42 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞奖匦?

1、第4.2節(jié) 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健靖呖寄繕?biāo)導(dǎo)航】物質(zhì)出入細(xì)胞的方式【基礎(chǔ)知識(shí)梳理】一、對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程1、19世紀(jì)末，歐文頓根據(jù)脂溶性物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜，提出膜是由脂質(zhì)組成的。2、20世紀(jì)初，化學(xué)分析表明，膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。3、1925年，荷蘭科學(xué)家得出結(jié)論：細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子排列為連續(xù)的兩層。4、20世紀(jì)40年代，科學(xué)家推測脂質(zhì)兩邊各覆蓋著蛋白質(zhì)。5、1959年，羅伯特森認(rèn)為生物膜由蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。6、1970年，人鼠細(xì)胞雜交實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。7、1972年，桑格和尼克森提出的生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型為大多數(shù)人所接受。二、生物膜流動(dòng)鑲

2、嵌模型的基本內(nèi)容1、結(jié)構(gòu)（1）基本支架：磷脂雙分子層。特性：頭部親水，尾部疏水；排列：尾相對。（2）蛋白質(zhì)分布：鑲在磷脂雙分子層表面 部分或全部嵌入磷脂雙分子層中 貫穿整個(gè)磷脂雙分子層（3）糖被：組成，蛋白質(zhì)+糖類；分布，細(xì)胞膜的外表面；功能，具有保護(hù)、潤滑和識(shí)別作用2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：具有一定的流動(dòng)性。原因是組成膜的磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子都是可以運(yùn)動(dòng)的。3、功能特點(diǎn)：具有選擇透過性。三、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞?、離子和小分子物質(zhì)的運(yùn)輸方式（1）被動(dòng)運(yùn)輸：自由擴(kuò)散：不需要載體蛋白和能量，如水、CO2、O2、甘油、乙醇、苯等。協(xié)助擴(kuò)散：需要載體蛋白，但不需要能量，如紅細(xì)胞吸收葡萄糖。動(dòng)力：濃度差。（2

3、）主動(dòng)運(yùn)輸：既需要載體協(xié)助，又需要消耗能量，如細(xì)胞吸收K、Na、Ca2、氨基酸等。動(dòng)力：能量（ATP提供）。2、大分子物質(zhì)的運(yùn)輸方式：大分子物質(zhì)以胞吞和胞吐方式進(jìn)出細(xì)胞?！疽c(diǎn)名師透析】一、生物膜的組成結(jié)構(gòu)及功能間的關(guān)系1、生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型(1)細(xì)胞膜中的脂質(zhì)除磷脂外，還有一些糖脂和膽固醇。(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。2、生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有一定的流動(dòng)性（1）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(yùn)動(dòng)的。（2）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證人鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)（3）實(shí)例證明：質(zhì)壁分離與復(fù)原、變形蟲的變形運(yùn)動(dòng)、胞吞和胞吐、白細(xì)胞吞噬細(xì)菌

4、及載體對相應(yīng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)等。（4）膜的流動(dòng)性受溫度影響，在一定溫度范圍內(nèi)，隨溫度升高，膜的流動(dòng)性加快。 3、生物膜的流動(dòng)性與選擇透過性的關(guān)系：流動(dòng)性與選擇透過性都是對細(xì)胞膜的描述，但兩者既有區(qū)別又有聯(lián)系。（1）區(qū)別：流動(dòng)性是生物膜的結(jié)構(gòu)特性，選擇透過性是生物膜的功能特性，主動(dòng)運(yùn)輸能充分說明選擇透過性。（2）聯(lián)系：流動(dòng)性是選擇透過性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。因?yàn)橹挥屑?xì)胞膜具有流動(dòng)性，細(xì)胞才能完成其各項(xiàng)生理功能，才能表現(xiàn)出選擇透過性。相反，如果細(xì)胞膜失去了選擇透過性，細(xì)胞可能已經(jīng)死亡了。4、膜的組成結(jié)構(gòu)和功能可表示為：特別提醒：(1)細(xì)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(yùn)輸物質(zhì)

