高考生物总复习第2单元第4课细胞膜和细胞核学案

第4课　细胞膜和细胞核

►学业质量水平要求◄

1．基于对细胞膜和细胞核结构和功能的学习，能够结合具体实例说出相应的功能，认同结构与功能相适应的观点。(生命观念)

2．通过对细胞膜和细胞核结构的认知，尝试构建细胞膜和细胞核的结构模型。(科学思维)

3．学会探究细胞核的功能，并能对该实验进行设计与分析。(科学探究)

考点一　细胞膜的结构和功能

1．细胞膜的成分及功能

(1)细胞膜的成分。

(2)细胞膜的三大功能。

(3)功能特性。

2．细胞膜的结构

(1)细胞膜结构的探索。

(2)流动镶嵌模型。

(3)结构特点。

3．植物细胞的细胞壁(不是植物细胞“系统的边界”)

1．细胞膜的成分中含有脂质、蛋白质和糖类。 (　√　)

2．在组成细胞膜的脂质中，胆固醇最丰富。 (　×　)

3．生物膜的特定功能主要由膜蛋白决定。 (　√　)

4．细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构。 (　×　)

5．细胞膜的流动性与温度没有关系。 (　×　)

6．动物细胞间的黏着性与细胞膜上的糖蛋白有关。 (　√　)

7．细胞膜的基本支架是由磷脂分子和蛋白质分子共同形成的。 (　×　)

1．组成细胞膜成分与功能的关系

(1)细胞膜中含有脂质，脂溶性物质能够优先通过细胞膜。

(2)糖类与细胞膜外表面上的某些蛋白质和脂质构成糖蛋白或糖脂，与细胞表面的识别、细胞间信息传递等功能有密切联系。

(3)功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。

(4)细胞膜的组分并不是不可变的。如细胞癌变过程中，糖蛋白含量下降，细胞间黏着性下降，易于扩散和转移。

2．图解细胞膜的三大成分和三大功能

3．细胞膜的结构特点与功能特性的比较

4.与细胞膜相关的实验设计

(1)细胞膜成分的鉴定方法。

(2)细胞膜结构特点——流动性的验证。

①方法：荧光标记法。

②现象：采用荧光标记法标记小鼠细胞与人细胞表面的蛋白质分子，做如图实验。

③结论：人、鼠细胞膜蛋白最终均匀分布，说明细胞膜具有流动性。

(3)细胞膜功能的验证。

①控制物质进出功能的验证。

②识别功能的验证。

考向1| 细胞膜的成分、结构和功能分析

1．(2021·黑龙江鹤岗模拟)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．B细胞与乙细胞上的受体的化学本质都是糖蛋白

B．图2可以表示精子与卵细胞的识别、细胞毒性T细胞与靶细胞的识别

C．若A细胞为胰岛B细胞，则胰岛素通过血液循环最终作用于机体的肝细胞、肌细胞等靶细胞

D．细胞间进行信息交流的方式只有上图两种

D　解析：B细胞与乙细胞上的受体都能识别相应的信息分子，其化学本质都是糖蛋白，A正确；图2表示细胞之间通过相互接触直接识别，可以表示精子与卵细胞、细胞毒性T细胞与靶细胞的识别，B正确；分析题图可知，A细胞产生的信息分子进入血液，通过血液运输到达靶细胞并作用于靶细胞，胰岛B细胞分泌的胰岛素作用于肝细胞和肌细胞，促进合成糖原，C正确；高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用，D错误。

2．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。据图分析不能得出的结论是(　　)

A．图中b侧含细胞质基质

B．磷脂双分子层疏水端断裂

C．细胞膜具有流动性

D．膜蛋白的分布存在不对称性

C　解析：据图分析，图中细胞膜的a侧有糖蛋白，为细胞膜的外侧，b侧为细胞膜的内侧，即b侧含细胞质基质，A不符合题意；图中磷脂双分子层的疏水端发生了断裂，B不符合题意；图中未体现细胞膜的运动，不能得出细胞膜具有流动性的结论，C符合题意；图中膜蛋白的分布具有不对称性，D不符合题意。

