全国通用版版高中生物 第四章 细胞的物质输入和输出 第2节 生物膜的流动镶嵌模.docx

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全国通用版版高中生物第四章细胞的物质输入和输出第2节生物膜的流动镶嵌模

第2节　生物膜的流动镶嵌模型

[学习目标]　1.理解生物膜流动镶嵌模型的基本内容。

2.探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。

3.了解科学研究是一个不断探索，不断完善的漫长过程。

一、对生物膜结构的探索历程

1．对生物膜结构的探索历程

时间

科学家或实验

结论

19世纪末

欧文顿

膜是由脂质组成的

20世纪初

膜的分离实验

膜的主要成分是脂质和蛋白质

1925年

脂质的提取实验

细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层

1959年

罗伯特森

所有的生物膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成

1970年

荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验

细胞膜具有流动性

1972年

桑格和尼克森

提出生物膜的流动镶嵌模型

2.细胞膜具有流动性的实验

（1）方法

（2）现象

①开始：

一半发红色荧光，另一半发绿色荧光。

②40min后两种颜色的荧光均匀分布。

（3）结论：

细胞膜具有流动性。

例1

　在人类对生物膜结构的探索历程中，罗伯特森提出的三层结构模型与流动镶嵌模型的相同点是（　　）

A．两种模型都认为磷脂双分子层是构成膜的基本支架

B．两种模型都认为蛋白质分子均匀排列在脂质分子的两侧

C．两种模型都认为组成生物膜的主要物质是蛋白质和脂质

D．两种模型都认为构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动

答案　C

解析　罗伯特森的三层结构模型认为生物膜由脂质和蛋白质构成，组成为蛋白质－脂质－蛋白质，但是他把该模型描述为静态的统一结构；流动镶嵌模型认为生物膜由蛋白质和脂质构成，其以磷脂双分子层作为基本支架，蛋白质分子镶嵌在双分子层中，且组成生物膜的磷脂和蛋白质都是可以流动的。

例2

　如图所示为将小白鼠细胞和人体细胞融合成杂交细胞的过程，图中的小球和小三角表示各自膜表面的蛋白质，下列有关叙述不正确的是（　　）

A．图中膜表面的蛋白质构成了细胞膜的基本支架，此外，细胞膜的主要成分还包括磷脂双分子层

B．细胞膜的元素组成包括C、H、O、N、P

C．该实验证明了细胞膜具有一定的流动性

D．适当提高温度有利于图示细胞融合

答案　A

解析　构成细胞膜基本支架的是磷脂双分子层；细胞膜主要由蛋白质、磷脂、糖类组成，蛋白质分子由C、H、O、N等元素组成，磷脂分子除C、H、O元素外，还含有N、P元素，糖类由C、H、O元素组成；图中细胞融合后，小球和小三角代表的蛋白质分子在杂交细胞膜上均匀分布，这说明蛋白质分子可以运动，即体现了细胞膜具有一定的流动性；适当提高温度能加快分子的运动，从而有利于细胞融合。

