第4章第2、3節(jié)生物膜的流動鑲嵌模型 物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞?(1)

1、自讀教材自讀教材夯基礎(chǔ)夯基礎(chǔ)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程 填表填表 時間時間( (人物人物) )實驗依據(jù)實驗依據(jù)結(jié)論或假說結(jié)論或假說1919世紀末世紀末歐文頓歐文頓對植物細胞進行通透性對植物細胞進行通透性實驗，實驗，發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) 更更容容易通過細胞膜易通過細胞膜膜是膜是由由 組組成成的的2020世紀初世紀初對哺乳動物紅細胞的細對哺乳動物紅細胞的細胞膜進行化學(xué)分析胞膜進行化學(xué)分析膜的主要成分膜的主要成分是是 和和 脂質(zhì)脂質(zhì)脂質(zhì)脂質(zhì)脂質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)時間時間( (人物人物) )實驗依據(jù)實驗依據(jù)結(jié)論或假說結(jié)論或假說19251925年荷蘭年荷蘭科學(xué)家科學(xué)家從紅細胞中提取的從紅細胞中提取的脂質(zhì)

2、鋪成單分子層，脂質(zhì)鋪成單分子層，其面積是紅細胞表其面積是紅細胞表面積的面積的 倍倍膜中的脂質(zhì)分子必膜中的脂質(zhì)分子必然排列為然排列為 19591959年羅伯年羅伯特森特森電子顯微鏡下看到電子顯微鏡下看到細胞膜清晰的細胞膜清晰的 三層結(jié)構(gòu)三層結(jié)構(gòu)所有的生物膜都由所有的生物膜都由 三層結(jié)構(gòu)構(gòu)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，是成，是 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)2 2暗暗亮亮暗暗連續(xù)的連續(xù)的兩層兩層蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)脂質(zhì)脂質(zhì)蛋蛋白質(zhì)白質(zhì)靜態(tài)靜態(tài)時間時間( (人物人物) )實驗依據(jù)實驗依據(jù)結(jié)論或假說結(jié)論或假說19701970年年熒光標記的小鼠細胞熒光標記的小鼠細胞和人細胞融合實驗和人細胞融合實驗細胞膜具有細胞膜具有 19721972年桑格年桑

3、格和尼克森和尼克森新的觀察和實驗證據(jù)新的觀察和實驗證據(jù)提出為大多數(shù)人所接提出為大多數(shù)人所接受的受的 模型模型流動性流動性流動鑲嵌流動鑲嵌 1 1結(jié)合磷脂分子的結(jié)構(gòu)特點，試以示意圖的形結(jié)合磷脂分子的結(jié)構(gòu)特點，試以示意圖的形式畫出多個磷脂分子在水式畫出多個磷脂分子在水空氣界面的排布狀態(tài)和在空氣界面的排布狀態(tài)和在細胞膜上的排布狀態(tài)，并分析其原因。細胞膜上的排布狀態(tài)，并分析其原因。提示：提示： 分析：分析：(1)(1)水水空氣界面：因為空氣界面：因為磷脂磷脂分子的分子的“頭部頭部”親水親水，“尾部尾部”疏水疏水，所，所以在水以在水空氣界面上磷脂分子空氣界面上磷脂分子“頭部頭部”向向下與水面接觸，下與水

4、面接觸，“尾部尾部”則朝向空氣一面則朝向空氣一面。 (2)(2)細胞膜上：因細胞膜內(nèi)外均為水環(huán)境，細胞膜上：因細胞膜內(nèi)外均為水環(huán)境，依據(jù)磷脂分子依據(jù)磷脂分子“頭部頭部”親水，親水，“尾部尾部”疏疏水的特點，故呈現(xiàn)如圖所示狀態(tài)。水的特點，故呈現(xiàn)如圖所示狀態(tài)。 2 2溫度可影響細胞膜的流動性，如溫度可影響細胞膜的流動性，如何利用何利用“人人鼠細胞融合實驗鼠細胞融合實驗”證明這一證明這一觀點。觀點。 提示：提示：在不同溫度下誘導(dǎo)人鼠細胞融在不同溫度下誘導(dǎo)人鼠細胞融合，據(jù)兩種顏色的熒光均勻分布的時間來合，據(jù)兩種顏色的熒光均勻分布的時間來判斷。判斷。1 1人鼠細胞融合實驗分析人鼠細胞融合實驗分析(1)(

