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  • 生物膜的流动镶嵌模型

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    第2节  生物膜的流动镶嵌模型
    课标要求
     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
     
    基本支架  ?#23383;?#21452;分子层
    蛋?#23383;?#38262;嵌不对称
    生物膜    结构特点  流动性

    细胞膜的外表有糖被和糖脂
    主要成分  ?#23383;?#34507;?#23383;?#21644;少量糖类
    功能特点  选择透过性
     
    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胞膜 膜是由脂?#39318;?#25104;的
    1925年  两位荷兰科学家  从细胞膜中提取脂质,铺成单层分子,面积是细胞膜的2倍  细胞膜中脂质为连续的两层
    1959年  罗伯特森  在电镜下看到细胞膜由“蛋?#23383;省?#33026;质—蛋?#23383;省?#30340;三层结构构成  生物膜为三层静态统一结构
    1970年  弗雷和埃?#31995;?br>  分别用绿色和红色荧光染料标记两种细胞的蛋?#23383;剩?#24182;将两细胞融合,发现荧光均匀  细胞膜具有流动性
    1972年  桑格和尼克森
      在新的观察和实验证据基础上  提出流动镶嵌模型
    *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?#23383;?#26500;成的
    (2)流动性:膜结构中的蛋?#23383;?#21644;脂类分子在膜中可作多?#20013;?#24335;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?#35797;?#36755;、细胞识别、细胞融合、细胞表面受体功能调节?#21462;?br>(3)不对称性:膜两侧的分?#26377;?#36136;和结构不相同
    (4)蛋?#23383;?#26497;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。?#23454;鞍字史?#23376;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)?#23383;?#21452;分子层:构成膜的基本支架
    (其中?#23383;?#20998;子 的亲水性头部朝向两侧,疏水性尾部朝向内侧)
    (2)蛋?#23383;史?#23376;:在膜表面,或部分或全部镶嵌在?#23383;?#21452;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?#23383;史?#23376;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?#23383;?#19982;糖类结合
    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?#21069;?#36879;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?#27835;觶?#35201;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?#25628;?#25321;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?#23376;?#20808;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?#23383;?#20998;子层为基本骨架        D 细胞膜上镶嵌有各种蛋?#23383;史?#23376;
    2、下?#24515;?#19968;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?#24230;?#32454;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?#20174;Α?#20449;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 ?#23383;?nbsp;         C 脂肪         D 核酸
    5、变形虫的任?#23614;课?#37117;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?#23478;?#36182;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?#26680;?br>7、生物膜上的蛋?#23383;?#36890;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?#34892;?#36848;错误的是                                 (     )
    成分
    线粒体膜 蛋?#23383;?br>(质量分数/%) 脂类
    (质量分数/%)
    外膜 52 48
    内膜 76 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?#23383;?#21547;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?#23383;?#20998;子可以运动  
    B、构成生物膜的蛋?#23383;史?#23376;可以运动
    C、构成生物膜的?#23383;?#20998;子和蛋?#23383;史?#23376;是静止的
    D、构成生物膜的?#23383;?#20998;子和大多数蛋?#23383;史?#23376;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?#23383;?nbsp;  C、?#23383;?nbsp;   D、糖类
    13、不是细胞膜成分的是
    A、蛋?#23383;?nbsp;  B、糖类    C、脂质   D、核酸
    14、下列说法正确的是
    A、?#23383;?#20998;子在细胞膜的功能上起重要作用,所以功能复杂,?#23383;?#20998;子种类和数目?#25237;?br>B、?#23383;?#20998;子在细胞膜的功能上起重要作用,所以功能复杂,?#23383;?#20998;子种类和数目就要一样
    C、蛋?#23383;史?#23376;在细胞膜的功能上起重要作用,所以功能复杂,蛋?#23383;史?#23376;种类和数目?#25237;?br>D、蛋?#23383;史?#23376;在细胞膜的功能上起重要作用,所以功能复杂,蛋?#23383;史?#23376;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?#21152;?#32420;维素   B、纤维素与果胶  C、果胶与?#23383;?nbsp;  D、?#23383;?#19982;蛋?#23383;?br>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?#23383;?#23618;的数目是
    A、3、6、   B、3、3    C、2、4     D、2、2
    18、大分子蛋?#23383;?#33021;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?#25226;?#24433;?#20445;?#37027;么,血影的主要成分有(  )。
    A.无机盐、蛋?#23383;?nbsp;    B.蛋?#23383;省?#31958;类   C.脂肪、蛋?#23383;省?nbsp; D.脂质、蛋?#23383;?br>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?#23383;省?#33026;类和少量糖类组成    
    B.?#23383;?#21452;分子层是各种生物膜的基本骨架
        C.不同生物膜上的蛋?#23383;?#30340;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?#23383;?#25104;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?#23383;?#20998;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?#23383;?#22343;匀分?#21152;諏字?#21452;分子层上
        C.脂类小分子?#23376;?#33258;由扩散通过         D.?#23383;?#21452;分子层内外表面?#35760;?#27700;
    24、下?#24515;?#39033;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?#23383;?#20998;子和蛋?#23383;史?#23376;构成
        C.细胞膜的分子结构具有流动性       D.有些蛋?#23383;史?#23376;可在膜的内外之间移动
    25、使?#23383;?#31867;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、 ?#23383;?#20998;子排列成双分子层         
    B、膜两侧物?#21490;?#23376;排列不对称
    C、球形蛋?#23383;史?#23376;?#21754;?#25110;镶嵌在?#23383;?#21452;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,?#27835;?#19979;列材料并回答有关问题:
    (1)1895年Overton在研究各?#27835;?#21463;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?#36873;?#36825;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?#29992;?#19978;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?#21248;?#20026;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?#23383;剩?#28982;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?#27835;?#32467;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?#26680;?#26377;生物膜?#21152;?nbsp;                                    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?#23383;?#20998;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?#25628;芯课?#21463;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?#35797;?#19981;容易通过细胞膜。由此可见,细胞膜的化学成分中一定?#24515;?#31181;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?#33324;?#28205;?#32622;鰲保?#21508;自只分?#21152;?#21508;自的细胞表面;但在融?#29616;?#21518;,两种抗原就平均地分布在融合细胞的表面了。请?#27835;?#22238;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?#35797;?#20998;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?#25628;?#31350;人员对细胞成分及结构的研究情况,
    请据材料?#27835;觶?nbsp; 
    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?#28909;?#20986;细胞外,剩下“空壳”(称为血影),并对其进行化学成分?#27835;觥?#36890;过血?#25226;?#31350;以及其他方法,测得多种膜的化学成分,如表:

