情况下,色素等物质是大分子,又是细胞需要的,活细胞的细胞膜是 不会让其轻易外出的,所以在清水中,红色色素是不会出来的。若放入沸水中,高温杀死了 细胞,破坏其结构,使细胞膜失去活性,细胞膜就成为通透性的了,失去了选择性后,细胞 里的色素物质就可以不受限制地出来了,故使水变成红色。 [答案] A

基础试题训练
一、选择题 1、据研究发现,胆固醇、小分子脂肪酸、维生素 D 等物质较容易优先通过细胞膜,这是因 为( ) A 细胞膜具有一定流动性 B 细胞膜是选择透过性 C 细胞膜的结构是以磷脂分子层为基本骨架 D 细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子 2、下列哪一种膜结构能通过生物大分子( ) A 细胞膜 B 核膜 C 线粒体膜 C 叶绿体膜 3、一分子 CO2 从叶肉细胞的线粒体基质中扩散出来,进入一相邻细胞叶叶绿体基质内,共 穿过的生物膜层数是( ) A 5 B 6 C 7 D 8 4、 细胞膜上与细胞识别、 免疫反应、 信息传递和血型决定有着密切关系的化学物质是 ( ) A 糖蛋白 B 磷脂 C 脂肪 D 核酸 5、变形虫的任何部位都能伸出伪足,人体某些白细胞能吞噬病菌,这些生理过程的完成都 依赖于细胞膜的( ) A 保护作用 B 一定的流动性 C 主动运输 D 选择透过性 6、下列物质中,不能横穿细胞膜进出细胞的是( ) A 维生素 D 和性激素 B 水和尿素 C 氨基酸和葡萄糖 D 酶和胰岛素 7、生物膜上的蛋白质通常与多糖结合成糖蛋白。在细胞生命活动中,糖蛋白在细胞的识别 以及细胞内外的信息传导中有重要的功能。下列生物结构中,糖蛋白含量可能最多的是 ( ) A.类囊体的膜 B.线粒体的膜 C.细胞膜 D.内质网膜 8、水溶性染色剂 PI,能与核酸结合而使细胞核着色,可将其应用于细胞死活的鉴别。细胞 浸泡于一定浓度的 PI 中,仅有死亡细胞的核会被染色,活细胞则不着色,但将 PI 注射 到细胞中,则细胞核会着色。利用 PI 鉴别细胞的基本原理是 ( ) 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.活细胞能分解染色剂 PI

D.活细胞的细胞膜阻止 PI 的进入

9、结合表中数据,指出下列叙述错误的是 成分 蛋白质 线粒体膜 (质量分数/%) 外膜 内膜 52 76

( 脂类 (质量分数/%) 48 24



A.内膜含有许多与有氧呼吸有关的酶 B.内膜比外膜具有更多的功能 C.内膜、外膜的化学组成大致相同 D.内膜表面积大,导致蛋白质含量高 10、一位科学家发现,当温度升高到一定程度时,细胞膜的厚度变小而面积增大,这是由于 细胞膜的什么特性所决定的?( ) A.是选择透过性膜 B.具有一定的流动性 C.具有专一性 D.具有运输物质的功能 11、生物膜的结构特点是 A、构成生物膜的磷脂分子可以运动 B、构成生物膜的蛋白质分子可以运动 C、构成生物膜的磷脂分子和蛋白质分子是静止的 D、构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动 12、细胞膜具有识别功能主要决定于 A、胆固醇 B、蛋白质 C、磷脂 D、糖类 13、不是细胞膜成分的是 A、蛋白质 B、糖类 C、脂质 D、核酸 14、下列说法正确的是 A、磷脂分子在细胞膜的功能上起重要作用,所以功能复杂,磷脂分子种类和数目就多 B、磷脂分子在细胞膜的功能上起重要作用,所以功能复杂,磷脂分子种类和数目就要一 样 C、蛋白质分子在细胞膜的功能上起重要作用,所以功能复杂,蛋白质分子种类和数目就 多 D、蛋白质分子在细胞膜的功能上起重要作用,所以功能复杂,蛋白质分子种类和数目就 一样 15、细胞壁的功能特点是 A、全透性 B、半透性 C、不透性 D、选择透过性 16、细胞壁的化学组成是 A、胆固醇与纤维素 B、纤维素与果胶 C、果胶与磷脂 D、磷脂与蛋白质 17、 血液中的氧气进入肌肉细胞的线粒体进行有氧呼吸, 至少要经过的膜和磷脂层的数目是 A、3、6、 B、3、3 C、2、4 D、2、2 18、大分子蛋白质能够通过的结构是 A、线粒体膜和叶绿体膜 B、细胞膜和液泡膜 C、选择透过性膜 D、细胞壁和核孔 19、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 20、下列对细胞内各种生物膜的结构和组成的叙述中,错误的是( ) 。 A. 主要由蛋白质、脂类和少量糖类组成