5、1)方法：方法：綠色熒光綠色熒光 紅色熒光紅色熒光染料標記染料標記 染料標記染料標記小鼠細胞小鼠細胞 人細胞人細胞 跟隨名師跟隨名師解疑難解疑難 (2)(2)現(xiàn)象：現(xiàn)象：開始：開始：一半發(fā)綠色熒光一半發(fā)綠色熒光另一半發(fā)紅色熒光另一半發(fā)紅色熒光40min40min后后兩種顏色熒光均勻分布兩種顏色熒光均勻分布 (3) (3)結(jié)論：細胞膜上的蛋白質(zhì)是運動的，膜具有一定的結(jié)論：細胞膜上的蛋白質(zhì)是運動的，膜具有一定的流動性流動性 2 2溫度、膜流動性與細胞生命活動的關(guān)系溫度、膜流動性與細胞生命活動的關(guān)系 (1) (1)溫度高時，膜流動性大，有利于生命活動的溫度高時，膜流動性大，有利于生命活動的進行，但溫

6、度過高，膜的流動性過大，甚至破壞了膜進行，但溫度過高，膜的流動性過大，甚至破壞了膜的結(jié)構(gòu)，反而不利于生命活動的正常進行。的結(jié)構(gòu)，反而不利于生命活動的正常進行。 (2) (2)溫度低時，膜的流動性下降，膜的運輸功能溫度低時，膜的流動性下降，膜的運輸功能下降或完全喪失。下降或完全喪失。 特別提醒特別提醒 膜的流動性是指組成膜的磷脂分子和蛋膜的流動性是指組成膜的磷脂分子和蛋白質(zhì)分子是運動的，而不是靜止不動的。白質(zhì)分子是運動的，而不是靜止不動的。自讀教材自讀教材夯基礎(chǔ)夯基礎(chǔ)1 1結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型 填圖填圖 磷脂雙分子層磷脂雙分子層基本支架基本支架流動性流動性蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)分子蛋白質(zhì)分子運動的運動的

7、糖蛋白糖蛋白細胞識別細胞識別糖被糖被2 2結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點 填空填空 生物膜的結(jié)構(gòu)特點是具有一定的生物膜的結(jié)構(gòu)特點是具有一定的 。流動性流動性 1 1有人在實驗時發(fā)現(xiàn)：在一定溫度下，細胞有人在實驗時發(fā)現(xiàn)：在一定溫度下，細胞中的脂質(zhì)分子均垂直排列于膜表面；當(dāng)溫度升高到中的脂質(zhì)分子均垂直排列于膜表面；當(dāng)溫度升高到一定程度時，細胞膜中的脂質(zhì)分子有一定程度時，細胞膜中的脂質(zhì)分子有75%75%的排列不的排列不整齊，細胞膜的厚度變小，表面積擴大，對離子和整齊，細胞膜的厚度變小，表面積擴大，對離子和分子的通透性提高。據(jù)有關(guān)內(nèi)容解釋上述現(xiàn)象。分子的通透性提高。據(jù)有關(guān)內(nèi)容解釋上述現(xiàn)象。 提示：提示：細胞膜具有一

8、定的流動性，溫度可影響細胞膜具有一定的流動性，溫度可影響膜的流動性。膜的流動性。 2 2實驗表明，將兩種不同的海綿動物的細胞分實驗表明，將兩種不同的海綿動物的細胞分散成單個的細胞，然后將這些細胞摻在一起混合培散成單個的細胞，然后將這些細胞摻在一起混合培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)只有同種的細胞才能結(jié)合，在這里起識別養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)只有同種的細胞才能結(jié)合，在這里起識別作用的是細胞膜上的何種物質(zhì)？作用的是細胞膜上的何種物質(zhì)？ 提示：提示：糖蛋白。糖蛋白。跟隨名師跟隨名師解疑難解疑難1 1生物膜的流動鑲嵌模型生物膜的流動鑲嵌模型 (1) (1)細胞膜中的脂質(zhì)除磷脂外，還細胞膜中的脂質(zhì)除磷脂外，還有一些糖脂和膽固醇。有一些糖脂和