【归纳总结】常考的“膜蛋白”

考向2| 与细胞膜有关的实验探究

3．MTT法是一种检测细胞是否存活的方法，MTT是一种接受氢离子的染料，活细胞内线粒体中的琥珀酸脱氢酶能将淡黄色的MTT还原为蓝紫色的结晶，而死细胞无此功能。下列相关叙述错误的是(　　)

A．MTT是可以通过细胞膜的一种染料

B．检测MTT结晶的量一般可间接反映活细胞数量

C．MTT与台盼蓝检测细胞是否存活的原理相同

D．MTT法不能检测哺乳动物成熟红细胞是否存活

C　解析：活细胞内线粒体中的琥珀酸脱氢酶能将淡黄色的MTT还原为蓝紫色的结晶，而死细胞无此功能，可见MTT是可以通过细胞膜的一种染料，检测MTT结晶的量一般可间接反映活细胞数量，A、B正确；结合分析可知，MTT检测的原理是活细胞中的酶催化产生有颜色物质，而台盼蓝检测细胞活性的原理是膜的选择透过性，显然二者检测的原理不同，C错误；哺乳动物成熟红细胞内没有线粒体，也就没有琥珀酸脱氢酶，不能将淡黄色的MTT还原为蓝紫色的结晶，D正确。

4．科学家经过研究提出了生物膜的流动镶嵌模型。请分析回答下列问题：

(1)在流动镶嵌模型中，构成生物膜基本支架的是______________，由于________的分布使生物膜的结构表现出不对称性。

(2)用荧光抗体标记的人—鼠细胞融合的实验过程及结果如下图所示。此实验结果直接证明了细胞膜中的________________，由此能较好地解释细胞膜结构的________性。

(3)通过其他方法，测得多种细胞膜的化学成分，如下表：

依据表格数据，分析构成不同细胞的细胞膜在化学组成上的共同点是__________________________________，主要区别是_____________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________。

(4)科学家将哺乳动物成熟红细胞膜结构中的磷脂分子提取出来，铺在水面上，测得磷脂占有面积为S，那么该细胞膜的表面积约为________。

(5)有人发现，在一定温度条件下，细胞膜中的磷脂分子均垂直排列于膜表面，当温度上升到一定程度时，细胞膜的磷脂分子有75%排列不整齐，细胞膜厚度变小，而膜的表面积扩大，膜对离子和分子的通透性提高。对上述实验现象合理的解释是_______________________________________________________

__________________________________________________________________。

解析：(1)由生物膜的流动镶嵌模型内容可知，磷脂双分子层构成生物膜的基本支架。由于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，因而蛋白质分子在生物膜上的分布是不均匀的，进而使生物膜的结构表现出不对称性。(2)人—鼠细胞融合的实验表明细胞膜上的标记蛋白质是可以运动的，证明了细胞膜具有流动性。(3)根据表中的数据分析可知，组成不同细胞的细胞膜的物质种类相同，但物质的含量有一定的差别。(4)单层磷脂分子的面积为S，而生物膜是由磷脂双分子层构成的，故该细胞膜的表面积约为S/2。(5)由于构成细胞膜的磷脂分子是可以运动的，细胞膜具有流动性，所以温度升高到一定程度后，原来垂直排列在膜表面的磷脂分子变为有75%排列不整齐，膜的表面积变大。

答案：(1)磷脂双分子层　蛋白质　(2)蛋白质分子可以运动　流动　(3)组成不同细胞膜的物质种类相同　组成不同细胞膜的物质含量有差别　(4)S/2　(5)构成细胞膜的磷脂分子是可以运动的，细胞膜具有流动性

