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高中生物第二章 细胞的结构第二节 细胞膜控制细胞与周围环境的联系精品课件ppt
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这是一份高中生物第二章 细胞的结构第二节 细胞膜控制细胞与周围环境的联系精品课件ppt，共50页。PPT课件主要包含了素养导学，内容梳理，随堂检测，概念突破，选择透过性，葡萄糖，玻璃棒，碘-碘化钾，本尼迪特试剂，水溶性等内容，欢迎下载使用。
1.细胞膜具有选择透过性(1)细胞膜又叫 ,是将细胞与周围环境区分开的结构。(2)细胞膜可以控制物质进出,选择性地吸收营养物质和排出代谢产物,保持细胞内生化反应有序进行,这一特性称为细胞膜的 。(3)通过模拟实验探究膜的透过性①将等量的 溶液和 溶液分别装入A、B透析袋,并用细线系紧透析袋两端。②将透析袋的一端绑在 中央,透析袋置于烧杯内,玻璃棒横置于烧杯上方。
③两烧杯中加入 蒸馏水,直至淹没透析袋。④向A组透析袋外的蒸馏水中加入适量 溶液,A、B同时静置12 h;取B组透析袋外的蒸馏水 2 mL,加入2 mL 进行水浴加热2～3 min。⑤观察A、B两组的颜色变化。2.细胞膜主要由磷脂和蛋白质构成(1)磷脂①结构模型
②模型解读磷脂分子具有极性 和非极性 。在水中,不同磷脂分子疏水性的尾部相对排列,内部形成一个 的环境,而亲水性的头部则朝向外侧,与 接触。所以,磷脂分子在水中可形成 结构。(2)膜蛋白:和磷脂分子一样,有 部分和 部分。①通常细胞的功能越多,其膜蛋白的 和 就越多。②功能a. 选择性地吸收或排出特定物质。b.有些膜蛋白催化特定化学反应。c.同一组织的 间通过某些膜蛋白紧密连接在一起。d.某些膜蛋白在细胞与外界的信息交流和 中发挥重要作用。
(3)胆固醇①存在部位:存在于 细胞膜的磷脂双分子层的 环境中。②结构特点:具有一个很小的亲水基团,与磷脂头部连接。③功能a.通过与磷脂 的相互作用,限制其运动、增加其有序性。b.将磷脂分子 开,增强其运动性。
3.生物膜具有流动性(1)结构模型
(2)模型分析① 构成了生物膜的基本骨架。②蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面,有的全部或部分嵌入磷脂双分子层中,有的贯穿于整个磷脂双分子层,体现了膜内外结构的不对称性。③蛋白质和磷脂的位置不是固定的,生物膜具有一定流动性。4.细胞壁是植物、真菌和大多数原核细胞的外层结构(1)植物的细胞壁①主要成分: 。②特点:具有全透性,与细胞的 无关,水、离子和其他分子都极易通过细胞壁的空隙。
③作用a. 细胞,维持细胞的形态,加强细胞的机械强度。b.参与细胞间的相互 。c.是 等化学信号传递的介质和通路。(2)其他细胞壁真菌和大多数原核细胞同样具有细胞壁,但组成 和 与植物不同。
概念一 细胞膜具有选择透过性[概念情境]思考以下两个问题。(1)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。请尝试解释“染色排除法”的原理。提示:“染色排除法”利用了活细胞的细胞膜能够控制物质进出细胞的原理。台盼蓝染色剂是细胞不需要的物质,不能通过细胞膜进入细胞,所以活细胞不被染色。而死的动物细胞的细胞膜不具有控制物质进出细胞的功能,所以台盼蓝染色剂能够进入死细胞内,使其被染成蓝色。
(2)解释不易理解的陌生事物时,人们常用类比的方法,将陌生的事物与熟悉的事物做比较。有人在解释细胞膜时,把它与窗纱进行类比:窗纱能把昆虫挡在外面,同时窗纱上的小洞又能让空气进出。你认为这种类比有什么合理之处,有没有不妥当的地方?提示:把细胞膜与窗纱进行类比,合理之处是说明了细胞膜与窗纱一样具有允许一些物质出入,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,功能较单纯,没有选择透过性,只要物质小于网眼大小就可进入;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。
突破点1 通过模拟实验探究膜的透过性
[典例1] 如图所示,在火棉胶袋(半透膜)内注入淀粉和食盐溶液,插入细管后,用线系紧密封并使细玻璃管内的液面刚好高出烧杯内蒸馏水的液面,过一段时间后用碘-碘化钾溶液和硝酸银溶液分别检验蒸馏水。下列叙述正确的是( )A.烧杯中检测不到淀粉和Na+B.烧杯内液体遇碘-碘化钾变蓝色C.烧杯内液体遇硝酸银溶液无变化D.该实验可反映半透膜对物质具有半透性