思维启迪

（1）证明细胞膜具有流动性的实例：

质壁分离与复原、变形虫运动、胞吞和胞吐、白细胞吞噬病菌、受精时细胞的融合过程、细胞杂交时的融合等。

（2）细胞膜流动性的影响因素：

主要受温度影响，适当温度范围内，随外界温度升高，膜的流动性增大，但温度高出一定范围，会导致膜被破坏。

二、流动镶嵌模型的基本内容

1．生物膜的化学组成

生物膜主要由磷脂和蛋白质组成。

2．流动镶嵌模型

（1）[1]磷脂双分子层构成膜的基本支架，这个支架不是静止的，具有流动性。

（2）[2]蛋白质是生物膜功能的行使者，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。

大多数蛋白质分子是可以运动的。

（3）在细胞膜的外表，有一层由细胞膜上的[2]蛋白质与[3]糖类结合形成的糖蛋白，叫作糖被。

糖被与细胞识别、细胞间的信息交流有密切联系。

另外，细胞膜表面还有[3]糖类和脂质分子结合成的糖脂。

深化拓展

　细胞膜的特点

（1）镶嵌性：

膜的基本结构是由磷脂双分子层及镶嵌在其上的蛋白质构成的。

（2）不对称性：

膜两侧的分子性质和结构不相同，如糖蛋白只分布在细胞膜外侧。

（3）结构特点——流动性：

组成细胞膜的各种成分都是运动的，而不单纯是磷脂双分子层是运动的。

例3

　下列选项中不符合生物膜的流动镶嵌模型观点的是（　　）

A．磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性

B．每个磷脂分子的疏水端都向内

C．嵌入磷脂双分子层的蛋白质大多能运动

D．膜中的磷脂和蛋白质之间没有联系，所以才具有流动性

答案　D

解析　生物膜是一个整体，组成它的各种分子相互作用、密切联系才维持了生物膜的整体性。

1．下列叙述，正确的打“√”，错误的打“×”。

（1）19世纪末，欧文顿通过对红细胞膜化学成分的分析得出细胞膜的成分是脂质和蛋白质（　　）

（2）细胞膜内、外侧结构具有不对称性（　　）

（3）磷脂分子构成细胞膜的基本支架（　　）

（4）组成细胞膜的蛋白质分子是可以运动的，而磷脂分子是静止的（　　）

（5）糖蛋白对所有细胞都有保护和润滑作用（　　）

（6）高尔基体形成的囊泡与细胞膜融合体现了细胞膜的结构特点——具有一定的流动性（　　）

（7）糖脂与细胞识别有关（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）×　（6）√　（7）×

2．下列说法中，与生物膜发现史不一致的是（　　）

A．欧文顿在实验基础上提出，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，测得单分子层面积为红细胞表面积的2倍。

他们由此得出结论：

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细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构，提出所有的生物膜都是由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成的

D．科学家将不同荧光染料标记的人细胞和鼠细胞的磷脂分子进行融合，证明了细胞膜的流动性

答案　D

解析　科学家通过荧光标记膜蛋白证明了细胞膜的流动性。

3．对某动物细胞进行荧光标记实验，如图所示，其基本过程：

①用某种荧光染料标记该动物细胞，细胞表面出现荧光斑点。

②用激光束照射该细胞表面的某一区域，该区域荧光淬灭（消失）。

③停止激光束照射一段时间后，该区域的荧光逐渐恢复，即又出现了斑点。

上述实验不能说明的是（　　）

A．细胞膜具有流动性

B．荧光染料能与细胞膜组成成分结合

C．根据荧光恢复的速率可推算出物质跨膜运输的速率

D．根据荧光恢复的速率可推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率

答案　C

解析　本实验是细胞膜具有一定流动性的经典实验，可根据荧光恢复的速率推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率，但是不能反映物质跨膜运输的速率。

停止激光束照射后，该区域中又出现斑点，说明其他区域的被标记的物质移动到该区域里来，体现了细胞膜的流动性。

4．下列有关膜的叙述，错误的是（　　）

A．细胞膜主要由蛋白质分子和磷脂分子组成

B．核膜和内质网膜在结构上密切联系

C．线粒体膜和叶绿体膜中的蛋白质分子是相同的

D．细胞膜中的大多数蛋白质分子和磷脂分子不是静止的

答案　C

解析　细胞膜主要是由磷脂双分子层及蛋白质分子组成，且磷脂分子和大多数蛋白质分子都是可以运动的，各种膜在结构和功能上具有一定的联系，但不同的膜功能是不同的，这主要取决于膜上的蛋白质种类和数量。

