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2019-2020年高中生物 第4章 第2節(jié) 生物膜的流動鑲嵌模型學(xué)案 新人教版必修1 　　 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1．簡述生物膜的結(jié)構(gòu)。(重點) 2．探討在建立生物膜模型的過程中，實驗技術(shù)的進(jìn)步所起的作用。 3．探討建立生物膜模型的過程中如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點。(難點),　 知識結(jié)構(gòu) 對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程 1．對生物膜結(jié)構(gòu)探索的歷程 　 　 　 2．膜靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型不能解釋的現(xiàn)象 (1)細(xì)胞的生長。 (2)變形蟲的變形運動。 (3)受精時細(xì)胞的融合過程。 (4)白細(xì)胞吞噬病菌。 (5)質(zhì)壁分離及其復(fù)原實驗。 (1)歐文頓提出膜是由脂質(zhì)組成的理論依據(jù)是相似相溶原理，即結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)可以相互溶解。 (2)冰凍蝕刻技術(shù)是將組織細(xì)胞放在液氮中快速冷凍，然后用冰刀使樣品斷裂分割，利用金屬復(fù)型技術(shù)，就能在電鏡下觀察樣品斷裂表面的細(xì)胞膜或生物膜內(nèi)部超微結(jié)構(gòu)。冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果為細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型提供了有力的證據(jù) 。 教材第65～66頁參考答案 問題探討 1．三種材料比較，彈力布更能體現(xiàn)細(xì)胞膜的柔變性和一定的通透性，相對較好。這幾種材料的特點與真實的細(xì)胞膜之間還有差距。 2．有條件的話，使用微孔塑膠或用激光給氣球打上微孔都可以作為模型的細(xì)胞膜，也可以使用透析袋。如果制作臨時使用的模型，利用動物的膀胱做細(xì)胞膜是較理想的實驗材料。 思考與討論 1．最初認(rèn)識到細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的，是通過對現(xiàn)象的推理分析得出的。 2．有必要。僅靠推理得出的結(jié)論不一定準(zhǔn)確，還應(yīng)通過科學(xué)實驗進(jìn)行檢驗和修正。 3．因為磷脂分子的“頭部”親水，所以在水—空氣界面上磷脂分子是“頭部”向下與水面接觸，“尾部”則朝向空氣的一面。科學(xué)家因測得單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍，才得出膜中的脂質(zhì)必然排列為連續(xù)的兩層這一結(jié)論。 教材第67頁參考答案 思考與討論 1．在建立生物膜模型的過程中，實驗技術(shù)的進(jìn)步起到了關(guān)鍵性的推動作用。如電子顯微鏡的誕生使人們終于看到了膜的存在；冰凍蝕刻技術(shù)和掃描電子顯微鏡技術(shù)使人們認(rèn)識到膜的內(nèi)外兩側(cè)并不對稱。熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞與人細(xì)胞的融合實驗又證明了膜的流動性等。沒有這些技術(shù)的支持，人類的認(rèn)識便不能發(fā)展。 2．在建立生物膜模型的過程中，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點 始終引導(dǎo)人們不斷實踐、認(rèn)識，再實踐、再認(rèn)識，使人類一步步接近生物膜結(jié)構(gòu)的真相。例如，不同生物膜的功能是有差異的。在生命系統(tǒng)中，一般來說，功能的不同常伴隨著結(jié)構(gòu)的差異，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，這顯然與不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。還有不同膜的厚度也不完全一樣，由此促進(jìn)學(xué)者們重新研究脂質(zhì)和蛋白質(zhì)相互作用的問題。一些學(xué)者使用了更加先進(jìn)的技術(shù)，運用紅外光譜等技術(shù)證明，膜蛋白主要為球形結(jié)構(gòu)。冰凍蝕刻電鏡技術(shù)又證明，磷脂雙分子層中分布有蛋白質(zhì)顆粒，這樣又發(fā)展了生物膜模型。生物膜中存在不同種類的蛋白質(zhì)，以及蛋白質(zhì)在生物膜中的不同分布情況，恰能較好地解釋不同結(jié)構(gòu)的生物膜具有不同的生理功能。 【例1】　下列說法中，與生物膜發(fā)現(xiàn)史不一致的是(　　) A．歐文頓在實驗基礎(chǔ)上提出，膜是由脂質(zhì)組成的 B．荷蘭科學(xué)家用丙酮從人的紅細(xì)胞中提取脂質(zhì)，在空氣—水界面上鋪展成單分子層，測得單分子層面積為紅細(xì)胞表面積的2倍。他們由此得出結(jié)論：細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子必然排列為連續(xù)的兩層 C．羅伯特森在電鏡下看到細(xì)胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu)，提出所有的生物膜都是由磷脂—蛋白質(zhì)—磷脂三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的 D．科學(xué)家將不同熒光染料標(biāo)記的人細(xì)胞和鼠細(xì)胞的磷脂分子進(jìn)行融合，證明了細(xì)胞膜的流動性 解析：歐文頓通過易溶于脂質(zhì)的物質(zhì)容易通過細(xì)胞膜，提出了細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的；荷蘭科學(xué)家通過測定紅細(xì)胞單分子層的面積是紅細(xì)胞面積的2倍，提出細(xì)胞膜中有2層磷脂分子；羅伯特森對在電鏡下看到的細(xì)胞膜暗—亮—暗的結(jié)構(gòu)，提出了細(xì)胞膜靜態(tài)的蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)模型；科學(xué)家通過熒光標(biāo)記人和小鼠細(xì)胞膜中蛋白質(zhì)的方法，證明了細(xì)胞膜的流動性。 