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2019-2020年高三生物二輪復(fù)習 細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能教案 人教版 【學習目標】 1．理解細胞膜的化學成分、分子結(jié)構(gòu)以及流動性的結(jié)構(gòu)特點。 2．理解細胞膜的主要功能、物質(zhì)出入膜的兩種方式及功能特點。 3．建立細胞膜的結(jié)構(gòu)模型，了解細胞膜的其他功能。 4．能用膜的流動性、選擇透過性等特點進行分析和解釋相關(guān)的現(xiàn)象。 【學習障礙】 1．理解障礙 如何理解細胞膜的結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)特點；如何理解膜的結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系；如何理解膜的結(jié)構(gòu)特點與功能特性之間的聯(lián)系。 2．解題障礙 用膜的結(jié)構(gòu)特點以及膜的選擇透過性的原理去分析解釋有關(guān)細胞的融合、物質(zhì)出入細胞(包括內(nèi)吞與外排、主動運輸?shù)?等相關(guān)的生命現(xiàn)象。 【學習策略】 1．理解障礙的突破 (1)用“模型法”理解細胞膜的結(jié)構(gòu)。 生命是物質(zhì)的，生命活動需要一定的結(jié)構(gòu)來保障，因此，學習過程中經(jīng)常會遇到生物體的結(jié)構(gòu)問題，尤其是更微觀層次上的結(jié)構(gòu)，這就要求學習者能將微觀問題轉(zhuǎn)變成宏觀的問題，而建立一個簡單、直觀的模型來輔助，為思維創(chuàng)建一些支點，是解決此類問題的有效方法之一。這就是所謂的“模型法”。如下圖。 在細胞膜中每一個磷脂分子頭部因含有磷酸和堿基，極性強，是親水性的；尾部的碳氫鏈為非極性的，具疏水性。如通過實驗將磷脂加入水中，在一定濃度下，磷脂分子相互聚集，親水性的極性頭部朝向水相，而疏水的非極性尾部則避開水向內(nèi)聚集，從而形成微小的球形磷脂分子團。若繼續(xù)用超聲波處理，則形成不易溶于水且在水相對穩(wěn)定存在的磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)。因此，膜中的磷脂分子正如模型中的那樣排列。而磷脂分子的這種性質(zhì)對于構(gòu)成穩(wěn)定的膜結(jié)構(gòu)具有重要意義。 從模型中還可以看出，磷脂雙分子層是細胞膜的主要結(jié)構(gòu)支架；膜蛋白為球蛋白，分布于磷脂雙分子層表面或嵌入磷脂分子中，有的甚至橫跨整個磷脂雙分子層；組成細胞膜的各種成分在膜中的分布是不均勻的，即具有不對稱性。例如：膜蛋白在磷脂雙分子層中不對稱地、不同程度地嵌入磷脂雙分子層中或分布于膜表面。同時不同部位膜蛋白的種類和數(shù)量也不同；另外，細胞膜上的糖被只存在于膜外表面，與外層蛋白質(zhì)結(jié)合形成糖蛋白。所以，糖類在細胞膜中的分布具有顯著的不對稱性。這些特點對于膜的功能的實現(xiàn)具有更直接的意義。 [例1]根據(jù)細胞膜的化學成分和結(jié)構(gòu)特點，分析下列材料并回答有關(guān)問題： (1)1895年Overton在研究各種未受精卵細胞的透性時，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)容易透過細胞膜，不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)透過細胞膜十分困難。這表明組成細胞膜的主要成分中有_________。 (2)1925年Gorter Grendel用丙酮提取紅細胞膜的類脂，并將它在空氣、水界面上展開時，這個單層分子的面積相當于原來紅細胞表面積的兩倍。由此可以認為細胞膜由_______________組成。 解析：用“聯(lián)想對照法”來解。 答案：(1)脂質(zhì)分子 (2)兩層磷脂分子 點評：此題以考查細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能為線索，兼學科內(nèi)綜合及跨學科知識于一體。取材于書外，回答的內(nèi)容卻在書內(nèi)，即“題在書外，理在書內(nèi)”，是一道科技含量高，分析推理較強的試題。 (2)用“借比法”理解膜的結(jié)構(gòu)特點。 “借比法”就是把難于想象或很抽象的生物學內(nèi)容，通過借助我們所熟知的一些事例或現(xiàn)象進行比喻，以達到對問題真正理解的一種科學思維方法。 根據(jù)細胞膜的結(jié)構(gòu)，巧妙地利用“借比法”幫助理解。細胞膜的結(jié)構(gòu)特點是具有一定的流動性。膜的流動性是細胞膜結(jié)構(gòu)的基本特征之一，同時也是細胞膜表現(xiàn)其正常功能的必要條件。膜的流動性是指膜結(jié)構(gòu)分子的運動性，它包括膜磷脂分子的運動和膜蛋白的運動。我們可以聯(lián)想細胞就好比地球，假設(shè)地球上沒有陸地而全被大海所覆蓋，那么磷脂雙分子層就好比海水，蛋白質(zhì)分子就好比海上的各種船只，它們都是可以運動的，這樣就很容易理解細胞膜的結(jié)構(gòu)特點——具有一定的流動性。 (3)用“結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一”的觀點去理解細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系、結(jié)構(gòu)特點與功能特性之間的聯(lián)系。 結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀點包括兩層意思：一是有一定的結(jié)構(gòu)就必然有與之相對應(yīng)的功能存在；二是任何功能都需要有一定的結(jié)構(gòu)來完成。 細胞膜的基本結(jié)構(gòu)是：①由磷脂雙分子層構(gòu)成細胞膜的基本支架，這種結(jié)構(gòu)的存在就必然有與之相對應(yīng)的功能存在——脂溶性物質(zhì)能夠以自由擴散的方式優(yōu)先通過膜，其他不帶電荷的小分子也可以以自由擴散的方式通過膜。②在磷脂雙分子層中，鑲嵌有蛋白質(zhì)分子，這一結(jié)構(gòu)的存在，也必然有與之相對應(yīng)的功能存在——蛋白質(zhì)可以作為物質(zhì)運輸?shù)妮d體，從而使膜具有主動運輸?shù)墓δ?；糖被的存在，與細胞保護、潤滑、識別等功能有關(guān)。因此，細胞膜的結(jié)構(gòu)使其具有保護、物質(zhì)交換、識別、分泌、排泄、免疫等功能；而細胞膜的以上這些生理功能的實現(xiàn)必定有一定的結(jié)構(gòu)來完成，這就是細胞膜磷脂雙分子層。 細胞膜的結(jié)構(gòu)特點是具有一定的流動性，細胞膜的功能特性是具有選擇透過性，這是兩個不同而又有聯(lián)系的概念。膜的流動性的存在，就既可使膜中各種成分按需要調(diào)整其組合分布而利于控制物質(zhì)進出細胞，又能使細胞經(jīng)受一定程度的變形不至破裂而具有了保護細胞內(nèi)部的作用，從而保證了活細胞完成各種生理功能，是細胞膜具有選擇透過性這一功能特性的基礎(chǔ)；而活細胞的細胞膜具有選擇透過性，是細胞生命活動的體現(xiàn)。這種膜可以讓水分子自由通過，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。