1、第4讲 生物膜的流动镶嵌模型与物质跨膜运输的方式一、细胞膜的探索历程时间实例(实验)结论(假说)19世纪末脂溶性物质更易通过细胞膜欧文顿认为_20世纪初将膜分离提纯，并进行化学分析膜的主要成分是_1925年红细胞膜中脂质铺展成单分子层后是红细胞表面积的2倍细胞膜中的脂质分子_知识梳理二、流动镶嵌模型的基本内容1结构模型时间实例(实验)结论(假说)1959年电镜下细胞膜呈清晰的暗亮暗三层结构罗伯特森认为生物膜由_三层结构构成1970年人鼠细胞杂交实验细胞膜具有_1972年桑格和尼克森提出了生物膜的_2组成成分及其分布(1)_构成膜的基本支架。(2)蛋白质分子有的_，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层
2、中，有的_。(3)细胞膜表面的糖类可以和蛋白质结合形成_，也可以和脂质结合形成_。3结构特点具有_，其原因是组成膜的_和大多数蛋白质分子，大都是可以运动的。三、物质出入细胞的方式1被动运输(1)_：不需要载体和能量，如_、CO2、_、甘油、_、苯等。(2)协助扩散：需要_，但不需要_，如红细胞吸收葡萄糖。2主动运输可从_一侧运输到 _一侧，需要_的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的_，如Na、K等离子的运输。3胞吞与胞吐(1)胞吞：细胞摄取大分子时，首先是大分子附着在_表面，从而使细胞膜内陷形成_包围着大分子，从膜上分离下来进入细胞内部。(2)胞吐：细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成
3、_，然后移到_处，与之融合，将大分子移出细胞。自主核对：一、膜是由脂质组成的 脂质和蛋白质 排列为连续的两层 蛋白质脂质蛋白质 流动性 流动镶嵌模型二.2.磷脂双分子层 镶在磷脂分子层表面 横跨整个磷脂双分子层 糖蛋白 糖脂 3.一定流动性 磷脂分子三、1.自由扩散 水 O2 乙醇 载体 能量 2.低浓度 高浓度 载体蛋白 能量 3.细胞膜 小囊 囊泡 细胞膜考点1 生物膜的流动镶嵌模型与生物膜的结构特点和功能特性1组成成分及其在膜中的分布考点突破2结构特点流动性(1)原因：膜结构中的蛋白质分子和脂质分子是可以运动的。(2)影响因素：主要受温度影响，适当温度范围内，随外界温度升高，膜的流动性增
4、强，但温度高出一定范围，则导致膜的破坏。(3)表现质壁分离和复原实验。变形虫捕食和运动时伪足的形成。白细胞吞噬细菌。胞吞与胞吐。载体对相应物质的转运。受精时细胞的融合过程。动物细胞分裂时细胞膜的缢裂过程。细胞杂交时的细胞融合(如人鼠细胞融合)。兴奋在细胞间传递。3功能特性选择透过性(1)表现：植物根对矿质元素的选择性吸收、神经细胞对K的吸收和对Na的排出、肾小管的重吸收和分泌、小肠的吸收等。应用指南1膜的组成、结构和功能可表示为下图：2流动性与选择透过性都是对细胞膜的描述，但两者既有区别又有联系。(1)区别：流动性是细胞膜结构方面的特性，选择透过性体现了细胞膜功能方面的特性，主动运输能充分说明
5、选择透过性。(2)联系：细胞膜的流动性是表现其选择透过性的结构基础。因为只有细胞膜具有流动性，细胞才能完成其各项生理功能，才能表现出选择透过性。相反，如果细胞膜失去了选择透过性，细胞可能已经死亡了，细胞膜有组织的结构就不存在了。例1 对某动物细胞进行荧光标记实验，如下示意图所示，其基本过程：用某种荧光染料标记该动物细胞，细胞表面出现荧光斑点。用激光束照射该细胞表面的某一区域，该区域荧光淬灭(消失)。停止激光束照射一段时间后，该区域的荧光逐渐恢复，即又出现了斑点。上述实验不能说明的是()A细胞膜具有流动性B荧光染料能与细胞膜组成成分结合C根据荧光恢复的速率可推算出物质跨膜运输的速率D根据荧光恢复