9、膽固醇。 (2) (2)糖脂和糖蛋白都分布于細胞膜糖脂和糖蛋白都分布于細胞膜的外表面。的外表面。 (3) (3)脂質(zhì)和蛋白質(zhì)分子并不是均勻脂質(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。分布的，而是呈不對稱性分布。2 2生物膜的結(jié)構(gòu)特點生物膜的結(jié)構(gòu)特點具有一定的流具有一定的流動性動性(1)(1)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：構(gòu)成膜的磷脂分子和大多結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：構(gòu)成膜的磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是運動的。數(shù)蛋白質(zhì)分子是運動的。(2)(2)實例證明實例證明 ：質(zhì)壁分離與復(fù)原、變形：質(zhì)壁分離與復(fù)原、變形蟲運動、胞吞和胞吐、白細胞的吞噬作用等。蟲運動、胞吞和胞吐、白細胞的吞噬作用等。(3)(3)膜的流動性受溫度影響，在

10、一定溫度膜的流動性受溫度影響，在一定溫度范圍內(nèi)，隨溫度升高，膜的流動性加快。范圍內(nèi)，隨溫度升高，膜的流動性加快。3 3流動性和選擇透過性的關(guān)系流動性和選擇透過性的關(guān)系(1)(1)區(qū)別：流動性是生物膜的結(jié)構(gòu)區(qū)別：流動性是生物膜的結(jié)構(gòu)特點，選擇透過性是生物膜的功能特特點，選擇透過性是生物膜的功能特性。性。(2)(2)聯(lián)系：流動性是選擇透過性的聯(lián)系：流動性是選擇透過性的基礎(chǔ)，只有膜具有流動性，才能表現(xiàn)基礎(chǔ)，只有膜具有流動性，才能表現(xiàn)出選擇透過性。出選擇透過性。 特別提醒特別提醒 細胞膜組成中的蛋白質(zhì)有部分起載體作細胞膜組成中的蛋白質(zhì)有部分起載體作用，由于其特異性和數(shù)量的多少，決定了其運用，由于其特異

11、性和數(shù)量的多少，決定了其運輸物質(zhì)的種類和數(shù)量。輸物質(zhì)的種類和數(shù)量。流動性是細胞膜結(jié)構(gòu)的固有屬性，無論流動性是細胞膜結(jié)構(gòu)的固有屬性，無論細胞是否與外界發(fā)生物質(zhì)交換關(guān)系，流動性總細胞是否與外界發(fā)生物質(zhì)交換關(guān)系，流動性總是存在的，而選擇透過性只在物質(zhì)交換時才能是存在的，而選擇透過性只在物質(zhì)交換時才能體現(xiàn)出來。體現(xiàn)出來。自讀教材自讀教材夯基礎(chǔ)夯基礎(chǔ)1 1離子和小分子物質(zhì)的跨膜運輸離子和小分子物質(zhì)的跨膜運輸 連線連線 2 2大分子物質(zhì)的運輸大分子物質(zhì)的運輸 填空填空 (1)(1)胞吞：大分子附著在細胞膜胞吞：大分子附著在細胞膜 ，這部分細，這部分細胞膜內(nèi)陷形成胞膜內(nèi)陷形成 ，包圍著大分子。然后小囊從細胞

