学文网一、背景知识
细胞膜是位于原生质体、紧贴细胞壁的膜结构，细胞膜为细胞结构中分隔细胞内、外不同介质和组成成分的界面。细胞膜是防止细胞外物质自由进入细胞的屏障，它保证了细胞内环境的相对稳定，使各种生化反应能够有序进行。
1.细胞膜成分的研究
细胞作为最基本的生命系统，有自己的边界――细胞膜。由于植物细胞有细胞壁和其他具有膜结构的细胞器的干扰，而哺***动物成熟的红细胞无细胞核和众多细胞器，故后者作为提取细胞膜的实验材料最为理想。将其放入清水中，细胞会通过渗透作用吸水涨破，细胞内的物质流出，进一步经过离心可以获得纯净的细胞膜。细胞膜、核膜及具有膜结构的细胞器总称为生物膜。各种膜结构主要由脂质和蛋白质组成，此外还含有少量糖类等物质。蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。癌细胞的细胞膜上糖蛋白减少，但是甲胎蛋白、癌胚抗原等物质会增多。2.细胞膜结构的认识
19世纪欧文顿对植物细胞的通透性研究发现脂溶性的物质更容易通过细胞膜，故他提出膜由脂质组成；20世纪初进一步对膜的成分分析表明：膜的主要成分是脂质和蛋白质；1925年用实验证明细胞膜中的脂质分子是双层排列的；1959年罗伯特森在电子显微镜下观察到“暗-亮-暗”三层结构，提出了生物膜的“蛋白质-脂质-蛋白质”的静态三层结构模型；随着新的技术手段的运用，1970年“人鼠”细胞融合实验的成功证明了细胞膜上的蛋白质是可以运动的；1972年桑格和尼克森提出了流动镶嵌模型：磷脂双分子层构成膜的基本支架，具有流动性，蛋白质分子或镶在磷脂双分子层表面，或部分或全部嵌入双分子层中，或横跨整个磷脂双分子层，大多数蛋白质是可以运动的。在细胞膜的外表有细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白（也叫糖被），细胞膜表面还有糖类和脂质分子结合成的糖脂。（见***1）
3.细胞膜的结构特性
细胞膜上的磷脂分子和大多数蛋白质是运动的，使得细胞膜具有一定的流动性，这可以通过人鼠细胞融合实验得到证明。此外，像植物的质壁分离及复原、变形虫变形运动、分泌蛋白的胞吐、大颗粒物质的胞吞、受精作用时细胞的融合过程、动物细胞***末期时细胞膜的缢裂过程、吞噬细胞吞噬细菌等都能证明细胞膜流动性，这是细胞膜完成物质运输、细胞识别、细胞融合等过程的结构基础。
4.细胞膜的功能及特性
细胞膜的功能之一是将细胞内的生命物质与外界环境分隔开，保障了细胞内部环境的相对稳定。
细胞膜的功能之二是控制物质进出细胞。细胞内的核酸等不能流失到细胞外；细胞需要的营养物质可进入细胞，不需要的或对细胞有害的不宜进入；抗体、激素等物质在细胞内合成的，但在细胞外起作用的物质以及细胞代谢废物要排到细胞外；有害物质有可能进入细胞，有些病毒、病菌也能侵入细胞，使生物体患病。
大分子和颗粒性物质进出细胞通过胞吞和胞吐完成，而小分子、离子等物质出入细胞的方式主要包括被动运输和主动运输两大类。被动运输包括自由扩散和协助扩散。自由扩散：物质由高浓度到低浓度的运输方式，如气体、H2O、脂溶性物质等的运输。影响自由扩散运输速率的因素：浓度差或分压差。协助扩散：物质由高浓度到低浓度，需要载体，但不消耗能量，如人的红细胞吸收葡萄糖。主动运输：物质由低浓度到高浓度，需载体、能量。主动运输可以主动地选择吸收所需要的营养物质、排出新陈代谢产生的废物和对细胞有害的物质，对完成各项生命活动有重要作用。影响主动运输速率的因素：载体、能量、温度、pH等。
细胞膜的功能之三：进行细胞间的信息交流。细胞间的信息交流方式大多数与细胞膜的受体――糖蛋白有关。主要有三种类型：间接传递（***2）、直接接触传递（***3）、通道传递（***4）。
