1、第 2 节 生物膜的流动镶嵌模型一、对生物膜结构的探索历程1.对生物膜结构的探索历程时间 科学家或实验 结论19 世纪末 欧文顿 膜是由脂质组成的20 世纪初 膜的分离实验 膜的主要成分是脂质和蛋白质1925 年 脂质的提取实验细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层1959 年 罗伯特森所有的生物膜都由蛋白质脂质蛋白质三层结构构成1970 年 荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验 细胞膜具有流动性1972 年 桑格和尼克森 提出生物膜的流动镶嵌模型2.细胞膜具有流动性的实验(1)方法(2)现象开始：一半发红色荧光，另一半发绿色荧光。40 min 后两种颜色的荧光均匀分布。(3)结论：细胞膜具有流
2、动性。补充材料 荧光染料荧光粉(1)荧光染料是指吸收某一波长的光波后能发射出另一波长大于吸收光的光波的物质。(2)荧光粉，俗称夜光粉，通常分为光致储能夜光粉和带有放射性的夜光粉两类。光致储能夜光粉是荧光粉在受到自然光、日光灯光、紫外光等照射后，把光能储存起来，在停止光照射后，再缓慢地以荧光的方式释放出来，所以在夜间或者黑暗处，仍能看到发光，持续时间长达几小时致十几小时。(1)但凡溶于脂质的物质更易通过细胞膜，由此推测生物膜的主要成分是脂质( )(2)提取鸡红细胞的脂质在空气水界面上铺成单层是其红细胞膜面积的两倍 ( )(3)磷脂分子由亲水“头”部和疏水“尾”部构成，含 C、H、O 、N、P 五
3、种元素( )(4)科学家罗伯特森用光学显微镜观察到了细胞膜暗亮 暗的三层结构( )答案 (1) (2) (3) (4)1.为什么磷脂在空气水界面上铺展成单分子层？提示 磷脂分子的亲水“头”部易与水结合在一起，而疏水“尾”部由 2 条长脂肪酸链组成，性质像油，不能与水结合，暴露在空气一侧。2.细胞膜中的磷脂是连续的两层，试分析细胞膜中的两层磷脂分子最可能的排列方式是哪一种？_。提示 A二、流动镶嵌模型的基本内容1.生物膜的化学组成：生物膜主要由磷脂和蛋白质组成。2.结构模型(1)图中Error!(2)图中Error!(3)图中Error!3.结构特点：具有一定的流动性。4.生物膜的功能特性：生物
4、膜的结构决定了生物膜具有的功能特性是选择透过性。巧记 细胞膜结构与功能的记忆口诀细胞膜，磷蛋糖，双分子，成支架；蛋镶嵌，控进出，选择性，膜流动；糖蛋白，膜外面，信交流，三类型。(1)磷脂分子构成细胞膜的基本支架( )(2)组成细胞膜的蛋白质分子是可以运动的，而磷脂分子是静止的( )(3)糖蛋白对所有细胞都有保护和润滑作用( )(4)高尔基体形成的囊泡与细胞膜融合体现了细胞膜的结构特点具有一定的流动性( )答案 (1) (2) (3) (4)如图表示细胞某一部分的亚显微结构模式图，据图回答问题：(1)这个简图表示的是_亚显微结构。(2)写出图中各标号代表的化学成分：_；_ ；_。(3)可见生物膜
5、中的在上的排布方式是_ 。(4)若上图表示细胞膜，据图分析，_侧是细胞膜的外侧，原因是 _。(5)若将细胞膜上的磷脂提取后放入盛水的容器中，磷脂分子稳定的分布方式为图中的( )提示 (1)生物膜 (2) 磷脂双分子层 蛋白质 糖链 (3)镶嵌排布 (4)a 糖蛋白存在于细胞膜外侧 (5)A1.(2018榆林模拟)对生物膜结构的探索经历了漫长的历程，下列结论(假说)错误的是( )A.脂溶性物质更易通过细胞膜说明细胞膜是由脂质组成的B.提取哺乳动物成熟红细胞的脂质铺展成的单分子层的面积是红细胞表面积的 2 倍，说明细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层C.电镜下细胞膜呈清晰的暗 亮暗三层结构，罗伯特森
