第5讲　细胞膜——系统的边界　生物膜的流动镶嵌模型细胞核——系统的控制中心

　1.细胞膜系统的结构和功能(Ⅱ)　2.细胞核的结构和功能(Ⅱ)

细胞膜的组成、结构和功能

1．细胞膜的成分和功能

(1)细胞膜的制备

①材料：人或其他哺乳动物成熟的红细胞。

②原因

a．无核膜和众多的细胞器膜，易制得纯净的细胞膜。

b．无细胞壁，细胞易吸水涨破。

③实验原理：利用渗透作用，使红细胞吸水涨破，除去细胞内的其他物质，制得细胞膜。

(2)细胞膜的成分

糖类（约2%～10%）(蛋白质（约40%）：与细胞膜功能密切相关)

(3)细胞膜的功能[连一连]

2．生物膜的结构

(1)生物膜结构的探索历程

(2)流动镶嵌模型的基本内容

①填写组成细胞膜的物质或结构

a．糖蛋白，b.磷脂双分子层，c.蛋白质。

②图中c的分布形式

a．镶嵌在[b]磷脂双分子层的表面；

b．部分或全部嵌入b中；

c．贯穿于整个b中。

(3)模型中有关结构或功能特点

①基本支架：磷脂双分子层。

②结构特点：具有一定的流动性。

③生理特性：选择透过性。

④糖蛋白分布于细胞膜的外表面，具有保护、润滑和细胞识别作用。

细胞膜“一、二、三”

3．植物细胞壁

(1)成分：主要是纤维素和果胶；酶解法去除细胞壁所用酶为纤维素酶和果胶酶；与其形成有关的细胞器为高尔基体和线粒体。

(2)功能：支持和保护。动物细胞在清水中可吸水涨破，但植物细胞不会，主要是纤维素和果胶的功劳。

1．(必修1 P41左上图改编)如图是制备纯净细胞膜的流程，以下说法正确的是(　　)

A．图示显示红细胞在浓盐水中涨破

B．人的红细胞无核糖体，因而无蛋白质

C．红细胞涨破后，需经离心才能获得细胞膜

D．红细胞涨破后，无法用光镜观察到

答案：C

2．(深入追问)如图是动物体内某组织细胞的细胞膜结构模式图，据你所掌握的膜结构特点，请确认①～④哪一项正确。

提示：②。磷脂双分子层中，亲水头部位于膜的内外表面，糖蛋白的糖基团位于膜的外表面，故②正确。

1．细胞膜的结构特点与功能特性的比较

2.细胞膜功能的实例分析

(1)能够说明细胞膜具有控制物质出入细胞功能的实例跨膜运输(自由扩散、协助扩散、主动运输)、膜泡运输(胞吞、胞吐)。

(2)能够说明细胞膜具有信息交流功能的实例

①内分泌细胞分泌的蛋白质类激素(胰岛素、胰高血糖素、生长激素等)与靶细胞细胞膜表面的受体结合。

②神经递质与突触后膜上递质受体结合。

③精子与卵细胞、T淋巴细胞与B淋巴细胞、效应T细胞与靶细胞间的识别与信息传递等。

(3)能够体现细胞膜具有一定流动性的实例

膜泡运输、细胞融合、细胞缢裂。

【感知考题】

(2016·高考全国卷丙，1)下列有关细胞膜的叙述，正确的是(　　)

A．细胞膜两侧的离子浓度差是通过自由扩散实现的

B．细胞膜与线粒体膜、核膜中所含蛋白质的功能相同

C．分泌蛋白分泌到细胞外的过程存在膜脂的流动现象

D．膜中的磷脂分子是由胆固醇、脂肪酸和磷酸组成的

[解析]　细胞膜两侧的离子浓度差是通过主动运输实现的，A项错误；细胞膜、线粒体膜和核膜的功能不同，这与各膜中所含不同功能的蛋白质有直接关系，B项错误；分泌蛋白通过胞吐分泌到细胞外，该过程是通过膜的流动性实现的，涉及膜脂的流动，C项正确；膜中的磷脂分子是由甘油、脂肪酸和磷酸等组成的，D项错误。