解析:Na+和Cl-可以穿过半透膜,因此溶液中能检测到Na+,并且烧杯内液体遇硝酸银溶液会出现沉淀;淀粉不能穿过半透膜,不会出现蓝色反应。
[概念误区] 半透膜对物质的透性为半透性,不具有选择透过性,即相对分子质量小的物质可以通过,而相对分子质量大的物质不能通过。细胞膜对物质的透性为选择透过性,两者具有本质上的区别。
突破点2 细胞膜的选择透过性
[典例2] 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.细胞不需要或对细胞有害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:细胞需要的物质进入细胞,细胞不需要的物质一般不能进入细胞;细胞中的代谢废物和有害物质必须排出细胞,细胞中重要的物质和结构不能排出细胞;细胞膜控制物质进出细胞的功能是相对的,有些致病的病毒、细菌等可以通过细胞膜的流动性进入细胞。
[概念误区] 细胞膜的选择透过性是一种主动的过程,一般是基于细胞的需要与不需要做出的生理反应,并不是简单的物质大小能否进入的问题。
概念二 细胞膜主要由磷脂和蛋白质构成[概念情境]资料1:1895年,欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次实验,发现脂溶性物质容易透过细胞膜,不溶于脂质的物质透过细胞膜十分困难。资料2:20世纪初,科学家们第一次将细胞膜从某种细胞中分离出来,化学分析表明,它们的主要成分是脂质和蛋白质。资料3:1925年,荷兰科学家用丙酮从某种细胞中提取脂质,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细胞表面积的2倍。资料4:19世纪30年代初,科学家通过实验发现细胞膜不可能单纯由磷脂分子构成,再通过实验进一步发现可能还有蛋白质,于是提出在磷脂双分子层内外两侧都有蛋白质分子覆盖的假说。资料5:1959年,罗伯逊在电镜下看到细胞膜清晰的“暗-亮-暗”的三条带。按照该结构进行计算分析,细胞膜至少厚约15～20 nm。但电镜照片中,实际测得细胞膜的厚度约为7～10 nm。
请思考以下问题。(1)仅通过对资料1的分析,你能对膜结构提出什么样的假说?提示:膜是由脂质组成的(或膜结构中含有脂质)。(2)资料2、3中要获得纯净的细胞膜,最好选择哺乳动物的哪一类细胞?提示:哺乳动物成熟的红细胞没有核膜等其他膜成分,只有细胞膜,因此要获得纯净的细胞膜,最好选择哺乳动物成熟的红细胞。(3)从资料3的实验结果可以得出什么结论?提示:膜中的脂质分子必然排列为连续的两层(或膜含有双层脂质分子)。(4)资料4、5中,通过比较分析生物膜的计算厚度和实测厚度,科学家应该如何解释呢?提示:分析资料4,可知细胞膜上含有蛋白质,若蛋白质全部覆盖在细胞膜的表面上,理论上细胞膜的厚度应为 15～20 nm,但实际厚度只有7～10 nm,说明细胞膜上的蛋白质分子应该部分镶嵌在磷脂双分子层中。
突破点1 磷脂分子作为细胞膜的结构基础
[典例1] 甘油、胆固醇等脂溶性物质可以优先进入细胞,这最可能与下列哪项有密切关系( )A.载体的存在使膜具有选择透过性B.双层磷脂分子构成细胞膜的基本骨架C.细胞膜具有流动性,有利于甘油、胆固醇等物质进入细胞D.糖蛋白能特异性地识别甘油、胆固醇等物质
解析:脂溶性物质优先通过细胞膜的原因是细胞膜的成分中含有磷脂分子。
细胞膜结构——磷脂双分子层分析
(1)磷脂分子特点磷脂分子与甘油三酯结构相似,一端通过羟基与脂肪酸链相连,为非极性端,有亲脂疏水性;一端连着磷酸,为极性端,有亲水疏脂性。亲水端称为头部,疏水端称为尾部。在水环境中,极性头部亲水,与水结合;非极性尾部疏水,朝向空气。
(2)磷脂双分子层状态磷脂双分子层是流动镶嵌模型最基本的部分,亲水的“头部”排在外侧,疏水的“尾部”排在内侧。
(3)磷脂分子的运动磷脂双分子层并非静止的,脂肪酸分子尾部摆动,使得整个磷脂分子能发生侧向滑动。
突破点2 膜蛋白与细胞膜的功能
[典例2] 下列关于细胞膜中膜蛋白的叙述中,错误的是( )A.膜蛋白有水溶性部分和脂溶性部分B.膜蛋白不能把相邻细胞连接在一起C.膜蛋白与细胞膜的选择透过性有关D.有些膜蛋白催化特定化学反应
解析:细胞膜中的蛋白质和磷脂分子,都有水溶性部分和脂溶性部分;某些膜蛋白能把相邻细胞连接在一起;细胞膜上的转运蛋白与细胞膜的选择透过性密切相关;有些膜蛋白是酶,可以作为生物催化剂。
