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2019-2020年高中生物 課時(shí)13 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型導(dǎo)學(xué)案 新人教版必修1 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1．簡述生物膜的結(jié)構(gòu)。 2．探討在建立生物膜模型的過程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步所起的作用。 3．探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。 【自主梳理】 1．對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程 時(shí)間、人物 實(shí)驗(yàn)依據(jù) 結(jié)論或假說 19世紀(jì)末歐文頓 對植物細(xì)胞進(jìn)行通透性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)_________更容易通過細(xì)胞膜 膜是由_________組成的 20世紀(jì)初 對哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞的細(xì)胞膜進(jìn)行化學(xué)分析 膜的主要成分是_______和_______ 1925年荷蘭科學(xué)家 將從紅細(xì)胞中提取的脂質(zhì)鋪展成單分子層，其面積是紅細(xì)胞表面積的_______倍 膜中的脂質(zhì)分子必然排列為_______ 1959年羅伯特森 在電子顯微鏡下看到細(xì)胞膜清晰的_______的三層結(jié)構(gòu) 所有的生物膜都由______________三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，是靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu) 1970年 _______標(biāo)記的小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn) 細(xì)胞膜具有_______ 1972年桑格和尼克森 新的觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù) 提出為大多數(shù)人所接受的_______模型 2．根據(jù)如圖回答問題。 【預(yù)習(xí)小測】 1．判斷正誤：羅伯特森用光學(xué)顯微鏡觀察到了細(xì)胞膜由蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。 2．判斷正誤：羅伯特森提出的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型為大多數(shù)科學(xué)家所接受。 3．判斷正誤：細(xì)胞膜中的磷脂呈雙層排布。 4．判斷正誤：流動(dòng)鑲嵌模型認(rèn)為生物膜具有一定的流動(dòng)性。 5．思考問題：結(jié)合日常生活，舉出糖蛋白在細(xì)胞間識別和信息交流中起重要作用的實(shí)例。 知識拓展 探究案 【探究一對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程】 1．歐文頓得出"膜是由脂質(zhì)組成的"結(jié)論，是通過對現(xiàn)象的推理分析，還是通過對膜成分的提取和鑒定？ 2．結(jié)合磷脂分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，嘗試畫出多個(gè)磷脂分子在空氣—水界面上和浸沒在水溶液中的排布狀態(tài)示意圖，并分析其原因。 3．舉例說明羅伯特森的蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)的靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)有什么不足之處？ 4．小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)： (1)依據(jù)此實(shí)驗(yàn)，你是否贊同羅伯特森認(rèn)為的細(xì)胞膜具有"靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)"的觀點(diǎn)？為什么？ (2)若此實(shí)驗(yàn)在20 C條件下進(jìn)行，請預(yù)測細(xì)胞融合后兩種顏色分布均勻所需時(shí)間的長短，并說明預(yù)測理由。 【典例精析】 下列關(guān)于生物膜結(jié)構(gòu)探索歷程的敘述，正確的是 A.歐文頓用500多種化學(xué)物質(zhì)對植物細(xì)胞進(jìn)行通透性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜，得出了 "膜是由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成的"結(jié)論 B.科學(xué)家分別用紅色和綠色熒光染料標(biāo)記人和小鼠細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)，并將兩種細(xì)胞融合，發(fā)現(xiàn)兩種顏色的熒光均勻分布。這一實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)的其他實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明細(xì)胞膜具有流動(dòng)性 C.從細(xì)胞膜中提取的脂質(zhì)鋪成的單分子層面積是細(xì)胞表面積的2倍，提出了"細(xì)胞膜只由脂質(zhì)分子組成" D.