[答案]　C

 高分点拨——类题通法

1．4种常考的“膜蛋白”及其功能

(1)信号分子(如激素、淋巴因子、神经递质)的受体蛋白——糖蛋白。

(2)膜载体蛋白：膜用于协助扩散和主动运输的载体蛋白。

(3)具催化作用的酶：如好氧型细菌其细胞膜上可附着与有氧呼吸相关的酶，此外，细胞膜上还可存在ATP水解酶(催化ATP水解，用于主动运输等)。

(4)识别蛋白：用于细胞与细胞间相互识别的糖蛋白(如精卵间的识别、免疫细胞对抗原的特异性识别等)。

2．不同生理状态下细胞膜的成分及功能分析

(1)衰老细胞的细胞膜的通透性发生改变，物质运输功能下降。

(2)代谢旺盛的细胞，物质运输速度快，需要的载体种类和数目多，细胞膜上的蛋白质种类和含量较多。

(3)癌细胞的细胞膜上的糖蛋白减少，细胞之间黏着性降低，易于扩散和转移。

(4)死亡细胞的细胞膜没有选择透过性。

【跟进题组】

 命题1　分析细胞膜的组成、结构及功能

1．(高考新课标全国卷Ⅰ改编)关于细胞膜结构和功能的叙述，错误的是 (　　)

A．脂质和蛋白质是组成细胞膜的主要物质

B．当细胞衰老时，其细胞膜的通透性会发生改变

C．甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜

D．细胞产生的激素与靶细胞膜上相应受体的结合可实现细胞间的信息传递

解析：选C。A项，细胞膜主要由脂质和蛋白质组成；B项，细胞衰老的主要特征之一是细胞膜的通透性改变，物质运输功能降低；C项，甘油是脂溶性小分子，其通过细胞膜的方式是自由扩散；D项，细胞产生的激素随血液到达全身各处，与靶细胞表面的相应受体结合，实现细胞间的信息传递。

2．(高考福建卷改编)细胞的膜蛋白具有物质运输、信息传递、免疫识别等重要生理功能。下列图中，可正确示意不同细胞的膜蛋白及其相应功能的是(　　)

解析：选D。A项，运输O₂的血红蛋白分布在红细胞的细胞质中，不是在细胞膜上。B项，T淋巴细胞不能分泌抗体。C项，胰岛素受体具有特异性，只能与胰岛素特异性结合，不能与胰高血糖素结合。

 命题2　区分细胞膜的“流动性”与“选择透过性”

3．(2017·广东实验中学一调)下列关于生物膜系统的叙述中，错误的是(　　)

A．突触前膜乙酰胆碱的释放体现膜的流动性

B．相对于骨骼肌细胞，胰岛细胞中高尔基体膜成分的更新速度更快

C．龙胆紫溶液能将洋葱根尖细胞内的染色体染色，体现了细胞膜的选择透过性

D．构成动物细胞膜的脂质有磷脂和固醇

解析：选C。突触前膜释放乙酰胆碱是突触小泡和突触前膜融合的过程，体现了膜的流动性，A正确；高尔基体参与细胞分泌过程，胰岛细胞是分泌细胞，比骨骼肌细胞更快更新高尔基体膜的成分，B正确；在用龙胆紫溶液对洋葱根尖细胞染色体染色之前，先要解离，此时细胞已经被杀死，C错误；磷脂和胆固醇都是动物细胞膜的重要组成成分，D正确。

4．(2017·南京高三模拟)下列关于细胞膜的流动性和选择透过性的叙述，不正确的是(　　)

A．流动性的基础是组成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大多是流动的

B．选择透过性的基础是细胞膜上的载体蛋白和磷脂分子具有特异性

C．细胞的胞吞和胞吐体现了细胞膜的流动性

D．钾离子通过主动运输的形式进入细胞体现了细胞膜的选择透过性

解析：选B。细胞膜的选择透过性的基础是细胞膜上的载体蛋白具有特异性，磷脂分子没有特异性。

 命题3　细胞膜的实验探究

5．(2017·黄冈中学模拟)一种聚联乙炔细胞膜识别器已问世，它是通过物理力把类似于细胞膜上具有分子识别功能的物质镶嵌到聚联乙炔囊泡中，组装成纳米尺寸的生物传感器。它在接触到细菌、病毒时可以发生颜色变化，用以检测细菌、病毒。这类被镶嵌进去的物质很可能含有(　　)

