第2節生物膜的流動鑲嵌模型[學習目標]1.了解科學家建立生物膜模型的過程。2.簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。3.簡述生物膜系統的結構和功能。知識點一對生物膜結構的探索歷程知識梳理對生物膜結構的探索歷程1.磷脂分子含有哪些元素？結構有何特點？提示：C、H、O、N、P。磷脂是一種由甘油、脂肪酸和磷酸等所組成的分子，磷酸“頭”部是親水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。2．為什么磷脂在空氣—水界面上鋪展成單分子層？提示：磷脂分子的親水“頭”部易與水結合在一起，而疏水“尾”部由2條長脂肪酸鏈組成，性質像油，不能與水結合，暴露在空氣一側。3．人—鼠細胞融合的實驗是用綠色和紅色熒光染料分別標記兩種細胞的蛋白質，并將兩細胞融合，發現熒光均勻分布，該現象出現的原因是什么？提示：細胞膜上的蛋白質大多數是可以運動的。典題分析題型一對生物膜結構的探索歷程的分析[例1]下列說法與生物膜發現史不一致的是()A．歐文頓在實驗基礎上提出：膜是由脂質組成的B．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，測得單分子層的面積為紅細胞表面積的2倍。他們由此推出：細胞膜中的脂質分子必然排列為連續的兩層C．羅伯特森在電鏡下看到細胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結構，提出所有的生物膜都是由磷脂—蛋白質—磷脂三層結構構成的D．科學家將不同熒光染料標記的人細胞和小鼠細胞進行融合，證明了細胞膜的流動性解題分析歐文頓經過多次實驗，發現細胞膜對不同物質的通透性不同：凡是可以溶于脂質的物質比不溶于脂質的物質更容易通過細胞膜進入細胞，根據相似相溶原理，提出膜是由脂質組成的，A正確；荷蘭科學家依據從人的紅細胞中提取的脂質鋪成單分子層后，單分子層的面積是紅細胞表面積的2倍，得出細胞膜中的脂質分子必然排列為連續的兩層，B正確；羅伯特森在電鏡下看到細胞膜的暗—亮—暗的三層結構，提出生物膜是由蛋白質—脂質—蛋白質三層結構構成的，C錯誤；科學家用不同熒光染料標記人、小鼠細胞表面的蛋白質分子，兩種細胞融合一段時間后，兩種顏色的熒光均勻分布，證明了細胞膜具有流動性，D正確。答案C[例2]下列關于生物膜結構的探索歷程的說法，不正確的是()A．最初通過對現象的推理分析得出細胞膜是由脂質組成的B．三層結構模型認為生物膜為靜態的結構C．流動鑲嵌模型認為構成生物膜的磷脂分子和大多數蛋白質分子可以運動D．三層結構模型和流動鑲嵌模型都認為蛋白質分子在膜中的分布是不均勻的解題分析脂溶性物質更易通過細胞膜，說明細胞膜是由脂質組成的，A正確；羅伯特森認為生物膜是由蛋白質—脂質—蛋白質三層結構構成的，而且是靜態的結構，B正確；流動鑲嵌模型認為構成生物膜的磷脂分子和大多數蛋白質分子可以運動，說明生物膜具有一定的流動性，C正確；三層結構模型認為蛋白質分子在膜中的分布是均勻的、固定的，而流動鑲嵌模型認為蛋白質分子在膜中的分布是不均勻的，D錯誤。答案D知識點二流動鑲嵌模型的基本內容知識梳理1.生物膜的化學組成：生物膜主要由eq\o(□,\s\up4(01))脂質和eq\o(□,\s\up4(02))蛋白質組成。2．流動鑲嵌模型的基本內容3．生物膜的結構特性——eq\o(□,\s\up4(01))具有一定的流動性(1)原因：構成生物膜的eq\o(□,\s\up4(02))磷脂分子具有流動性，大多數蛋白質分子也是可以運動的。(2)表現：變形蟲的變形運動、細胞融合、分泌蛋白的傳遞與分泌等。(3)生理意義：保證了細胞正常生命活動的進行。4．生物膜的功能特性——eq\o(□,\s\up4(01))選擇透過性(1)結構基礎：膜上具有eq\o(□,\s\up4(02))載體蛋白。(2)生理意義：控制物質進出細胞。1.仔細觀察桑格和尼克森建構的流動鑲嵌模型，它是對稱模型嗎？提示：不對稱。因為構成細胞膜的蛋白質分子的分布是不均勻的。2．你能快速判斷出哪個是細胞膜的內側和外側嗎？提示：根據糖蛋白的分布情況判斷，有糖蛋白存在的一側為細胞膜外側。典題分析題型二對生物膜的流動鑲嵌模型基本內容的考查[例3]如圖表示細胞膜的亞顯微結構模式圖，請據圖回答：(1)圖中[③]________的基本組成單位是________。構成細胞膜基本支架的結構是[]______________。(2)與細胞膜的識別功能有關的結構是[]________。(3)吞噬細胞吞噬細菌的過程體現了細胞膜具有________性。這是因為________________________________________________________________________________。