细胞膜成分——膜蛋白分析
(1)概念:细胞膜上的蛋白质统称为膜蛋白。(2)蛋白质与磷脂双分子层的位置关系有镶、嵌、贯穿三种方式。有的整个露在磷脂双分子层表面(镶);有的一部分露在磷脂双分子层外,一部分插在磷脂双分子层中(嵌);还有的整个蛋白质贯穿在磷脂双分子层中(如图)。
(3)理化性质:一部分水溶性(亲水),一部分脂溶性(疏水),这也就是蛋白质分子与磷脂双分子层紧密结合的原因。(4)蛋白质分子的运动性:在流动的磷脂双分子层中,蛋白质分子也是可以移动的。
突破点3 细胞膜的构成成分综合分析
[典例3] 如图为细胞膜的局部示意图,下列说法正确的是( )A.①是磷脂双分子层,其成分可用苏丹Ⅲ染液染色观察B.组成①的化学物质的分布与其分子结构特点有关C.①②的种类和数量越多,细胞的功能也就越多D.②是胆固醇,膜两侧磷脂分子中的胆固醇含量完全相同
解析:①是磷脂双分子层,不能用苏丹Ⅲ染液检测;组成①的化学物质的分布与其分子结构特点有关,亲水的头部在外侧,疏水的尾部在内侧;图示中①为磷脂分子,②是胆固醇,细胞膜上膜蛋白的种类和数量越多,细胞的功能越复杂;②是胆固醇,存在于磷脂分子尾部,既能限制磷脂分子运动,增强其有序性,又能将磷脂分子分隔开,增强其运动性,一般而言,细胞膜外侧磷脂分子中的胆固醇含量高于内侧。
细胞膜的功能与结构的关系总结
(1)不同细胞膜中各组分的含量不同,与细胞的功能有关,如功能复杂的膜中,蛋白质的种类和数量多。(2)在细胞膜的外侧,有多糖和蛋白质或磷脂相连,构成糖蛋白或糖脂。糖蛋白分布在细胞膜外,是判断膜内侧与外侧的主要依据。(3)细胞膜的组分也会发生变化,如癌细胞膜上粘连蛋白(糖蛋白)的含量下降。
概念三 生物膜具有流动性[概念情境]用不同荧光染料标记的抗体,分别与小鼠细胞和人细胞的细胞膜上的一种抗原结合,两类细胞分别产生绿色荧光和红色荧光。将两类细胞融合成一个细胞时,一半呈绿色,一半呈红色。在37 ℃下保温40 min后,细胞上两种荧光点呈均匀分布(如图所示)。
请思考以下问题。(1)人、鼠细胞表面的这种抗原的本质是什么?提示:本质是一种糖蛋白。(2)融合细胞表面的两类荧光染料分布的动态变化,可以证实何种论断?提示:说明细胞膜具有一定的流动性。(3)融合细胞表面的两类荧光染料最终均匀分布,可以说明什么?提示:融合细胞表面的两类荧光染料最终均匀分布,说明构成膜结构的蛋白质分子是可以运动的。
(4)若在20 ℃条件下进行该实验,细胞融合后两种表面抗原平均分布的时间大大延长,若在1 ℃条件下,两种表面抗原便难以平均分布,上述的实验探究又说明什么问题?提示:蛋白质分子的运动需要适宜的温度,随着温度降低,细胞膜上的蛋白质分子运动速度会减慢,环境温度很低时细胞膜上蛋白质分子的运动速度接近于零。
突破点 生物膜的流动镶嵌模型
[典例] 如图为细胞膜的流动镶嵌模型示意图,①～⑤表示组成细胞膜的物质。请回答下列问题。(1)流动镶嵌模型中最基本的部分是 ,细胞膜具有流动性,但因为[ ] 的存在会降低其流动性,而比较坚实。
解析:(1)流动镶嵌模型中最基本的部分是磷脂双分子层,细胞膜具有流动性,但因为②胆固醇的存在会降低其流动性,而比较坚实。
答案:(1)磷脂双分子层 ② 胆固醇
(2)细胞质位于图中的 (填“A侧”或“B侧”)。 (3)与细胞识别有密切关系的是[ ] 。 (4)磷脂双分子层使许多分子和离子不能随意出入细胞, 控制着某些分子和离子的出入,使细胞膜具有 的功能特性。
解析:(2)图中③表示糖蛋白,糖蛋白存在于细胞膜的外表面,因此细胞质位于图中的B侧。(3)糖蛋白与细胞识别有密切关系。(4)磷脂双分子层使许多分子和离子不能随意出入细胞,膜蛋白控制着某些分子和离子的出入,使细胞膜具有选择透过性的功能特性。
答案:(2)B侧 (3)③ 糖蛋白 (4)膜蛋白 选择透过性
[概念误区] 细胞膜的流动性是细胞膜功能特性的基础,若是磷脂分子、膜蛋白固定不动,细胞膜的各种生理特性均无法正常实现。
概念四 细胞壁是植物、真菌和大多数原核细胞的外层结构[概念情境]植物细胞壁是存在于植物细胞外围的一层厚壁,是区别于动物细胞的主要特征之一。细胞壁参与维持细胞的一定形态、增强细胞的机械强度,并且还与细胞的生理活动有关。请思考以下问题。(1)植物细胞壁主要构成成分是什么?提示:主要由纤维素构成。(2)植物细胞壁具有支撑和保护植物细胞的作用,你能否举例支持该观点。提示:在显微镜下观察植物细胞,发现植物细胞具有规则的形态。
