第1節 細胞膜的結構和功能

2021-01-17 生物銘師堂



問題探討 

 鑑別動物細胞是否死亡常用臺盼藍染液。用它染色時,死細胞會被染成藍色,而活細胞不會著色。

討論

1.為什麼活細胞不能被染色,而死細胞能被染色?

【答案】活細胞的細胞膜具有選擇透過性,染料臺盼藍是細胞不需要的物質,不易通過細胞膜,因此活細胞不被染色。死細胞的細胞膜失去控制物質出入細胞的功能,臺盼藍能通過細胞膜進入細胞,死細胞能被染成藍色。

2.據此推測,細胞膜作為細胞的邊界,應該具有什麼功能?

【答案】細胞膜作為細胞的邊界,具有控制物質進出細胞的功能。

思考•討論 

 1. 最初對細胞膜成分的認識,是通過對現象的推理分析,還是通過對膜成分的提取與檢測?

【答案】最初對細胞膜成分的認識,是通過對現象的推理分析得出的。

2.根據磷脂分子的特點解釋,為什麼磷脂在空氣一水界面上鋪展成單分子層?科學家是如何推導出「脂質在細胞膜中必然排 列為連續的兩層」這一結論的?

【答案】因為磷脂分子的「頭部」親水,尾部疏水,所以在水-空氣的界面上磷脂分子是「頭部」向下與水面接觸,「尾部」則朝向空氣的一面。科學家因測得從紅細胞中提取的脂質,鋪成單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍,才得出膜中的脂質必然排列為連續的兩層這一結論。

3.磷脂分子在水中能自發地形成雙分子層,你如何解釋這一現象?由此,你能否就細胞膜是由磷脂雙分子層構成的原因作出分析?

【答案】由於磷脂分子有親水的「頭部」和疏水的「尾部」,在水溶液中,朝向水的是「頭部」,「尾部」受水的排斥。當磷脂分子的內外兩側均是水環境時,磷脂分子的「尾部」相對排列在內側,「頭部」則分別朝向兩側水的環境,形成磷脂雙分子層。細胞的內外環境都是水溶液,所以細胞膜磷脂分子的「頭部」向著膜的內外兩側而「尾部」相對排在內側,形成磷脂雙分子層。

4.如果將磷脂分子置於水-苯的混合溶劑中,磷脂分子將會如何分布?

【答案】如果將磷脂分子置於水-苯的混合溶劑中,磷脂的「頭部」將與水接觸,「尾部」與苯接觸,磷脂分子分布成單層。

旁欄思考 

既然膜內部分是疏水的,水分子為什麼能跨膜運輸呢?

【答案】一是因為水分子極小,可以通過由於磷脂分子運動而產生的間隙;二是因為膜上存在水通道蛋白,水分子可以通過通道蛋白通過膜。

練習與應用 

一、概念檢測

1. 基於對細胞膜結構和功能的理解,判斷下列相關表述是否正確。

(1)構成細胞膜的磷脂分子具有流動性,而蛋白質是固定不動的。 ( × )

(2)細胞膜是細胞的一道屏障,只有細胞需要的物質才能進入,而對細胞有害的物質則不能進入。( × )

(3)向細胞內注射物質後,細胞膜上會留下一個空洞。( × )

2.細胞膜的特性和功能是由其結構決定的。下列相關敘述錯誤的是(B)

A. 細胞膜的脂質結構使溶於脂質的物質,容易通過細胞膜

B. 由於磷脂雙分子層內部是疏水的,因此水分子不能通過細胞膜

C. 細胞膜的蛋白質分子有物質運輸功能

D. 細胞的生長現象不支持細胞膜的靜態結構模型  

二、拓展應用

1. 在解釋不容易理解的陌生事物時,人們常用類比的方法,將陌生的事物與熟悉的事物作比較。有人在解釋細胞膜時,把它與窗紗進行類比:窗紗能把昆蟲擋在外面,同時窗紗的小洞又能讓空氣進岀。你認為這種類比有什麼合理之處,有沒有不妥當的地方?

【提示】把細胞膜與窗紗進行類比,合理之處是說明細胞膜與窗紗一樣可以允許一些物質出入,阻擋其他物質出入。這樣的類比也有不妥之處。例如,窗紗是一種簡單的剛性的結構,功能較單純,細胞膜的結構和功能要複雜得多;細胞膜是活細胞的重要組成部分,活細胞的生命活動是一個主動的過程,而窗紗是沒有生命的,它只能是被動地在起作用。

2. 下圖是由磷脂分子構成的脂質體,它可以作為藥物的運載體,將其運送到特定的細胞 發揮作用。在脂質體中,能在水中結晶的藥物被包在雙分子層中,脂溶性的藥物被包在兩層磷脂分子之間。

(1)為什麼兩類藥物的包裹位置各不相同?

【答案】由雙層磷脂分子構成的脂質體,兩層磷脂分子之間的部分是疏水的,脂溶性藥物能被穩定地包裹在其中;脂質體的內部是水溶液的環境,能在水中結晶的藥物可穩定地包裹其中。

(2)請推測:脂質體到達細胞後,藥物將如何進入細胞內發揮作用?

【答案】由於脂質體是磷脂雙分子層構成的,到達細胞後可能會與細胞的細胞膜發生融合,也可能會被細胞以胞吞的方式進入細胞,從而使藥物在細胞內發揮作用。


圖片來自人教版新教材,若侵刪!

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