A．磷脂和蛋白质　　　　　　 B．多糖和蛋白质

C．胆固醇和多糖   D．胆固醇和蛋白质

解析：选B。细胞膜上具有识别作用的是糖蛋白，糖蛋白是多糖和蛋白质结合形成的。

6．现有人的成熟红细胞、人的口腔上皮细胞、蛙的红细胞、鸡肝研磨液等生物材料及相关用具，请根据以上信息，完成下列实验设计并分析有关问题：

(1)为获得纯净的细胞膜，应选取上述材料中的________做实验。选用该材料的原因是它

________________________________________________________________________。

(2)将选取的上述材料放入________中，由于________作用，一段时间后细胞将破裂。

(3)科学家将细胞膜中的磷脂分子提取出来，铺在空气—水界面上成单分子层，测得磷脂单分子层面积为S，那么该细胞膜的表面积约为________。

(4)通过有关方法，测得多种膜的化学成分如表所示：

如表数据显示，细胞膜与细胞器膜在化学物质组成上的共同点是

________________________________________________________________________

________，主要区别是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)有人发现，在一定温度条件下，细胞膜中的磷脂分子均垂直排列于膜表面。当温度上升到一定程度时，细胞膜中的磷脂分子有75%排列不整齐，细胞膜厚度变小，而膜的表面积扩大，膜对离子和分子的通透性提高。对上述实验现象合理的解释是

________________________________________________________________________

________________________。

(6)生物膜具有控制物质进出的功能，请根据以下材料设计实验，验证生物膜的选择透过性。

材料：红玫瑰、质量分数为15%的盐酸、蒸馏水、培养皿、量筒。

实验步骤：

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________；

③________________________________________________________________________。

解析：人的成熟红细胞不仅无细胞核，也无众多的细胞器等膜结构，所以是获取纯净细胞膜的好材料。将红细胞放入蒸馏水中，红细胞会因渗透作用吸水过多而破裂。细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，因此，当磷脂单分子层面积为S时，细胞膜表面积约为S/2。由题表中数据可以看出各种膜的主要组成成分相同，即都主要由蛋白质和脂质组成；分别比较每种成分在不同膜中的含量，可得出细胞膜与细胞器膜在物质组成上的主要区别。磷脂双分子层由整齐排列变得不整齐，导致细胞膜厚度改变，可推测这是由细胞膜的支架——磷脂双分子层的运动造成的。因细胞膜具有一定的流动性，细胞膜的厚度才会改变。活细胞的细胞膜、液泡膜具有选择透过性，细胞液中的色素不会从细胞中渗出；当细胞死亡时，细胞膜、液泡膜失去选择透过性，色素才会从细胞中渗出。杀死细胞的方法是用质量分数为15%的盐酸处理。

答案：(1)人的成熟红细胞　除细胞膜外无其他膜结构　(2)蒸馏水(清水)　渗透　(3)S/2　(4)主要由蛋白质和脂质组成　细胞器膜上蛋白质含量较高，脂质含量较低(蛋白质和脂质的比例不同或细胞膜都含糖类，而细胞器膜不含糖类)　(5)构成细胞膜的磷脂分子是可以运动的，细胞膜具有一定的流动性　(6)①取适量的红玫瑰花瓣，均分为两部分，分别放入培养皿中，编号为A、B　②A组加入适量的蒸馏水，B组加入等量的质量分数为15%的盐酸　③观察A、B两组花瓣的颜色变化及溶液的颜色变化

控制物质进出功能的验证

正常情况下紫色洋葱细胞、各色各样的花瓣显现出颜色都是因为细胞液中含有某种色素分子，若将有颜色的植物组织放入清水中，色素分子不能透出；若用高温、强酸或强碱处理则可导致原生质层失活，此时色素分子就会从细胞液中透出，外界溶液将呈现色素颜色。如：