(3)细菌也具有细胞壁,青霉素抑制细菌的作用就是因为它能抑制细菌细胞壁的生成,请根据细菌细胞壁的成分构成,分析抗生素抑制细菌的原理。提示:细菌的细胞壁主要由肽聚糖构成,青霉素抑制细菌的原理是抑制肽聚糖的合成。(4)除了植物细胞外,细菌和真菌也都具有细胞壁,三者的成分相同吗?请描述细菌与真菌细胞壁成分的构成。提示:不同。细菌的细胞壁主要由肽聚糖组成;真菌的细胞壁主要由几丁质和壳多糖组成。
突破点 植物细胞壁
[典例] 下列关于植物细胞壁的说法中,不正确的是( )A.正常的植物细胞都有细胞壁B.细胞壁的化学组成中含有多糖C.细胞壁对植物细胞有支撑和保护作用D.细胞壁可控制物质进出细胞
解析:正常的植物细胞都具有细胞壁;植物细胞壁的主要成分是纤维素,纤维素是多糖;细胞壁对植物细胞具有支撑和保护的作用;细胞壁具有全透性,不能控制物质进出细胞。
[概念误区] 植物细胞壁虽然位于细胞膜的外侧,具有支撑和保护作用,但是细胞壁具有全透性,对物质的出入细胞不具有选择性,因此细胞壁并不是细胞的边界,而细胞的边界是具有选择透过性的细胞膜。
某研究性学习小组欲研究细胞膜的结构和成分,如果你是课题组成员,请你设计一个简易实验制备较纯净的细胞膜,并对其成分进行鉴定。A.制备较纯净的细胞膜(1)用蒸馏水处理红细胞后,流出细胞外的红色物质应该是 ,这种物质的特性是 ,因而使红细胞具有 的功能。
解析:(1)红细胞溶血后,溶出细胞外的主要物质是血红蛋白。这种物质的特性是在氧浓度高的地方易与氧结合,在氧浓度低的地方易与氧分离,因而使红细胞具有运输氧的功能。
容易与氧结合也容易与氧分离
(2)用 进行多次冲洗,即可获得较纯净的细胞膜。B.对细胞膜的成分进行鉴定(3)在制得的膜成分中加入双缩脲试剂,产生了 反应,证明细胞膜成分中含有 。
解析:(2)用蒸馏水进行多次冲洗,即可获得较纯净的细胞膜。(3)蛋白质遇双缩脲试剂呈现紫色,依据此原理可以鉴定细胞膜成分中有无蛋白质。
解析:(4)脂溶性物质容易透过细胞膜,非脂溶性物质透过细胞膜十分困难,说明组成细胞膜的主要成分中有脂质。(5)题述两个实验表明组成细胞膜的主要成分有脂质和蛋白质。
(4)研究发现,脂溶性物质容易透过细胞膜,非脂溶性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 。(5)综合整个实验结果,表明组成细胞膜的主要成分有 . 。
1.科学工作者用不同颜色的荧光染料分别标记人细胞和鼠细胞的膜蛋白后,进行细胞融合实验(如图所示)。该实验说明( )A.膜蛋白是可以移动的B.两种细胞的膜蛋白种类相同C.膜蛋白可以起生物催化作用D.膜蛋白能控制某些物质出入细胞
解析:不同颜色的荧光染料所标记的为“蛋白质分子”,故不同荧光的“掺杂”意味着蛋白质分子并非静止不动,而是可以移动的。
2.下列关于细胞膜的叙述中,错误的是( )A.磷脂双分子层中的两层磷脂分子含量不同B.细胞之间的识别主要取决于磷脂分子C.细胞膜中磷脂和蛋白质分子是不断运动的D.蓝细菌的细胞膜具有控制物质出入的功能
解析:磷脂双分子层中的两层磷脂分子含量不同;细胞之间的识别主要取决于糖蛋白;膜中磷脂和蛋白质分子是不断运动的,体现了细胞膜具有一定的流动性;蓝细菌的细胞膜具有选择透过性,具有控制物质出入的功能。
解析:由题图可知,a侧有糖蛋白,为细胞膜的外侧,b侧为细胞质;图中看不出细胞膜具有一定的流动性。
3.通过冷冻技术,细胞膜通常从某个部位断裂分开,结构如图所示。据图分析不能得出( )A.图中b侧为细胞质B.磷脂双分子层疏水端断裂C.细胞膜具有一定的流动性D.膜蛋白的分布存在不对称性
4.如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和糖类B.不同细胞膜中的蛋白质的含量会有所不同C.细胞膜的功能越简单,所含的蛋白质的数量就越多D.细胞膜中脂质的含量总是高于蛋白质和糖类
解析:细胞膜的成分有脂质、蛋白质和糖类,但脂质和蛋白质在细胞膜成分中占的比例很大,是细胞膜的主要成分;由题图可知,不同细胞膜中的蛋白质的含量有所不同;蛋白质是生命活动的主要承载者,细胞膜的功能越复杂,所含蛋白质的种类和数量越多;由柱形图可知,细胞膜中脂质的含量不总是高于蛋白质和糖类,如变形虫的细胞膜。
5.生物膜的“流动镶嵌模型”如图所示,①～④表示其中的物质。下列叙述正确的是( )A.①④是静止不动的,②③是可以流动的B.不同生物膜功能不同的主要原因是④不同C.②构成生物膜的基本骨架,形成双层膜结构D.①在生物膜的内外侧均有分布,与细胞间的识别有关
