高考生物一轮复习：第一单元 细胞的分子组成和结构（5）细胞膜和细胞核（超级讲义）

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【考点梳理】
典例1
细胞膜上有许多种蛋白质，这些膜蛋白具有运输、信号检测、细胞通讯以及催化等功能，下列相关叙述错误的有（ ）
①水分子进入肾小管细胞时，均需要膜蛋白的协助
②信号分子发挥作用时，均离不开膜蛋白的信号检测功能
③相邻植物细胞间的胞间连丝可用于细胞间的通讯
④细胞膜功能的复杂程度与膜蛋白的种类和数量呈正相关
⑤细胞膜上的蛋白质不可能具有降低化学反应活化能的作用
A.两项B.三项C.四项D.五项
答案：B
解析：水分子进入肾小管细胞时，既可从磷脂分子的缝隙进入细胞，也可通过水通道蛋白进入细胞，①错误；信号分子的受体不全在细胞膜上，有些受体在细胞质中或细胞核内，②错误；相邻植物细胞间的胞间连丝是细胞间进行信息交流的方式之一，即可用于细胞间的通讯，③正确；功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多，④正确；从题干信息可知，有些膜蛋白具有催化功能，而催化功能的机制就是降低化学反应的活化能，⑤错误。故选B项。
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细胞膜的成分和功能
1.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控制作用是普遍的：细胞需要的营养物质可以进入细胞；细胞不需要，或对细胞有害的物质不容易进入细胞。排出分泌物（例如抗体、激素）和细胞产生的废物；但细胞内的核酸等重要成分却不会流失到细胞外。
②控制作用是相对的：环境中一些对细胞有害的物质有可能进入细胞；有些病毒和病菌也能侵入细胞。
（3）进行细胞间信息交流
①图1 间接交流：细胞分泌的化学物质（如激素），随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体（本质：糖蛋白）结合，将信息传递给靶细胞。
②图2 直接接触：相邻两个细胞的细胞膜直接接触，从而传递信息。例如精子和卵细胞之间的识别与结合。
③图3 形成通道交流信息：例如高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，交流信息。
2.对细胞膜结构及成分的探索历程
（1）对细胞膜结构的探索
（2）对细胞膜成分的探索
①1895年，欧文顿发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：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
推测：细胞膜是由脂质组成的。
②科学家制备出纯净的细胞膜，进行化学分析
结论：组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多
③1925年，两位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，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍
推测：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
④1935年，英国学者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（当时人们已发现油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低）
推测：细胞膜除含有脂质分子外，可能还附有蛋白质
4.细胞膜的成分
（1）成分：脂质（约50%）蛋白质（约40%）糖类（2%~10%）。
（2）特点：功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。
（3）组成元素：C、H、O、N、P等。
5.生物膜的流动镶嵌模型
（1）细胞膜主要由磷脂分子和蛋白质分子构成。磷脂双分子层是膜的基本支架，其内部是磷脂分子的疏水端，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的表面，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。这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。