　细胞核的结构、功能及实验探究

1．细胞核的结构

(1)填写图中结构名称

a．核膜，b．染色质，c．核仁，

d．核孔。

(2)写出图中结构的相应功能

①a：把核内物质与细胞质分开。

②b：是DNA的主要载体。

③c：与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。

④d：实现核质之间频繁的物质交换和信息交流。

2．细胞核的功能

(1)是遗传信息库，遗传物质储存和复制的主要场所。

(2)是细胞代谢和遗传的控制中心。

细胞核结构的“二·二·四”

3．细胞核功能的探究

1．(必修1 P56技能训练改编)一位生物学家做了这样的实验。他研究了100个细胞，把每个细胞都分成两部分，一部分含有细胞核，另一部分没有细胞核。所有的细胞都放在一定的条件下培养。他得到如表实验数据，据此不能得出的结论是(　　)

表1

表2

A．细胞无核也能存活，说明细胞的死活与细胞核无关

B．有细胞核的细胞随培养的进行大部分能存活

C．没有细胞核，细胞的生命活动就不能正常进行

D．表2中有细胞死亡，可能是细胞的正常凋亡或人为因素对细胞造成了伤害致死

答案：A

2．(深入追问)(1)细胞代谢的中心是细胞核吗？

提示：细胞核是细胞代谢的控制中心，不是细胞代谢的中心，细胞代谢的中心是细胞质基质。

(2)真核细胞都有细胞核吗？

提示：真核细胞一般都有细胞核，但高等植物成熟的筛管细胞、哺乳动物成熟的红细胞等极少数细胞没有细胞核。

细胞核的结构和功能

【感知考题】

下列关于细胞核的叙述，正确的是(　　)

A．酵母菌的细胞核内含有DNA和RNA两类核酸(2016·全国乙，1B)

B．细胞都具有细胞核但遗传物质不一定是DNA(2016·四川，2B)

C．肌细胞细胞核中的RNA能够传递和表达遗传信息(2015·北京，2B改编)

D．小分子物质可以通过核孔、大分子物质不能通过(2014·大纲卷，1C改编)

[答案]　A

 高分点拨——类题通法

细胞核相关知识大汇聚

(1)细胞核是细胞代谢的控制中心，但不是细胞代谢的中心，因为细胞代谢的主要场所是细胞质基质。

(2)核膜、核仁在细胞周期中表现为周期性消失和重建。

(3)核孔、核膜均具有选择透过性。

(4)核仁不是遗传物质的储存场所。细胞核中的遗传物质分布在染色体(染色质)上。

(5)核糖体合成的起点在细胞核内，发挥作用在细胞质中。

(6)核孔的数量、核仁的大小与细胞代谢有关，如代谢旺盛、蛋白质合成量大的细胞，核孔数多，核仁较大。

(7)核膜通常与内质网膜直接相连，其上附着有核糖体。

【跟进题组】

 命题1　细胞核的结构和功能

1．(2017·济南月考)下列有关细胞核的叙述，正确的是(　　)

A．①、②是由DNA和蛋白质组成的链状结构，在细胞周期中发生周期性变化

B．③是由2层磷脂分子组成的

C．脱氧核苷酸、核糖核苷酸、信使RNA、RNA聚合酶、DNA解旋酶、组成染色质的蛋白质、脱氧核糖核酸等物质必须通过核孔才能进出细胞核

D．⑤是细胞代谢活动的控制中心

解析：选A。①、②分别是染色质和染色体，均是主要由DNA和蛋白质组成的链状结构，随细胞周期而发生周期性变化。③是核膜，为双层膜，由4层磷脂分子组成。大分子物质进出细胞核都要通过核孔，但DNA(脱氧核糖核酸)例外，不能进出细胞核，而核苷酸属于小分子物质，可通过核膜进出细胞核。⑤是核仁，它与核糖体的形成以及某些RNA的形成有关，细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心。

2．心血管疾病目前是发达国家所有疾病中的头号杀手。最新研究表明，其致病机制是核孔复合物的运输障碍。据此分析正确的是(　　)