解析:生物膜的组成成分①②③④大都是可以运动的;不同生物膜功能不同的主要原因是组成生物膜的④蛋白质的种类和数目不同;②磷脂双分子层构成生物膜的基本骨架,形成单层膜结构;①糖蛋白只存在于细胞膜的外侧。
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1.细胞膜具有选择透过性(1)细胞膜又叫 ,是将细胞与周围环境区分开的结构。(2)细胞膜可以控制物质进出,选择性地吸收营养物质和排出代谢产物,保持细胞内生化反应有序进行,这一特性称为细胞膜的 。(3)通过模拟实验探究膜的透过性①将等量的 溶液和 溶液分别装入A、B透析袋,并用细线系紧透析袋两端。②将透析袋的一端绑在 中央,透析袋置于烧杯内,玻璃棒横置于烧杯上方。
③两烧杯中加入 蒸馏水,直至淹没透析袋。④向A组透析袋外的蒸馏水中加入适量 溶液,A、B同时静置12 h;取B组透析袋外的蒸馏水 2 mL,加入2 mL 进行水浴加热2～3 min。⑤观察A、B两组的颜色变化。2.细胞膜主要由磷脂和蛋白质构成(1)磷脂①结构模型
②模型解读磷脂分子具有极性 和非极性 。在水中,不同磷脂分子疏水性的尾部相对排列,内部形成一个 的环境,而亲水性的头部则朝向外侧,与 接触。所以,磷脂分子在水中可形成 结构。(2)膜蛋白:和磷脂分子一样,有 部分和 部分。①通常细胞的功能越多,其膜蛋白的 和 就越多。②功能a. 选择性地吸收或排出特定物质。b.有些膜蛋白催化特定化学反应。c.同一组织的 间通过某些膜蛋白紧密连接在一起。d.某些膜蛋白在细胞与外界的信息交流和 中发挥重要作用。
(3)胆固醇①存在部位:存在于 细胞膜的磷脂双分子层的 环境中。②结构特点:具有一个很小的亲水基团,与磷脂头部连接。③功能a.通过与磷脂 的相互作用,限制其运动、增加其有序性。b.将磷脂分子 开,增强其运动性。
3.生物膜具有流动性(1)结构模型
(2)模型分析① 构成了生物膜的基本骨架。②蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面,有的全部或部分嵌入磷脂双分子层中,有的贯穿于整个磷脂双分子层,体现了膜内外结构的不对称性。③蛋白质和磷脂的位置不是固定的,生物膜具有一定流动性。4.细胞壁是植物、真菌和大多数原核细胞的外层结构(1)植物的细胞壁①主要成分: 。②特点:具有全透性,与细胞的 无关,水、离子和其他分子都极易通过细胞壁的空隙。
③作用a. 细胞,维持细胞的形态,加强细胞的机械强度。b.参与细胞间的相互 。c.是 等化学信号传递的介质和通路。(2)其他细胞壁真菌和大多数原核细胞同样具有细胞壁,但组成 和 与植物不同。
概念一 细胞膜具有选择透过性[概念情境]思考以下两个问题。(1)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。请尝试解释“染色排除法”的原理。提示:“染色排除法”利用了活细胞的细胞膜能够控制物质进出细胞的原理。台盼蓝染色剂是细胞不需要的物质,不能通过细胞膜进入细胞,所以活细胞不被染色。而死的动物细胞的细胞膜不具有控制物质进出细胞的功能,所以台盼蓝染色剂能够进入死细胞内,使其被染成蓝色。
(2)解释不易理解的陌生事物时,人们常用类比的方法,将陌生的事物与熟悉的事物做比较。有人在解释细胞膜时,把它与窗纱进行类比:窗纱能把昆虫挡在外面,同时窗纱上的小洞又能让空气进出。你认为这种类比有什么合理之处,有没有不妥当的地方?提示:把细胞膜与窗纱进行类比,合理之处是说明了细胞膜与窗纱一样具有允许一些物质出入,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,功能较单纯,没有选择透过性,只要物质小于网眼大小就可进入;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。
突破点1 通过模拟实验探究膜的透过性
[典例1] 如图所示,在火棉胶袋(半透膜)内注入淀粉和食盐溶液,插入细管后,用线系紧密封并使细玻璃管内的液面刚好高出烧杯内蒸馏水的液面,过一段时间后用碘-碘化钾溶液和硝酸银溶液分别检验蒸馏水。下列叙述正确的是( )A.烧杯中检测不到淀粉和Na+B.烧杯内液体遇碘-碘化钾变蓝色C.烧杯内液体遇硝酸银溶液无变化D.该实验可反映半透膜对物质具有半透性
解析:Na+和Cl-可以穿过半透膜,因此溶液中能检测到Na+,并且烧杯内液体遇硝酸银溶液会出现沉淀;淀粉不能穿过半透膜,不会出现蓝色反应。
