细胞膜的结构和功能

学科：生物

教学内容：细胞膜的结构和功能

【学习目标】

1．理解细胞膜的化学成分、分子结构以及流动性的结构特点。

2．理解细胞膜的主要功能、物质出入膜的两种方式及功能特点。

3．建立细胞膜的结构模型，了解细胞膜的其他功能。

4．能用膜的流动性、选择透过性等特点进行分析和解释相关的现象。

【学习障碍】

1．理解障碍

如何理解细胞膜的结构以及结构特点；如何理解膜的结构与功能之间的关系；如何理解膜的结构特点与功能特性之间的联系。

2．解题障碍

用膜的结构特点以及膜的选择透过性的原理去分析解释有关细胞的融合、物质出入细胞(包括内吞与外排、主动运输等)等相关的生命现象。

【学习策略】

1．理解障碍的突破

(1)用“模型法”理解细胞膜的结构。

生命是物质的，生命活动需要一定的结构来保障，因此，学习过程中经常会遇到生物体的结构问题，尤其是更微观层次上的结构，这就要求学习者能将微观问题转变成宏观的问题，而建立一个简单、直观的模型来辅助，为思维创建一些支点，是解决此类问题的有效方法之一。这就是所谓的“模型法”。如下图。

在细胞膜中每一个磷脂分子头部因含有磷酸和碱基，极性强，是亲水性的；尾部的碳氢链为非极性的，具疏水性。如通过实验将磷脂加入水中，在一定浓度下，磷脂分子相互聚集，亲水性的极性头部朝向水相，而疏水的非极性尾部则避开水向内聚集，从而形成微小的球形

磷脂分子团。若继续用超声波处理，则形成不易溶于水且在水相对稳定存在的磷脂双分子层结构。因此，膜中的磷脂分子正如模型中的那样排列。而磷脂分子的这种性质对于构成稳定的膜结构具有重要意义。

从模型中还可以看出，磷脂双分子层是细胞膜的主要结构支架；膜蛋白为球蛋白，分布于磷脂双分子层表面或嵌入磷脂分子中，有的甚至横跨整个磷脂双分子层；组成细胞膜的各种成分在膜中的分布是不均匀的，即具有不对称性。例如：膜蛋白在磷脂双分子层中不对称地、不同程度地嵌入磷脂双分子层中或分布于膜表面。同时不同部位膜蛋白的种类和数量也不同；另外，细胞膜上的糖被只存在于膜外表面，与外层蛋白质结合形成糖蛋白。所以，糖类在细胞膜中的分布具有显著的不对称性。这些特点对于膜的功能的实现具有更直接的意义。

[例1]根据细胞膜的化学成分和结构特点，分析下列材料并回答有关问题：

(1)1895年Overton在研究各种未受精卵细胞的透性时，发现脂溶性物质容易透过细胞膜，不溶于脂质的物质透过细胞膜十分困难。这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、水界面上展开时，这个单层分子的面积相当于原来红细胞表面积的两倍。由此可以认为细胞膜由_______________组成。

解析：用“联想对照法”来解。

答案：(1)脂质分子(2)两层磷脂分子

点评：此题以考查细胞膜的结构和功能为线索，兼学科内综合及跨学科知识于一体。取材于书外，回答的内容却在书内，即“题在书外，理在书内”，是一道科技含量高，分析推理较强的试题。

(2)用“借比法”理解膜的结构特点。

“借比法”就是把难于想象或很抽象的生物学内容，通过借助我们所熟知的一些事例或现象进行比喻，以达到对问题真正理解的一种科学思维方法。

根据细胞膜的结构，巧妙地利用“借比法”帮助理解。细胞膜的结构特点是具有一定的流动性。膜的流动性是细胞膜结构的基本特征之一，同时也是细胞膜表现其正常功能的必要条件。膜的流动性是指膜结构分子的运动性，它包括膜磷脂分子的运动和膜蛋白的运动。我们可以联想细胞就好比地球，假设地球上没有陆地而全被大海所覆盖，那么磷脂双分子层就好比海水，蛋白质分子就好比海上的各种船只，它们都是可以运动的，这样就很容易理解细胞膜的结构特点——具有一定的流动性。