6、的速率可推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率解析 用荧光染料标记细胞，是因为该染料能与细胞膜组成成分结合。激光照射后荧光的恢复是由于膜上其他部位的移动，即细胞膜的流动性，荧光恢复的快慢反映了膜中蛋白质和脂质流动的快慢。该实验与物质跨膜运输无直接关系。答案 C对点训练1 下图是真核细胞膜的亚显微结构模式图，表示物质。下列有关说法错误的是()A在细胞膜上都不是静止的B细胞识别与有关C在细胞膜上的分布是不均匀的D的单分子层面积等于该细胞所有膜面积的两倍解析：该图是细胞膜的结构模式图，图中、依次代表糖蛋白、蛋白质、磷脂双分子层。细胞膜具有一定的流动性，蛋白质、磷脂分子及糖蛋白大多数不是静止不动的；糖蛋白参
7、与细胞识别；细胞膜上的蛋白质的分布是不均匀的；的单分子层面积等于该细胞细胞膜面积的两倍，因为细胞中除细胞膜外，还有核膜、线粒体膜、内质网膜等生物膜。答案：D考点2 物质进出细胞的方式1跨膜运输自由扩散、协助扩散和主动运输物质跨膜运输的方式被动运输主动运输自由扩散协助扩散物质运输方向高浓度低浓度高浓度低浓度低浓度高浓度是否需要载体不需要需要需要是否消耗能量不消耗不消耗消耗被动运输物质跨膜运输的方式自由扩散协助扩散主动运输图例模型举例O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯等红细胞吸收葡萄糖小肠吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等2.非跨膜运输胞吞与胞吐胞吞(内吞)胞吐(外排)条件细胞摄取或排出大分子和颗粒物
8、质的方式原理生物膜的流动性特点物质通过小泡转移，需要消耗能量，不需要载体方向细胞外内细胞内外实例 变形虫吞食食物颗粒，白细胞吞噬病菌等胰岛B细胞分泌胰岛素应用指南影响物质运输速率的因素1数字模型(1)物质浓度2)O2浓度(3)温度2规律归纳(1)在一定浓度范围内，协助扩散或主动运输速率不再随物质浓度的增大而加快时，主要是因为细胞膜上运输该物质的载体蛋白的数量有限。主动运输还可能受细胞内能量供应的限制。(2)O2浓度是通过影响细胞呼吸产生能量的多少来影响主动运输速率的。(3)同一种物质进出不同细胞时，运输方式可能不同，如红细胞吸收葡萄糖为协助扩散，小肠细胞吸收葡萄糖则是主动运输。例2(2010山
9、东理综)下图中曲线a、b表示物质跨(穿)膜运输的两种方式，下列表述正确的是()A脂溶性小分子物质不能通过方式a运输B与方式a有关的载体蛋白覆盖于细胞膜表面C方式b的最大转运速率与载体蛋白数量有关D抑制细胞呼吸对方式a和b的转运速率均有影响解析 本题考查了细胞进行物质运输的方式与特点。分析题目所给曲线图，可知物质a的转运速率与被转运的分子的浓度成正比关系，可判定为自由扩散，物质b在被转运的分子达到一定浓度时，转运速率不再增加，可判定为协助扩散或主动运输，二者都与载体蛋白数量有关。方式a不需要蛋白质的参与，脂溶性小分子物质由于与细胞膜同属于脂类物质，因而可通过自由扩散方式运输；抑制细胞呼吸会对方式