12、，包圍著大分子。然后小囊從細胞膜上分離下來，形成膜上分離下來，形成 ，進入細胞內(nèi)部。，進入細胞內(nèi)部。(2)(2)胞吐：細胞需要外排的大分子，先在細胞內(nèi)形胞吐：細胞需要外排的大分子，先在細胞內(nèi)形成成 ，然后移動到，然后移動到 處，并與之融合將大分處，并與之融合將大分子排出細胞。子排出細胞。表面表面小囊小囊囊泡囊泡細胞膜細胞膜囊泡囊泡 1 1主動運輸需要的能量主要通過細胞進行有氧主動運輸需要的能量主要通過細胞進行有氧呼吸提供。植物生長需從土壤中吸收大量無機鹽。呼吸提供。植物生長需從土壤中吸收大量無機鹽。請解釋在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為什么要給作物松土？請解釋在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為什么要給作物松土？ 提示：提示：松土增

13、加土壤松土增加土壤O O2 2含量，促進有氧呼吸，有含量，促進有氧呼吸，有利于植物主動吸收各種無機鹽離子。利于植物主動吸收各種無機鹽離子。 2 2從主動運輸?shù)臈l件角度分析，與主動運輸從主動運輸?shù)臈l件角度分析，與主動運輸有直接關(guān)系的細胞器有哪些？有直接關(guān)系的細胞器有哪些？ 提示：提示：能量能量線粒體；載體蛋白線粒體；載體蛋白核糖核糖體。體。 3 3胞吞和胞吐是否需要消耗能量？是否需要胞吞和胞吐是否需要消耗能量？是否需要載體蛋白協(xié)助？與膜的流動性是否有關(guān)？載體蛋白協(xié)助？與膜的流動性是否有關(guān)？ 提示：提示：需要能量，不需要載體。與膜的流動需要能量，不需要載體。與膜的流動性有關(guān)。性有關(guān)。跟隨名師跟隨名

14、師解疑難解疑難項目項目離子和小分子物質(zhì)離子和小分子物質(zhì)大分子和顆大分子和顆粒物質(zhì)粒物質(zhì)自由擴散自由擴散協(xié)助擴散協(xié)助擴散主動運輸主動運輸胞吞和胞吐胞吞和胞吐方向方向高濃度高濃度低濃度低濃度高濃度高濃度低低濃度濃度低濃度低濃度高濃度高濃度與濃度無關(guān)與濃度無關(guān)載體載體不需要不需要需要需要需要需要不需要不需要能量能量不消耗不消耗不消耗不消耗消耗消耗消耗消耗項目項目離子和小分子物質(zhì)離子和小分子物質(zhì)大分子和顆大分子和顆粒物質(zhì)粒物質(zhì)自由擴散自由擴散 協(xié)助擴散協(xié)助擴散主動運輸主動運輸胞吞和胞吐胞吞和胞吐圖例圖例項項目目離子和小分子物質(zhì)離子和小分子物質(zhì)大分子和顆粒大分子和顆粒物質(zhì)物質(zhì)自由擴散自由擴散協(xié)助擴散協(xié)助

15、擴散主動運輸主動運輸胞吞和胞吐胞吞和胞吐舉舉例例O2、CO2、甘油等脂甘油等脂溶性物質(zhì)溶性物質(zhì)血漿中葡血漿中葡萄糖進入萄糖進入紅細胞紅細胞K進入紅進入紅細胞、細胞、Na出紅細胞出紅細胞白細胞吞噬細白細胞吞噬細菌、胰腺細胞菌、胰腺細胞分泌胰島素分泌胰島素2 2影響物質(zhì)跨膜運輸?shù)囊蛩赜绊懳镔|(zhì)跨膜運輸?shù)囊蛩?1)(1)物質(zhì)濃度物質(zhì)濃度( (在一定的濃度范圍內(nèi)在一定的濃度范圍內(nèi)) )：(2)(2)氧氣濃度：氧氣濃度：(3)(3)溫度：溫度： 特別提醒特別提醒 載體蛋白具有專一性，載體蛋白的種類和數(shù)載體蛋白具有專一性，載體蛋白的種類和數(shù)量決定了細胞膜的選擇透過性。量決定了細胞膜的選擇透過性。主動運輸和被