[概念误区] 半透膜对物质的透性为半透性,不具有选择透过性,即相对分子质量小的物质可以通过,而相对分子质量大的物质不能通过。细胞膜对物质的透性为选择透过性,两者具有本质上的区别。
突破点2 细胞膜的选择透过性
[典例2] 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.细胞不需要或对细胞有害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:细胞需要的物质进入细胞,细胞不需要的物质一般不能进入细胞;细胞中的代谢废物和有害物质必须排出细胞,细胞中重要的物质和结构不能排出细胞;细胞膜控制物质进出细胞的功能是相对的,有些致病的病毒、细菌等可以通过细胞膜的流动性进入细胞。
[概念误区] 细胞膜的选择透过性是一种主动的过程,一般是基于细胞的需要与不需要做出的生理反应,并不是简单的物质大小能否进入的问题。
概念二 细胞膜主要由磷脂和蛋白质构成[概念情境]资料1:1895年,欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次实验,发现脂溶性物质容易透过细胞膜,不溶于脂质的物质透过细胞膜十分困难。资料2:20世纪初,科学家们第一次将细胞膜从某种细胞中分离出来,化学分析表明,它们的主要成分是脂质和蛋白质。资料3:1925年,荷兰科学家用丙酮从某种细胞中提取脂质,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细胞表面积的2倍。资料4:19世纪30年代初,科学家通过实验发现细胞膜不可能单纯由磷脂分子构成,再通过实验进一步发现可能还有蛋白质,于是提出在磷脂双分子层内外两侧都有蛋白质分子覆盖的假说。资料5:1959年,罗伯逊在电镜下看到细胞膜清晰的“暗-亮-暗”的三条带。按照该结构进行计算分析,细胞膜至少厚约15～20 nm。但电镜照片中,实际测得细胞膜的厚度约为7～10 nm。
请思考以下问题。(1)仅通过对资料1的分析,你能对膜结构提出什么样的假说?提示:膜是由脂质组成的(或膜结构中含有脂质)。(2)资料2、3中要获得纯净的细胞膜,最好选择哺乳动物的哪一类细胞?提示:哺乳动物成熟的红细胞没有核膜等其他膜成分,只有细胞膜,因此要获得纯净的细胞膜,最好选择哺乳动物成熟的红细胞。(3)从资料3的实验结果可以得出什么结论?提示:膜中的脂质分子必然排列为连续的两层(或膜含有双层脂质分子)。(4)资料4、5中,通过比较分析生物膜的计算厚度和实测厚度,科学家应该如何解释呢?提示:分析资料4,可知细胞膜上含有蛋白质,若蛋白质全部覆盖在细胞膜的表面上,理论上细胞膜的厚度应为 15～20 nm,但实际厚度只有7～10 nm,说明细胞膜上的蛋白质分子应该部分镶嵌在磷脂双分子层中。
突破点1 磷脂分子作为细胞膜的结构基础
[典例1] 甘油、胆固醇等脂溶性物质可以优先进入细胞,这最可能与下列哪项有密切关系( )A.载体的存在使膜具有选择透过性B.双层磷脂分子构成细胞膜的基本骨架C.细胞膜具有流动性,有利于甘油、胆固醇等物质进入细胞D.糖蛋白能特异性地识别甘油、胆固醇等物质
解析:脂溶性物质优先通过细胞膜的原因是细胞膜的成分中含有磷脂分子。
细胞膜结构——磷脂双分子层分析
(1)磷脂分子特点磷脂分子与甘油三酯结构相似,一端通过羟基与脂肪酸链相连,为非极性端,有亲脂疏水性;一端连着磷酸,为极性端,有亲水疏脂性。亲水端称为头部,疏水端称为尾部。在水环境中,极性头部亲水,与水结合;非极性尾部疏水,朝向空气。
(2)磷脂双分子层状态磷脂双分子层是流动镶嵌模型最基本的部分,亲水的“头部”排在外侧,疏水的“尾部”排在内侧。
(3)磷脂分子的运动磷脂双分子层并非静止的,脂肪酸分子尾部摆动,使得整个磷脂分子能发生侧向滑动。
突破点2 膜蛋白与细胞膜的功能
[典例2] 下列关于细胞膜中膜蛋白的叙述中,错误的是( )A.膜蛋白有水溶性部分和脂溶性部分B.膜蛋白不能把相邻细胞连接在一起C.膜蛋白与细胞膜的选择透过性有关D.有些膜蛋白催化特定化学反应
解析:细胞膜中的蛋白质和磷脂分子,都有水溶性部分和脂溶性部分;某些膜蛋白能把相邻细胞连接在一起;细胞膜上的转运蛋白与细胞膜的选择透过性密切相关;有些膜蛋白是酶,可以作为生物催化剂。
细胞膜成分——膜蛋白分析
(1)概念:细胞膜上的蛋白质统称为膜蛋白。(2)蛋白质与磷脂双分子层的位置关系有镶、嵌、贯穿三种方式。有的整个露在磷脂双分子层表面(镶);有的一部分露在磷脂双分子层外,一部分插在磷脂双分子层中(嵌);还有的整个蛋白质贯穿在磷脂双分子层中(如图)。