答案：D 點撥：本題主要考查了生物膜結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)歷程，解答此類問題時應(yīng)明確以下幾點：(1)每項結(jié)論與科學(xué)家的對應(yīng)關(guān)系。(2)科學(xué)家與研究方法的對應(yīng)關(guān)系。(3)每個結(jié)論的進(jìn)步意義及局限性。(4)解答此類題的基本思路為：由相關(guān)科學(xué)家研究方法相應(yīng)的生物膜結(jié)構(gòu)。 流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容 1．細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)(如圖421所示) 磷脂雙分子層構(gòu)成細(xì)胞膜的基本支架，蛋白質(zhì)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。 2．細(xì)胞膜的成分分析 (1)磷脂分子 (2)蛋白質(zhì) ①位置 (3)糖類 ①位置：有的糖類與某些蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成糖蛋白，有的糖類與脂質(zhì)分子結(jié)合成糖脂，在細(xì)胞膜外側(cè)。 ②作用：糖蛋白具有識別、保護、潤滑、免疫等作用。 流動鑲嵌模型點明了細(xì)胞膜的特性 (1)鑲嵌性：膜的基本結(jié)構(gòu)是由磷脂雙分子層鑲嵌蛋白質(zhì)構(gòu)成的。膜的功能主要由蛋白質(zhì)承擔(dān)，細(xì)胞的功能越復(fù)雜，其細(xì)胞膜上蛋白質(zhì)的含量越高，種類越多。細(xì)胞膜上載體蛋白具有專一性，在一定程度上決定膜的選擇透過性。 (2)流動性：膜結(jié)構(gòu)中的蛋白質(zhì)和脂類分子在膜中可做多種形式的移動，因此膜整體結(jié)構(gòu)也具有流動性。 流動性的重要生理意義：物質(zhì)運輸、細(xì)胞識別、細(xì)胞融合、細(xì)胞表面受體功能調(diào)節(jié)等。 (3)不對稱性：膜兩側(cè)的分子性質(zhì)和結(jié)構(gòu)不相同。 【例2】　如圖422是桑格與尼克森在1972年提出的關(guān)于生物膜分子結(jié)構(gòu)的流動鑲嵌模型，下列相關(guān)敘述錯誤的是(　　) A．圖中a與細(xì)胞識別有關(guān)，細(xì)胞的識別是信息傳遞的過程 B．圖中c分子具有親水的磷酸“頭部”和疏水的脂肪酸“尾部” C．圖中d的分布狀態(tài)有兩種：鑲在表面或貫穿于整個磷脂雙分子層 D．d體現(xiàn)膜的功能具有不對稱性 解析：圖中a為糖蛋白，與細(xì)胞的識別有關(guān)；b為磷脂雙分子層，構(gòu)成膜的基本支架；c是磷脂分子，有親水的“頭部”和疏水的“尾部”；d為蛋白質(zhì)，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。 答案：C 點撥：(1)細(xì)胞膜上有糖蛋白的是外側(cè)，無糖蛋白的是內(nèi)側(cè)。 (2)磷脂分子“頭部”親水基朝向水層，“尾部”的疏水基朝向油層。 (3)蛋白質(zhì)分子在細(xì)胞膜上呈不對稱性分布。 生物膜的基本特點 1．組成特點 (1)相似性：生物膜的化學(xué)組成相似，主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成，還含有少量的糖類。 (2)差異性：不同生物膜中各組成成分的含量不同，有的生物膜中不含糖類。 2．結(jié)構(gòu)特點——流動性 (1)原因：膜結(jié)構(gòu)中的蛋白質(zhì)分子和脂質(zhì)分子可以運動。 (2)實驗驗證——細(xì)胞融合實驗(如圖423所示)。 (3)影響因素：主要受溫度影響。適當(dāng)溫度范圍內(nèi)，隨外界溫度的升高，膜的流動性增強；但溫度高出一定范圍，則導(dǎo)致膜的破壞。 (4)實例 ①質(zhì)壁分離和復(fù)原實驗；②變形蟲捕食和運動時偽足的形成；③白細(xì)胞吞噬細(xì)菌；④胞吞與胞吐；⑤受精時細(xì)胞的融合過程。 3．功能特點——選擇透過性 (1)表現(xiàn)：植物根對礦質(zhì)元素的選擇性吸收，神經(jīng)細(xì)胞對K＋的吸收和對Na＋的排出，腎小管的重吸收和分泌，小腸的吸收等。 (2)原因：遺傳性載體種類、數(shù)量選擇性。 流動性和選擇透過性的關(guān)系 (1)區(qū)別：流動性是生物膜的結(jié)構(gòu)特點，選擇透過性是生物膜的功能特性。 (2)聯(lián)系：流動性是選擇透過性的基礎(chǔ)，只有膜具有流動性，才能表現(xiàn)出選擇透過性。 【例3】　如圖424是細(xì)胞膜亞顯微結(jié)構(gòu)示意圖，據(jù)圖回答下列問題。 (1)從化學(xué)成分看，圖中A是__________，B是__________。 (2)細(xì)胞膜的基本支架是 [　]____________。 (3)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點是________，這種特點表現(xiàn)為圖中A、B大都是可以________。 (4)細(xì)胞膜上物質(zhì)運輸?shù)妮d體是[　]__________。 解析：細(xì)胞膜是由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和少量糖類構(gòu)成的，其中磷脂雙分子層是細(xì)胞膜的基本骨架。細(xì)胞膜具有流動性，蛋白質(zhì)在物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞時起載體的作用。 答案：(1)蛋白質(zhì)　磷脂雙分子層　(2)B　磷脂雙分子層　(3)具有流動性　運動的　(4)A　蛋白質(zhì) 點撥：解答本題的關(guān)鍵是熟練掌握組成細(xì)胞膜的各成分的位置及作用，以及細(xì)胞膜具有流動性的原因。