B.磷脂双分子层是各种生物膜的基本骨架 C.不同生物膜上的蛋白质的种类和数量不同 D.内质网膜能生成高尔基体膜,说明两者化学组成完全相同 21、一般在光学显微镜下看不到植物细胞的细胞膜,而在下列的哪种情况下,可以看到细胞 膜( ) 。 A.细胞进行分裂时 B.发生质壁分离时 C.显微镜视野调亮时 D.细胞吸收水和离子时 22、科学家将细胞膜中的磷脂成分提取出来,并将它在“空气-水”界面上铺成单分子层, 发现这个单分子层的表面积相当于原细胞膜表面积的两倍。 这说明磷脂分子在细胞膜上的分 布状况是( ) 。 A.单层排列 B.均匀稀疏排列 C.双层排列 D.均匀紧密排列 23、下列有关细胞膜性质的说法中,错误的是( ) 。 A.具有流动性和选择透过性 B.蛋白质均匀分布于磷脂双分子层上 C.脂类小分子易于自由扩散通过 D.磷脂双分子层内外表面都亲水 24、下列哪项叙述不是细胞膜的结构特点?( ) A.细胞膜是选择透过性膜 B.细胞膜由磷脂分子和蛋白质分子构成 C.细胞膜的分子结构具有流动性 D.有些蛋白质分子可在膜的内外之间移动 25、使磷脂类特别适于形成细胞膜的特性是( ) 。 A.它们是疏水的 B.它们是亲水的 C.它们迅速吸水 D.它们既是亲水的又是疏水的 26、如果植物细胞膜由选择透过性膜变成了全透性膜,则该细胞将( ) 。 A.缩小 B.膨胀 C.死亡 D.生长 27、 (多选题)以下关于细胞膜的论述中,正确的是 A、 磷脂分子排列成双分子层 B、膜两侧物质分子排列不对称 C、球形蛋白质分子覆盖或镶嵌在磷脂双分子层中 D、组成膜的物质的运动使其具有一定的流动性 二、非选择题 1、根据细胞膜的化学成分和结构特点,分析下列材料并回答有关问题: (1)1895 年 Overton 在研究各种未受精卵细胞的通透性时, 发现脂溶性物质容易透过细 胞 膜, 不溶于 脂类 的物质 透过 细胞膜 十分困 难。 这表 明组成 细胞膜 的主 要成 分中有 _________________。 (2)1925 年 Gorter Grendel 用丙酮提取红细胞膜的类脂,并将它在空气一水接面上展 开时,这个单层分子的面积相当于原来红细胞表面积的两倍。由此可以认为细胞膜由 _________组成。 (3)科学工作者用绿色和红色荧光染料,分别标记人和鼠的细胞膜上的蛋白质,然后将 两个细胞融合成一个细胞。起初,一半膜发绿色荧光,另一半膜发红色荧光。一段时间后, 两种颜色的荧光点均匀分布,如下图所示:

① 该 实 验 结 果 说 明 细 胞 膜 _________________ , 这 是 因 为 ____________________________________________________________________。 ②若在两个细胞融合成一个细胞后,将融合细胞置于 0℃条件下保持 40 分钟,则融合 细胞仍是一半膜发绿色荧光,另一半膜发红色荧光,这说明__________________________。 ③细胞融合时常用的病毒促融剂是_________。 2、对生物膜结构的探索历程 19 世纪末,欧文顿的实验和推论:膜是由 组成的; 20 世纪初,科学家的化学分析结果,指出膜主要由 和 组成; 1959 年罗伯特森提出的“三明治”结构模型:所有生物膜都由 三层结构; 1970 年,荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验,指出细胞膜具有 ; 1972 年,桑格和 提出了 。 3. 构成细胞膜相邻的磷脂分子之间每分钟换位 100 万次, 这表明细胞膜具有_________的特 性。 4.科学家研究细胞膜结构的历程是从_______________的现象开始的。__________是了解 结构的基础,__________又提供了探究结构的线索。人们在__________的基础上提出假说, 又通过进一步的__________来修正假说,其中__________的进步起到关键的作用。 5.有人研究未受精卵细胞的透性时,发现脂溶性物质很容易通过细胞膜,而不能溶于脂质 的物质则不容易通过细胞膜。由此可见,细胞膜的化学成分中一定有某种物质,有利于脂质 物质的通过。将这种物质提取出来,并将它在空气-水界面是铺成单分子层是,这个分子层 的面积相当于原来细胞表面积的两倍。根据以上事实推测: (1)细胞膜上的这种化学成分是__________。 (2)这种化学成分在细胞膜上的分布状况是:____________________。 6.在人和鼠的细胞融合实验中,用两种荧光物分别标记两种抗体,使之分别结合到鼠和人 的细胞膜表面抗原物质上(如图 4-7) 。实验结果表明,细胞开始融合时,人、鼠细胞的表 面抗原“泾渭分明” ,各自只分布于各自的细胞表面;但在融合之后,两种抗原就平均地分 布在融合细胞的表面了。请分析回答下面的问题。