考点二　细胞核的结构和功能

1．细胞核的功能

细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。

2．细胞核功能的探究

(1)黑白美西螈核移植实验。

①实验过程。

②实验结论：美西螈皮肤颜色的遗传受细胞核控制。

(2)蝾螈受精卵横缢实验。

①实验过程。

②实验结论：蝾螈的细胞分裂、分化受细胞核控制。

(3)变形虫切割实验。

①实验过程。

②实验结论：变形虫的分裂、生长、再生、对刺激的反应等生命活动受细胞核控制。

(4)伞藻嫁接与核移植实验。

①伞藻嫁接实验过程。

②伞藻核移植实验过程。

③实验结论：伞藻“帽”的形状由细胞核控制。

3．细胞核的结构

(1)核膜：图中的a。

①结构特点：具有双层膜。

②功能：将核内物质与细胞质分开。

(2)核仁：图中的b，与某种RNA的合成及核糖体的形成有关。

(3)核孔：图中的d，实现核质之间频繁的物质交换和信息交流。

(4)染色质：图中的c。

①组成：主要是DNA和蛋白质。

②功能：其中的DNA是遗传物质。

③在细胞不同时期的存在形式：

1．核孔是大分子自由进出的通道。 (　×　)

2．没有细胞核的细胞一定是原核细胞。 (　×　)

3．细胞核是细胞代谢的控制中心，也是细胞代谢的中心。 (　×　)

4．所有的真核细胞都有细胞核，且只有一个核。 (　×　)

5．核膜、核仁在细胞周期中的分裂间期消失，分裂后期重建。 (　×　)

1．细胞核的结构及相应功能

2.细胞核的结构和功能与其他知识点的联系

(1)原核细胞不具备的是核膜、核仁、染色质。

(2)在细胞分裂周期中表现为周期性地消失和重建的结构是核膜和核仁。

(3)染色质和染色体的关系：同一物质在细胞不同时期的两种存在状态，前者呈细长丝状，后者呈圆柱状或杆状，即：

(4)衰老细胞中细胞核体积变大，染色质固缩，染色加深。

(5)细胞核是DNA复制和转录的主要场所。

3．建构模型

(1)概念：模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种概括性的描述。

(2)类型：

①概念模型：指以图示、文字、符号等组成的流程图形式对事物的规律和机理进行描述、阐明，体现知识的网络构架。通过概念模型的构建，有利于对概念知识的理解和联系。

②物理模型：以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型属于物理模型，它形象而概括地反映了DNA分子结构的共同特征。

③数学模型：用来定性或定量表述生命活动规律的计算公式、函数式、曲线图以及由实验数据绘制成的柱形图、饼状图等。

考向1| 细胞核的结构与功能

1．(2021·黑龙江牡丹江检测)下列关于细胞核的叙述错误的是(　　)

A．哺乳动物成熟红细胞寿命较短与其不含细胞核有关

B．不同细胞中核膜上的核孔数量不同，具体数量与细胞代谢旺盛程度有关

C．核膜在有丝分裂中发生周期性变化，其主要成分是磷脂和蛋白质

D．细胞核核仁与核糖体RNA及核糖体蛋白质的合成有关

D　解析：核仁与核糖体RNA的合成及核糖体的形成有关，但核糖体蛋白质的合成与核仁无关，D错误。

2．核孔是一组蛋白质以特定的方式排布形成的结构，被称为核孔复合物，它是细胞质与细胞核内物质输送活动的看护者。如下图所示，该复合物由一个核心脚手架组成，其具有的选择性输送机制由大量贴在该脚手架内面的蛋白组成，称为中央运输蛋白。据此分析，下列叙述正确的是(　　)

A．核孔对物质透过的选择性可能与中央运输蛋白有关

B．人体成熟的红细胞中核孔数目较少，影响到核内外的信息交流

C．核膜由内膜和外膜构成，其中共含有两层脂质分子

D．中央运输蛋白是由附着于核内膜上的核糖体合成的

A　解析：中央运输蛋白是核孔的组成成分，因此可能与物质透过核孔的选择性有关，A正确；人体成熟的红细胞没有细胞核，因此没有核孔，B错误；核膜由内膜和外膜构成，每一层核膜都含有两层磷脂分子，C错误；中央运输蛋白是由附着于核外膜上的核糖体合成的，D错误。