（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。
例题练习
1.研究发现，构成动物细胞膜的脂质和蛋白质在细胞膜两侧的分布都具有不对称的特点，下列叙述正确的是（ ）
A.构成动物细胞膜的脂质只有磷脂
B.糖脂分子上的糖链主要伸向细胞膜的内侧
C.膜蛋白在细胞膜上的不对称分布与其功能相适应
D.膜蛋白贯穿于磷脂分子尾部区域的部分是亲水的
答案：C
解析：本题考查细胞膜的成分和结构。动物细胞膜中含有的脂质除了磷脂还有胆固醇，A错误；糖脂分子上的糖链一般伸向细胞膜的外侧，B错误；膜蛋白在细胞膜上的不对称分布和它的功能是相适应的，比如接受细胞外信号的受体蛋白主要分布在膜外侧，C正确；膜蛋白贯穿于磷脂分子尾部区域的部分是疏水的，D错误。
（多选题）2.下列说法中，与细胞膜发现史相一致的是（ ）
A.欧文顿在实验基础上提出，细胞膜是由脂质组成的
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，测得单分子层的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.罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构，提出所有的细胞膜都是由磷脂—蛋白质—磷脂三层结构构成的
D.科学家用不同荧光染料标记人细胞和小鼠细胞并进行融合，证明了细胞膜的流动性
答案：ABD
解析：19世纪末，欧文顿发现溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞，于是他提出细胞膜是由脂质组成的，A符合题意；1925年，两位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，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，由此他们得出的结论是细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层，B符合题意；1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗一亮一暗的三层结构，并大胆地提出所有的细胞膜都是由蛋白质一脂质一蛋白质三层结构构成的，C不符合题意；1970年，科学家用荧光染料标记小鼠细胞和人细胞，进行细胞融合实验，结合其他相关实验证据，表明细胞膜具有流动性，D符合题意。故选ABD。
典例2
2020年5月，我国施一公院士团队发布的高分辨率核孔复合物结构震撼了结构生物学领域。核孔复合物位于核孔，由多种蛋白质组成，是细胞核与细胞质之间进行物质运输的看护者。下列有关说法错误的是（ ）
A.核孔复合物的存在，说明核膜具有选择透过性
B.胰腺细胞中核孔复合物数量多于口腔上皮细胞
C.蓝藻细胞中核孔复合物介导RNA聚合酶的入核运输
D.核孔复合物的功能障碍可导致基因表达过程受影响
答案：C
解析：由题可知，核孔复合物位于核膜的核孔，核孔复合物可介导蛋白质的入核运输以及RNA等物质的出核运输，所以核孔复合物的存在可以说明核膜具有选择透过性；胰腺细胞代谢强度大于口腔上皮细胞，一般来说代谢越旺盛的细胞，其核孔数量越多，核孔复合物的数量也越多；蓝藻为原核生物，无核孔结构，不存在核孔复合物；核孔复合物的功能障碍影响RNA聚合酶等蛋白质的入核运输以及RNA等物质的出核运输，进而影响细胞核基因的转录和翻译。
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细胞核的结构和功能
1.细胞核功能的实验
（1）两种美西螈细胞核移植
实验方法：将黑色美西螈胚胎细胞的细胞核移植到白色美西螈的去核卵细胞中
实验结果：发育成的美西螈都是黑色的
结论：美西螈皮肤颜色的遗传是由细胞核控制的
（2）横缢蝾螈受精卵
实验方法：用头发横缢蝾螈受精卵，一半有核，一半无核
实验结果：有核的一半能分裂、分化；无核的一半则不能
结论：蝾螈细胞的分裂和分化是由细胞核控制的
（3）将变形虫切成两半
实验方法：将变形虫切成两半，一半有核，一半无核
实验结果：有核的一半能生长、分裂、再生，具有应激性；无核的一半不能摄食，无应激性
结论：变形虫的分裂、生长、再生、应激性是由细胞核控制的
（4）伞藻嫁接与核移植
实验方法：将两种伞藻的“帽”、柄、假根分开后，相互嫁接与核移植
实验结果：“帽”的形状与具有细胞核的假根一致
结论：伞藻“帽”的形状是由细胞核控制的
2.分布