5、的種類和數(shù)量。(2)流動(dòng)性是細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的固有屬性，無論細(xì)胞是否與外界發(fā)生物質(zhì)交換關(guān)系，流動(dòng)性總是存在的，而選擇透過性只在完成物質(zhì)交換功能時(shí)才能體現(xiàn)出來。二、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆绞郊坝绊懸蛩?、物質(zhì)運(yùn)輸方式的比較運(yùn)輸方向特點(diǎn)圖例實(shí)例離子、小分子物質(zhì)自由擴(kuò)散由高濃度向低濃度不需要載體和能量水、甘油、乙醇、苯、CO2、O2、脂質(zhì)協(xié)助擴(kuò)散由高濃度向低濃度需要載體不需要能量紅細(xì)胞吸收葡萄糖主動(dòng)運(yùn)輸由低（高）濃度向高（低）濃度既需要載體又需要能量小腸吸收無機(jī)鹽、葡萄糖、氨基酸等大分子物質(zhì)胞吞由細(xì)胞外到細(xì)胞內(nèi)需要消耗能量略白細(xì)胞吞噬病菌胞吐由細(xì)胞內(nèi)到細(xì)胞外需要消耗能量略分泌蛋白的分泌、神經(jīng)遞質(zhì)的釋放2、影響跨膜運(yùn)輸

6、的因素（1）物質(zhì)濃度（在一定濃度范圍內(nèi)） （2）氧氣濃度 （3）溫度溫度可影響生物膜的流動(dòng)性和酶的活性，因而會(huì)影響物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)乃俾?。【典例?(2011·三明模擬)圖中曲線a、b表示分子跨膜運(yùn)輸速率與O2濃度的關(guān)系，下列分析不正確的是( )A.曲線a代表被動(dòng)運(yùn)輸，曲線b代表主動(dòng)運(yùn)輸B.曲線a代表的分子跨膜運(yùn)輸一定不需要載體蛋白C.曲線b轉(zhuǎn)運(yùn)速率達(dá)到飽和的原因是細(xì)胞膜上載體蛋白數(shù)量有限D(zhuǎn).溫度可影響生物膜的流動(dòng)性從而對曲線a、b的轉(zhuǎn)運(yùn)速率均有影響【解析】O2與呼吸作用有關(guān)，呼吸作用產(chǎn)生能量，即主動(dòng)運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸速率與O2濃度有關(guān)。協(xié)助擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸均需要載體蛋白。由圖判斷曲線a代表被動(dòng)運(yùn)

7、輸，曲線b代表主動(dòng)運(yùn)輸。被動(dòng)運(yùn)輸包括自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散，協(xié)助擴(kuò)散需要載體蛋白。物質(zhì)運(yùn)輸與膜的流動(dòng)性有關(guān)，膜的流動(dòng)性的速率與溫度有關(guān)?！敬鸢浮緽【感悟高考真題】1.（2011·江蘇高考）核孔是具有選擇性的核質(zhì)交換通道，親核蛋白需通過核孔進(jìn)入細(xì)胞核發(fā)揮功能。如圖為非洲爪蟾卵母細(xì)胞親核蛋白注射實(shí)驗(yàn)，下列相關(guān)敘述正確的是() A.親核蛋白進(jìn)入細(xì)胞核由頭部決定B.親核蛋白進(jìn)入細(xì)胞核不需要載體C.親核蛋白進(jìn)入細(xì)胞核需要消耗能量D.親核蛋白進(jìn)入細(xì)胞核的方式與葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞相同【解析】A項(xiàng)，親核蛋白進(jìn)入細(xì)胞核由尾部決定。B項(xiàng)，親核蛋白進(jìn)入細(xì)胞核是主動(dòng)運(yùn)輸，需要載體。C項(xiàng)，親核蛋白進(jìn)入細(xì)胞核是主動(dòng)運(yùn)

