2.2细胞膜控制细胞与周围环境的联系 学案

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1、第二节细胞膜控制细胞与周围环境的联系1.建构生物膜的流动镶嵌模型,并分析各组成成分及其功能。2.分析“模拟实验探究膜的透过性”中的操作要点、材料处理及实验结果,提升实验分析与整合能力。3.比较不同细胞细胞壁的成分及功能差异。1.通过模拟实验探究膜的透过性,分析质膜对物质出入的选择透过性。2.通过分析质膜的结构组成与功能的关系,形成结构与功能观。3.分析生物膜的结构模型,并能进行相应解读。一、活动:通过模拟实验探究膜的透过性1.实验原理(1)透析膜:一种半透膜,水等小分子和离子可以自由通过,而蛋白质、淀粉等大分子则无法通过。(2)实验所需的两种物质。淀粉:生物大分子,与碘-碘化钾溶液反应变蓝色。

2、葡萄糖:小分子单糖,与本尼迪特试剂反应,在热水浴条件下产生红黄色沉淀。2.实验设置3.实验现象与结论组别现象结论A烧杯内棕色;透析袋内为蓝色淀粉不能通过透析膜,碘能通过透析膜透析膜具有半透性,推测细胞膜对物质的进出具有选择透过性B从烧杯内取出的蒸馏水出现红黄色沉淀葡萄糖能通过透析膜清水煮菠菜,煮后的水变绿,试分析原因。提示:菠菜经水煮,细胞膜失去选择透过性,细胞内的色素(叶绿素)进入水中,因此水会变绿。二、细胞膜具有选择透过性1.细胞膜也称为质膜,是细胞的边界,将细胞内与外界环境分隔开。2.选择透过性细胞膜可以控制物质进出,选择性地吸收营养物质和排出代谢产物,保持细胞内生化反应有序进行,这一特

3、性称为细胞膜的选择透过性。三、细胞膜主要由磷脂和蛋白质构成1.磷脂(1)结构模型。(2)模型解读。磷脂一端为“头”,含有P元素,具有亲水性,也称极性。磷脂另一端为“尾”,含有2条长长的脂肪酸链,具有疏水性,也称非极性。(3)磷脂双分子层(细胞膜的基本骨架)。在水中,不同磷脂分子疏水性的尾部相对排列,内部形成一个疏水的环境,亲水性的头部朝向外侧,与水接触,这种双层结构称为磷脂双分子层。2.膜蛋白(1)特性:有水溶性部分和脂溶性部分。通常细胞的功能越多,其膜蛋白的种类和数量就越多。(2)功能。选择性地吸收或排出特定物质,控制其进出细胞,这类膜蛋白称为转运蛋白。催化特定化学反应。将同一组织的相邻细胞

4、紧密连接在一起。在细胞与外界的信息交流和细胞识别中发挥重要作用。3.胆固醇(1)分布及部位:存在于动物细胞膜中,主要位于磷脂双分子层的疏水(填“疏水”或“亲水”)环境中。(2)结构特点:具有一个很小的亲水基团,与磷脂头部连接。(3)功能。通过与磷脂脂肪酸链的相互作用,限制磷脂分子运动、增加磷脂分子有序性。将磷脂分子分隔开以增强其运动性。1.科学家在实验中发现,脂溶性物质能够优先通过细胞膜,并且细胞膜能够被溶解脂类物质的溶剂溶解,说明细胞膜中具有什么成分?判断的依据是什么?提示:细胞膜中含有脂质。根据“相似相溶”原理。2.人的消化液中含有许多能水解蛋白质的物质,称为蛋白酶。蛋白酶可以专一分解蛋白

5、质。用蛋白酶处理细胞膜,会破坏细胞膜结构的完整性,据此推断细胞膜中含有什么物质?提示:细胞膜中含有蛋白质。四、生物膜具有流动性1.生物膜的概念及特点(1)概念:细胞内所有膜统称为生物膜。(2)特点:不同部位的膜功能不同,但具有相似的物质组成和空间结构。2.流动镶嵌模型的主要内容(1)磷脂双分子层构成了生物膜的基本骨架。(2)蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面,有的全部或部分嵌入磷脂双分子层中,有的贯穿于整个磷脂双分子层,体现了膜内外结构的不对称性。(3)蛋白质和磷脂的位置不是固定的,生物膜具有一定流动性。必修1教材P32图2-13“荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验”中,两种颜色的荧光在整个细