(3)用“结构与功能相统一”的观点去理解细胞膜的结构与功能之间的关系、结构特点与功能特性之间的联系。

结构与功能相统一的观点包括两层意思：一是有一定的结构就必然有与之相对应的功能存在；二是任何功能都需要有一定的结构来完成。

细胞膜的基本结构是：①由磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架，这种结构的存在就必然有与之相对应的功能存在——脂溶性物质能够以自由扩散的方式优先通过膜，其他不带电荷的小分子也可以以自由扩散的方式通过膜。②在磷脂双分子层中，镶嵌有蛋白质分子，这一结构的存在，也必然有与之相对应的功能存在——蛋白质可以作为物质运输的载体，从而使膜具有主动运输的功能；糖被的存在，与细胞保护、润滑、识别等功能有关。因此，细胞膜的结构使其具有保护、物质交换、识别、分泌、排泄、免疫等功能；而细胞膜的以上这些生理功能的实现必定有一定的结构来完成，这就是细胞膜磷脂双分子层。

细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，细胞膜的功能特性是具有选择透过性，这是两个不同而又有联系的概念。膜的流动性的存在，就既可使膜中各种成分按需要调整其组合分布而利于控制物质进出细胞，又能使细胞经受一定程度的变形不至破裂而具有了保护细胞内

部的作用，从而保证了活细胞完成各种生理功能，是细胞膜具有选择透过性这一功能特性的基础；而活细胞的细胞膜具有选择透过性，是细胞生命活动的体现。这种膜可以让水分子自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。这样可保证细胞按生命活动需要吸收和排出物质；而物质选择性的透过细胞膜等各项生理功能的实施，又需要细胞膜的流动性这一结构特点来保障，这就是结构特点和功能特性的统一。

(4)用“系统化法”理解细胞膜的结构与功能的关系。

所谓“系统化法”就是把各种相关知识纳入一定顺序或沿一条或几条主线纳入一定体系的思维方法。系统化不单纯是知识的分门别类，而且是把知识按逻辑关系加以系统整理，使其构成一个比较完整的体系。在生物学学习中，经常采用编写提纲、绘制图表、框图等形式，把学过的知识加以系统整理，便于知识的掌握。该方法尤其是在后期复习中被经常使用，是形成知识网络的重要方法之一。

将细胞膜的结构与功能的关系概括如下图所示。

2．解题障碍的突破

(1)用“类比分析法”分析解释有关细胞的融合、物质出入细胞(包括内吞与外排、主动运输等)等相关的生命现象。

“类比分析法”就是指先对问题对象加以归类，再针对性进行知识归类并进行分析的思维方法。本方法特别适于一题多方面考查或多层次考查的题型，尤其当前高考的简答题多是这种题型，在解题时要求我们必须先对知识背景或所提问题迅速归类，再找到对应知识点然后综合其他方法分析作答。

[例2]有两位科学家做了以下实验(下图)：

①用红色荧光染料标记人细胞膜上的蛋白质；②用绿色荧光染料标记鼠细胞膜上的蛋白质；③把人和鼠的细胞融合，融合后的细胞，一半发红色荧光，另一半发绿色荧光。此细胞在37℃下培养40min后，两种颜色均匀分布在融合后细胞的表面。请分析：

(1)两种颜色均匀分布是由于________________的结果。

(2)这一实验结果，能证明细胞膜具有_________________性。

解析：用“类比分析法”解。遇到这类问题要认真审题和思考，要弄明白都涉及到哪些知识点，即首先进行知识类化：有关细胞融合、内吞与外排主要体现了细胞膜的流动性，这是细胞膜的结构特点；主动运输主要体现了细胞膜的选择透过性，这是细胞膜的功能特性。