許昌市重點中學高三一輪復習生物膜的流動鑲嵌模型和物質跨膜運輸?shù)姆绞綄W案

許昌市重點中學高三一輪復習生物膜的流動鑲嵌模型和物質跨膜運輸?shù)姆绞阶灾魇崂硪?、對生物膜結構的探索歷程1．19世紀末，歐文頓通過實驗發(fā)現(xiàn)：凡是可以溶于脂質的物質更容易通過細胞膜進入細胞，于是提出膜是由脂質組成的。2．20世紀初，科學家第一次將膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，化學分析表明，膜的主要成分是脂質和蛋白質。3．1925年，荷蘭科學家用丙酮從人的紅細胞中提取脂質，在空氣—水的界面上鋪展成單分子層，其面積為紅細胞表面積的2倍。從而得出結論：細胞膜中的脂質分子排列為連續(xù)的兩層。4．20世紀40年代，科學家推測細胞膜的脂質兩邊各覆蓋著蛋白質。5．1959年，羅伯特森在電鏡下看到了清晰的暗—亮—暗的三層結構，大膽地提出了生物膜由蛋白質—脂質—蛋白質三層結構構成。他把生物膜描述成靜態(tài)的統(tǒng)一結構。20世紀60年代以后，不少科學家提出質疑：這樣細胞膜的復雜功能將難以實現(xiàn)，不能解釋細胞的生長和變形蟲的運動。6．1970年，科學家用熒光標記技術，進行了人鼠細胞雜交實驗，表明細胞膜具有 流動性。7．1972年，桑格和尼克森提出的生物膜的流動鑲嵌的模型為大多數(shù)人所接受。[互動探究]生物膜模型的建立和完善過程，對我們的啟示有哪些？[提示]生物膜結構的研究歷史反映了科學研究曲折艱辛的歷程，同時也告訴我們建立模型的一般方法。科學家根據(jù)觀察到的現(xiàn)象和已有的知識提出解釋某一生物學問題的假設或模型，用觀察和實驗對假說或模型進行檢驗、修正和補充。一種模型最終能否被普遍接受，取決于它能否與以后的觀察和實驗結果相吻合，能否很好地解釋相關現(xiàn)象，科學就是這樣一步一步向前邁進的。二、流動鑲嵌模型的基本內容1．磷脂雙分子層構成膜的基本支架，其結構特點是具有流動性。2．蛋白質分子有的鑲在磷脂分子層表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個磷脂雙分子層；大多數(shù)蛋白質分子是可以運動的。3．細胞膜表面的糖類可以和蛋白質結合形成糖蛋白，也可以和脂質結合形成糖脂。[互動探究]細胞膜保證生命活動順利進行的結構和功能基礎分別是什么？[提示]膜的流動性和選擇透過性。要點歸納一、對生物膜的探索歷程(見下表)時間·人物依據(jù)結論或假說19世紀末歐文頓凡是可以溶于脂質的物質，比不能溶于脂質的物質更容易通過細胞膜細胞膜是由脂質組成的20世紀初分離并分析出哺乳動物紅細胞膜的主要成分為脂質和蛋白質1925年兩位荷蘭科學家把紅細胞膜中的脂質提取出來，在空氣—水界面上鋪展成單分子層，測得其面積恰是紅細胞表面積的2倍細胞膜中的脂質分子必然排列為連續(xù)的兩層20世紀40年代有學者在荷蘭科學家研究的基礎上推測脂質兩邊各覆蓋著蛋白質“雙分子層模型”：細胞膜是由雙層脂質分子及內外表面附著的蛋白質構成的1959年羅伯特森電鏡下看到細胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結構所有生物膜都由蛋白質—脂質—蛋白質三層結構構成。特點：靜態(tài)結構1970年人—鼠細胞融合實驗細胞膜具有一定的流動性1972年桑格和尼克森在前人研究的基礎上提出細胞膜的“流動鑲嵌模型”二、生物膜的流動鑲嵌模型1．