8、輸，需要消耗能量。D項(xiàng)，葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞是協(xié)助擴(kuò)散?！敬鸢浮緾2.(2011·海南高考)原尿中葡萄糖、氨基酸等物質(zhì)的濃度與血漿中的基本相同。原尿經(jīng)腎小管上皮細(xì)胞的選擇性重吸收和分泌作用后形成尿液。正常情況下尿液中不含葡萄糖。腎小管上皮細(xì)胞中的葡萄糖通過被動(dòng)運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)入組織液。如圖為腎小管壁及相關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖?；卮饐栴}：（1）腎小管上皮細(xì)胞中的葡萄糖濃度 （高于、低于、等于）組織液中的。（2）原尿中的葡萄糖進(jìn)入腎小管上皮細(xì)胞的運(yùn)輸方式是 ，需要 的參與。（3）腎小管上皮細(xì)胞重吸收水分的原理是 ，原尿中葡萄糖未能被完全重吸收從而導(dǎo)致尿量增加的原因是 ?！窘馕觥浚?）腎小管上皮細(xì)胞中的葡萄

9、糖通過被動(dòng)運(yùn)輸進(jìn)入組織液，因此腎小管上皮細(xì)胞中的葡萄糖濃度高于組織液中的濃度。（2）原尿中的葡萄糖濃度低于腎小管上皮細(xì)胞中的濃度，葡萄糖從原尿進(jìn)入腎小管上皮細(xì)胞是逆濃度運(yùn)輸，因此是主動(dòng)運(yùn)輸，主動(dòng)運(yùn)輸需要消耗能量和載體的參與。（3）水分進(jìn)出細(xì)胞的方式為自由擴(kuò)散，細(xì)胞吸水的方式為滲透吸水，吸水能力與細(xì)胞和外界溶液之間的濃度差有關(guān)，濃度差越大吸水能力越強(qiáng)。【答案】（1）高于（2）主動(dòng)運(yùn)輸 載體和能量（3）滲透作用 原尿中含有葡萄糖，使原尿的滲透壓增大，腎小管對水分的重吸收能力降低，從而使尿量增加3.（2011·全國卷高考）將紫色洋蔥在完全營養(yǎng)液中浸泡一段時(shí)間，撕取外表皮，先用濃度為0.3g

10、mL的蔗糖溶液處理，細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離后，立即將外表皮放入蒸餾水中，直到細(xì)胞中的水分不再增加。若在該實(shí)驗(yàn)過程中，蔗糖溶液處理前外表皮細(xì)胞液的濃度為甲，細(xì)胞中的水分不再增加時(shí)外表皮細(xì)胞液的濃度為乙，則甲、乙的關(guān)系，以及實(shí)驗(yàn)過程中水分進(jìn)出細(xì)胞的方式為 A甲<乙，被動(dòng)運(yùn)輸 B.甲>乙，被動(dòng)運(yùn)輸C. 甲>乙，主動(dòng)運(yùn)輸 D.甲=乙，主動(dòng)運(yùn)輸【解析】本題考查物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式、質(zhì)壁分離與復(fù)原實(shí)驗(yàn)，屬于對理解、應(yīng)用層次的考查。在蒸餾水中，植物細(xì)胞要吸水，與質(zhì)壁分離前相比，細(xì)胞液濃度要降低；水進(jìn)出細(xì)胞的方式不需要載體和能量，是自由擴(kuò)散，屬于被動(dòng)運(yùn)輸?！敬鸢浮緽4.（2010·全國1高