此外，细胞膜表面的糖蛋白参与免***蛋白、分泌蛋白通过细胞膜向外分泌、一些代谢产物通过细胞膜向外排泄等的过程。糖脂常常被作为细胞表面标志物质，是细胞表面抗原的重要组分。某些正常细胞癌化后，表面糖脂成分有明显变化；一些已分离出来的癌细胞特征抗原，也被证明是糖脂类物质。细胞表面的糖脂还是许多胞外生理活性物质的受体，参与细胞识别和信息传递过程。
细胞膜可以让水分子自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。细胞膜是一种选择透过性膜，这是细胞膜的功能特性。
5.研究进展及应用
细胞膜渗透技术在医学上的应用：如“肾透析”、“膜式人工肺”；在食品加工防腐处理的应用：如糖醋蒜、豆腐***的制作过程；在农业生产上的应用：如农作物水肥灌溉管理，种子活力测定，抗冻、抗旱作物的研究等；在环保方面的应用：如污水处理、净化海水等。
目前科学家们正在应用隧道扫描电子显微镜技术、冷冻断裂电镜技术等研究细胞膜及细胞内的信号转导系统、细胞膜水通道蛋白、癌细胞膜、HIV进入细胞膜的新方式等。南开大学的专家们进行的兴奋性细胞膜离子通道、金属离子与细胞膜的相互作用的研究对今后设计***相关疾病的药物有重要作用。研究人员通过对影响红细胞流变性的红细胞膜有关研究、钙离子与红细胞膜相关通道的相关研究、光谱学技术在相关领域的研究进展等方面，来研究红细胞的可变形性及其调整机制。细胞膜表面超精细结构研究技术对阐明激光的生物作用机制、中医血瘀证的特异性微观辨证指标以及中药细胞药效学等方面的深入研究提供了可能途径。相信不远的未来一定会有更多研究成果为人类造福。
6.易错点提示
（1）细胞膜的控制作用是相对的，不是绝对的。
（2）原核细胞只有生物膜――细胞膜，而无生物膜系统，故其细胞膜功能更强大。
（3）分泌蛋白的分泌过程体现了膜的结构特点――流动性。
（4）海水淡化或人工合成膜材料利用的是膜的功能特性――选择透过性。
（5）生物膜上决定其功能的成分主要为蛋白质，蛋白质（的种类和数量）越多，功能越复杂。
（6）并不是膜表面积越大，蛋白质含量就越高。
（7）细胞膜的流动性受温度影响，只有活细胞的细胞膜才具有流动性及选择透过性。
二、高考链接
例1.（2013・安徽卷）生物膜将真核细胞分隔成不同的区室，使得细胞内能够同时进行多种化学反应，而不会相互干扰。下列叙述正确的是（）
A.细胞核是mRNA合成和加工的场所
B.高尔基体是肽链合成和加工的场所
C.线粒体将葡萄糖氧化分解成CO2和H2O
D.溶酶体合成和分泌多种酸性水解酶
【解析】本题主要考查细胞中具有膜的结构，涉及的知识较广，综合性较强。肽链的合成场所是核糖体而非高尔基体；线粒体氧化的是丙酮酸而非葡萄糖；溶酶体内的水解酶是在核糖体上合成的，溶酶体只是酶仓库而不能合成水解酶。
【答案】A
例2.（2013・山东卷）真核细胞具有一些能显著增大膜面积、有利于酶的附着以提高代谢效率的结构，下列不属于此类结构的是（）
A.神经细胞的树突
B.线粒体的嵴
C.甲状腺细胞的内质网
D.叶绿体的基粒
【解析】本题考查增大膜面积且有酶附着的细胞结构。神经细胞的树突虽然增大了细胞膜的表面积，但是并没有酶的附着，故A项错误；线粒体内膜折叠成嵴、粗糙内质网、叶绿体类囊体堆叠成基粒都是符合条件的。
【答案】A
例3.（2013・天津卷）下列过程未体现生物膜信息传递功能的是（）
A.蔗糖溶液使洋葱表皮细胞发生质壁分离
B.抗原刺激引发记忆细胞增殖分化
C.胰岛素调节靶细胞对葡萄糖的摄取
D.传出神经细胞兴奋引起肌肉收缩
【解析】本题以生物膜信息传递为依托，考查了免***调节、激素调节、神经调节的相关内容和考生的识记理解能力。蔗糖溶液渗透压较高，使洋葱表皮细胞渗透失水发生质壁分离，本质属于渗透失水，不涉及信息传递；B、C、D项均体现了生物膜的信息传递功能。