(4)不同的細胞，其細胞膜的生理功能不同，主要取決于細胞膜上的________。(填寫標號)(5)細胞膜的外側是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)側，判斷的依據是__________________________________________________________________________________。(6)細胞膜的這種結構模型被稱為________________________________________________________________________。解題分析細胞膜的亞顯微結構模式圖顯示，細胞膜的基本支架是磷脂雙分子層(圖中②所示)，蛋白質分子覆蓋、鑲嵌或貫穿于磷脂雙分子層中。糖鏈和蛋白質結合形成糖蛋白，與細胞識別、細胞間信息交流有關。Ⅰ側具有糖鏈，可以判斷Ⅰ側為細胞膜外側。答案(1)蛋白質氨基酸②磷脂雙分子層(2)①糖蛋白(糖被)(3)流動組成細胞膜的磷脂分子具有流動性，大多數蛋白質分子也是可以運動的(4)③(5)ⅠⅠ側有多糖與蛋白質結合形成的糖蛋白，糖蛋白位于細胞膜外側(6)流動鑲嵌模型知識拓展細胞膜的成分、結構、功能間關系題型三生物膜的結構特點與功能特點的辨析[例4]下列不能體現細胞膜流動性的是()A．萎蔫的植物細胞出現質壁分離現象B．細胞膜上糖蛋白的識別過程C．漿細胞分泌抗體D．白細胞的吞噬作用解題分析萎蔫的植物細胞出現質壁分離現象的過程中，原生質層收縮，體現了細胞膜的流動性，A不符合題意；細胞膜上糖蛋白的識別過程不能體現細胞膜的流動性，B符合題意；漿細胞分泌抗體的過程存在膜的變化，體現了細胞膜的流動性，C不符合題意；白細胞的吞噬作用依賴于細胞膜的流動性，D不符合題意。答案B知識拓展正確區分生物膜的流動性和選擇透過性(1)流動性是生物膜的結構特點，選擇透過性是生物膜的功能特性。(2)流動性是選擇透過性的基礎，只有膜具有流動性，才能表現出選擇透過性。(3)選擇透過性指的是生物膜對進出細胞的物質具有一定的選擇性，主要表現為：水分子可以自由通過，細胞要選擇吸收的離子和小分子也可以通過，而其他的離子、小分子和大分子則不能通過。細胞膜、細胞內的其他膜結構——葉綠體膜、線粒體膜、液泡膜都具有這一特性。當堂檢測——查漏補缺鞏固提升1．將細胞膜的磷脂提取后放入盛有水的容器中，經過充分的攪拌后，下列能正確反映其分布的是()答案A解析磷脂分子由親水性“頭”部和疏水性“尾”部組成，若將細胞膜的磷脂提取后放入盛有水的容器中，經過充分的攪拌后，親水性“頭”部可與水接觸，而疏水性“尾”部則在空氣中。2．1970年科學家將人和鼠的細胞膜用不同熒光染料標記后，讓兩種細胞融合，雜種細胞一半發紅色熒光、另一半發綠色熒光，放置一段時間后發現兩種熒光均勻分布。該實驗能夠證明()A．細胞膜含有蛋白質和脂質B．細胞膜具有流動性C．細胞膜含有磷脂雙分子層D．細胞膜容易染色而發光答案B解析細胞膜的融合依賴于細胞膜的流動性，B正確。3．下面是神經細胞的細胞膜結構模式圖，其中正確的是()答案A解析細胞膜以磷脂雙分子層為基本支架，排列時具有親水性的“頭”部排列在外側，具有疏水性的“尾”部排列在內側，蛋白質分子可鑲在或嵌入或貫穿于磷脂雙分子層中。4．如圖是桑格和尼克森在1972年提出的生物膜結構的流動鑲嵌模型，下列敘述不正確的是()A．圖中a與細胞識別有關B．圖中c分子具有親水的“頭”部和疏水的“尾”部C．圖中d的分布狀態有兩種：鑲在表面或貫穿于整個磷脂雙分子層D．b構成膜的基本支架答案C解析圖中a為糖蛋白，與細胞的識別有關，A正確；b為磷脂雙分子層，是構成生物膜的基本支架，D正確；c是磷脂分子，有親水的“頭”部和疏水的“尾”部，B正確；d為蛋白質，在膜上呈不對稱分布，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，C錯誤。5．如圖表示細胞膜的結構，據此回答問題(在[]中填序號)：(1)細胞膜的這種結構模型被稱為________________。細胞膜的基本支架是[]。(2)膽固醇、維生素D等物質能優先通過細胞膜，這是由于細胞膜上具有________(填成分)。(3)由圖可知，該結構的________(填“上方”或“下方”)是細胞膜的外側。(4)精子和卵細胞能夠通過該結構相互識別并結合，說明細胞膜具有____________________功能。與此相關的物質是[]。(5)細胞膜在控制物質進出細胞時具有__________________(填特性)。答案(1)流動鑲嵌模型③(2)脂質(磷脂)(3)上方(4)細胞間的信息交流(細胞識別)①(5)選擇透過性解析由圖示可知：①是糖蛋白，②是蛋白質，③是磷