6、胞中都呈均匀分布,该结果可以说明什么?若在20 条件下进行该实验,细胞融合后两种表面抗原平均分布的时间大大延长,若在1 条件下,两种表面抗原便难以平均地分布,上述的实验又说明什么?提示:构成膜结构的蛋白质分子是可以运动的。温度影响膜的流动性(合理即可)。五、细胞壁是植物、真菌和大多数原核细胞的外层结构1.植物的细胞壁(1)主要成分:纤维素、果胶等。(2)特点:具有全透性,与细胞的选择透过性无关,水、离子和其他分子都极易通过细胞壁的空隙。(3)作用:保护细胞,维持细胞形态,加强细胞的机械强度。参与细胞间的相互粘连。是激素等化学信号传递的介质和通路。2.其他细胞壁真菌和大多数原核细胞同样具有细胞壁

7、,但组成物质和结构与植物不同。自主学习检测教材基础熟记于心1.动物细胞的边界是细胞膜,植物细胞的边界是细胞壁。()提示:各种细胞的边界均是细胞膜。2.模拟探究膜的透过性实验中,透析膜对分子的进出具有选择透过性。()提示:透析膜允许小分子物质通过,大分子物质不能通过,具有半透性。3.若某细胞具有细胞壁,可以判定该生物肯定不是动物。()4.植物、真菌及各种原核生物都具有细胞壁结构。()提示:部分原核生物不具有细胞壁,如支原体。5.磷脂分子和蛋白质均具有水溶性和脂溶性。()6.胆固醇和磷脂的数量越多,细胞膜的功能也就越多。()提示:细胞膜的功能主要与膜上蛋白质的种类和含量有关。7.磷脂分子、膜蛋白及

8、胆固醇共同构成了生物膜的基本骨架。()提示:生物膜的基本骨架由磷脂双分子层构成。8.红细胞吸水达到一定程度会涨破,体现了细胞膜具有流动性。()任务一探究膜的透过性任务突破基于对比法比较半透膜与选择透过性膜项目半透膜选择透过性膜特性小分子、离子能透过,大分子不能透过水自由通过,被选择的离子和其他小分子可以通过,其他则不能通过性质半透性(存在微孔,取决于孔的大小)选择透过性(生物分子组成,取决于脂质、蛋白质和能量)状态无生物活性有生物活性功能渗透作用渗透作用和其他生命活动迁移应用典例1 分别将淀粉溶液和葡萄糖溶液装入半透膜制成的透析袋内,再将透析袋置于蒸馏水中。装置静置一段时间后,A组在蒸馏水中加

9、入适量碘-碘化钾溶液,B组在蒸馏水中加入本尼迪特试剂。下列叙述正确的是(A)A.A组、B组透析袋都会出现涨大的现象B.A组透析袋内外的溶液将变蓝C.B组透析袋内外都出现红黄色沉淀D.B组透析袋内葡萄糖浓度增大解析:A组和B组透析袋内分别为淀粉溶液和葡萄糖溶液,二者浓度均大于蒸馏水的浓度,所以均会发生渗透吸水现象,透析袋体积都会增大;A组中的淀粉不能通过透析袋,而碘-碘化钾可以通过透析袋,所以A组中透析袋内的溶液变为蓝色,蒸馏水处不变蓝;本尼迪特试剂与还原糖需要在热水浴条件下反应生成红黄色沉淀,B组中透析袋内的葡萄糖可以透过透析袋,但透析袋内、外的溶液不会出现红黄色沉淀;由于葡萄糖可以通过透析袋