【答案】A
例4.（2013・江苏卷）***5为某细胞的部分结构及蛋白质转运示意***，请回答下列问题：
（1）内质网上合成的蛋白质不能穿过进入细胞核，表明这种转运具有性。
（2）细胞膜选择透过性的分子基础是具有疏水性和具有专一性。
（3）若该细胞是高等植物的叶肉细胞，则***中未绘制的细胞器有。
（4）若该细胞为小鼠骨髓造血干细胞，则***示细胞处于细胞周期的，此时在光学显微镜下观察明显可见细胞核中有存在。
（5）研究表明硒对线粒体膜有稳定作用，可以推测人体缺硒时下列细胞中最易受损的是（填序号）。
①脂肪细胞②淋巴细胞③心肌细胞④口腔上皮细胞
【解析】（1）内质网上合成的蛋白质主要是分泌蛋白，其发挥作用的场所主要在细胞外，所以不能通过核膜上的核孔进入细胞核。由此表明，虽然核孔是大分子物质进出细胞核的通道，但也具有选择性。（2）细胞膜的主要成分是磷脂和蛋白质，其中磷脂分子具有疏水性的尾部，细胞膜上的转运蛋白具有专一性。（3）***中出现的细胞器有线粒体、核糖体、内质网、高尔基体，高等植物的叶肉细胞内还应该含有叶绿体和液泡。（4）***示细胞中有完整的细胞核，所以该细胞处于细胞周期的***间期。此时，光学显微镜下明显可见细胞核中有核仁存在。（5）心肌细胞对能量要求最高，线粒体数目比其他细胞的多，而硒对线粒体膜有稳定作用，所以缺硒时最易受损的是心肌细胞。
【答案】（1）核孔选择（2）磷脂双分子层膜转运蛋白（3）叶绿体和液泡（4）***间期核仁（5）③
三、当堂训练
1.（原创）***6示细胞膜的亚显微结构，下列叙述正确的是（）
A.***中①和③的基本组成单位相同，细胞膜的成分除***中所示外，还可以含有胆固醇和糖脂
B.a可以表示O2由内环境中进入细胞内，b所示的运输方式穿过2层膜进入细胞内
C.黄瓜的花粉落到丝瓜花的柱头上不能萌发，与①的识别作用有关
D.若***示为人体成熟的红细胞膜，则b可代表葡萄糖
2.有实验表明细胞膜、内质网膜和高尔基体膜中具有一些相同的蛋白质，而且这类蛋白质在细胞膜中含量较少，在内质网膜中含量较多，在高尔基体膜中的含量介于二者之间。据此判断正确的是（）
A.这类蛋白质的分布说明细胞膜是由内质网膜直接转化而来
B.这类蛋白质的分布说明同一细胞中不同生物膜的成分、结构相同
C.这类蛋白质的分布说明高尔基体能够对蛋白质进行加工
D.这类蛋白质的分布说明生物膜在结构上具有统一性和差异性
3.（原创）下列有关细胞膜、生物膜的叙述正确的是（）
A.构成膜的脂质主要是磷脂、脂肪和胆固醇，生物膜的特定功能主要由膜蛋白决定，膜载体蛋白的合成不需要ATP
B.植物体细胞杂交中原生质体的融合、胰岛B细胞分泌胰岛素、吞噬细胞对抗原的摄取、mRNA与游离核糖体的结合都依赖细胞膜的流动性
C.真核生物有氧呼吸的第三阶段及光合作用产生ATP均在膜上进行；线粒体外膜与内膜的主要功能不同
D.变形虫和草履虫的细胞膜基本组成成分大体相同；核糖体、内质网、高尔基体等膜结构不都参与蛋白质的合成与运输
4.（原创）下列有关生物膜结构和功能的叙述，正确的是（）
A.蓝藻与病毒一样，属于原核生物，无核膜包围的细胞核但有DNA分子
B.人体成熟红细胞膜上有协助葡萄糖膜运输的载体，线粒体内膜上含有合成ATP的酶
C.核膜上的核孔可以让蛋白质和RNA自由进出，液泡膜参与植物细胞的渗透作用
D.内质网膜和高尔基体膜都具有流动性，细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构