10、b中的主动运输过程中的转运速率有影响。答案 C对点训练2(2009海淀模拟)如图表示细胞对大分子物质“胞吞”和“胞吐”的过程。下列与此有关的叙述错误的是()Aa与b均要以膜的流动性为基础才可能发生Ba要有细胞表面识别和内部供能才可能完成Cb表示细胞分泌的同时会导致膜成分的更新Db与a分别是细胞排泄废物和摄取养分的基本方式解析：胞吞和胞吐是膜流动性的具体体现，胞吞是通过膜外表面的糖被识别，消耗能量进入细胞内；细胞分泌是高尔基体“出芽”形成的囊泡与细胞膜融合，将大分子物质排到膜外，因此，有部分高尔基体膜的成分转移到细胞膜；细胞排出废物和摄取养分的基本方式是利用膜的选择透过性直接通过细胞膜，以被动运
11、输、主动运输等方式进行。答案：D考点3 实验面面观：通过模拟实验探究膜的透性1实验原理膜对不同物质的通透性不同，蔗糖分子不能通过半透膜，而水分子则可自由通过半透膜。2实验步骤(1)在长颈漏斗处封一层半透膜(如玻璃纸、肠衣等)。(2)漏斗中注入蔗糖溶液，烧杯中盛放蒸馏水。(3)按下图所示组装实验装置：(4)在漏斗的液面处做好标记，以便观察液面的升降情况。3实验结果及结论漏斗内液面上升，说明蔗糖分子不能透过膜，而水分子可通过膜，即膜对不同物质的通透性不同。应用指南实验的拓展应用1鉴定不同浓度的物质如鉴定失去标签的10%的蔗糖溶液和30%的蔗糖溶液的操作如下：漏斗 烧杯 一种溶液另一种溶液 若漏斗液
12、面升高漏斗内为30%的蔗糖溶液若漏斗液面下降漏斗内为10%的蔗糖溶液2探究物质能否通过半透膜(以碘和淀粉为例)(3)探究影响物质跨膜运输的因素如探究温度对跨膜运输的影响时，可将本实验中的渗透装置置于不同的温度中，比较漏斗液面的变化，可确定温度对渗透作用的影响。烧杯内盛淀粉溶液漏斗内盛碘液结论变蓝不变蓝碘能通过半透膜，而淀粉不能不变蓝变蓝淀粉能通过半透膜，而碘不能变蓝变蓝淀粉和碘都能通过半透膜不变蓝不变蓝淀粉和碘都不能通过半透膜例3 已知鱼鳔是一种半透膜。若向鱼鳔内注入适量的20%蔗糖溶液，排出鱼鳔内的空气，扎紧开口，将其浸没在盛有10%蔗糖溶液的烧杯中，下列能正确表示烧杯内蔗糖溶液浓度随时间变
13、化趋势的示意图是()解析 本题考查渗透作用的原理。鱼鳔是一种半透膜，鱼鳔内的蔗糖溶液浓度高于其外蔗糖溶液浓度，所以会从烧杯中吸水使其体积增大，使烧杯内溶液浓度升高。当鱼鳔内外渗透压相等时，水进出达到平衡，烧杯中溶液和鱼鳔内溶液浓度相同。答案 B例1 下列关于细胞物质运输的方式的叙述正确的是()A水通过扩散的方式进出细胞，细胞吸水时水分子也能向细胞外运动B蛋白质从细胞内分泌到细胞外跨两层磷脂分子(一层生物膜)C核膜上有核孔，因此核膜不具有选择透过性，各种物质均可出入D细胞壁也具有一定的选择透过性，因此在一定条件下植物细胞可发生质壁分离错因分析(1)对跨膜和非跨膜运输分辨不清。(2)核孔对物质的出
14、入也有一定的控制作用。解析 水通过渗透方式进出细胞，渗透是一种经过半透膜的扩散，细胞壁是全透性的。答案 A例2 如图表示细胞膜的结构模型示意图，a和b表示两种不同的物质及其运输方式。下列叙述不正确的是()A表示细胞外，表示细胞内Ba可代表氧气，b可代表氨基酸C不同物种的细胞中的种类均不相同D适当提高温度将加快和的运动速度错因分析 对各种运输方式的异同点掌握不到位、理解不透彻而错选。解析 因为只有细胞膜的外侧具有糖蛋白，所以根据糖蛋白的位置可以判定细胞膜的内外侧。氧气进入细胞的方式是自由扩散，由细胞外的高浓度扩散到细胞内的低浓度。氨基酸进入细胞的方式是主动运输，需要载体和能量，可以逆浓度梯度运输