图 4-7 (1)细胞融合的实验表明了组成细胞膜的__________分子是可以运动的,由此也证明 了细胞膜具有__________的特点。 (2)在细胞融合实验中,一种抗体只能与相应的抗原结合,说明了这类物质在分子结 构上具有__________性。 (3)细胞融合实验若在 20℃条件下进行,则两种表面抗原平均分布的时间大大延长, 这说明__________________________________。若在 1℃条件下,两种表面抗原便难以平均 地分布,这又说明____________________________。

创新应用训练
1 、下面材料显示了研究人员对细胞成分及结构的研究情况, 请据材料分析:

材料一 研究人员将哺乳动物 ( 或人 ) 的红细胞低渗处理,造成溶血现象,使 血红蛋白和无机盐等溶出细胞外,剩下“空壳”( 称为血影 ) ,并对其进行化学成分分 析。通过血影研究以及其他方法,测得多种膜的化学成分,如表:
膜的 类别 物 质 种 类

蛋白质 ( % ) 49 44 54 76 70

脂类 ( 主要是磷脂 )( % ) 43 52 42 24 30

糖类 ( % ) 8 4 4 0 0

人红细胞膜 小鼠肝细胞膜 变形虫膜 线粒体内膜 菠菜叶绿体片层膜

(1) 从以上处理可推知血影即为纯 材料,可用于研究。 (2) 以上数据显示,构成细胞膜的化学成分主要是 ,构成细胞膜与细胞 内 膜 (构 成 细 胞 器 膜 )的化 学 物 质 的 种 类 有 一 些差 异 , 这 些 差 异 有 可 能造 成 两 者 上的差异。 材料二 用丙酮从细胞膜中提取脂质 ( 主要是磷脂 ) , 然后将提取的脂质放在一个 特制的水槽中,将其制成单分子层,并测量其表面积,将测量结果与红细胞表面积比 较,发现前者是后者的两倍。 右图是磷脂分子 的模式 图,一个磷脂分 子是由 一个亲水的极性 头部和 疏水性尾部构 成。 (3) 根据材料二所给信息可以推测,细胞膜中的磷脂分子是 以 形式排列的,根据细胞膜内外的水溶液环境和磷脂分子

的特性,请推测磷脂分子在细胞膜中的排列形式 ( 参照磷脂分子模式图 ) 并绘简单示意 图。

研究人员用红色荧光标记人细胞膜的抗体 ( 蛋白质 ) , 用绿色荧光标记 小鼠细胞膜上的抗体,然后将二者融合。开始时一半是绿色,一半是红色。在 37 ℃下 40 分钟后发现两种荧光呈均匀分布。 (4) 该实验说明 。 综合以上实验及其他实验,科学家提出了细胞膜的“流动镶嵌模型”。 2、利用以下材料设计一个实验验证活细胞的细胞膜具有选择透过性,而死细胞的细胞膜则 失去选择透过性。 实验材料和用具:颜色鲜艳的鲜花、试管、小烧杯、酒精灯、火柴、试管夹、培养皿、清水 提出问题: 作出假设: 预测实验结果: 实验步骤: 结论:

材料三

第2节

生物膜的流动镶嵌模型

一、选择题 1—5 CBAB 6—10 DCDDB 11—15 DBDCA 16—20 BADDD 21—26 BCBADC 27 ABD 二、非选择题 1、(1)脂类分子 (2)磷脂双分子层(或两层磷脂分子) (3)①具有一定的流动性蛋白质分子的运动性引起的 ②蛋白质分子的活动受温度的影 响 ③仙台病毒 2、脂质 脂质 蛋白质 蛋白质-脂质-蛋白质 流动性 尼克森 流动镶嵌模型 3、运动(流动) 4、物质跨膜运输 分析成分 现象和功能 实验观察 实验 方法和技术 5、 (1)磷脂 (2)连续的两层 6、 (1)蛋白质等 流动性 (2)特异 (3)随环境温度的降低,膜上蛋白质分子的运 动速度减慢 环境温度很低时,膜上蛋白质分子的运动几乎停止

三、创新应用题 (1) 细胞膜 (2) 脂质 ( 或磷脂 ) 和蛋白质;功能 (3) 双分子层; (4) 构成细胞膜的蛋白质分子是可以运动的,磷脂双分子层也具有一定的流动性 ( 或细

胞膜的流动性 ) 2、提出问题: 鲜花的活细胞里的色素是否被选择?能出来吗?死细胞又如何? 作出假设: 活细胞中的色素不被选择排出,死细胞的膜失去了选择性,渗出. 预测实验结果: 鲜花放入水中,水不变色;加热杀死细胞,一段时间后,水变色. 实验步骤: 1、把鲜花放入水中浸泡一段时间,水不变色。 (作为对照组) 2、再把一些鲜花放入水中加热煮沸,杀死细胞,冷却,一段时间后,水变色 结论: 实验现象与预测一致, 说明活细胞的细胞膜具有选择透过性, 而死细胞的细胞膜则失去 选择透过性,物质可以自由扩散进入


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