【易错提醒】核孔不是随时敞开、大小分子都能进出的通道

(1)核孔并非一个简单的通道，而是由多种蛋白质组成的一个复杂而精细的结构，对进出核孔的物质具有严格的调控作用。

(2)物质进出细胞核并非都通过核孔。大分子物质出入细胞核要通过核孔。

考向2| 细胞核功能的探究

3．以动物受精卵为材料进行如图实验，有关分析正确的是(　　)

A．实验①和实验③说明了细胞核对维持细胞正常生命活动的重要性

B．实验②和实验③说明了细胞质对维持细胞正常生命活动的重要性

C．该实验可以证明细胞核的功能

D．该实验结果可以说明细胞只有保持结构完整才能正常进行各项生命活动

D　解析：三组实验对比说明，细胞核和细胞质互相依存，是统一的整体，细胞只有保持结构完整才能正常进行各项生命活动，D正确。

4．(2021·黑龙江六校联考)下图为伞藻嫁接实验与伞藻核移植实验示意图，该实验结果说明(　　)

A．生物体形态结构的建成主要与细胞质有关

B．细胞的分裂和分化是由细胞核控制的

C．细胞核是细胞代谢的中心

D．细胞核是细胞遗传的控制中心

D　解析：通过题图可以看出，生物体形态结构的建成主要与细胞核有关，A错误；伞藻是单细胞生物，不会涉及细胞分化，B错误；细胞核是细胞代谢的控制中心，C错误；该实验说明，细胞核是细胞遗传的控制中心，D正确。

【技法总结】全面理解细胞的“整体性”

【命题动态】细胞是生物体结构与功能的基本单位，各种细胞具有相似的基本结构，但在形态与功能上有所差异。细胞各部分结构既分工又合作，共同执行细胞的各项生命活动。细胞膜、细胞核的结构与功能是本专题重点考查的内容。考题中多以图像分析或实验分析的形式进行考查。预计2023年高考中，试题将会继续聚焦细胞水平的结构与功能的统一观，利用模型与建模、演绎与归纳等科学思维方法，阐明细胞各部分结构通过分工与合作，形成相互协调的有机整体，实现细胞水平的各项生命活动。

1．(2021·河北卷)关于细胞核的叙述，错误的是(　　)

A．有丝分裂过程中，核膜和核仁周期性地消失和重现

B．蛋白质合成活跃的细胞，核仁代谢活动旺盛

C．许多对基因表达有调控作用的蛋白质在细胞质合成，经核孔进入细胞核

D．细胞质中的RNA均在细胞核合成，经核孔输出

[思维培养]

D　解析：在有丝分裂前期，核膜、核仁消失，在有丝分裂末期，核膜、核仁重新出现，故在有丝分裂过程中，核膜和核仁周期性地消失和重现，A正确；蛋白质合成的场所是核糖体，蛋白质合成活跃的细胞，需要大量的核糖体，而核糖体的形成与核仁有关，所以核仁代谢活动旺盛，B正确；蛋白质合成的场所是核糖体，核糖体分布在细胞质中，基因主要存在于细胞核中，故对基因表达有调控作用的蛋白质在细胞质中合成后，经核孔进入细胞核，C正确；RNA是以DNA为模板转录形成的，DNA主要存在于细胞核中，在细胞质中的线粒体和叶绿体中也有少量的DNA，这些DNA也能作为模板转录合成RNA，所以细胞质中的RNA主要在细胞核中合成，经核孔输出，D错误。

2．(2019·全国卷Ⅲ)下列与真核生物细胞核有关的叙述，错误的是(　　)

A．细胞中的染色质存在于细胞核中

B．细胞核是遗传信息转录和翻译的场所

C．细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心

D．细胞核内遗传物质的合成需要能量

[思维培养]