15、。不同的细胞中细胞膜的基本骨架都是一样的，即为磷脂双分子层。适当提高温度将会加快细胞膜的流动性。答案 C典例1 下图表示一种物质的跨膜运输方式，下列叙述中正确的是()A该膜中载体也能运输蔗糖B碘以该方式进入海带细胞C该方式不会出现饱和现象D该方式发生在被运输物质从高浓度到低浓度时考查角度 物质出入细胞的方式解析 载体具有特异性，运输葡萄糖的载体不能运输蔗糖；该物质进入膜内只需要载体的协助，不需要消耗能量，从高浓度到低浓度，是被动运输，载体的数量是有限的，所以该过程会出现饱和现象；而碘进入细胞内部是主动运输过程，需要消耗能量。答案 D典例2 下图是植物根从土壤中吸收某矿质离子示意图。根据判断，该
16、离子跨膜进入根毛细胞的方式为()A自由扩散 B协助扩散C主动运输D被动运输解析 仔细分析该物质跨膜运输的图例可知，该物质的运输是由低浓度到高浓度，不仅需要载体的协助，还消耗能量，故为主动运输。答案 C典例3 下列关于物质跨膜运输的叙述，错误的是()A主动运输过程中，需要载体蛋白协助和ATP提供能量B在静息状态下，神经细胞不再进行葡萄糖的跨膜运输C质壁分离过程中，水分子外流导致细胞内渗透压升高D抗体分泌过程中，囊泡膜经融合成为细胞膜的一部分考查角度 对物质跨膜方式的理解解析 主动运输需要载体协助和消耗能量；静息状态下，神经细胞需要消耗能量通过主动运输来维持细胞内外侧的离子的浓度差，因此需要不断地
17、吸收葡萄糖。答案 B1如图是神经细胞的细胞膜结构模式图，正确的是()解析：磷脂双分子层的排列为亲水头在外侧，疏水尾部在内侧。答案：A随堂过关2下列关于生物膜结构探索历程的说法，不正确的是()A最初通过对现象的推理分析得出细胞膜是由脂质组成的B三层结构模型认为生物膜为静态的结构C流动镶嵌模型认为构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动D三层结构模型和流动镶嵌模型都认为蛋白质分子在膜中的分布是不均匀的解析：三层结构模型认为生物膜结构是：蛋白质脂质蛋白质。认为蛋白质是均匀的、固定的。答案：D3不久前，东京大学教授能濑聪直领导的研究小组通过转基因方法，把可以使细胞发出荧光的基因导入果蝇的细胞，使
18、果蝇的肌肉细胞发出绿色荧光，而神经细胞发出红色荧光，然后用激光显微镜观察并拍摄神经细胞朝着肌肉细胞方向伸展突起的过程。这个过程体现了细胞的()A全能性B遗传性C膜的选择透过性D膜的流动性解析：神经细胞朝着肌肉细胞方向伸展突起是通过膜的流动性实现的。答案：D4细胞膜的结构特点和功能特性分别是()具有一定的流动性 具有保护细胞内部的作用 具有磷脂双分子层 具有选择透过性ABCD解析：细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，功能特性是具有选择透过性。答案：B5某物质从低浓度向高浓度跨膜运输，该过程()A没有载体参与B为自由扩散C为协助扩散D为主动运输解析：本题考查物质跨膜运输的方式的相关知识。只有主动运
19、输是物质由低浓度到高浓度的跨膜运输，需要载体协助，需要消耗能量。答案：D6已知K通过细胞膜的方式如下图所示，则下列哪种物质有与其相同的运输方式()A乙醇B胆固醇C脂肪酸D氨基酸解析：从图中可以看出在一定浓度范围内K的吸收量随氧气含量的增大而增大，因此可判断K的吸收是消耗能量的过程，所以这种离子的吸收方式是主动运输，而给出的四个选项中只有氨基酸通过细胞膜的方式是主动运输，而其余三种物质均以自由扩散的方式通过细胞膜。答案：D7下图表示物质通过红细胞膜的示意图，其中黑点代表物质分子，圆圈代表载体，多角形表示能量，请回答：(1)表示_方式，表示_方式，表示_方式。(2)K、O2和葡萄糖三种物质中，通过