A．核孔是细胞核与细胞质之间任何物质进行运输的通道

B．人体成熟的红细胞中核孔数目很少，因此红细胞代谢较弱

C．核孔运输障碍的直接原因可能是核孔复合物发生改变

D．tRNA在细胞核内合成，运出细胞核发挥作用与核孔复合物无关

解析：选C。核孔是细胞核与细胞质之间进行物质交换和信息交流的通道，DNA主要存在于细胞核内，一般不经核孔进行运输，A项错误；人体成熟的红细胞中没有细胞核，更没有核孔，B项错误；核孔运输障碍的直接原因可能是核孔复合物发生改变，运输能力改变，C项正确；tRNA在细胞核内合成，通过核孔运出细胞核发挥作用，所以tRNA运出细胞核与核孔复合物有关，D项错误。

误认为核孔是随时敞开、大小分子都能进出的通道

[点拨]　(1)核孔并非是一个简单的通道而是由多种蛋白质组成的一个复杂而精细的结构，对进出核孔的物质具有严格调控作用。

(2)物质进出细胞核并非都通过核孔。核孔是大分子物质出入细胞核的通道。

 命题2　细胞核功能的实验验证

3．(2017·贵州贵阳监测)伞藻是一种能进行光合作用的单细胞绿藻，由伞帽、伞柄和假根三部分构成，细胞核在假根内。科学家用伞形帽和菊花形帽两种伞藻做嫁接和核移植实验(如图)。下列相关叙述错误的是(　　)

A．图2中移去细胞核的甲伞藻的生命活动将逐渐减缓直至停止

B．图2中③与图1中①的帽形相同，都是菊花形帽

C．图1中①②的帽形因嫁接而改变

D．上述实验说明生物体形态结构的建成主要与细胞核有关

解析：选C。细胞核是细胞遗传和代谢活动的控制中心，故移去细胞核的甲伞藻的生命活动逐渐减缓直至停止，A正确；图2中的③与图1中的①的细胞核相同，故两者都是菊花形帽，B正确；图1中①②嫁接的是伞柄，属于细胞的细胞质部分，故不会引起帽形的改变，C错误；题中嫁接实验及核移植实验可说明生物体形态结构的建成主要与细胞核有关，D正确。

4．(经典题)细胞核具有什么功能？科学家通过下列实验(如图)进行探究：①用头发将蝾螈的受精卵横缢为有核

和无核的两半，中间只有很少的细胞质相连，结果无核的一半(a)停止分裂，有核的一半(b)能继续分裂；②b部分分裂到16～32个细胞时，将一个细胞核挤入不能分裂的a部分，结果a部分开始分裂、分化，进而发育成胚胎。下列叙述中不正确的是(　　)

A．实验结果可以说明细胞核与细胞的分裂、分化有关

B．实验①中，b部分细胞属于对照组，a部分属于实验组

C．实验②中，a部分的操作与实验①中的a部分形成对照

D．实验说明细胞的寿命与细胞核有关

解析：选D。整个实验并没有涉及细胞的寿命，故D项错误。有核或植入核的部分能分裂、分化，无核的部分则停止分裂，说明细胞核与细胞的分裂、分化有关，故A项正确。a部分相当于去核和重新植入核，是实验组，故B项正确。实验②中，a部分植入核，与实验①中的无核形成对照，故C项正确。

[核心体系构建]

[填空]　①磷脂、蛋白质、糖类等　②一定的流动性　③选择透过性　④将细胞与外界环境分隔开　⑤控制物质进出细胞　⑥进行细胞间的信息交流　⑦遗传信息库　⑧细胞代谢和遗传的控制中心　⑨核膜、核孔等　⑩核仁、染色质等

[规范答题必备]

1．细胞膜结构和功能的3个“三”

(1)三种成分：脂质、蛋白质、糖类。

(2)三个功能：将细胞与外界环境分隔开、控制物质进出细胞、进行细胞间的信息交流。

(3)信息交流的三种形式：分泌化学物质、通过细胞膜的直接接触、通过细胞间的通道。

2．本质相同的两种物质

染色体和染色质都是由DNA和蛋白质组成的，是同一种物质在细胞不同时期的两种存在状态。

3．细胞核结构和功能的“二、二、四”

二场所——遗传物质的复制场所、储存场所。

二中心——细胞代谢和遗传的控制中心。

四结构——核膜、核孔、核仁、染色质。