生物人教版必修1习题：4.2 生物膜的流动镶嵌模型 word版含解析

第14课时生物膜的流动镶嵌模型
[目标导读] 1.阅读教材P65～67内容，体会科学家建立生物膜模型的过程。

2.结合教材图4－6，阐明生物膜流动镶嵌模型的基本内容。

[重难点击]生物膜流动镶嵌模型的基本内容。

一对生物膜结构的探索历程
生物膜对物质进出细胞是有选择性的。

为什么生物膜能够控制物质的进出？这与生物膜的结构有什么关系？生物膜结构的探索历程如何？请阅读教材P65～67内容，结合下列材料进行分析：
1.从生理功能入手的科学研究
(1)材料19世纪末，欧文顿用500多种化学物质对植物细胞进行通透性实验，发现凡是可以溶于脂质的物质更容易通过细胞膜。

结论：膜是由脂质组成的。

根据相似相溶原理，苯(脂溶性)和Na＋(非脂溶性)中，苯更容易通过细胞膜。

(2)20世纪初，科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来。

化学分析表明，膜的主要成分是脂质和蛋白质。

(3)材料科学家通过研究发现磷脂分子的结构如图所示。

水是一种极性溶剂，根据磷脂分子的结构特点，(如图)画出它在水—空气界面上的分布情况(用表示磷脂分子)。

答案
(4)材料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。

结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层。

2.静态结构模型的提出
材料1959年，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(如图)。

罗伯特森提出所有的生物膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成。

结论：生物膜为静态的统一结构。

该模型缺点：认为生物膜是一个静态结构，无法解释细胞生长、变形虫运动、摄食等现象。

3.新技术带来新模型
(1)材料1970年，弗雷和埃迪登分别用绿色和红色荧光染料标记两种细胞的蛋白质，并将两细胞融合，发现荧光均匀分布，结果如下图。

结论：构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大多数不是静止的，而是可以运动的，即细胞膜具有一定的流动性。

①在人—鼠细胞融合的实验中，将温度维持在0 ℃，与37 ℃相比，实验现象有什么变化？答案两种荧光不能均匀分布，或者需要更长的时间才能分布均匀，因为温度降低减慢了蛋白质运动的速度。

②下列现象中哪些体现了生物膜的流动性a、b、c、d。

a.细胞融合
b.质壁分离过程中细胞膜面积减小，厚度增加
c.内质网出芽形成囊泡
d.变形虫伸出伪足
e.水稻细胞吸收硅离子比钙离子多
(2)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。

归纳提炼
活学活用
1.生物膜的“蛋白质—脂质—蛋白质”静态结构模型不能解释下列哪种现象()
A.细胞膜是细胞的边界
B.溶于脂质的物质能够优先通过细胞膜
C.变形虫的变形运动
D.细胞膜中的磷脂分子呈双层排列在膜中
答案C
解析这种模型的主要不足在于认为蛋白质和脂质都是固定不变的，是静态的，这种结构无法解释细胞膜具有的多种功能，如细胞生长、膜的扩大、变形虫的变形运动等。

二生物膜的流动镶嵌模型
目前，细胞膜的流动镶嵌模型已被大多数人所接受，如图就是流动镶嵌模型的示意图，阅读教材P68内容，结合该图探究下列问题。

1.流动镶嵌模型的基本内容
(1)[4]磷脂双分子层构成了细胞膜的基本支架，它是轻油般的流体，具有流动性。

(2)蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面(如图中[2])，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中(如图中[6])，有的贯穿于整个磷脂双分子层(如图中[5])。

大多数蛋白质分子也是可以运动的。

(3)糖类有的和蛋白质结合构成[3]糖蛋白，有的和脂质结合构成[1]糖脂。

2.在细胞膜的外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，叫糖被，它与细胞表面的识别有密切关系，另外，消化道和呼吸道上皮细胞表面的糖蛋白有保护和润滑作用。

3.图中A、B两侧，A侧是细胞膜的外表面，B侧是细胞膜的内表面。

4.罗伯特森的“蛋白质—脂质—蛋白质”结构模型和流动镶嵌模型的主要区别是什么？
答案罗伯特森的“蛋白质—脂质—蛋白质”结构模型认为蛋白质和脂质都是固定不变的，是静态的；流动镶嵌模型认为脂质和蛋白质分子大都是可以运动的，是动态的。

