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2019-2020年高中生物 課時13 生物膜的流動鑲嵌模型導學案 新人教版必修1 【學習目標】 1．簡述生物膜的結構。 2．探討在建立生物膜模型的過程中，實驗技術的進步所起的作用。 3．探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結構與功能相適應的觀點。 【自主梳理】 1．對生物膜結構的探索歷程 時間、人物 實驗依據(jù) 結論或假說 19世紀末歐文頓 對植物細胞進行通透性實驗，發(fā)現(xiàn)_________更容易通過細胞膜 膜是由_________組成的 20世紀初 對哺乳動物紅細胞的細胞膜進行化學分析 膜的主要成分是_______和_______ 1925年荷蘭科學家 將從紅細胞中提取的脂質鋪展成單分子層，其面積是紅細胞表面積的_______倍 膜中的脂質分子必然排列為_______ 1959年羅伯特森 在電子顯微鏡下看到細胞膜清晰的_______的三層結構 所有的生物膜都由______________三層結構構成，是靜態(tài)的統(tǒng)一結構 1970年 _______標記的小鼠細胞和人細胞融合實驗 細胞膜具有_______ 1972年桑格和尼克森 新的觀察和實驗證據(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。 【預習小測】 1．判斷正誤：羅伯特森用光學顯微鏡觀察到了細胞膜由蛋白質—脂質—蛋白質三層結構構成。 2．判斷正誤：羅伯特森提出的細胞膜結構模型為大多數(shù)科學家所接受。 3．判斷正誤：細胞膜中的磷脂呈雙層排布。 4．判斷正誤：流動鑲嵌模型認為生物膜具有一定的流動性。 5．思考問題：結合日常生活，舉出糖蛋白在細胞間識別和信息交流中起重要作用的實例。 知識拓展 探究案 【探究一對生物膜結構的探索歷程】 1．歐文頓得出"膜是由脂質組成的"結論，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．結合磷脂分子的結構特點，嘗試畫出多個磷脂分子在空氣—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—脂質—蛋白質的靜態(tài)統(tǒng)一結構有什么不足之處？ 4．小鼠細胞和人細胞融合實驗： (1)依據(jù)此實驗，你是否贊同羅伯特森認為的細胞膜具有"靜態(tài)的統(tǒng)一結構"的觀點？為什么？ (2)若此實驗在20 C條件下進行，請預測細胞融合后兩種顏色分布均勻所需時間的長短，并說明預測理由。 【典例精析】 下列關于生物膜結構探索歷程的敘述，正確的是 A.歐文頓用500多種化學物質對植物細胞進行通透性實驗，發(fā)現(xiàn)可以溶于脂質的物質更容易通過細胞膜，得出了 "膜是由脂質和蛋白質組成的"結論 B.科學家分別用紅色和綠色熒光染料標記人和小鼠細胞表面的蛋白質，并將兩種細胞融合，發(fā)現(xiàn)兩種顏色的熒光均勻分布。這一實驗以及相關的其他實驗證據(jù)表明細胞膜具有流動性 C.從細胞膜中提取的脂質鋪成的單分子層面積是細胞表面積的2倍，提出了"細胞膜只由脂質分子組成" D.羅伯特森在電鏡下看到細胞膜由蛋白質—脂質—蛋白質三層結構構成，提出了"生物膜的流動鑲嵌模型" 【變式訓練】 借助電子顯微鏡觀察細胞膜,可以看到的是兩條暗帶中間夾著一條明帶,下列相關說法最準確的是(　　) A.兩條暗帶的成分是蛋白質,明帶的成分是磷脂 B.明帶的成分是蛋白質,兩條暗帶的成分是磷脂 C.兩條暗帶的主要成分是蛋白質,明帶的主要成分是磷脂 D.