    蛋?#23383;?%)
     脂类(主要是?#23383;?(%)
     糖类(%)
    人红细胞膜
     49
     43
     8
    小鼠肝细胞膜
     44
     52
     4
    变形虫膜
     54
     42
     4
    线粒体内膜
     76
     24
     0
    菠菜叶绿体片层膜
     70
     30
     0

    (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?#23383;?,然后将提取的脂?#21490;?#22312;一个特制的水槽中,将其制成单分子层,并测?#31185;?#34920;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?#23383;?#20998;子的模式图,一个?#23383;?#20998;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?#23383;?#20998;子是
    以      形式排列的,根据细胞膜内外的水溶液环境和?#23383;?#20998;子的特性,请推测?#23383;?#20998;子在细胞膜中的排?#34892;?#24335;(参照?#23383;?#20998;子模式图)并绘简单示意?#32908;?br> 
    材料三  研究人员用红色荧光标记人细胞膜的抗体(蛋?#23383;?,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?#32908;?br>(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:
     
    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)?#23383;?#21452;分子层(或两层?#23383;?#20998;子)
    (3)①具有一定的流动性蛋?#23383;史?#23376;的运动性引起的  ②蛋?#23383;史?#23376;的活动受温度的影响  ③仙台病毒
    2、脂质  脂质  蛋?#23383;?nbsp;   蛋?#23383;?脂质-蛋?#23383;?nbsp;  流动性  尼克森 流动镶嵌模型
    3、运动(流动)
       4、物质跨膜运输  ?#27835;?#25104;分  现象和功能  实验观察  实验  方法和技术
       5、(1)?#23383;?nbsp; (2)连续的两层
       6、(1)蛋?#23383;实?nbsp; 流动性  (2)特异  (3)随环境温度的降低,膜?#31995;鞍字史?#23376;的运动速度减慢  环境温度很低时,膜?#31995;鞍字史?#23376;的运动几乎停止

    三、创新应用题
    (1)细胞膜 
    (2)脂质(或?#23383;?和蛋?#23383;剩?#21151;能
    (3)双分子层;
    (4)构成细胞膜的蛋?#23383;史?#23376;是可以运动的,?#23383;?#21452;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?#25628;?#25321;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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