小贴士生物膜的结构除了具有流动性的特点外，还具有：(1)镶嵌性：膜的基本结构是由磷脂双分子层镶嵌蛋白质构成的。

(2)不对称性：膜两侧的分子性质和结构不相同，如糖被只存在于外表面。

归纳提炼
活学活用
2.如图是细胞膜的亚显微结构模式图，据图判断下列说法的正误。

(1)①的组成单位是氨基酸()
(2)②和③全部都能运动()
(3)③构成了细胞膜的基本支架()
(4)物质进出细胞只与②有关，与③无关()
(5)细胞膜为细胞的生命活动提供相对稳定的内部环境()
(6)细胞膜的另一侧也应具有①结构()
(7)②与细胞识别和血型决定有关()
(8)①所在的一侧为细胞膜的外侧()
答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×(7)×(8)√
解析图中①为多糖与蛋白质结合而成的糖蛋白，与细胞识别有关，参与细胞间的信息传递。

②代表细胞膜中的蛋白质分子，它们可镶在膜的表层或嵌入、贯穿于磷脂双分子层中，大多数是可以运动的。

③是磷脂双分子层，是构成细胞膜的基本支架，脂溶性物质容易进入细胞与细胞膜的脂质成分——磷脂分子密切相关。

细胞膜使每个细胞与周围环境隔离开，维持着相对稳定的内部环境，保证了细胞内各项生命活动的顺利进行。

当堂检测
1.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。

2.用丙酮从口腔上皮细胞中提取脂质，在空气－水界面上铺成单分子层，测得单分子层面积为S1，设细胞膜表面积为S2，则S1与S2关系最恰当的是()
A.S1＝2S2
B.S1>2S2
C.S1<2S2
D.S2<S1<2S2
答案B
解析磷脂双分子层构成生物膜的基本支架，因此细胞膜铺成单分子层后是细胞表面积的2倍。

口腔上皮细胞还有具膜的细胞器和细胞核，因此口腔上皮细胞生物膜铺成单分子层后大于细胞膜表面积S2的2倍。

3.下列过程中，不直接依赖细胞膜的流动性就能完成的是()
A.液泡失水皱缩
B.氨基酸在核糖体上进行脱水缩合
C.变形虫的变形
D.人鼠细胞融合
答案B
解析核糖体是无膜细胞器，氨基酸在核糖体上进行脱水缩合与细胞膜的流动性无关，故选B项。

4.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0.5 h后，两种颜色的荧光点就呈均匀分布。

请据图回答下列问题：
(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，由此可以证实与细胞膜结构“模型”相关的________________________________的观点是成立的。

(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40 min，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)蛋白质等膜物质分子能够运动
(3)构成膜结构的磷脂分子和蛋白质分子大都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主要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30 min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。

40分钟课时作业
基础过关
知识点一对生物膜结构的探索历程
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
2.将一个细胞中的磷脂成分全部提取出来，并将其在空气—水界面上铺成单分子层，结果测
得单分子层的表面积相当于原来细胞膜表面积的两倍。

用下列细胞实验与此结果最相符的是()
A.人的肝细胞
B.蛙的红细胞
C.洋葱鳞片叶表皮细胞
D.大肠杆菌细胞
答案D
解析大肠杆菌中只有细胞膜，没有其他膜结构，磷脂在细胞膜中呈双层排列，因此形成单层膜时表面积相当于原来细胞膜表面积的两倍。

而人的肝细胞、蛙的红细胞、洋葱鳞片叶表皮细胞除细胞膜外还有核膜、各种细胞器膜。

3.从细胞膜上提取了某种成分，用非酶法处理后，加入双缩脲试剂出现紫色；若加入斐林试剂并水浴加热，出现砖红色。

该成分最可能的是()
A.糖脂
B.磷脂
C.糖蛋白
D.脂蛋白
答案C
解析该成分加入双缩脲试剂出现紫色，说明含蛋白质，加入斐林试剂并水浴加热，出现砖红色，说明含还原糖，因此判断是糖蛋白。

知识点二细胞膜的流动镶嵌模型
4.下列四项是神经细胞的细胞膜结构模式图，正确的是()
答案A
解析磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架，其排列方式为：亲水性头部排在外侧，疏水性尾部排在内侧。

5.下列对生物膜结构的叙述，最科学的是()
A.所有的生物膜均由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，是一个静态的统一结构
B.生物膜中的脂质全为磷脂，且呈双层排布
C.生物膜具有流动性，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
D.生物膜具有流动性，表现在其磷脂双分子层可以运动，但蛋白质不可以运动
答案C
解析构成生物膜的脂质主要是磷脂，动物细胞膜中还含有胆固醇，磷脂双分子层构成膜的基本支架。