（1）除了高等植物成熟的筛管细胞和哺乳动物成熟的红细胞等极少数细胞外，真核细胞都有细胞核。
（2）原核细胞无细胞核。
3.结构
4.染色体的组成及特点
（1）组成：DNA和蛋白质。
（2）特点：容易被碱性染料染成深色。
5.细胞核的功能与模型构建
（1）细胞核的功能
①细胞核是遗传信息库。
②细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心。
（2）模型构建
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：物理模型、概念模型、数学模型等。
③举例：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所有DNA分子结构的共同特征。
6.细胞在生命系统中的地位
（1）结构特点
①结构复杂而精巧。
②各组分之间分工合作成为一个整体。
（2）地位
①细胞是生物体结构的基本单位。
②细胞是生物体代谢和遗传的基本单位。
例题练习
1.研究人员利用变形虫做了如图所示的实验。下列相关叙述错误的是（ ）
A.无核部分最终死亡的原因是失去了细胞核的控制作用
B.单独的细胞核因失去细胞质中营养物质和能量的供应而死亡
C.该实验表明变形虫的正常生长、发育和繁殖是细胞核完成的
D.该实验说明正常细胞中细胞核与细胞质是相互依存的统一整体
答案：C
解析：题图实验中，有核部分和无核部分相互对照，细胞核是细胞代谢的控制中心，无核部分最终死亡的原因是失去了细胞核的控制作用，A正确；细胞质是细胞代谢的主要场所，所以单独的细胞核因失去细胞质中营养物质和能量的供应而死亡，B正确；该实验表明细胞核控制着变形虫生命活动的正常进行，而变形虫的正常生长、发育和繁殖不是只有细胞核就能完成的，细胞保持完整才能完成生命活动，C错误；单独的细胞核和单独的细胞质都无法长时间生活，由此可知正常细胞中细胞核与细胞质是相互依存的统一整体，D正确。
（多选题）2.如图为细胞核结构模式图，下列有关叙述正确的是（ ）
A.DNA和RNA等物质能自由通过核孔，但需要消耗ATP
B.①的主要成分是RNA和蛋白质
C.图中标出的蛋白质可能是RNA聚合酶或组成染色体的蛋白质
D.有丝分裂过程中②和③将周期性地消失和重建
答案：CD
解析：由图可知，蛋白质和RNA等物质能通过核孔但不能自由通过核孔，且需要消耗ATP，细胞核内的DNA存在于①所示的染色质上，不能通过核孔，A错误；①是染色质，其主要成分是DNA和蛋白质，B错误；图中标出的蛋白质可以通过核孔进入细胞核内，因此其可能是RNA聚合酶或组成染色体的蛋白质，C正确；②是核仁，③是核膜，在有丝分裂过程中核仁和核膜将周期性地消失和重建，D正确。
【要点突破】
一、理解细胞膜的流动性和选择透过性
1.细胞膜的结构始终处于动态平衡之中。其中的脂质分子具有多种运动方式，有侧向扩散、
旋转运动、伸缩运动、翻转运动；蛋白质分子也可以在磷脂分子层中进行侧向扩散和翻转运动。流动性是细胞膜的结构特性，变形虫的变形运动、细胞融合、胞吞和胞吐、温度改变时膜的厚度改变、细胞的吸水膨胀或失水皱缩等都依赖于膜的流动性。
2.选择透过性是细胞膜的功能特性，细胞膜的流动性是选择透过性的基础。其功能特性主
要取决于膜上的蛋白质或糖蛋白。糖蛋白上有糖侧链，糖侧链分解后就会失去选择透过性。如植物根细胞对矿质元素的选择性吸收、小肠吸收营养物质体现了细胞膜的选择透过性。
二、染色体和染色质的比较
易错辨析
1.各种膜所含的蛋白质与脂质的比例与膜的功能有关。功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。
2.不同种类的细胞，细胞膜的成分及含量不完全相同。
3.细胞在不同时期，细胞膜的成分及含量也会发化。
4.核膜同细胞膜一样，也具有选择透过性。
5.核孔是大分子物质出入细胞核的通道，但并不是细胞内所有大分子都能通过核孔出入细胞核。
时间
实验
结论（假说）
1959年（罗伯特森）
电镜下细胞膜呈清晰的暗一亮一暗三层结构
所有的细胞膜都由蛋白质一脂质一蛋白质三层结构构成，他把细胞膜描述为静态的统一结构
1970年
荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验及其他实验证据
细胞膜具有流动性
1972年（辛格和尼科尔森）
新的观察和实验证据
提出了生物膜的流动镶嵌模型
染色质
染色体
同种物质
成分相同
主要成分是蛋白质和DNA
特性相同
易被甲紫溶液等碱性染料染成深色
功能相同
遗传物质的主要载体
不同形态
细长的丝状
圆柱状或杆状
相互转化