6、认为生物膜由脂质蛋白质脂质三层结构构成D.人鼠细胞融合实验证明细胞膜具有流动性答案 C解析 根据相似相溶的原理，脂溶性物质更易通过细胞膜说明细胞膜是由脂质组成的，A正确；哺乳动物成熟红细胞的膜结构中只有一层细胞膜，脂质铺展成的单分子层的面积是红细胞表面积的 2 倍，说明细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层，B 正确；电镜下细胞膜呈清晰的暗亮暗三层结构，罗伯特森认为所有的生物膜由蛋白质脂质蛋白质三层结构构成，C 错误；人鼠细胞融合实验证明细胞膜具有流动性，D 正确。2.在人类对生物膜结构的探索历程中，罗伯特森提出的三层结构模型与流动镶嵌模型的相同点是( )A.两种模型都认为磷脂双分子层是构成膜的基
7、本支架B.两种模型都认为蛋白质分子均匀排列在脂质分子的两侧C.两种模型都认为组成生物膜的主要物质是蛋白质和脂质D.两种模型都认为组成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动答案 C解析 磷脂双分子层是构成膜的基本支架，这是流动镶嵌模型的内容，A 错误；蛋白质分子均匀排列在脂质分子的两侧是三层结构模型的内容，B 错误；不论是三层结构模型还是流动镶嵌模型都是建立在生物膜主要由蛋白质和脂质组成这一基础之上的，C 正确；三层结构模型是静态的统一结构模型，流动镶嵌模型认为组成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的，D 错误。3.(2018厦门一中期末)如图是生物膜的结构模型示意图。下列相关叙述
8、不正确的是( )A.与细胞的识别、保护、润滑有关B.的种类和数目与生物膜的选择透过性有关C.和共同构成生物膜的基本支架D.和可以运动使生物膜具有流动性答案 C解析 是糖蛋白，与细胞识别、保护、润滑有关，A 正确；是蛋白质，蛋白质的种类和数目与生物膜的选择透过性有关，B 正确；是磷脂双分子层，其构成了生物膜的基本支架，C 错误；和可以运动使生物膜具有流动性， D 正确。4.下列选项中不符合生物膜的流动镶嵌模型观点的是( )A.磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性B.每个磷脂分子的疏水端都向内C.嵌入磷脂双分子层的蛋白质分子大多能运动D.膜中的磷脂和蛋白质之间没有联系，所以才具有流动性答案 D解
9、析 生物膜是一个整体，组成它的各种分子相互作用、密切联系才维持了生物膜的整体性。5.如图为细胞膜结构示意图，A 、B 表示细胞膜的两侧。请回答下列问题：(1)该结构模型为目前公认的细胞膜模型，名称为_ 。(2)图中 1 表示_，动物细胞吸水时 1 的厚度会变小，这说明 1 具有一定的_。(3)图中_( 填图中字母)侧是细胞膜外侧，判断的理由是_。答案 (1)流动镶嵌模型 (2)磷脂双分子层 流动性 (3)A A 侧有糖蛋白，而糖蛋白存在于细胞膜的外侧解析 (1)分析题图可知，该结构模型是流动镶嵌模型。(2)分析题图可知，图中 1 表示磷脂双分子层，它构成膜的基本支架，动物细胞吸水时 1(磷脂双
10、分子层) 的厚度会变小，这说明1(磷脂双分子层)具有一定的流动性。(3)由于糖蛋白只存在于细胞膜的外侧，因此 A 表示细胞膜外侧，B 表示细胞膜内侧。题组一 对生物膜结构的探索历程1.(2018天津期末)磷脂是组成细胞膜的重要成分，这与磷脂分子的“头”部亲水、“尾”部疏水的性质有关。某研究小组发现植物种子细胞以小油滴的方式储油，每个小油滴都由磷脂膜包被，该膜最可能的结构是( )A.由单层磷脂分子构成，磷脂的 “尾”部向着油滴内B.由单层磷脂分子构成，磷脂的“头”部向着油滴内C.由两层磷脂分子构成，结构与细胞膜完全相同D.由两层磷脂分子构成，两层磷脂的头部相对答案 A解析 磷脂分子的“头”部亲水
11、，“尾”部疏水，小油滴由磷脂膜包被，则磷脂的“尾”部向着油滴内，磷脂膜由单层磷脂分子构成，A 正确。2.(2018辽宁抚顺期末)关于生物膜的结构模型，下列叙述正确的是( )A.欧文顿通过对膜成分的提取和化学分析提出膜是由脂质组成的B.暗亮暗三层结构的静态模型无法解释细胞的生长、变形虫的变形运动等现象C.人细胞和小鼠细胞的融合实验运用了放射性同位素标记法D.流动镶嵌模型表明，组成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子都不可以运动答案 B解析 欧文顿发现脂溶性物质很容易通过细胞膜，由此提出膜是由脂质构成的，A 错误；生物膜的静态模型不能解释细胞的生长、变形虫的变形运动等现象，B 正确；人鼠细胞的融合是用荧光