蛋白质在磷脂双分子层中分布位置有多种，但大多数是可以运动的。

分子的运动决定了生物膜具有一定的流动性。

6.当温度升高到一定程度时，细胞膜的厚度变小而面积变大，这是由细胞膜的什么特性所决
定的()
A.具有一定的流动性
B.具有选择透过性
C.具有识别作用
D.具有物质运输功能
答案A
解析细胞膜的这种变化体现了膜的流动性。

7.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，细胞膜的流动性发生变化
B.该实验证明膜蛋白能够在膜表面运动
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。

8.透析型人工肾中起关键作用的是人工合成的膜材料——血液透析膜，其作用是能把病人血液中的代谢废物透析掉，血液透析膜模拟了生物膜的()
A.流动性特点
B.信息交流功能
C.磷脂双分子层结构
D.选择透过功能
答案D
解析血液透析膜是从功能上模拟生物膜的选择透过性，滤去代谢废物并保留营养物质，达到净化血液的目的。

血液透析膜不要求具有生物膜的流动性和磷脂双分子层结构，不具有信息交流功能。

能力提升
9.如图甲为细胞膜的亚显微结构模式图，图乙为图甲细胞膜的磷脂分子结构模式图，下列相关叙述错误的是()
A.图甲中的①②③共同为细胞的生命活动提供相对稳定的内部环境
B.图乙分子可识别“自己”和“非己”的成分
C.图甲中②与细胞的选择吸收有关，①②可作为气味分子的受体并完成信息的传递
D.将图乙平展在水面上，a部分与水面接触
答案B
解析图甲中①表示多糖，②表示蛋白质，③表示磷脂双分子层；图乙中a是亲水性头部，b是疏水性尾部。

①②③共同构成了细胞膜，为细胞提供了相对稳定的内部环境；细胞膜上的糖蛋白具有识别作用，磷脂分子无此功能。

10.下列能够反映细胞膜的结构特点的实例是()
①白细胞吞噬病菌②不能吸收蛋白质③变形虫的变形运动④水分子能自由进出细胞
⑤细胞融合
A.①②③
B.①③⑤
C.①④⑤
D.③④⑤
答案B
解析细胞膜的结构特点具有流动性，其原因是构成膜的成分(主要是蛋白质分子和磷脂分子)大都是可以运动的。

膜的流动性能保证细胞正常生理功能得以顺利进行，如物质交换、细胞融合等。

11.磷脂是组成细胞膜的重要成分，这与磷脂分子的头部亲水、尾部疏水的性质有关。

某研究小组发现植物种子细胞以小油滴的方式贮存油，每个小油滴都由磷脂膜包被着，该膜最可能的结构是()
A.由单层磷脂分子构成，磷脂的尾部向着油滴内
B.由单层磷脂分子构成，磷脂的头部向着油滴内
C.由两层磷脂分子构成，结构与细胞膜完全相同
D.由两层磷脂分子构成，两层磷脂的头部相对
答案A
解析油滴是疏水性的，能和磷脂的尾部亲和，所以应是磷脂的尾部向着油滴内，由单层磷脂分子构成磷脂膜包被着油滴。

12.将小分子药物或酶、抗体、核酸等生物大分子用磷脂制成的微球体包裹后，更容易运输到患病部位的细胞中，这是因为()
A.生物膜具有选择透过性，能够允许对细胞有益的物质进入
B.磷脂双分子层是生物膜的基本支架，且具有流动性
C.生物膜上的糖蛋白起识别作用
D.生物膜具有半透性，不允许大分子物质通过
答案B
解析生物膜的基本支架是磷脂双分子层，且具有流动性，将酶、抗体、核酸等生物大分子或小分子药物用磷脂制成的微球体包裹后，磷脂可以与细胞膜融合，把药物运输到患病部位的细胞中。

13.下列关于生物膜结构和功能的叙述，正确的是()
A.细胞核、线粒体、叶绿体都具有双层膜，所以它们的通透性是相同的
B.因为生物膜具有流动性，所以组成膜的各种化学成分在膜中是均匀分布的
C.所有生物膜的结构由外到内依次是糖被、蛋白质、磷脂双分子层
D.生物膜在结构和功能上的紧密联系，是使细胞成为有机整体的必要条件
答案D
解析任意两种生物膜由于组成成分不完全相同，结构不同，故通透性不相同；由于组成生物膜的磷脂双分子层具有流动性，大部分蛋白质分子也能运动，使得生物膜具有流动性，而与化学成分的均匀分布无关；蛋白质分子在磷脂双分子层中的排列方式有多种，并非固定不变。