16、動運輸是小分子和離子的運輸主動運輸和被動運輸是小分子和離子的運輸方式，大分子顆粒狀物質(zhì)以胞吞和胞吐方式運輸。方式，大分子顆粒狀物質(zhì)以胞吞和胞吐方式運輸。 例例11下圖表示細胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)，其中下圖表示細胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)，其中a a和和b b為物質(zhì)的兩種運為物質(zhì)的兩種運輸方式，下列敘述正確的是輸方式，下列敘述正確的是( () )A A細胞膜功能的復(fù)雜程度主要由細胞膜功能的復(fù)雜程度主要由決定決定B B神經(jīng)細胞膜上有識別功能的是神經(jīng)細胞膜上有識別功能的是C Cb b 可表示肌細胞吸收氧氣可表示肌細胞吸收氧氣D D細胞膜的選擇透過性與細胞膜的選擇透過性與有關(guān)，與有關(guān)，與無關(guān)無關(guān) 答案答案 B B 例

17、例22下圖甲表示四種不同的物質(zhì)在一個動物細胞內(nèi)外的下圖甲表示四種不同的物質(zhì)在一個動物細胞內(nèi)外的相對濃度差異。通過圖乙所示的過程來維持細胞內(nèi)外濃度差異的相對濃度差異。通過圖乙所示的過程來維持細胞內(nèi)外濃度差異的物質(zhì)是物質(zhì)是( () )A ANaNa B BK KC C胰島素胰島素 D DCOCO2 2 答案答案 B B(1)(1)據(jù)分子大小判斷：據(jù)分子大小判斷：(2)(2)根據(jù)運輸方向判斷：逆濃度梯度的跨膜運輸根據(jù)運輸方向判斷：逆濃度梯度的跨膜運輸方式是主動運輸。方式是主動運輸。在研究某種物質(zhì)的運輸時，發(fā)現(xiàn)與下面曲線相符，在研究某種物質(zhì)的運輸時，發(fā)現(xiàn)與下面曲線相符，最可能是下列哪一過程最可能是下列

18、哪一過程( () )A A葡萄糖從血漿進入人的成熟紅細胞葡萄糖從血漿進入人的成熟紅細胞B B興奮時，興奮時，NaNa通過離子通道進入神經(jīng)細胞通過離子通道進入神經(jīng)細胞C C小腸上皮細胞從小腸內(nèi)吸收氨基酸小腸上皮細胞從小腸內(nèi)吸收氨基酸D D組織細胞從組織液中吸收氧氣組織細胞從組織液中吸收氧氣答案：答案：C C1.1.溫度對生物膜流動性的影響。溫度對生物膜流動性的影響。2.2.探究物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞?。探究物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞健?.3.探究影響物質(zhì)跨膜運輸?shù)囊蛩?。探究影響物質(zhì)跨膜運輸?shù)囊蛩?。典例剖析典例剖析下圖是生物膜的流動鑲嵌模型及物質(zhì)跨膜運輸示意圖，下圖是生物膜的流動鑲嵌模型及物質(zhì)跨膜運輸示意圖，其

19、中離子通道是一種通道蛋白，通道蛋白是橫跨質(zhì)膜的親其中離子通道是一種通道蛋白，通道蛋白是橫跨質(zhì)膜的親水性通道，具有離子選擇性。請據(jù)圖回答有關(guān)問題。水性通道，具有離子選擇性。請據(jù)圖回答有關(guān)問題。(1)(1)很多研究成果有力地支持很多研究成果有力地支持“脂溶性物質(zhì)易透過生物脂溶性物質(zhì)易透過生物膜，不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)不易透過生物膜膜，不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)不易透過生物膜”這一說法。這與組這一說法。這與組成細胞膜的主要成分中有成細胞膜的主要成分中有 _相對應(yīng)。相對應(yīng)。(2)(2)鯊魚體內(nèi)能積累大量的鹽，鹽分過高時就要及時將鯊魚體內(nèi)能積累大量的鹽，鹽分過高時就要及時將多余的鹽分排出體外，經(jīng)研究，鯊魚體內(nèi)多余的鹽分