(3)理化性质:一部分水溶性(亲水),一部分脂溶性(疏水),这也就是蛋白质分子与磷脂双分子层紧密结合的原因。(4)蛋白质分子的运动性:在流动的磷脂双分子层中,蛋白质分子也是可以移动的。
突破点3 细胞膜的构成成分综合分析
[典例3] 如图为细胞膜的局部示意图,下列说法正确的是( )A.①是磷脂双分子层,其成分可用苏丹Ⅲ染液染色观察B.组成①的化学物质的分布与其分子结构特点有关C.①②的种类和数量越多,细胞的功能也就越多D.②是胆固醇,膜两侧磷脂分子中的胆固醇含量完全相同
解析:①是磷脂双分子层,不能用苏丹Ⅲ染液检测;组成①的化学物质的分布与其分子结构特点有关,亲水的头部在外侧,疏水的尾部在内侧;图示中①为磷脂分子,②是胆固醇,细胞膜上膜蛋白的种类和数量越多,细胞的功能越复杂;②是胆固醇,存在于磷脂分子尾部,既能限制磷脂分子运动,增强其有序性,又能将磷脂分子分隔开,增强其运动性,一般而言,细胞膜外侧磷脂分子中的胆固醇含量高于内侧。
细胞膜的功能与结构的关系总结
(1)不同细胞膜中各组分的含量不同,与细胞的功能有关,如功能复杂的膜中,蛋白质的种类和数量多。(2)在细胞膜的外侧,有多糖和蛋白质或磷脂相连,构成糖蛋白或糖脂。糖蛋白分布在细胞膜外,是判断膜内侧与外侧的主要依据。(3)细胞膜的组分也会发生变化,如癌细胞膜上粘连蛋白(糖蛋白)的含量下降。
概念三 生物膜具有流动性[概念情境]用不同荧光染料标记的抗体,分别与小鼠细胞和人细胞的细胞膜上的一种抗原结合,两类细胞分别产生绿色荧光和红色荧光。将两类细胞融合成一个细胞时,一半呈绿色,一半呈红色。在37 ℃下保温40 min后,细胞上两种荧光点呈均匀分布(如图所示)。
请思考以下问题。(1)人、鼠细胞表面的这种抗原的本质是什么?提示:本质是一种糖蛋白。(2)融合细胞表面的两类荧光染料分布的动态变化,可以证实何种论断?提示:说明细胞膜具有一定的流动性。(3)融合细胞表面的两类荧光染料最终均匀分布,可以说明什么?提示:融合细胞表面的两类荧光染料最终均匀分布,说明构成膜结构的蛋白质分子是可以运动的。
(4)若在20 ℃条件下进行该实验,细胞融合后两种表面抗原平均分布的时间大大延长,若在1 ℃条件下,两种表面抗原便难以平均分布,上述的实验探究又说明什么问题?提示:蛋白质分子的运动需要适宜的温度,随着温度降低,细胞膜上的蛋白质分子运动速度会减慢,环境温度很低时细胞膜上蛋白质分子的运动速度接近于零。
突破点 生物膜的流动镶嵌模型
[典例] 如图为细胞膜的流动镶嵌模型示意图,①～⑤表示组成细胞膜的物质。请回答下列问题。(1)流动镶嵌模型中最基本的部分是 ,细胞膜具有流动性,但因为[ ] 的存在会降低其流动性,而比较坚实。
解析:(1)流动镶嵌模型中最基本的部分是磷脂双分子层,细胞膜具有流动性,但因为②胆固醇的存在会降低其流动性,而比较坚实。
答案:(1)磷脂双分子层 ② 胆固醇
(2)细胞质位于图中的 (填“A侧”或“B侧”)。 (3)与细胞识别有密切关系的是[ ] 。 (4)磷脂双分子层使许多分子和离子不能随意出入细胞, 控制着某些分子和离子的出入,使细胞膜具有 的功能特性。
解析:(2)图中③表示糖蛋白,糖蛋白存在于细胞膜的外表面,因此细胞质位于图中的B侧。(3)糖蛋白与细胞识别有密切关系。(4)磷脂双分子层使许多分子和离子不能随意出入细胞,膜蛋白控制着某些分子和离子的出入,使细胞膜具有选择透过性的功能特性。
答案:(2)B侧 (3)③ 糖蛋白 (4)膜蛋白 选择透过性
[概念误区] 细胞膜的流动性是细胞膜功能特性的基础,若是磷脂分子、膜蛋白固定不动,细胞膜的各种生理特性均无法正常实现。
概念四 细胞壁是植物、真菌和大多数原核细胞的外层结构[概念情境]植物细胞壁是存在于植物细胞外围的一层厚壁,是区别于动物细胞的主要特征之一。细胞壁参与维持细胞的一定形态、增强细胞的机械强度,并且还与细胞的生理活动有关。请思考以下问题。(1)植物细胞壁主要构成成分是什么?提示:主要由纤维素构成。(2)植物细胞壁具有支撑和保护植物细胞的作用,你能否举例支持该观点。提示:在显微镜下观察植物细胞,发现植物细胞具有规则的形态。
(3)细菌也具有细胞壁,青霉素抑制细菌的作用就是因为它能抑制细菌细胞壁的生成,请根据细菌细胞壁的成分构成,分析抗生素抑制细菌的原理。提示:细菌的细胞壁主要由肽聚糖构成,青霉素抑制细菌的原理是抑制肽聚糖的合成。(4)除了植物细胞外,细菌和真菌也都具有细胞壁,三者的成分相同吗?请描述细菌与真菌细胞壁成分的构成。提示:不同。细菌的细胞壁主要由肽聚糖组成;真菌的细胞壁主要由几丁质和壳多糖组成。