20、方式进入红细胞的是_。(3)与 方 式 相 比，方 式 的 主 要 特 点 是 需 要 借 助_，该物质是在细胞内的_上合成的。与相比，方式的不同之处是_。(4)若在细胞中注入某种呼吸抑制剂，_方式将会受到较大影响。解析：图显示物质分子透过细胞膜时可完全依靠浓度差既不需载体，也不消耗能量，应属自由扩散。图显示物质分子跨膜运输需载体蛋白协助且消耗能量应属主动运输。图显示物质分子跨膜时需载体协助，但不消耗能量应属协助扩散。答案：(1)自由扩散 主动运输 协助扩散(2)K(3)载体 核糖体 需要消耗能量(4)实验结果、结论的预测与分析有些实验的结果可以直接用肉眼观察出来，而很多实验是化学反应类型，肉
21、眼观察不到，应该考虑加入指示剂，借助颜色变化或仪器辅助观察。实验结果可采用文字、表格、坐标曲线等方式描述。(1)观察因变量的确定因变量与观察变量有时是不同的，对于因变量不能直接观察的，应该通过相应手段转换，将因变量间接展现出来，便于观察。如细胞分裂中染色体可以通过染色借助显微镜观察，呼吸强度可通过测定密闭装置中气压变化来表现等。(2)实验结果的预测实验结果是由实验变量而引起的变化，实验结果是实验所得到的直观现象，如测得的有关数据、实验对象呈现的特殊颜色、气味、形态、生理等方面的变化，因此实验结果应是对实验现象的直接陈述。一个正确的实验设计应实现实验目的，即得出的结论就是实验目的。特别注意弄清实
22、验的目的是“验证”还是“探究”：如果是“验证型”的实验，如“验证”、“证明”都可预测到与实验目的一致的结果。结论是合理的、科学的、肯定的。此时一般只有一个结果和相应的结论，且结论与实验目的相对应。若是“探究型”的实验，如“探究”预测的实验结果不唯一，大多有三种可能：“变量促进结果；变量抑制结果；变量与结果无关”或“全肯定；全否定；一肯定一否定”等。(3)实验结论的归纳提炼实验结论是在实验结果的基础上，根据已有知识的合理迁移，通过推理和判断，得出的关于实验相关内容最本质的认识。如“鉴定葡萄糖是可溶性还原糖”的实验中，葡萄糖与斐林试剂共热后出现砖红色沉淀，这是实验结果；“葡萄糖是可溶性还原糖”则是
23、实验结论。【例题】某实验小组要对“低温是否会影响物质的跨膜运输”进行实验、探究，设计了如下实验：实验步骤：组装渗透装置两套，分别编号为1、2。在两组烧杯中分别加入等量的蒸馏水，在长颈漏斗中分别加入等量的同一浓度的蔗糖溶液，保持管内外液面高度相等并标注管内液面高度。对两组装置进行不同处理：1组用水浴锅加热至37，2组的烧杯外加冰块降温。两组装置同时开始实验，几分钟后观察记录漏斗的液面刻度变化。请分析回答下列问题：(1)本实验是通过测定水分子通过膜的扩散即_作用速率来进行探究的。(2)此实验的自变量是_；为了直观地表示相对速率，用_作为因变量。(3)该实验可能的结果与结论是：_。_。_。(4)如果
24、上述实验结果证明了“低温能影响物质跨膜运输的速率”，那么对于生物活细胞来讲，产生这种情况的原因是：_。_。【解析】设计实验时不仅要注意严格遵循对照原则和单因子变量原则，也要特别注意实验中观察或者记录对象的选择。选取观察对象时，要注意选取的观察或记录的对象要方便直观，易于操作、观察、记录，无关的干扰因素少等。对于实验的类型一定要注意分析清楚，是探究实验还是验证实验，本题是探究实验，所以预测其结果时就要注意分析全面。【答案】(1)渗透(2)渗透系统所处的不同温度环境 漏斗液面高度的变化(3)若1组漏斗液面比2组高，则说明低温会影响物质的跨膜运输且运输速率减慢 若2组漏斗的液面比1组高，则说明低温会影响物质的跨膜运输且运输速率加快 若1、2组漏斗的液面高度相同，则说明温度高低并不影响物质的跨膜运输(4)低温会影响细胞膜的流动性，从而影响其功能 低温会影响酶的活性，从而影响细胞呼吸释放能量的过程