這樣可保證細胞按生命活動需要吸收和排出物質(zhì)；而物質(zhì)選擇性的透過細胞膜等各項生理功能的實施，又需要細胞膜的流動性這一結(jié)構(gòu)特點來保障，這就是結(jié)構(gòu)特點和功能特性的統(tǒng)一。 (4)用“系統(tǒng)化法”理解細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。 所謂“系統(tǒng)化法”就是把各種相關(guān)知識納入一定順序或沿一條或幾條主線納入一定體系的思維方法。系統(tǒng)化不單純是知識的分門別類，而且是把知識按邏輯關(guān)系加以系統(tǒng)整理，使其構(gòu)成一個比較完整的體系。在生物學學習中，經(jīng)常采用編寫提綱、繪制圖表、框圖等形式，把學過的知識加以系統(tǒng)整理，便于知識的掌握。該方法尤其是在后期復(fù)習中被經(jīng)常使用，是形成知識網(wǎng)絡(luò)的重要方法之一。 將細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系概括如下圖所示。 2．解題障礙的突破 (1)用“類比分析法”分析解釋有關(guān)細胞的融合、物質(zhì)出入細胞(包括內(nèi)吞與外排、主動運輸?shù)?等相關(guān)的生命現(xiàn)象。 “類比分析法”就是指先對問題對象加以歸類，再針對性進行知識歸類并進行分析的思維方法。本方法特別適于一題多方面考查或多層次考查的題型，尤其當前高考的簡答題多是這種題型，在解題時要求我們必須先對知識背景或所提問題迅速歸類，再找到對應(yīng)知識點然后綜合其他方法分析作答。 [例2]有兩位科學家做了以下實驗(下圖)： ①用紅色熒光染料標記人細胞膜上的蛋白質(zhì)；②用綠色熒光染料標記鼠細胞膜上的蛋白質(zhì)；③把人和鼠的細胞融合，融合后的細胞，一半發(fā)紅色熒光，另一半發(fā)綠色熒光。此細胞在37℃下培養(yǎng)40min后，兩種顏色均勻分布在融合后細胞的表面。請分析： (1)兩種顏色均勻分布是由于________________的結(jié)果。 (2)這一實驗結(jié)果，能證明細胞膜具有_________________性。 解析：用“類比分析法”解。遇到這類問題要認真審題和思考，要弄明白都涉及到哪些知識點，即首先進行知識類化：有關(guān)細胞融合、內(nèi)吞與外排主要體現(xiàn)了細胞膜的流動性，這是細胞膜的結(jié)構(gòu)特點；主動運輸主要體現(xiàn)了細胞膜的選擇透過性，這是細胞膜的功能特性。二者不可混淆。此題涉及的是細胞膜的結(jié)構(gòu)特點。細胞膜中以磷脂雙分子層為基本支架，內(nèi)外覆蓋或鑲嵌或貫穿著蛋白質(zhì)分子，而磷脂和蛋白質(zhì)分子都可以流動，所以膜的結(jié)構(gòu)特點是具有一定的流動性。但分析時應(yīng)注意明確以下問題：①這是人細胞和鼠細胞的融合實驗，由兩個細胞融合成一個細胞。②在融合前，先分別用不同的熒光染料將人和鼠細胞膜的蛋白質(zhì)進行標記。③觀察融合后的細胞：開始細胞膜上的紅色和綠色各占一半，37℃下培養(yǎng)40 min后，兩種顏色就均勻分布在融合后的細胞膜表面了。從顏色的移動可推知一定是蛋白質(zhì)分子的移動。 答案：(1)細胞膜上的蛋白質(zhì)分子移動 (2)一定的流動 點評：從本題科學家所采用的實驗方法，我們還可以領(lǐng)悟到科學實驗思想。①實驗原理：細胞膜的組成成分(蛋白質(zhì)分子和磷脂分子)→細胞膜中分子的流動→細胞膜的流動性。②實驗方法設(shè)計：用紅、綠色熒光染料標記細胞膜上的蛋白質(zhì)→細胞融合→觀察實驗結(jié)果→進行實驗分析→得出結(jié)論。 