結構模型：生物膜的流動鑲嵌模型認為，磷脂雙分子層構成了膜的基本支架，這個支架不是靜止的。磷脂雙分子層是輕油般的流體，具有流動性。蛋白質分子有的鑲嵌在磷脂雙分子層表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個磷脂雙分子層。2．組成成分及其結構圖示糖被：在細胞膜的外表，有一層由細胞膜上的蛋白質與糖類結合形成的糖蛋白，叫做糖被。糖被的作用：(1)保護和潤滑作用；(2)與細胞表面的識別、信息傳遞有關。除糖蛋白外，細胞膜表面還有糖類和脂質分子結合成的糖脂。感悟拓展1．不同生物膜的化學成分不同，但都主要是由蛋白質分子和磷脂分子構成。對生物膜成分較全面的描述是脂質、蛋白質和糖類，其中脂質主要是磷脂，還有膽固醇等；糖類主要與蛋白質形成糖蛋白或與脂質結合成糖脂而存在；蛋白質的含量高低與種類多少反映膜功能的復雜程度。2．提取細胞膜的實驗材料——哺乳動物成熟紅細胞；優(yōu)點：無核膜和各種細胞器膜；原理方法：放入清水中吸水漲破，離心分離提純。[注意]不能用雞的紅細胞，必須用哺乳動物的成熟紅細胞。3．細胞膜選擇透過性實驗探究(1)可利用細胞液有顏色的植物組織，將其放入無色溶液中，然后用高溫、強酸或強堿處理，觀察處理前后有無溶液顏色的變化。(2)將種子切開，放入紅墨水中，胚部分不被染紅，而胚乳部分被染紅。典例導悟例一如圖表示細胞膜的亞顯微結構，其中a和b為物質的兩種運輸方式。下列對細胞膜結構和功能的敘述錯誤的是()A．若圖示為肝細胞膜，則尿素的運輸方向是Ⅱ→ⅠB．細胞間的識別、免疫、細胞的癌變與①有密切的關系C．適當提高溫度將加快②和③的流動速度D．b過程不需要ATP，a過程不能體現(xiàn)膜的選擇透過性這一生理特性解析圖中①是糖蛋白，②是蛋白質，③是磷脂分子，Ⅰ為膜外(外側有糖蛋白)，Ⅱ為膜內。a方式是由低濃度向高濃度、需載體協(xié)助的主動運輸，b方式是由高濃度向低濃度、不需載體協(xié)助的自由擴散。肝細胞內合成尿素，通過肝細胞膜以自由擴散的方式運輸?shù)郊毎猓蔄項正確；細胞間的識別、免疫和細胞的癌變與膜上的糖蛋白有關，故B項正確；適當提高溫度，分子運動速度加快，故C項正確；b自由擴散不需要能量是正確的，但a主動運輸需膜上載體蛋白的協(xié)助，能體現(xiàn)膜的選擇透過性，故D項錯誤。答案D組成細胞膜的磷脂分子和蛋白質分子的排布有下述特點，其中描述細胞膜基本骨架的是()A．膜兩側的分子結構和性質不盡相同B．磷脂分子排布成雙分子層C．蛋白質分子附著和鑲嵌于磷脂雙分子層中D．蛋白質分子和磷脂分子具有一定的流動性答案B解析磷脂雙分子層構成膜的基本支架。自主梳理1．被動運輸(1)自由擴散：一些小分子物質利用細胞內外溶液的濃度差，通過簡單的擴散作用進出細胞，不需要載體和能量，如水、CO2、O2、甘油、乙醇、苯等。(2)協(xié)助擴散：葡萄糖等一些物質順濃度梯度跨膜運輸，進出細胞需借助載體蛋白的協(xié)助，但不需要能量。2．主動運輸：某些離子和小分子物質，能夠從低濃度一側運輸?shù)礁邼舛纫粋?，需要載體蛋協(xié)助，同時還需要消耗細胞內化學反應所釋放的能量。如細胞吸收K＋、Na＋、Ca2＋、氨基酸等。主動運輸保證了活細胞能夠按照生命活動的需要，主動選擇吸收所需要的營養(yǎng)物質，排出代謝廢物和對細胞有害的物質。3．當細胞攝取大分子時，大分子附著在細胞膜的表面，細胞膜內陷形成小囊，分離后形成囊泡，進入細胞內，這種現(xiàn)象叫胞吞。細胞需要外排的大分子，先在細胞內形成囊泡，后與細胞膜融合，將其排出，這種現(xiàn)象叫胞吐。