B　解析：真核细胞中只有细胞核中有染色质，A正确；真核细胞中，转录主要发生在细胞核中，而翻译发生在细胞质的核糖体上，B错误；细胞核中的染色质上含有遗传物质DNA，因此细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心，C正确；细胞核中的遗传物质是DNA，其通过DNA复制合成子代DNA，该过程需要消耗能量，D正确。

1．(生活、学习和实践情境)心房颤动(房颤)是临床上最常见的心律失常疾病。最新研究表明，其致病机制是核孔复合物(可以看成一种特殊的跨膜运输蛋白复合体)的运输障碍。下列相关分析不合理的是(　　)

A．房颤的成因可能与核膜内外的信息交流异常有关

B．代谢旺盛的细胞中，核孔数目较多

C．核孔运输障碍发生的根本原因可能是蛋白质结构异常

D．RNA运出细胞核发挥作用需依赖核孔复合物

C　解析：核孔能实现核质之间频繁的物质交换和信息交流，核孔复合物运输障碍引起房颤，则可能与核膜内外的信息交流异常有关，A正确；细胞核是细胞代谢的控制中心，细胞质与细胞核之间通过核孔进行信息交流，代谢旺盛的细胞中核孔数目较多，B正确；核孔复合物可看成一种特殊的跨膜运输蛋白复合体，核孔运输障碍的直接原因可能是核孔复合物中蛋白质结构异常，根本原因可能是编码核孔复合物的基因发生突变，C错误；RNA在细胞核内转录产生后，需要依赖核孔复合物进入细胞质中发挥作用，D正确。

2．(科学实验和探究情境)单纯的磷脂分子在水中可以形成双层磷脂分子的球形脂质体(如下图)，它载入药物后可以将药物送入靶细胞内部，下列关于脂质体的叙述正确的是(　　)

A．在a处嵌入脂溶性药物，利用它的流动性将药物送入细胞内

B．在b处嵌入脂溶性药物，利用它的选择透过性将药物送入细胞内

C．在a处嵌入水溶性药物，利用它与细胞膜融合的特点将药物送入细胞内

D．在b处嵌入水溶性药物，利用它与细胞膜融合的特点将药物送入细胞内

C　解析：球形脂质体的双层磷脂分子的亲水端朝外，疏水端朝内，所以图中a处可嵌入水溶性物质，b处可嵌入脂溶性物质；图中利用脂质体可以和细胞膜融合的特点，将药物送入靶细胞内部。

3．(生命科学史情境)荧光漂白恢复技术在细胞生物学中具有重要的应用价值，其包括三个步骤：绿色荧光染料与膜上的蛋白质结合，使细胞膜上呈现一定强度的绿色→激光照射膜上某绿色荧光区，使该区域内标记的荧光分子不可逆的淬灭(漂白)→检测淬灭部位荧光再现速率。实验过程如下图甲所示，结果如下图乙所示。下列说法错误的是(　　)

A．被激光照射淬灭部位的细胞膜失去了流动性

B．淬灭部位荧光再现速率会受温度的影响

C．若不用激光照射淬灭，而是细胞膜的两部分分别被绿色和红色荧光材料标记，则一段时间后两种颜色的荧光会均匀分布

D．F2后若再进行一次激光照射淬灭，一段时间后检测的淬灭部位的荧光强度会更低

A　解析：被激光照射淬灭部位过一段时间荧光再现，表明其细胞膜没有失去流动性，A错误；细胞膜的流动性受温度影响，故淬灭部位荧光再现速率会受温度的影响，B正确；若不用激光照射淬灭，而是细胞膜的两部分分别被绿色和红色荧光材料标记，因为细胞膜有流动性，故一段时间后两种颜色的荧光会均匀分布，C正确；F2后若再进行一次激光照射淬灭，荧光蛋白数量减少，混合均匀后荧光强度会更低，D正确。