5．一种嗅觉受体细胞只拥有一种类型的气味受体。

气味受体有多少，就有多少类型的嗅觉受体细胞。

每一种受体能探测到有限数量的气味物质。

当气味物质分子流动到我们的鼻端黏膜处的嗅觉受体细胞处时，气味物质分子可以黏附在细胞膜上的特殊气味受体上；人体基因的3%被用来编码嗅觉受体细胞膜上的不同气味受体。

如图为嗅觉受体细胞膜模式图（局部），请据图回答下列问题：

（1）A代表________分子，C代表________。

（2）气味物质分子首先要与图中[　]________结合，才有产生嗅觉的可能。

（3）某些有机溶剂如苯酚，可溶解B造成膜的损伤，使嗅觉分辨能力下降，B的完整化学名称是____________________________________________。

答案　

（1）蛋白质　多糖　

（2）A　气味受体　（3）磷脂双分子层

解析　细胞膜结构的基本支架是磷脂双分子层。

A表示蛋白质，B表示磷脂双分子层，C表示多糖。

细胞膜的结构特点是具有一定的流动性。

[对点训练]

题组一　对生物膜结构的探索历程

1．借助电子显微镜观察细胞膜，可以看到两条暗带中间夹着一条明带，那么关于这两条暗带和一条明带的化学成分的说法最准确的是（　　）

A．两条暗带的成分是蛋白质，明带的成分是磷脂

B．明带的成分是蛋白质，两条暗带的成分是磷脂

C．两条暗带的主要成分是蛋白质，明带的主要成分是磷脂

D．明带的主要成分是蛋白质，两条暗带的主要成分是磷脂

答案　C

2．（2018·鹤岗一中高一上学期期中）把一个细胞中的磷脂分子全部提取出来，在空气和水界面上将它们铺成单分子层（假定单分子间距离适当且相等），推测在下列生物中，空气和水界面上磷脂分子层的表面积与原细胞的表面积之比最大和最小的细胞分别是（　　）

①洋葱根尖成熟区表皮细胞　②蛙的红细胞　③唾液腺细胞　④乳酸菌细胞　⑤酵母菌细胞

A．①②B．③④

C．③②D．⑤④

答案　B

解析　细胞中生物膜越多，则空气和水界面上磷脂分子层的表面积与原细胞的表面积之比越大，反之越小。

④乳酸菌细胞是原核细胞，其所含的生物膜只有细胞膜，所以比值最小；①②③⑤都是真核细胞，具有各种细胞器膜和核膜，但由于③唾液腺细胞分泌能力强，细胞中相关细胞器膜面积大，所以比值最大。