11、考）下列過程中,不直接依賴細(xì)胞膜的流動(dòng)性就能完成的是A.植物體胞雜交中原生質(zhì)體融合 B.mRNA與游離核糖體的結(jié)合C.胰島B細(xì)胞分泌胰島素 D.吞噬細(xì)胞對抗原的攝取【解析】本題主要考查細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有一定的流動(dòng)性，考查學(xué)生的理解能力。植物體細(xì)胞雜交中原生質(zhì)體的融合依賴于細(xì)胞膜的流動(dòng)性，胰島B細(xì)胞分泌胰島素的過程屬于外排作用，吞噬細(xì)胞對抗原的攝取屬于內(nèi)吞作用，內(nèi)吞和外排作用均與細(xì)胞膜的流動(dòng)性有直接的關(guān)系；而mRNA與游離核糖體的結(jié)合與細(xì)胞膜的流動(dòng)性無關(guān)?！敬鸢浮緽5.（2010·山東高考）下列關(guān)于真核細(xì)胞生物膜的敘述，正確的是A生物膜的特定功能主要由膜蛋白決定B構(gòu)成膜的脂質(zhì)主要是磷

12、脂、脂肪和膽固醇C有氧呼吸及光合作用產(chǎn)生ATP均在膜上進(jìn)行D核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體的膜部都參與蛋白質(zhì)的合成與運(yùn)輸【解析】生物膜的特定功能與膜蛋白有關(guān)，因此A正確；結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜的脂質(zhì)有磷脂和少量的固醇，不含有脂肪，因此B錯(cuò)誤；有氧呼吸的第一階段和第二階段都會(huì)產(chǎn)生ATP，第二階段發(fā)生線粒體基質(zhì)中，第三階段發(fā)生在線粒體內(nèi)膜；光合作用的光反作用階段發(fā)生和葉綠體內(nèi)囊體薄膜上進(jìn)行，因此C錯(cuò)誤；只有分泌蛋白的合成和運(yùn)輸與核糖體，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體有關(guān)，因此D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緼6.（2010·安徽高考）下列關(guān)于生物膜結(jié)構(gòu)和功能的敘述正確的是A、肌細(xì)胞的細(xì)胞膜上有協(xié)助葡萄糖跨膜運(yùn)輸?shù)妮d體B、細(xì)胞膜上的受體

13、是細(xì)胞間信息交流的必需的結(jié)構(gòu)C、線粒體內(nèi)膜上只分布著合成ATP的酶D、核膜上的核孔可以讓蛋白質(zhì)和RNA自由進(jìn)出【解析】本題考查有關(guān)細(xì)胞相關(guān)的知識(shí)，生物膜的成分是磷脂雙分子層是生物膜的基本骨架，蛋白質(zhì)分子與細(xì)胞的功能密切相關(guān)，如一些物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸、細(xì)胞間的信息交流等。葡萄糖進(jìn)入人呢和哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞是協(xié)助擴(kuò)散，進(jìn)入其他細(xì)胞是主動(dòng)運(yùn)輸，但都必須有載體的協(xié)助，所以A選項(xiàng)是正確的；B選項(xiàng)有的信息交流的受體是在細(xì)胞內(nèi)部，C選項(xiàng)中的線粒體內(nèi)膜上分布著合成ATP的酶，也有合成H2O的酶等；D選項(xiàng)是的核孔可以讓蛋白質(zhì)和RNA進(jìn)出，但不是自由進(jìn)出，而是主動(dòng)選擇?！敬鸢浮緼7.（2010·天津高考）

14、下列關(guān)于物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)臄⑹?，錯(cuò)誤的是A.主動(dòng)運(yùn)輸過程中，需要載體蛋白協(xié)助和ATP提供能量B.在靜息狀態(tài)下，神經(jīng)細(xì)胞不再進(jìn)行葡萄糖的跨膜運(yùn)輸C.質(zhì)壁分離過程中，水分子外流導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)滲透壓升高D.抗體分泌過程中，囊泡膜經(jīng)融合成為細(xì)胞膜的一部分【解析】物質(zhì)從低濃度一側(cè)運(yùn)輸?shù)礁邼舛纫粋?cè)，需要載體蛋白的協(xié)助，同時(shí)還需要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量，這種方式叫做主動(dòng)運(yùn)輸。在靜息狀態(tài)下，神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行著K+外流和其他的生命活動(dòng)，需要能量供給，進(jìn)行著葡萄糖的跨膜運(yùn)輸和葡萄糖的分解。質(zhì)壁分離過程中，水分子外流導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)相對增多，滲透壓升高?？贵w分泌過程屬于胞吐，高爾基體分泌的囊泡到達(dá)細(xì)胞膜時(shí)，囊泡膜與細(xì)胞膜