明帶的主要成分是蛋白質,兩條暗帶的主要成分是磷脂 【探究二流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容】 (1)上圖中①②③分別是什么物質？②在①中的分布有何特點？ (2)根據(jù)①②③的分布，分析：膜兩側是對稱的嗎？ (3)圖中哪側是細胞膜外側？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性的原因。這樣的結構特點決定了生物膜具有什么樣的功能特點？ 【典例精析】 下圖為細胞膜的流動鑲嵌模型示意圖，下列有關敘述錯誤的是 A.①是糖蛋白，對所有的細胞只有保護和潤滑作用 B.②是蛋白質分子，大多數(shù)是可以運動的 C.③是磷脂雙分子層，構成了膜的基本支架，這個支架并不是靜止的 D.不同細胞膜中，所含①②③的比例是有區(qū)別的 【變式訓練】 細胞膜在細胞的生命活動中具有重要作用。下列相關敘述不正確的是 A.細胞膜的糖被在細胞間具有識別作用 B.細胞膜對膜兩側物質的進出具有選擇性 C.細胞膜內(nèi)外兩側結合的蛋白質種類有差異 D.載體蛋白是鑲在細胞膜內(nèi)外表面的蛋白質 【隨堂自測】 1．下列關于生物膜結構探索歷程的說法，不正確的是 A.荷蘭科學家用人的紅細胞提取的脂質做實驗，得出細胞膜中的脂質分子排列為兩層的結論 B.三層結構的"三明治"模型認為生物膜為靜態(tài)的結構 C.流動鑲嵌模型認為構成生物膜的磷脂分子和大多數(shù)蛋白質分子是可以運動的 D.三層結構的"三明治"模型和流動鑲嵌模型都認為蛋白質分子在膜中的分布是均勻的 2．細胞膜對細胞完成各種生理功能極為重要的結構特點是 A.磷脂排列成雙分子層 B.膜兩側物質分子排列不對稱 C.蛋白質分子覆蓋或鑲嵌于磷脂雙分子層上 D.膜物質分子的運動使其具有流動性 3．將兩種海綿動物的細胞分散成單個的細胞，再分別進行同種和異種混合培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)只有同種的細胞才能結合，其原因是 A.兩種海綿細胞表面的糖蛋白起識別作用 B.兩種海綿細胞的脂質成分不同 C.兩種海綿細胞細胞膜上的蛋白質和磷脂種類都不同 D.兩種海綿細胞細胞膜上的蛋白質空間結構不同 4．下列能夠反映細胞膜的結構特點的實例是 ①白細胞吞噬病菌②不能吸收蛋白質③變形蟲的變形運動④水分子能自由進出細胞⑤細胞融合 A.①②③ B.①③⑤ C.①④⑤ D.③④⑤ 5．下圖是桑格和尼克森在1972年提出的關于生物膜分子結構的流動鑲嵌模型，請回答下列問題。 (1)與細胞識別有關的結構是_________(填字母)，細胞的識別實際上是一個信息傳遞過程，植物細胞間可通過_________(填結構名稱)進行信息傳遞。據(jù)圖可判斷_________側為細胞外側。 (2)e是_________，還能夠與脂質結合形成_________。 (3)c是_________，該分子的特點是______________________________，其在細胞膜上排列成連續(xù)的_________層，構成_________，是細胞膜的基本支架。 (4)圖中的d是_________，是由_________通過_________反應在核糖體上合成的，其種類和數(shù)量與__________________有關。 【探究歸納】 1．教材提煉： 2．生物膜的流動鑲嵌模型：如圖所示。 (1)細胞膜中的脂質以磷脂為主，有的還有一些膽固醇。 (2)糖脂和糖蛋白都分布于細胞膜的外表面。 (3)脂質和蛋白質分子并不是均勻分布的，而是呈不對稱性分布。 3．