發(fā)散：若變換題干：“把融合后的細胞，放置在0℃的溫度下培養(yǎng)40 min后，則融合細胞表面兩種顏色的分布情況可能如何？說明了什么問題？”解析：由于溫度太低，細胞膜中的蛋白質(zhì)分子和磷脂分子的流動減弱，所以融合細胞很可能仍然一半發(fā)紅色熒光，另一半發(fā)綠色熒色。這可以說明，細胞膜中的蛋白質(zhì)分子和磷脂分子的流動性受溫度的影響，在低溫下顯著減弱。 [例2]一位科學家發(fā)現(xiàn)，當溫度升高到一定程度時，細胞膜的厚度變小而面積增大，這是由于細胞膜的什么特性所決定的 A．一定的流動性 B．選擇透過性 C．專一性 D．運輸物質(zhì)的功能 解析：用“類比分析法”解。首先對問題進行類比，細胞膜主要是由磷脂分子和蛋白質(zhì)分子構(gòu)成的，而且這些分子大都不是靜止的，而是可以流動的，且物質(zhì)運動與溫度相關(guān)：當溫度升高時，物質(zhì)運動活性增強，使細胞膜的相對面積增大，從而使厚度減小。B、C選項都是相對于載體蛋白分子而言的，不能反映細胞膜的結(jié)構(gòu)特點；D項是細胞膜的功能，也不能反映細胞膜的結(jié)構(gòu)變化，故答案選A。 答案：A 【同步達綱練習】 1．變形蟲的表面任何部分都能伸出偽足；人體內(nèi)的一些白細胞可以吞噬病菌。上述生理過程的完成都依賴于細胞膜的 A．選擇透過性 B．流動性 C．保護性 D．主動運輸 2．物質(zhì)穿膜運輸時，既不需要載體，也不需要消耗能量的運輸方式是 A．自由擴散 B．主動運輸 C．分泌作用 D．吞噬作用 3．對細胞膜的選擇性起主要作用的物質(zhì)是 A．水 B．磷脂 C．蛋白質(zhì) D．糖類 4．物質(zhì)進入細胞都要穿過細胞膜，下列各圖表示在一定范圍內(nèi)細胞膜外物質(zhì)進入細胞膜內(nèi)的三種不同情況，消耗代謝能量的方式通常需要細胞呼吸提供能量。請據(jù)下圖回答下列問題： (1)圖A、B、C中能表示出自由擴散的是_________；能表示出主動運輸?shù)氖莀________。 (2)哪一種加入呼吸抑制劑后曲線會發(fā)生變化?為什么? (3) CO2、乙醇、氨基酸進入細胞的方式分別是_________、_________、_________。 參考答案 【同步達綱練習】 1．解析：用“類比分析法”來解。變形蟲是單細胞的原生動物，它的形態(tài)改變很明顯與細胞膜有關(guān)。同理白細胞的吞噬病菌也是與細胞膜的改變有關(guān)，白細胞通過變形運動吞噬病菌都必須靠細胞膜的流動而形成偽足，進而偽足相接形成食物泡，而不是直接穿過細胞膜。所謂膜的選擇透過性是指被選擇吸收的離子、小分子可以通過細胞膜，而未被選擇吸收的離子、小分子和大分子是不能通過細胞膜的。所以流動性與選擇透過性是不同的，前者是指膜的結(jié)構(gòu)特點，后者是指膜的特性。因此不屬于細胞膜的選擇透過性的范疇，故不選A、C、D。 答案：B 2．解析：“用直接判斷法”來解 答案：A 3．解析：用“直接判斷法”來解。 答案：C 4．解析：用“圖文轉(zhuǎn)換法”和“類比分析法”來解。本題主要考查物質(zhì)出入細胞的方式，突破口是識圖分析能力。A圖所示物質(zhì)進入細胞速率完全取決于內(nèi)外溶液濃度差，B圖所示當濃度差達到一定范圍后，運輸速率不再增加，應(yīng)聯(lián)想到這是受膜上載體數(shù)量限定的緣故，但沒有表示可以逆濃度梯度運輸這一主動運輸?shù)娘@著特點，所以，既不能表示自由擴散，又不能表示主動運輸。C圖顯示一段時間后，細胞內(nèi)溶液濃度可以超過細胞外溶液的濃度，提示該物質(zhì)可逆濃度進行運輸，故應(yīng)為主動運輸。氣體分子、脂溶性溶劑分子為自由擴散進出細胞。 答案：(1)A C (2)C(主動運輸)。因為主動運輸需消耗能量。(3)自由擴散 自由擴散 主動運輸