14.下图表示细胞膜的亚显微结构，请据图回答下列问题：
(1)细胞膜的基本支架是[]________________。

(2)该结构的基本功能是__________________。

与此相关的对生命活动至关重要的特性是________________。

(3)细胞识别、物质的跨膜运输等与图中________(选填图中字母)有关。

(4)叶绿体和线粒体等细胞结构中均有此结构，但执行的具体功能有很大区别，具体原因是由于图中________(填图中字母)不同所致。

(5)有人发现，在一定温度条件下，细胞膜中的脂质分子均垂直排列于膜表面。

当温度上升到一定程度时，细胞膜的脂质分子有75%排列不整齐。

细胞膜厚度变小，而膜表面积扩大。

对于膜的上述变化，合理的解释是____________________________________________
_______________________________________________________________________。

答案(1)B磷脂双分子层(2)保护和运输(控制物质的出入)功能选择透过性(3)A
(4)A(5)细胞膜具有流动性
解析磷脂双分子层构成了细胞膜的基本支架；细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，有利于细胞生命活动的正常进行；细胞膜除了具有保护细胞内部结构的功能以外，还有控制物质出入细胞的功能，即其生理特性是具有选择透过性；细胞膜的选择透过性对于细胞的生命活动至关重要，不同的膜结构其蛋白质不同，它们执行的具体功能就有很大的区别；最后一个问题的题干中，不管是哪种形式的变化，核心问题都是关系到膜的流动性，构成细胞膜的脂质分子和蛋白质分子大都可以运动，影响脂质运动的因素有多种，温度是其中的重要因素，在一定范围内升高温度，能增强脂质的流动性。

15.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，构成生物膜的基本支架是___________，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上的特点是具有________性。

(3)科学家在研究线粒体结构和功能时发现，其外膜包含很多称为“孔道蛋白”的整合蛋白，可允许某些离子和小分子顺浓度梯度通过，这体现了生物膜功能上的______________性。

若将线粒体的蛋白质提取出来，脱离膜结构的大部分蛋白质无法完成其生理功能，说明____________________________是完成生命活动的基础。

答案(1)磷脂双分子层蛋白质和糖类(2)蛋白质分子可以运动流动(3)选择透过膜结构的完整性(分子在生物膜上的有序排列)
解析本题通过图解综合考查细胞膜的结构和功能。

人—鼠细胞融合的实验图解提供了以下信息：一是标记的是蛋白质，二是蛋白质是可以流动的。

个性拓展
16.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趋势而制备的人工膜。

单层脂分子铺展在水面上时，极性端(亲水)与非极性端(疏水)的排列是不同的，搅拌后形成双层脂分子的球形脂质体如图所示，据图回答下列问题。

(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________________________________________。

(2)如图表示细胞膜的亚显微结构图，请回答：
①该结构对细胞的生命活动至关重要的功能特性是__________________。

②有些有机溶剂如苯酚，可溶解B造成膜的损伤，增加膜的通透性，B的完整化学名称是________________。

动物细胞吸水膨胀时，B的厚度变小，说明B具有__________________________。

试举一个体现膜流动性的实例________________________。

③一位科学家发现，当温度升高到一定程度时，细胞膜的密度减小，而面积扩大。

据此你认为在一定温度范围内，随温度升高，细胞的代谢速率__________。

答案(1)脂质体在结构上具有一定的稳定性
(2)①选择透过性②磷脂双分子层一定的流动性变形虫的变形运动(白细胞吞噬病菌、分泌蛋白的分泌等)③加快
解析(1)将脂质体置于清水中，脂质体的形态、体积没有变化，说明脂质体在结构上具有一定的稳定性。

(2)细胞膜对细胞生命活动至关重要的功能特性是选择透过性。

由于膜的基本支架是磷脂双分子层，因此易被有机溶剂破坏。

细胞吸水膨胀，细胞膜厚度变薄，体现了细胞膜具有一定的流动性。

除此之外，体现细胞膜流动性的实例还有如变形虫的变形运动、分泌蛋白的分泌过程等。

在一定范围内，温度升高，膜面积增大，细胞的代谢速率会加快。