生物膜的結構特點和功能特點： 生物膜的流動性 生物膜的選擇透過性 結構基礎 磷脂分子和大多數(shù)蛋白質分子是可以運動的 生物膜上的載體蛋白 實例 質壁分離與復原、變形蟲運動、白細胞的吞噬作用等 細胞能夠有選擇性地吸收細胞所需的離子 聯(lián)系 生物膜的流動性是選擇透過性的基礎 必修1課時13 生物膜的流動鑲嵌模型 詳細答案 課前預習 預習案 【自主梳理】 1．可以溶于脂質的物質 脂質 脂質 蛋白質 2 連續(xù)的兩層 暗—亮—暗 蛋白質—脂質—蛋白質 熒光 流動性 流動鑲嵌 2．1.磷脂雙分子層 基本支架 流動性 2.蛋白質分子 鑲 嵌入 貫穿于 運動的 3.糖蛋白 糖被 細胞識別 【預習小測】 1． 提示：羅伯特森用電子顯微鏡觀察到了細胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結構，他結合其他科學家的工作，提出生物膜是由蛋白質—脂質—蛋白質三層結構構成。 2． 提示：羅伯特森提出的細胞膜結構模型為一種靜態(tài)模型，不能解釋變形蟲的運動等現(xiàn)象，不為大多數(shù)科學家所接受。 3．√ 提示：磷脂的頭部親水，尾部疏水，在細胞膜中排成雙層。 4．√ 提示：流動鑲嵌模型認為組成生物膜的磷脂和大多數(shù)蛋白質都是可以運動的，從而認為生物膜具有一定的流動性。 5．提示：器官移植中的免疫排斥反應、受精作用中精子和卵細胞的結合等。 知識拓展 探究案 【探究一對生物膜結構的探索歷程】 1．提示：是通過對現(xiàn)象的推理分析。歐文頓通過實驗發(fā)現(xiàn)可以溶于脂質的物質比不能溶于脂質的物質更容易通過細胞膜進入細胞，于是他得出"膜是由脂質組成的"結論。 2．提示：如圖所示。 原因分析：因為磷脂分子的"頭"部親水，"尾"部疏水，所以當平鋪在空氣一水界面上時，磷脂分子"頭"部向下與水面接觸，"尾"部則朝向空氣一面；當完全浸沒在水溶液中時，磷脂分子會排成雙層。 3．提示：羅伯特森靜態(tài)統(tǒng)一結構的觀點無法解釋變形蟲的運動、細胞的生長、分泌蛋白的分泌等體現(xiàn)生物膜有流動特點的實例。 4．(1)提示：不贊同。小鼠細胞和人細胞融合實驗表明細胞膜具有流動性。 (2)提示：若在20℃條件下進行，兩種顏色均勻分布所用的時間將延長，因為低溫下分子的運動速度會減慢。 【典例精析】 B 【解析】19世紀末歐文頓根據(jù)易溶于脂質的物質容易通過細胞膜的現(xiàn)象提出：膜是由脂質組成的。兩位荷蘭科學家將從細胞膜中提取的脂質在空氣—水界面上鋪展成單分子層，發(fā)現(xiàn)其面積是細胞表面積的2倍，提出：細胞膜中的脂質分子必然排列為連續(xù)的兩層。羅伯特森在電鏡下看到細胞膜由暗—亮—暗的三層結構構成，他把生物膜描述為靜態(tài)的統(tǒng)一結構。科學家用綠色和紅色熒光染料標記小鼠和人細胞表面的蛋白質，并使之融合，發(fā)現(xiàn)兩種顏色的熒光均勻分布，再根據(jù)這一實驗及其他相關實驗表明細胞膜具有流動性。 【備注】膜的成分和結構的初步闡明，最初都是先根據(jù)實驗現(xiàn)象和有關知識，提出假說，而不是通過實驗觀察直接正實的。假說的正確與否，還需要通過觀察和實驗進一步驗證。 【變式訓練】 C 【解析】羅伯特森提出了生物膜的模型:中間的亮層是脂質分子,兩邊的暗層是蛋白質分子。由于生物膜中還有多糖、膽固醇等物質,所以只能說主要成分。 【備注】無 【探究二流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容】 5．(1)提示：①②③分別是磷脂、蛋白質和糖鏈。蛋白質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，有的貫穿于整個磷脂雙分子層。 (2) 提示：由三者的分布可知，膜兩側是不對稱的。 (3) 提示：a側。因為a側有糖蛋白，糖蛋白只存在于細胞膜的外側，起識別作用。 6．提示：組成生物膜的磷脂和大多數(shù)蛋白質都能夠運動，所以生物膜具有一定的流動性。這樣的結構特點決定了生物膜能夠選擇性地控制物質進出，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胞表面的糖蛋白有保護和潤滑作用，而有些細胞表面的糖蛋白也有識別作用。②是蛋白質分子，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，有的貫穿于整個磷脂雙分子層，大多數(shù)是可以運動的。③是磷脂雙分子層，構成膜的基本支架，處于不斷流動狀態(tài)。不同細胞膜所含化學成分基本相同，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組成，磷脂在生物膜中為雙層排布，形成磷脂雙分子層，構成生物膜的基本支架。磷脂和大多數(shù)蛋白質都能夠運動，所以生物膜具有一定的流動性。 【變式訓練】 D 【解析】細胞膜上的糖蛋白具有識別功能；細胞膜具有選擇透過性，對進出細胞膜的物質具有選擇性；載體蛋白是跨膜蛋白而不是鑲在細胞膜內(nèi)外表面。蛋白質是生命話動的主要承擔者，根據(jù)結構與其功能相適應，由于細胞膜內(nèi)外兩側的蛋白質種類有差異，因此，內(nèi)外兩側的功能也不相同。 【備注】無 【隨堂自測】 1．D 【解析】荷蘭科學家用丙酮從人的紅細胞中提取脂質，在空氣—水界面上鋪展成單分子層，測得其面積為紅細胞表面積的2倍，從而得出細胞膜中的脂質分子排列為連續(xù)的2層的結論，A項正確。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)一結構，B項正確。流動鑲嵌模型認為構成生物膜的磷脂分子和大多數(shù)蛋白質分子是可以運動的，故生物膜具有一定的流動性，C項正確。流動鑲嵌模型認為蛋白質分子有的鑲在磷脂雙分子層的表面，有的貫穿于整個磷脂雙分子層，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項錯誤。 【備注】無 2．D 【解析】構成細胞膜的磷脂分子和大多數(shù)蛋白質分子是可以運動的，這種特點使細胞膜具有一定的流動性，這對細胞完成各種生理功能非常重要。 【備注】無 3．A 【解析】海綿細胞膜表面的糖蛋白具有識別作用，能夠識別同種和異種，只有同種的海綿細胞才能結合。 【備注】無 4．B 【解析】細胞膜的結構特點是具有一定的流動性，白細胞吞噬病菌、變形蟲的變形運動、細胞融合都能體現(xiàn)細胞膜的流動性。蛋白質不被細胞吸收體現(xiàn)了細胞膜的選擇透過性，水分子能自由進出細胞與細胞膜的流動性無關。 【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 氨基酸 脫水縮合 膜功能的復雜程度 【解析】(1)題圖中a是糖蛋白、e是糖鏈，糖蛋白通常分布在細胞膜外側，故依據(jù)a可判斷M側為細胞的外側。a參與細胞的識別，進行細胞之間的信息交流。細胞之間的信息交流是多種多樣的，如植物細胞之間可以通過胞間連絲進行信息傳遞。 (2)e是與蛋白質結合的糖鏈，還能夠與細胞膜上的脂質結合形成糖脂。 (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，在細胞膜上排列成連續(xù)的兩層，構成磷脂雙分子層，為細胞膜的基本支架。 (4)d是膜上的蛋白質，蛋白質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，膜的功能越復雜。 【備注】無