羅伯特森在電鏡下看到細(xì)胞膜由蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，提出了"生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型" 【變式訓(xùn)練】 借助電子顯微鏡觀察細(xì)胞膜,可以看到的是兩條暗帶中間夾著一條明帶,下列相關(guān)說法最準(zhǔn)確的是(　　) A.兩條暗帶的成分是蛋白質(zhì),明帶的成分是磷脂 B.明帶的成分是蛋白質(zhì),兩條暗帶的成分是磷脂 C.兩條暗帶的主要成分是蛋白質(zhì),明帶的主要成分是磷脂 D.明帶的主要成分是蛋白質(zhì),兩條暗帶的主要成分是磷脂 【探究二流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容】 (1)上圖中①②③分別是什么物質(zhì)？②在①中的分布有何特點(diǎn)？ (2)根據(jù)①②③的分布，分析：膜兩側(cè)是對稱的嗎？ (3)圖中哪側(cè)是細(xì)胞膜外側(cè)？為什么？ 6．嘗試從生物膜的成分角度思考生物膜具有一定的流動(dòng)性的原因。這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了生物膜具有什么樣的功能特點(diǎn)？ 【典例精析】 下圖為細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型示意圖，下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是 A.①是糖蛋白，對所有的細(xì)胞只有保護(hù)和潤滑作用 B.②是蛋白質(zhì)分子，大多數(shù)是可以運(yùn)動(dòng)的 C.③是磷脂雙分子層，構(gòu)成了膜的基本支架，這個(gè)支架并不是靜止的 D.不同細(xì)胞膜中，所含①②③的比例是有區(qū)別的 【變式訓(xùn)練】 細(xì)胞膜在細(xì)胞的生命活動(dòng)中具有重要作用。下列相關(guān)敘述不正確的是 A.細(xì)胞膜的糖被在細(xì)胞間具有識別作用 B.細(xì)胞膜對膜兩側(cè)物質(zhì)的進(jìn)出具有選擇性 C.細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)結(jié)合的蛋白質(zhì)種類有差異 D.載體蛋白是鑲在細(xì)胞膜內(nèi)外表面的蛋白質(zhì) 【隨堂自測】 1．下列關(guān)于生物膜結(jié)構(gòu)探索歷程的說法，不正確的是 A.荷蘭科學(xué)家用人的紅細(xì)胞提取的脂質(zhì)做實(shí)驗(yàn)，得出細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子排列為兩層的結(jié)論 B.三層結(jié)構(gòu)的"三明治"模型認(rèn)為生物膜為靜態(tài)的結(jié)構(gòu) C.流動(dòng)鑲嵌模型認(rèn)為構(gòu)成生物膜的磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動(dòng)的 D.三層結(jié)構(gòu)的"三明治"模型和流動(dòng)鑲嵌模型都認(rèn)為蛋白質(zhì)分子在膜中的分布是均勻的 2．細(xì)胞膜對細(xì)胞完成各種生理功能極為重要的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是 A.磷脂排列成雙分子層 B.膜兩側(cè)物質(zhì)分子排列不對稱 C.蛋白質(zhì)分子覆蓋或鑲嵌于磷脂雙分子層上 D.膜物質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)使其具有流動(dòng)性 3．將兩種海綿動(dòng)物的細(xì)胞分散成單個(gè)的細(xì)胞，再分別進(jìn)行同種和異種混合培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)只有同種的細(xì)胞才能結(jié)合，其原因是 A.兩種海綿細(xì)胞表面的糖蛋白起識別作用 B.兩種海綿細(xì)胞的脂質(zhì)成分不同 C.兩種海綿細(xì)胞細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)和磷脂種類都不同 D.兩種海綿細(xì)胞細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)不同 4．下列能夠反映細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的實(shí)例是 ①白細(xì)胞吞噬病菌②不能吸收蛋白質(zhì)③變形蟲的變形運(yùn)動(dòng)④水分子能自由進(jìn)出細(xì)胞⑤細(xì)胞融合 A.①②③ B.①③⑤ C.①④⑤ D.③④⑤ 5．下圖是桑格和尼克森在1972年提出的關(guān)于生物膜分子結(jié)構(gòu)的流動(dòng)鑲嵌模型，請回答下列問題。 (1)與細(xì)胞識別有關(guān)的結(jié)構(gòu)是_________(填字母)，細(xì)胞的識別實(shí)際上是一個(gè)信息傳遞過程，植物細(xì)胞間可通過_________(填結(jié)構(gòu)名稱)進(jìn)行信息傳遞。據(jù)圖可判斷_________側(cè)為細(xì)胞外側(cè)。 (2)e是_________，還能夠與脂質(zhì)結(jié)合形成_________。 (3)c是_________，該分子的特點(diǎn)是______________________________，其在細(xì)胞膜上排列成連續(xù)的_________層，構(gòu)成_________，是細(xì)胞膜的基本支架。 (4)圖中的d是_________，是由_________通過_________反應(yīng)在核糖體上合成的，其種類和數(shù)量與__________________有關(guān)。 【探究歸納】 1．教材提煉： 2．生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型：如圖所示。 (1)細(xì)胞膜中的脂質(zhì)以磷脂為主，有的還有一些膽固醇。 (2)糖脂和糖蛋白都分布于細(xì)胞膜的外表面。 (3)脂質(zhì)和蛋白質(zhì)分子并不是均勻分布的，而是呈不對稱性分布。 3．生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能特點(diǎn)： 生物膜的流動(dòng)性 生物膜的選擇透過性 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動(dòng)的 生物膜上的載體蛋白 實(shí)例 質(zhì)壁分離與復(fù)原、變形蟲運(yùn)動(dòng)、白細(xì)胞的吞噬作用等 細(xì)胞能夠有選擇性地吸收細(xì)胞所需的離子 聯(lián)系 生物膜的流動(dòng)性是選擇透過性的基礎(chǔ) 必修1課時(shí)13 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型 詳細(xì)答案 課前預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)案 【自主梳理】 1．可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì) 脂質(zhì) 脂質(zhì) 蛋白質(zhì) 2 連續(xù)的兩層 暗—亮—暗 蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì) 熒光 流動(dòng)性 流動(dòng)鑲嵌 2．1.磷脂雙分子層 基本支架 流動(dòng)性 2.蛋白質(zhì)分子 鑲 嵌入 貫穿于 運(yùn)動(dòng)的 3.糖蛋白 糖被 細(xì)胞識別 【預(yù)習(xí)小測】 1． 提示：羅伯特森用電子顯微鏡觀察到了細(xì)胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu)，他結(jié)合其他科學(xué)家的工作，提出生物膜是由蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。 2． 提示：羅伯特森提出的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型為一種靜態(tài)模型，不能解釋變形蟲的運(yùn)動(dòng)等現(xiàn)象，不為大多數(shù)科學(xué)家所接受。 3．√ 提示：磷脂的頭部親水，尾部疏水，在細(xì)胞膜中排成雙層。 4．√ 提示：流動(dòng)鑲嵌模型認(rèn)為組成生物膜的磷脂和大多數(shù)蛋白質(zhì)都是可以運(yùn)動(dòng)的，從而認(rèn)為生物膜具有一定的流動(dòng)性。 5．提示：器官移植中的免疫排斥反應(yīng)、受精作用中精子和卵細(xì)胞的結(jié)合等。 知識拓展 探究案 【探究一對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程】 1．提示：是通過對現(xiàn)象的推理分析。歐文頓通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)比不能溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，于是他得出"膜是由脂質(zhì)組成的"結(jié)論。 2．提示：如圖所示。 原因分析：因?yàn)榱字肿拥?頭"部親水，"尾"部疏水，所以當(dāng)平鋪在空氣一水界面上時(shí)，磷脂分子"頭"部向下與水面接觸，"尾"部則朝向空氣一面；當(dāng)完全浸沒在水溶液中時(shí)，磷脂分子會(huì)排成雙層。 3．提示：羅伯特森靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)無法解釋變形蟲的運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞的生長、分泌蛋白的分泌等體現(xiàn)生物膜有流動(dòng)特點(diǎn)的實(shí)例。 4．(1)提示：不贊同。小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)表明細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。 (2)提示：若在20℃條件下進(jìn)行，兩種顏色均勻分布所用的時(shí)間將延長，因?yàn)榈蜏叵路肿拥倪\(yùn)動(dòng)速度會(huì)減慢。 【典例精析】 B 【解析】19世紀(jì)末歐文頓根據(jù)易溶于脂質(zhì)的物質(zhì)容易通過細(xì)胞膜的現(xiàn)象提出：膜是由脂質(zhì)組成的。兩位荷蘭科學(xué)家將從細(xì)胞膜中提取的脂質(zhì)在空氣—水界面上鋪展成單分子層，發(fā)現(xiàn)其面積是細(xì)胞表面積的2倍，提出：細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子必然排列為連續(xù)的兩層。羅伯特森在電鏡下看到細(xì)胞膜由暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，他把生物膜描述為靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。科學(xué)家用綠色和紅色熒光染料標(biāo)記小鼠和人細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)，并使之融合，發(fā)現(xiàn)兩種顏色的熒光均勻分布，再根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)及其他相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。 【備注】膜的成分和結(jié)構(gòu)的初步闡明，最初都是先根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和有關(guān)知識，提出假說，而不是通過實(shí)驗(yàn)觀察直接正實(shí)的。假說的正確與否，還需要通過觀察和實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。 