12、染料分别标记人和小鼠细胞表面的蛋白质分子，C 错误；流动镶嵌模型表明，组成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子都是可以运动的，D 错误。3.如图所示为将小白鼠细胞和人体细胞融合成杂交细胞的过程，图中的小球和小三角表示各自膜表面的蛋白质，下列有关叙述不正确的是( )A.图中膜表面的蛋白质构成了细胞膜的基本支架，此外，细胞膜的主要成分还包括磷脂双分子层B.细胞膜的元素组成包括 C、H 、O、N、PC.该实验证明了细胞膜具有一定的流动性D.适当提高温度有利于图示细胞融合答案 A解析 构成细胞膜基本支架的是磷脂双分子层，A 错误；细胞膜主要由蛋白质、磷脂组成，在细胞膜的外表，还有少量糖类，蛋白质分子由
13、C、H、O、N 等元素组成，磷脂分子除C、H、O 元素外，还含有 N、P 元素，糖类由 C、H 、O 元素组成，B 正确；图中细胞融合后，小球和小三角代表的蛋白质分子在杂交细胞膜上均匀分布，这说明蛋白质分子可以运动，即体现了细胞膜具有一定的流动性，C 正确；适当提高温度能加快分子的运动，从而有利于细胞融合，D 正确。4.(2018鹤岗一中高一上学期期中) 把一个细胞中的磷脂分子全部提取出来，在空气和水界面上将它们铺成单分子层(假定单分子间距离适当且相等 )，推测在下列生物中，空气和水界面上磷脂分子层的表面积与原细胞的表面积之比最大和最小的细胞分别是( )洋葱根尖成熟区表皮细胞 蛙的红细胞 唾液
14、腺细胞 乳酸菌细胞 酵母菌细胞A. B. C. D.答案 B解析 细胞中生物膜越多，则空气和水界面上磷脂分子层的表面积与原细胞的表面积之比越大，反之越小。乳酸菌细胞是原核细胞，其所含的生物膜只有细胞膜，所以比值最小；都是真核细胞，具有各种细胞器膜和核膜，但由于唾液腺细胞分泌能力强，细胞中相关细胞器膜面积较大，所以比值最大。5.(2018湖南衡阳八中期中)通过以下四个材料，请分析判断下列相关说法错误的是( )材料一：19 世纪末，欧文顿(E.Overton)注意到脂溶性的化合物通过细胞膜的速度比非脂溶性的化合物快。材料二：1925 年，荷兰科学家发现，红细胞膜所含的脂质若铺展成单分子层的话，其面
15、积等于细胞表面积的两倍。材料三：通过表面张力的实验发现，细胞的表面张力比水与油之间的表面张力要小得多。有人在脂肪与水的模型中加入极少量的蛋白质，结果表面张力就降低了很多。材料四：取两种不同的海绵动物，使其细胞分散成单个的，然后掺在一起混合培养，发现只有同种的细胞才结合。A.材料一说明细胞膜之中含有脂质B.材料二说明脂质分子在细胞膜上以双分子层的形式排列C.材料三说明细胞膜不是单纯由脂质构成的，可能还含有蛋白质D.材料四说明细胞间的识别与糖蛋白有关答案 D解析 材料一：脂溶性的化合物通过细胞膜的速度比非脂溶性的化合物快，根据相似相溶原理可确定细胞膜中含有脂质，A 正确；材料二：红细胞膜所含的脂质
16、若铺展成单分子层的话，其面积等于细胞表面积的两倍，可推知细胞膜上脂质以双分子层的形式排列，B 正确；材料三：细胞的表面张力比水与油之间的表面张力要小得多，在脂肪与水的模型中加入极少量的蛋白质，结果表面张力就降低了很多，这说明细胞膜不是单纯由脂质构成的，可能还含有蛋白质，C 正确；材料四：只有同种的细胞才能结合，与细胞间的识别与交流有关，但不能确定细胞识别与糖蛋白有关，D 错误。题组二 生物膜的流动镶嵌模型6.(2018广东省实验中学期中) 如图表示细胞膜的流动镶嵌模型示意图，下列有关叙述正确的是( )A.a 指磷脂分子的“尾”部，具有亲水性B.c 指磷脂分子的疏水性“头”部C.糖蛋白在细胞膜内
17、外侧均匀分布D.细胞膜的选择透过性与 b、 d 的种类和数量有关答案 D解析 分析题图可知，图中 e 为蛋白质，与糖类结合成糖蛋白，分布在细胞膜的外表面，具有识别功能；b、d 为蛋白质，其镶在、嵌入或贯穿于磷脂双分子层；a 为磷脂分子的“尾”部，具有疏水性，A 错误； c 为磷脂分子的“头” 部，具有亲水性，B 错误；糖蛋白分布在细胞膜外侧，C 错误；细胞膜的选择透过性与膜上蛋白质(b、d)的种类和数量有关，D 正确。7.细胞膜上的蛋白质不具有的功能是( )A.运输物质 B.催化反应C.提供能量 D.识别信息答案 C解析 细胞膜上的载体蛋白在物质运输中起载体的作用；细胞膜表面分布有蛋白质类的酶