20、是經(jīng)多余的鹽分排出體外，經(jīng)研究，鯊魚體內(nèi)多余的鹽分是經(jīng)途徑排出的，那么其跨膜運輸?shù)姆绞绞峭緩脚懦龅?，那么其跨膜運輸?shù)姆绞绞莀。(3)(3)對蟾蜍的離體心臟施加某種毒素后對蟾蜍的離體心臟施加某種毒素后CaCa2 2的吸收明顯的吸收明顯減少，但減少，但K K、C C6 6H H1212O O6 6的吸收不受影響，最可能的原因是該毒的吸收不受影響，最可能的原因是該毒素抑制了心肌細胞膜上轉(zhuǎn)運素抑制了心肌細胞膜上轉(zhuǎn)運CaCa2 2的的 _的活性。的活性。(4)(4)檉柳是泌鹽植物，葉子和嫩枝可以將吸收到植物體內(nèi)檉柳是泌鹽植物，葉子和嫩枝可以將吸收到植物體內(nèi)的鹽分排出，是強耐鹽植物。檉柳從土壤中吸收無機鹽

21、的方式的鹽分排出，是強耐鹽植物。檉柳從土壤中吸收無機鹽的方式是主動運輸還是被動運輸，請設(shè)計實驗加以證明。是主動運輸還是被動運輸，請設(shè)計實驗加以證明。實驗步驟：實驗步驟：a a取甲、乙兩組生長發(fā)育相同的檉柳幼苗，放入適宜濃取甲、乙兩組生長發(fā)育相同的檉柳幼苗，放入適宜濃度的含有度的含有CaCa2 2、K K的溶液中。的溶液中。b b甲組給予正常的呼吸條件，乙組甲組給予正常的呼吸條件，乙組_。c c_。實驗結(jié)論：實驗結(jié)論：a a若兩組植株對若兩組植株對CaCa2 2、K K的吸收速率相同，說明的吸收速率相同，說明_；b b_。 解析解析 (1)(1)根據(jù)相似相溶的原理，推測細胞膜的主要成根據(jù)相似相溶

22、的原理，推測細胞膜的主要成分中有磷脂。分中有磷脂。(2)(2)鯊魚體內(nèi)多余的鹽分是經(jīng)鯊魚體內(nèi)多余的鹽分是經(jīng)途徑排出的，由途徑排出的，由圖可知，鹽分是由高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運的，并且不需圖可知，鹽分是由高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運的，并且不需要能量，屬于被動運輸方式。要能量，屬于被動運輸方式。(3)(3)施加某種毒素后，施加某種毒素后，CaCa2 2的吸的吸收明顯減少，但收明顯減少，但K K、C C6 6H H1212O O6 6的吸收不受影響，說明該毒素不影的吸收不受影響，說明該毒素不影響物質(zhì)運輸時的能量供給，響物質(zhì)運輸時的能量供給，CaCa2 2吸收進入細胞是逆濃度梯度進吸收進入細胞是逆濃

23、度梯度進行的，屬于主動運輸，主動運輸需要能量和載體蛋白，行的，屬于主動運輸，主動運輸需要能量和載體蛋白，因此該因此該毒素影響了運輸毒素影響了運輸CaCa2 2的載體蛋白的活性。的載體蛋白的活性。(4)(4)主動運輸和被動主動運輸和被動運輸最主要的區(qū)別為是否需要能量，而能量主要是通過細胞的運輸最主要的區(qū)別為是否需要能量，而能量主要是通過細胞的有氧呼吸提供的，因此實驗組和對照組的自變量應(yīng)是能否進行有氧呼吸提供的，因此實驗組和對照組的自變量應(yīng)是能否進行有氧呼吸，因變量是無機鹽離子的吸收速率。有氧呼吸，因變量是無機鹽離子的吸收速率。 答案答案 (1)(1)甲磷脂分子甲磷脂分子(2)(2)被動運輸被動運輸(3)(3)乙載體蛋白乙載體蛋白(4)(4)b.b.完全抑制有氧呼