3．人、鼠细胞融合实验，是用带有不同荧光染料的抗体标记两种细胞的膜蛋白，一段时间后两种膜蛋白能在杂种细胞膜上均匀分布形成嵌合体。

如图是相关实验记录，据此不能得到的结论是（　　）

A．当温度增加到15℃以上时，细胞膜的流动性发生变化

B．该实验证明膜蛋白能够运动

C．温度对膜蛋白的扩散有影响

D．图中数据说明融合时间越长形成的嵌合体越多

答案　D

解析　由图示可知，在低温时形成嵌合体的比例较小，温度适宜时比例较高，15℃以上时细胞膜的流动性明显发生变化，从图中无法得出融合比例与时间的具体关系。

4．将大量磷脂分子放入清水中，搅拌后，下列图示现象不可能出现的是（　　）

答案　A

解析　磷脂分子由亲水的“头”部和疏水的“尾”部构成，把大量磷脂分子放入水中，应是亲水的“头”部向外，疏水的“尾”部向内。

5．下列关于生物膜结构探索历程的说法，不正确的是（　　）

A．最初通过对现象的推理分析得出细胞膜是由脂质组成的

B．蛋白质—脂质—蛋白质结构模型认为生物膜为静态的结构

C．流动镶嵌模型认为构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动

D．蛋白质—脂质—蛋白质结构模型和流动镶嵌模型都认为蛋白质分子在膜中的分布是不均匀的

答案　D

解析　蛋白质—脂质—蛋白质结构模型认为蛋白质在膜中的分布是均匀的、固定的。

题组二　生物膜的流动镶嵌模型

6．植物的花粉四处飞扬，却只有落在同种植物的柱头上才会萌发，落到其他植物的柱头上不会萌发。

经研究发现，以上事实是由于细胞之间存在着识别作用，这种识别作用与细胞膜的哪种成分有关（　　）

A．糖蛋白B．磷脂

C．糖脂D．胆固醇

答案　A

解析　糖蛋白与细胞膜的识别作用相关。

7．能体现细胞膜具有流动性的实例是（　　）

①高尔基体膜形成的小泡与细胞膜融合　②吞噬细胞吞噬病菌　③小肠绒毛上皮细胞吸收K＋　④核糖体上合成的蛋白质进入细胞核　⑤变形虫伸出伪足运动

A．①②③B．①②⑤

C．②③④D．①④⑤

答案　B

解析　膜的融合就是细胞膜流动性最好的体现，如高尔基体膜形成的小泡与细胞膜融合；胞吞也是膜的融合；变形虫伸出伪足运动说明细胞膜是动态的；而小肠绒毛上皮细胞对K＋的吸收是小分子物质进入细胞的实例，与膜融合无关，蛋白质进入细胞核经过的是核孔，没有穿膜，不能体现膜的流动性。

8．（2017·桂林中学高一上学期期末）关于细胞膜结构和功能的叙述，错误的是（　　）

A．细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质

B．细胞膜表面的糖蛋白与信息传递有关

C．蛋白质分子构成了细胞膜的基本支架

D．蛋白质的种类和数量决定了细胞膜的功能

答案　C

解析　细胞膜的基本支架是由磷脂双分子层构成的，C错误。

9．如图是细胞膜的亚显微结构模式图，①～③表示构成细胞膜的物质，有关说法错误的是（　　）

A．②与③是静止不动的

B．③构成细胞膜的基本支架

C．①位于细胞膜的外表面

D．细胞识别与糖蛋白①有关

答案　A

解析　②是蛋白质分子，大多数是可以运动的，③是磷脂双分子层，是可以运动的，A错误；磷脂双分子层构成了细胞膜的基本支架，B正确；①是糖蛋白，位于细胞膜的外表面，与细胞识别有关，C、D正确。

10．如图为细胞膜的亚显微结构示意图，图中

表示物质A，下列相关叙述不正确的是（　　）

A．1是糖蛋白，与细胞表面的识别有密切关系

B．2是磷脂双分子层，构成细胞膜的基本骨架

C．3是蛋白质，在不同的细胞膜中其含量不同

D．图中所示的物质A在从膜外进入到膜内

答案　D

解析　糖蛋白位于细胞膜外，因此图中所示的物质A是从膜内到膜外，D错误。

11．实验表明，正常情况下维生素D可以优先通过细胞膜进入到细胞内部，这是因为（　　）

A．细胞膜上含有蛋白质分子

B．细胞内维生素D的浓度过低

C．细胞膜的基本支架是磷脂双分子层

D．细胞膜上含有多糖

答案　C

解析　维生素D的化学本质是脂质中的固醇类物质，根据物质的相似相溶原理，维生素D可以优先通过细胞膜进入到细胞内部，这是因为细胞膜的基本支架是磷脂双分子层。

12．下列关于生物膜组成和结构的叙述，正确的是（　　）

A．构成生物膜的磷脂分子可以运动而蛋白质分子不可以运动

B．生物膜由外到内依次由糖被、蛋白质、磷脂双分子层构成

C．生物膜成分的更新可以通过囊泡的转移来实现

D．组成膜的各种化学成分在膜上是均匀分布的

答案　C

解析　构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子都是可以运动的；生物膜主要由磷脂分子和蛋白质分子组成，磷脂双分子层构成生物膜的基本支架，蛋白质分子镶嵌、覆盖或贯穿在磷脂双分子层中，有糖蛋白的一侧为细胞膜的外侧；囊泡的转移可以使生物膜的成分更新；生物膜的各种化学成分在膜上的分布是不均匀的。

[综合强化]