[互動探究]胞吞、胞吐是否屬于跨膜運輸？[提示]大分子物質以胞吞和胞吐方式進出細胞，這與細胞膜的流動性有關，但不屬于跨膜運輸。要點歸納1．細胞膜的結構特點、流動性(1)原因：膜結構中的蛋白質分子和脂質分子是可以運動的。(2)影響因素：主要受溫度影響，適當溫度范圍內，隨外界溫度升高，膜的流動性增強，但溫度高出一定范圍，則導致膜的破壞。(3)實例①質壁分離和復原實驗；②變形蟲捕食和運動時偽足的形成；③白細胞吞噬細菌；④胞吞與胞吐；⑤受精時細胞的融合過程；⑥動物細胞分裂時細胞膜的縊裂過程；⑦細胞雜交時的細胞融合(如人鼠細胞融合)。2．細胞膜的功能特點：選擇透過性(1)表現(xiàn)：植物根對礦質元素的選擇性吸收，神經(jīng)細胞對K＋的吸收和對Na＋的排出，腎小管的重吸收和分泌，小腸的吸收等。(2)原因：遺傳性載體種類、數(shù)量選擇性。3．細胞膜的流動性與選擇透過性的關系：流動性與選擇透過性都是對細胞膜的描述，但兩者既有區(qū)別又有聯(lián)系。(1)區(qū)別：流動性是細胞膜及其他生物膜的結構方面的特性，原因是構成細胞膜的磷脂分子是可以運動的，大多數(shù)蛋白質分子也是可以運動的。選擇透過性體現(xiàn)了細胞膜功能方面的特性，是指細胞膜對進出細胞的物質具有一定的選擇性，主動運輸能充分說明選擇透過性。除細胞膜外，細胞中的其他膜結構——葉綠體膜、線粒體膜、液泡膜等也具有這一特性。(這些具膜的結構與細胞膜的成分類似，主要由磷脂和蛋白質組成)(2)聯(lián)系：細胞膜的流動性是表現(xiàn)其選擇透過性的結構基礎。因為只有細胞膜具有流動性，細胞才能完成其各項生理功能，才能表現(xiàn)出選擇透過性。相反，如果細胞膜失去了選擇透過性，細胞可能已經(jīng)死亡了?？傊?，膜的組成、結構和功能可表示為下圖：感悟拓展1．膜的流動鑲嵌模型充分體現(xiàn)了結構與功能相適應的特點，要理解膜的流動性和選擇透過性的關系，應特別注意膜的流動性是磷脂分子和蛋白質分子以一定的方式進行運動的結果。2．胞吞、胞吐：是大分子和顆粒性物質進出細胞的方式，這兩種方式雖然最終通過了生物膜，但實質上，這些物質并沒有真正的穿過生物膜。例如，白細胞吞噬大腸桿菌、變形蟲吞噬有機物顆粒、胰腺細胞分泌胰島素等。3．在細胞的生命活動過程中，主動運輸起到了重要作用，它使細胞能主動地從外界吸收被選擇的物質，供生命活動利用。同樣，細胞也能利用主動運輸把新陳代謝產(chǎn)物排出細胞外?？傊毎ㄟ^主動運輸，攝取、積累物質以及不斷排出代謝廢物，從而維持細胞組成成分的動態(tài)穩(wěn)定，保證生命活動的正常進行。4．影響跨膜運輸?shù)囊蛩?1)影響自由擴散的因素細胞膜內外的物質的濃度差。(2)影響協(xié)助擴散的因素①細胞膜內外物質的濃度差。②細胞膜上運載物質的載體數(shù)量。(3)影響主動運輸?shù)囊蛩丌佥d體：是細胞膜上的一類蛋白質。a．載體具有特異性，不同物質的載體不同，不同生物細胞膜上的載體的種類和數(shù)目也不同。b．載體具有飽和現(xiàn)象，當細胞膜上的載體全部參與物質的運輸時，細胞吸收該物質的速度不再隨物質的濃度增大而增大。②能量：凡能影響細胞內產(chǎn)生能量的因素，都能影響主動運輸，如氧氣濃度、溫度等。典例導悟例二對細胞膜的選擇透過性起主要作用的物質是()A．水 B．糖類C．蛋白質 D．磷脂解析細胞膜的選擇透過性是由細胞膜上的載體蛋白的種類和數(shù)量決定的。答案C氧