18、，具有催化作用；细胞膜上的蛋白质不能提供能量，提供能量的物质主要是糖类；细胞膜上的糖蛋白有细胞识别、信息交流、保护和润滑等作用。8.下列关于细胞膜流动性的叙述，错误的是( )A.科学家用红、绿两种颜色的荧光染料分别标记人与小鼠细胞膜上的蛋白质，然后再将两种细胞融合成一个细胞，最终发现细胞膜上红、绿荧光染料均匀分布，体现了细胞膜的流动性B.膜的流动性与温度有关，在一定范围内，温度越高，膜的流动性越大C.细胞膜的流动性决定了大部分的物质能够自由地通过细胞膜D.细胞膜的流动性对于完成各种生理功能，如物质的透过、膜内外信息的传递等非常重要答案 C解析 由题干信息可知，用红色荧光染料标记人细胞膜上的蛋白
19、质与用绿色荧光染料标记鼠细胞膜上的蛋白质在融合细胞中分布均匀，说明组成细胞膜的蛋白质分子是可以运动的，体现了细胞膜具有流动性特点，A 正确；膜的流动性与温度有关，在一定范围内，温度越高，膜的流动性越大，但超过一定温度，膜会失去活性，B 正确；细胞膜的选择透过性，决定了大部分的物质能够通过细胞膜，C 错误；细胞膜的流动性对于完成各种生理功能，如物质的透过、膜内外信息的传递等非常重要，D 正确。9.下列关于细胞膜的流动性和选择透过性的叙述，正确的是( )A.载体蛋白主要位于膜的外侧B.选择透过性的基础是细胞膜上的载体蛋白和磷脂分子具有特异性C.白细胞能吞噬某些细菌，说明细胞膜具有一定的选择透过性D
20、.流动性的基础是组成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子都是可以运动的答案 D解析 载体蛋白存在于膜的外侧或内侧，A 错误；磷脂分子不具有特异性，B 错误；白细胞吞噬某些细菌，只能说明细胞膜具有流动性，不能说明细胞膜具有选择透过性，C 错误；组成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子都是可以运动的，这是细胞膜具有一定流动性的基础，D 正确。10.图甲为细胞膜的亚显微结构模式图，图乙为图甲细胞膜的磷脂分子结构模式图。下列有关描述错误的是( )A.图甲中的是细胞膜的基本支架B.图乙分子可识别“自己”和 “非己”的成分C.图甲中与细胞的选择吸收有关， 可作为气味分子的受体并完成信息的传递D.将图乙平展在水
21、面上，a 部分与水面接触答案 B解析 由图可知，为磷脂双分子层，是细胞膜的基本支架，A 项正确；起识别作用的是细胞膜上的糖蛋白，B 项错误；图甲中 是多糖，是蛋白质，与物质的选择性吸收有关，形成糖蛋白，与信息交流有关，C 项正确；a 为亲水性的头部，与水面接触，b 为疏水性尾部，D 项正确。11.对某动物细胞进行荧光标记实验，如图所示，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
22、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.根据荧光恢复的速率可推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率答案 C解析 本实验是细胞膜具有一定流动性的经典实验，可根据荧光恢复的速率推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率，但是不能反映物质跨膜运输的速率。停止激光束照射后，该区域中又出现斑点，说明其他区域的被标记的物质移动到该区域里来，体现了细胞膜的流动性。12.(2018北京师大附中期中) 红甜菜根的液泡中含有花青素。某同学将红甜菜根切成大小相同的薄片，分别放在不同温度的蒸馏水中处理 1 分钟后取出，再分别放在等量清水中浸泡1 小时，获得不同温度下的浸出液，然后用分光光度计测定浸出液中花青素吸光值