突破点 植物细胞壁
[典例] 下列关于植物细胞壁的说法中,不正确的是( )A.正常的植物细胞都有细胞壁B.细胞壁的化学组成中含有多糖C.细胞壁对植物细胞有支撑和保护作用D.细胞壁可控制物质进出细胞
解析:正常的植物细胞都具有细胞壁;植物细胞壁的主要成分是纤维素,纤维素是多糖;细胞壁对植物细胞具有支撑和保护的作用;细胞壁具有全透性,不能控制物质进出细胞。
[概念误区] 植物细胞壁虽然位于细胞膜的外侧,具有支撑和保护作用,但是细胞壁具有全透性,对物质的出入细胞不具有选择性,因此细胞壁并不是细胞的边界,而细胞的边界是具有选择透过性的细胞膜。
某研究性学习小组欲研究细胞膜的结构和成分,如果你是课题组成员,请你设计一个简易实验制备较纯净的细胞膜,并对其成分进行鉴定。A.制备较纯净的细胞膜(1)用蒸馏水处理红细胞后,流出细胞外的红色物质应该是 ,这种物质的特性是 ,因而使红细胞具有 的功能。
解析:(1)红细胞溶血后,溶出细胞外的主要物质是血红蛋白。这种物质的特性是在氧浓度高的地方易与氧结合,在氧浓度低的地方易与氧分离,因而使红细胞具有运输氧的功能。
容易与氧结合也容易与氧分离
(2)用 进行多次冲洗,即可获得较纯净的细胞膜。B.对细胞膜的成分进行鉴定(3)在制得的膜成分中加入双缩脲试剂,产生了 反应,证明细胞膜成分中含有 。
解析:(2)用蒸馏水进行多次冲洗,即可获得较纯净的细胞膜。(3)蛋白质遇双缩脲试剂呈现紫色,依据此原理可以鉴定细胞膜成分中有无蛋白质。
解析:(4)脂溶性物质容易透过细胞膜,非脂溶性物质透过细胞膜十分困难,说明组成细胞膜的主要成分中有脂质。(5)题述两个实验表明组成细胞膜的主要成分有脂质和蛋白质。
(4)研究发现,脂溶性物质容易透过细胞膜,非脂溶性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 。(5)综合整个实验结果,表明组成细胞膜的主要成分有 . 。
1.科学工作者用不同颜色的荧光染料分别标记人细胞和鼠细胞的膜蛋白后,进行细胞融合实验(如图所示)。该实验说明( )A.膜蛋白是可以移动的B.两种细胞的膜蛋白种类相同C.膜蛋白可以起生物催化作用D.膜蛋白能控制某些物质出入细胞
解析:不同颜色的荧光染料所标记的为“蛋白质分子”,故不同荧光的“掺杂”意味着蛋白质分子并非静止不动,而是可以移动的。
2.下列关于细胞膜的叙述中,错误的是( )A.磷脂双分子层中的两层磷脂分子含量不同B.细胞之间的识别主要取决于磷脂分子C.细胞膜中磷脂和蛋白质分子是不断运动的D.蓝细菌的细胞膜具有控制物质出入的功能
解析:磷脂双分子层中的两层磷脂分子含量不同;细胞之间的识别主要取决于糖蛋白;膜中磷脂和蛋白质分子是不断运动的,体现了细胞膜具有一定的流动性;蓝细菌的细胞膜具有选择透过性,具有控制物质出入的功能。
解析:由题图可知,a侧有糖蛋白,为细胞膜的外侧,b侧为细胞质;图中看不出细胞膜具有一定的流动性。
3.通过冷冻技术,细胞膜通常从某个部位断裂分开,结构如图所示。据图分析不能得出( )A.图中b侧为细胞质B.磷脂双分子层疏水端断裂C.细胞膜具有一定的流动性D.膜蛋白的分布存在不对称性
4.如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和糖类B.不同细胞膜中的蛋白质的含量会有所不同C.细胞膜的功能越简单,所含的蛋白质的数量就越多D.细胞膜中脂质的含量总是高于蛋白质和糖类
解析:细胞膜的成分有脂质、蛋白质和糖类,但脂质和蛋白质在细胞膜成分中占的比例很大,是细胞膜的主要成分;由题图可知,不同细胞膜中的蛋白质的含量有所不同;蛋白质是生命活动的主要承载者,细胞膜的功能越复杂,所含蛋白质的种类和数量越多;由柱形图可知,细胞膜中脂质的含量不总是高于蛋白质和糖类,如变形虫的细胞膜。
5.生物膜的“流动镶嵌模型”如图所示,①～④表示其中的物质。下列叙述正确的是( )A.①④是静止不动的,②③是可以流动的B.不同生物膜功能不同的主要原因是④不同C.②构成生物膜的基本骨架,形成双层膜结构D.①在生物膜的内外侧均有分布,与细胞间的识别有关
解析:生物膜的组成成分①②③④大都是可以运动的;不同生物膜功能不同的主要原因是组成生物膜的④蛋白质的种类和数目不同;②磷脂双分子层构成生物膜的基本骨架,形成单层膜结构;①糖蛋白只存在于细胞膜的外侧。
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