【變式訓(xùn)練】 C 【解析】羅伯特森提出了生物膜的模型:中間的亮層是脂質(zhì)分子,兩邊的暗層是蛋白質(zhì)分子。由于生物膜中還有多糖、膽固醇等物質(zhì),所以只能說主要成分。 【備注】無 【探究二流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容】 5．(1)提示：①②③分別是磷脂、蛋白質(zhì)和糖鏈。蛋白質(zhì)有的鑲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，有的貫穿于整個(gè)磷脂雙分子層。 (2) 提示：由三者的分布可知，膜兩側(cè)是不對稱的。 (3) 提示：a側(cè)。因?yàn)閍側(cè)有糖蛋白，糖蛋白只存在于細(xì)胞膜的外側(cè)，起識別作用。 6．提示：組成生物膜的磷脂和大多數(shù)蛋白質(zhì)都能夠運(yùn)動(dòng)，所以生物膜具有一定的流動(dòng)性。這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了生物膜能夠選擇性地控制物質(zhì)進(jìn)出，具有選擇透過性。 【典例精析】 A 【解析】①是糖蛋白，消化道和呼吸道上皮細(xì)胞表面的糖蛋白有保護(hù)和潤滑作用，而有些細(xì)胞表面的糖蛋白也有識別作用。②是蛋白質(zhì)分子，有的鑲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，有的貫穿于整個(gè)磷脂雙分子層，大多數(shù)是可以運(yùn)動(dòng)的。③是磷脂雙分子層，構(gòu)成膜的基本支架，處于不斷流動(dòng)狀態(tài)。不同細(xì)胞膜所含化學(xué)成分基本相同，但各種成分的含量卻有差異。 【備注】生物膜主要由磷脂和蛋白質(zhì)組成，磷脂在生物膜中為雙層排布，形成磷脂雙分子層，構(gòu)成生物膜的基本支架。磷脂和大多數(shù)蛋白質(zhì)都能夠運(yùn)動(dòng)，所以生物膜具有一定的流動(dòng)性。 【變式訓(xùn)練】 D 【解析】細(xì)胞膜上的糖蛋白具有識別功能；細(xì)胞膜具有選擇透過性，對進(jìn)出細(xì)胞膜的物質(zhì)具有選擇性；載體蛋白是跨膜蛋白而不是鑲在細(xì)胞膜內(nèi)外表面。蛋白質(zhì)是生命話動(dòng)的主要承擔(dān)者，根據(jù)結(jié)構(gòu)與其功能相適應(yīng)，由于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的蛋白質(zhì)種類有差異，因此，內(nèi)外兩側(cè)的功能也不相同。 【備注】無 【隨堂自測】 1．D 【解析】荷蘭科學(xué)家用丙酮從人的紅細(xì)胞中提取脂質(zhì)，在空氣—水界面上鋪展成單分子層，測得其面積為紅細(xì)胞表面積的2倍，從而得出細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子排列為連續(xù)的2層的結(jié)論，A項(xiàng)正確。羅伯特森提出生物膜的"三明治"模型，他將生物膜描述為靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)，B項(xiàng)正確。流動(dòng)鑲嵌模型認(rèn)為構(gòu)成生物膜的磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動(dòng)的，故生物膜具有一定的流動(dòng)性，C項(xiàng)正確。流動(dòng)鑲嵌模型認(rèn)為蛋白質(zhì)分子有的鑲在磷脂雙分子層的表面，有的貫穿于整個(gè)磷脂雙分子層，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，在膜中分布不均勻，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 【備注】無 2．D 【解析】構(gòu)成細(xì)胞膜的磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動(dòng)的，這種特點(diǎn)使細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性，這對細(xì)胞完成各種生理功能非常重要。 【備注】無 3．A 【解析】海綿細(xì)胞膜表面的糖蛋白具有識別作用，能夠識別同種和異種，只有同種的海綿細(xì)胞才能結(jié)合。 【備注】無 4．B 【解析】細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有一定的流動(dòng)性，白細(xì)胞吞噬病菌、變形蟲的變形運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞融合都能體現(xiàn)細(xì)胞膜的流動(dòng)性。蛋白質(zhì)不被細(xì)胞吸收體現(xiàn)了細(xì)胞膜的選擇透過性，水分子能自由進(jìn)出細(xì)胞與細(xì)胞膜的流動(dòng)性無關(guān)。 【備注】無 5．(1)a 胞間連絲 M (2)糖鏈 糖脂 (3)磷脂分子 有親水的磷酸"頭"部和疏水的脂肪酸"尾"部 兩 磷脂雙分子層 (4)蛋白質(zhì) 氨基酸 脫水縮合 膜功能的復(fù)雜程度 【解析】(1)題圖中a是糖蛋白、e是糖鏈，糖蛋白通常分布在細(xì)胞膜外側(cè)，故依據(jù)a可判斷M側(cè)為細(xì)胞的外側(cè)。a參與細(xì)胞的識別，進(jìn)行細(xì)胞之間的信息交流。細(xì)胞之間的信息交流是多種多樣的，如植物細(xì)胞之間可以通過胞間連絲進(jìn)行信息傳遞。 (2)e是與蛋白質(zhì)結(jié)合的糖鏈，還能夠與細(xì)胞膜上的脂質(zhì)結(jié)合形成糖脂。 (3)c是磷脂分子，具有親水的磷酸"頭"部和疏水的脂肪酸"尾"部，在細(xì)胞膜上排列成連續(xù)的兩層，構(gòu)成磷脂雙分子層，為細(xì)胞膜的基本支架。 (4)d是膜上的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是由氨基酸在核糖體上通過脫水縮合而形成的，其種類和數(shù)量越多，膜的功能越復(fù)雜。 【備注】無