10、外渗,同时水分子可以内渗,所以B组透析袋内葡萄糖浓度会减小。任务二探究细胞膜的结构与功能任务突破1明确细胞膜的成分组成(1)不同细胞膜的成分种类一般相同,但各组分的含量不同。功能越复杂的膜中,蛋白质的种类和数量越多。(2)细胞膜的成分是可变的,如细胞癌变过程中,细胞膜的成分发生变化,糖蛋白含量下降,有的产生甲胎蛋白(AFP)、癌胚抗原(CEA)等物质。(3)糖类分别与蛋白质和脂质结合形成糖蛋白和糖脂,都与细胞识别作用有关。糖蛋白分布于细胞膜外侧,据此可判断细胞的内、外侧。迁移应用典例2-1 如图X、Y、Z是细胞中的三种化合物,X为细胞内的单糖,Y、Z是构成细胞膜的主要成分。下列有关说法正确的是

11、(A)A.许多X连在一起形成的物质与蛋白质结合后可参与细胞通讯B.维生素D可优先通过细胞膜到细胞内部与Y有关C.细胞膜的选择透过性与Z无关D.构成细胞膜的Y和Z具有一样的流动速率解析:X是单糖,许多X连在一起形成的物质与蛋白质结合形成糖蛋白,糖蛋白可参与细胞通讯;维生素D可优先通过细胞膜到细胞内部与Z磷脂有关;细胞膜的选择透过性与Z有关,如脂溶性物质优先通过细胞膜;膜蛋白和磷脂分子在膜中流动速率不一定相同。任务突破2对比分析细胞膜(生物膜)的结构特点与功能特性项目内容原因实例影响因素结构特点一定的流动性构成细胞膜的磷脂分子在膜中的位置并不固定,使得磷脂分子及附着于其上的蛋白质分子发生运动变形虫

12、的变形运动、细胞融合、分泌蛋白的合成与分泌等温度:在一定范围内,温度越高,细胞膜的流动性越强续表项目内容原因实例影响因素功能特性选择透过性遗传特性蛋白质种类、数量选择透过性植物对离子的选择性吸收、神经细胞对K+的吸收和对Na+的排出内因:细胞膜上蛋白质的种类和数量;外因:温度、pH、O2等影响呼吸作用的因素迁移应用典例2-2 下列有关细胞膜结构和功能的叙述,错误的是(B)A.膜蛋白有水溶性部分和脂溶性部分B.细胞膜的选择透过性只与膜蛋白有关C.磷脂双分子层是细胞膜的基本骨架D.胆固醇对磷脂分子的活动具有双重调节作用解析:蛋白质与磷脂一样具有水溶性和脂溶性部分,水溶性部分位于膜两侧,脂溶性部分位

13、于脂双层内;细胞膜的选择透过性与磷脂分子和膜蛋白都有关;磷脂双分子层是细胞膜的基本骨架;胆固醇对细胞膜中磷脂分子的活动具有双重调节作用。一方面,胆固醇通过与磷脂脂肪酸链的相互作用,具有限制其运动、增加其有序性的作用;另一方面,也能将磷脂分子分隔开以增强其运动性。任务突破3生物膜流动镶嵌模型认知中的常见误区(1)生物膜的流动镶嵌模型是一种物理模型,是根据科学事实制作的理想模型,因此不可能被观察到。(2)模型中含有胆固醇,膜表面含有糖蛋白,因此该模型是细胞膜的结构模型,而不能表示其他膜结构。迁移应用典例2-3 如图为生物膜的流动镶嵌模型,下列叙述错误的是(B)A.利用电子显微镜,也无法观察到如图所示的图像B.胆固醇镶嵌或贯穿在膜中,有利于增强膜的流动性C.磷脂双分子层是膜结构的基本骨架,它使得许多分子和离子不能随意出入细胞D.生物膜的功能主要取决于膜蛋白的种类和数量解析:图示结构为构建的模型,利用电子显微镜也无法观察到;胆固醇主要位于磷脂双分子层的疏水环境中,其对于磷脂分子的活动具有双重调节作用;磷脂双分子层构成膜的基本骨架,可以阻止许多分子和离子随意出入细胞,蛋白质控制着某些分子和离子的出入,使生物膜具有选择透过性的功能特点;生物膜功能的复杂程度主要与蛋白质的种类和数量有关,因此膜的功能主要取决于膜蛋白的种类和数量。