23、，吸光值大小可以反映浸出液中花青素的含量。根据图示的实验结果，下列分析正确的是( )A.花青素能通过活细胞的液泡膜和细胞膜B.温度超过 50 ，膜结构受到破坏，通透性增大C.温度低于 50 时，红甜菜根细胞内合成的花青素极少D.温度为 1050 ，红甜菜根细胞膜流动性保持不变答案 B解析 活细胞的细胞膜和液泡膜具有选择透过性，花青素不能通过活细胞的液泡膜和细胞膜从细胞中出来，A 错误；从坐标图看， 1050 时，溶液中的花青素吸光值低且相同，50 之后，膜的结构被破坏，通透性增大，花青素渗出细胞，溶液中的花青素吸光值增大，B 正确；50 以下时浸出液中花青素含量很少，只能说明从细胞中渗出的花青
24、素量很少，不能证明合成量极少，C 错误；从图示可看出，在 1050 时，随着温度升高，构成细胞膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子的运动加快，细胞膜流动性增大，D 错误。13.(2019武汉月考)1970 年，科学家用绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞与人细胞融合。当这两种细胞融合成一个细胞时，开始时一半呈绿色，一半呈红色。但在 37 下保温 40 min 后，两种颜色的荧光点就呈均匀分布(如图) 。据图回答下面的问题：(1)融合细胞表面两类荧光染料分布的动态变化，表明了组成细胞膜的_等分子是可以运动的，由此可以证实关于细胞膜结构“模
25、型”的观点是成立的。(2)融合细胞表面两类荧光染料最终均匀分布，原因是_，这表明细胞膜的结构特点是具有_。(3)如果该融合实验在 20 条件下进行，则两种荧光点均匀分布的时间将大大延长，这说明_。若在 0 下培养 40 min，则发现细胞仍然保持一半发红色荧光，另一半发绿色荧光。对这一现象的合理解释是_。答案 (1)蛋白质 (2) 构成膜结构的磷脂分子和蛋白质分子大都可以运动 一定的流动性 (3)随环境温度的降低，膜上蛋白质分子的运动速率减慢 细胞膜的流动性特点只有在适宜的条件下才能体现解析 人细胞和小鼠细胞融合成一个细胞后，开始时因温度和时间的关系，其膜成分的流动性暂时未得到体现。将融合细胞
26、置于 37 下保温 40 min 后，温度适宜，膜上的分子因流动而发生重新排列，表现出荧光点均匀分布的现象，若温度降低，膜流动性减弱，两种荧光点均匀分布的时间大大延长，甚至不能发生均匀分布。14.(2018河北衡水中学期中) 如图所示为细胞膜的亚显微结构示意图，据图回答下列问题：(1)写出图中序号所代表的结构成分：1._，2._，3._，4._。(2)图示细胞膜的结构特性是_，其功能特性是_。(3)精子和卵细胞能够通过该结构相互识别并结合，这体现了该结构_的功能，决定细胞识别作用的成分是图中的_(填序号) 。答案 (1)磷脂双分子层 蛋白质分子 蛋白质分子 糖蛋白 (2) 具有一定的流动性 具
27、有选择透过性 (3)进行细胞间的信息交流 4解析 (1)分析图示可知，图中 1 是磷脂双分子层，2、3 是蛋白质分子，4 是糖蛋白。(2) 细胞膜的结构特性是具有一定的流动性，功能特性是具有选择透过性。(3)精子和卵细胞能够通过细胞膜相互识别并结合，这体现了细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能，决定细胞识别作用的是 4 糖蛋白。15.脂质体是根据磷脂分子可在水中形成稳定的脂质双层膜的原理而制备的人工膜。单层脂分子铺展在水面上时，极性端(亲水) 与非极性端(疏水) 排列是不同的，搅拌后形成双层脂分子的球形脂质体(如图)。(1)将脂质体置于清水中，一段时间后发现，脂质体的形态、体积没有变化。这一事实说明脂质体在结构上具有一定的_。(2)下列图中能正确表示细胞膜的亚显微结构模式图的是( )(3)由脂质体的形成原因及特点分析细胞膜的基本支架是_ ，同时也可推测水分子的跨膜运输不是真正的物质扩散，它最可能与膜上的_成分有关。美国科学家阿格雷试图从人的红细胞上寻找这种蛋白质CHIP28。他以这种细胞为实验材料的最可能原因是_。答案 (1)稳定性 (2)B (3)磷脂双分子层 蛋白质 成熟的红细胞除细胞膜外无其他的膜结构，便于获得纯净的细胞膜