5.一种聚联乙炔细胞膜识别器已问世，它是通过物理力把类似于细胞膜上具有分子识别功能的物质镶嵌到聚联乙炔囊泡中，组装成纳米尺寸的生物传感器。它在接触到细菌、病毒时可以发生颜色变化，用以检测细菌、病毒。这类被镶嵌进去的物质很可能含有（）
A.磷脂和蛋白质B.多糖和蛋白质
C.胆固醇和多糖D.胆固醇和蛋白质
6.（改编）***7为哺***动物肝细胞内糖代谢的部分过程，***8表示部分细胞器间的相互关系***解，***9中①②③表示人体细胞间信息传递的三种方式，请据***分析回答下列问题。
（1）***7中X物质为。胰岛A细胞分泌的胰高血糖素，与肝细胞膜上的受体结合后调节糖代谢过程，这反映了细胞膜具有的功能，该种调节方式属于***9中的（填标号）
（2）若用14C标记葡萄糖来研究肝细胞内糖代谢的过程中，发现血浆中的白蛋白亦出现放射性，在白蛋白合成和分泌过程中，依次出现放射性的具膜细胞器是，依次对应于***8中的（填字母）。
7.（原创）人们已经通过化学实验证明了细胞膜中含有磷脂分子。现提供各种所需设备，请你设计一个实验既要验证细胞膜中含有蛋白质成分，又要同时获得血红蛋白。
（1）实验目的：体验用化学试剂检测细胞膜中蛋白质的方法和分离获得血红蛋白的过程。
（2）实验材料：若提供鸟类血液和哺***动物血液，将选择血液，原因是。
（3）验证细胞膜中含有蛋白质的实验原理：。
（4）验证实验材料：
细胞膜样液、蒸馏水、洁净试管、滴管、、等。
（5）实验步骤：①取洁净的试管两支，编号甲、乙；②；③。
实验现象：
（6）蛋白质的提取和分离一般分为哪些基本步骤？。并非所有种类的蛋白质的提取和分离方法都一样，原因是。
（7）从红细胞中分离出血红蛋白的过程为。洗涤红细胞的目的是。红细胞的洗涤过程为：血液+柠檬酸钠低速短时离心红细胞+缓慢搅拌10min低速短时离心反复洗涤直至上清液。
参考答案
1.C【解析】***中①和③的基本单位分别为葡萄糖和氨基酸，后者是氨基酸；a、b方式为依次为自由扩散、主动运输，均跨过一层膜（两层磷脂分子）；成熟的红细胞吸收葡萄糖属于协助扩散。
2.D【解析】题干中的信息说明生物膜的某些蛋白质在三种膜中都有，但含量不同，故D项正确。内质网膜――高尔基体膜――细胞膜之间通过囊泡形成间接联系，所以内质网膜不能直接转化成细胞膜，A项错误。
3.C【解析】构成膜的脂质不包括脂肪；mRNA与游离核糖体的结合不依赖于膜结构；核糖体不具有膜结构。
4.B【解析】病毒不具有细胞结构，是没有细胞结构的生物；核膜上的核孔也具有选择透过性，蛋白质和RNA不能自由进出；细胞间信息交流可以通过通道实现。
5.B【解析】此题题干中“类似于细胞膜上具有分子识别功能的物质”作为信息，推测该物质为糖蛋白=多糖+蛋白质
6.（1）丙酮酸细胞间信息传递（或细胞间信息交流）①
（2）内质网、高尔基体c、a
7.（2）哺***动物哺***动物成熟的红细胞中没有细胞核，获得的细胞膜较纯净并且血红蛋白含量高
（3）蛋白质与双缩脲试剂呈现紫色反应
（4）双缩脲试剂A液（0.01g/mL的NaOH溶液）双缩脲试剂B液（0.01g/mL的CuSO4溶液）
（5）②向甲试管中滴加2mL的细胞膜样液，向乙试管中滴加2mL的蒸馏水
③向甲、乙两试管中各注入双缩脲试剂A液1mL摇匀后，再各滴加4滴双缩脲试剂B液，振荡摇匀，观察颜色变化。
实验现象：甲试管中液体呈紫色，乙试管中液体无颜色变化
（6）样品处理、粗分离、纯化、纯度鉴定蛋白质的来源和性质不同，分离方法差别很大
（7）洗涤红细胞、释放血红蛋白、分离血红蛋白、透析除去血浆蛋白的杂蛋白去除杂蛋白，有利于后续步骤的分离纯化析出上层血浆5倍体积生理盐水吸出上清液无黄色
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