13．用不同的荧光染料标记的抗体，分别与人细胞和小鼠细胞的细胞膜上的一种抗原物质结合，使两类细胞分别产生绿色和红色荧光。

当这两种细胞融合成一个细胞时，开始一半呈绿色，一半呈红色。

但在37℃下保温0.5h后，两种颜色的荧光点就呈均匀分布。

请据图回答下面的问题：

（1）人和小鼠细胞膜表面的抗原属于构成膜结构的________物质。

（2）融合细胞表面两类荧光染料分布的动态变化，表明了组成细胞膜的________分子是可以运动的。

（3）融合细胞表面两类荧光染料最终均匀分布，原因是_________________________________，这表明细胞膜的结构特点是具有________________。

（4）如果该融合实验在20℃条件下进行，则两种表面抗原均匀分布的时间将大大延长，这说明__________________________________________________________。

若在0℃下培养40min，则发现细胞仍然保持一半发红色荧光，另一半发绿色荧光。

这一现象的合理解释是______________________________________________。

答案　

（1）蛋白质　

（2）蛋白质等　（3）构成膜结构的磷脂分子和蛋白质分子大多数可以运动　一定的流动性　（4）随环境温度的降低，膜上蛋白质分子的运动速率减慢　细胞膜的流动性特点只有在适宜的条件下才能体现

解析　细胞膜的成分是蛋白质分子和磷脂分子，能与荧光染料标记的抗体结合的应是膜上的蛋白质分子，即题中所谓的“抗原”物质。

人细胞和小鼠细胞融合成一个细胞后，开始时因温度和时间的关系，不同膜上的荧光性表现在相对集中的区域，其物质的流动性暂时未得到体现。

将融合细胞置于37℃下保温30min后，温度适宜，膜上的分子因流动而发生重新排列，表现出荧光点均匀分布的现象。

14．如图所示细胞膜亚显微结构模式图，请据图回答下列问题：

（1）图中[B]________的基本组成单位是________。

构成细胞膜基本支架的结构是[　　]______________。

（2）与细胞膜的识别功能有关的结构是[　　]________。

（3）吞噬细胞吞噬细菌的过程体现了细胞膜具有________性，这是因为____________________

________________________________________________________________。

（4）不同细胞细胞膜的生理功能不同，主要取决于细胞膜上的哪一结构？

________（填字母）。

（5）细胞膜的外侧是________（填“M”或“N”）侧，判断的依据是_______________________

______________________________________________________________________。

（6）细胞膜的这种结构模型被称为__________________。

答案　

（1）蛋白质　氨基酸　D　磷脂双分子层　

（2）E　糖蛋白　（3）流动　组成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的　（4）B　（5）M　M侧有多糖与蛋白质结合形成的糖蛋白，糖蛋白位于细胞膜外侧　（6）流动镶嵌模型

解析　细胞膜由磷脂双分子层构成基本支架，蛋白质覆盖、镶嵌或贯穿于磷脂双分子层中。

磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的。

细胞膜的生理功能主要由其上的蛋白质决定。

糖蛋白位于细胞膜的外侧，具有识别作用。

15．脂质体是根据磷脂分子可在水中形成稳定的脂质双层膜的原理而制备的人工膜。

单层脂分子铺展在水面上时，极性端（亲水）与非极性端（疏水）排列是不同的，搅拌后形成双层脂分子的球形脂质体（如图）。

（1）将脂质体置于清水中，一段时间后发现，脂质体的形态、体积没有变化。

这一事实说明脂质体在结构上具有一定的________。

（2）下列图中能正确表示细胞膜的亚显微结构的模式图是（　　）

（3）由脂质体的形成原因及特点分析细胞膜的基本支架是________________，同时也可推测水分子的跨膜运输不是真正的物质扩散，它最可能与膜上的____________成分有关。

美国科学家阿格雷试图从人的红细胞上寻找这种蛋白质——CHIP28。

他以这种细胞为实验材料的最可能原因是_______________________________________________________________________。

答案　

（1）稳定性　

（2）B　（3）磷脂双分子层　蛋白质　成熟的红细胞除细胞膜外无其他的膜结构，便于获得纯净的细胞膜