15、融合，成為細(xì)胞膜的一部分。【答案】B8.（2010·廣東高考）圖1是植物從土壤中吸收某礦物質(zhì)離子示意圖。據(jù)圖判斷，該離子跨膜進(jìn)入根毛細(xì)胞的方式為A. 自由擴(kuò)散 B. 協(xié)助擴(kuò)散C. 主動(dòng)運(yùn)輸 D. 被動(dòng)運(yùn)輸【解析】考查學(xué)生獲取信息的能力和理解能力。結(jié)合圖示可以看出，該礦質(zhì)離子的跨膜運(yùn)輸有兩個(gè)特點(diǎn)：一是逆濃度梯度，二是消耗ATP，故應(yīng)為主動(dòng)運(yùn)輸?！敬鸢浮緾9.（2010·山東高考）由圖中曲線a、b表示物質(zhì)跨（穿）膜運(yùn)輸?shù)膬煞N方式，下列表述正確的是A脂溶性小分子物質(zhì)不能通過方式a運(yùn)輸B與方式a有關(guān)的載體蛋白覆蓋于細(xì)胞膜表面C方式b的最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率與載體蛋白數(shù)量有關(guān)D抑制細(xì)胞呼吸對方

16、式a和b的轉(zhuǎn)運(yùn)速率均有影響【解析】分析坐標(biāo)曲線可以看出，a為自由擴(kuò)散，b為協(xié)助擴(kuò)散（或主動(dòng)運(yùn)輸）。脂溶性小分子物質(zhì)通過自由擴(kuò)散（即方式a）運(yùn)輸，因此A錯(cuò)誤；方式a與載體無關(guān)，只與濃度有關(guān)，因此B錯(cuò)誤；方式b的最大的轉(zhuǎn)運(yùn)速率與載體的種類和數(shù)量有關(guān)，因此C正確。抑制細(xì)胞呼吸，能量供應(yīng)不足，導(dǎo)致主動(dòng)運(yùn)輸受阻，而與自由擴(kuò)散（協(xié)助擴(kuò)散）無關(guān)，因此D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緾10.（2009·浙江高考）對某動(dòng)物細(xì)胞進(jìn)行熒光標(biāo)記實(shí)驗(yàn)，如下示意圖所示，其基本過程：用某種熒光材料標(biāo)記該動(dòng)物細(xì)胞，細(xì)胞表面出現(xiàn)熒光斑點(diǎn)。用激光束照射該細(xì)胞表面的某一區(qū)域，該區(qū)域熒光淬滅（消失）。停止激光束照射一段時(shí)間后，該區(qū)域的熒光逐漸恢復(fù)，即有出現(xiàn)了斑點(diǎn)。上述實(shí)驗(yàn)不能說明的是A細(xì)胞膜具有流動(dòng)性B熒光染料能與細(xì)胞膜組成成分結(jié)合C根據(jù)熒光恢復(fù)的速率可推算出物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)乃俾蔇根據(jù)熒光恢復(fù)的速率可推算出膜中蛋白質(zhì)或脂質(zhì)的流動(dòng)速率【解析】該過程說明細(xì)胞膜具有流動(dòng)性、熒光染料能與細(xì)胞膜組成成分結(jié)合，根據(jù)熒光恢復(fù)的速率可推算出膜中蛋白質(zhì)或脂質(zhì)的流動(dòng)速率，但