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第 1 课时 细胞膜的结构和功能
目标要求 细胞膜系统的结构和功能。
1．细胞膜的成分
(1)细胞膜的制备
思维发散 不同动物的红细胞比较(2)细胞膜的成分
(1)源于必修1 P “与生活的联系”：细胞在癌变的过程中，细胞膜的成分发生改变，有的
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产生甲胎蛋白、癌胚抗原等物质，可用来检测癌细胞。
(2)源于必修1 P “思考与讨论”：磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸等组成的分子，磷酸
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“ 头 ” 部 是亲水的， 脂肪酸 “ 尾 ” 部 是疏水的。
2．细胞膜的结构
(1)生物膜结构的探索历程(连线)
(2)流动镶嵌模型示意图
源于必修1 P 最后一段：在细胞膜的外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的
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糖蛋白，叫做糖被，糖被与细胞表面的识别有密切关系。3．细胞膜的功能
(1)功能
(2)细胞膜的结构和功能特点
4．植物细胞的细胞壁(不是植物细胞“系统的边界”)
提醒 不同生物细胞壁的主要成分不同，植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，细菌细胞
壁的主要成分是肽聚糖，而真菌细胞壁的主要成分是几丁质。溶菌酶可以水解肽聚糖而不能
水解几丁质，所以溶菌酶能杀死细菌，却对真菌基本没作用。考向一 细胞膜的成分、结构和功能
1．人肺上皮细胞的细胞膜上有与新冠病毒结合的蛋白受体。研究人员将此细胞膜套在纳米
粒子(一种可降解的高分子有机物)外，研制出一种可以“吸走”新冠病毒的细胞纳米海绵。
实验显示新冠病毒无法区分细胞纳米海绵和人肺上皮细胞。这一结果体现细胞膜具有( )
A．流动性 B．选择透过性
C．屏障作用 D．信息交流作用
答案 D
2．膜蛋白是细胞膜的重要组成部分，下图所示为膜上各种蛋白及其功能。下列相关叙述不
正确的是( )
A．跨膜蛋白的疏水区和亲水区分别位于磷脂双分子层内部和两侧
B．载体蛋白协助各种物质进出细胞，此过程均需消耗能量
C．膜蛋白的种类和含量决定了细胞膜功能的复杂程度
D．受体能结合某些激素分子实现细胞间的信息交流
答案 B
解析 协助扩散也需要载体蛋白的协助，不需要消耗能量，B错误。
归纳总结 常考的“膜蛋白”
3．(2022·河南高三月考)如图是某细胞细胞膜的流动镶嵌模型示意图。下列有关该模型的叙
述，正确的是( )A．①为糖蛋白，分布在细胞膜上的①主要与物质运输有关
B．②和④都表示蛋白质，其中最可能表示水通道蛋白的是②
C．③中磷脂分子的排列方式与其头部疏水和尾部亲水的特性有关
D．若该细胞为神经元，则钾离子从A面运输到B面需消耗ATP
答案 D
解析 ①为糖蛋白，主要与细胞间的信息交流有关，A项错误；题图中最可能表示水通道蛋
白的是④，B项错误；磷脂双分子层中磷脂分子的排列方式与其头部亲水和尾部疏水的特性
有关，C项错误；若该细胞为神经元，则该细胞内的钾离子浓度大于细胞外的，由题图可知
A面有糖蛋白为细胞外侧，钾离子从A面运输到B面的方式为主动运输，需要消耗ATP，D
项正确。
考向二 细胞膜的结构特点和功能特性
4．光脱色恢复技术是细胞学上研究膜蛋白或膜的特性的基本实验技术之一。用荧光素标记
细胞膜蛋白或膜脂，然后用激光束照射细胞表面某一区域，使被照射区的荧光淬灭变暗形成
一个漂白斑。一段时间后，淬灭区域的亮度逐渐增加，最后恢复到与周围的荧光强度相等。
下列相关说法错误的是( )
A．该技术与荧光标记的人－鼠细胞融合实验都能证明细胞膜具有一定的流动性
B．根据荧光恢复的速度可以推算出细胞膜蛋白扩散速度，且改变温度，不会影响实验结果
C．若用药物抑制细胞能量转换而对荧光恢复速度没有影响，则说明细胞膜蛋白的运动不需
要细胞代谢提供能量
D．若用荧光抗体标记特异的细胞膜蛋白，则有的漂白斑可以恢复亮度，有的不能
答案 B
5．下图为细胞膜上承担物质运输的两类蛋白质及其功能示意图。两类蛋白质结构或功能的
不同是( )
A．氨基酸种类、数目、排列顺序
B．结构贯穿细胞膜内外
C．进行离子的跨膜运输D．具有选择透过性
答案 A
解析 从题图中得出，二者均为贯穿膜内外的蛋白，B不符合题意；钠钾泵运输钠、钾离子，
钾通道运输钾离子，均可进行离子跨膜运输，C不符合题意；二者均只能运输特定离子，体
现了选择透过性，D不符合题意。
重温高考 真题演练
1．(2021·浙江6月选考，4改编)细胞膜的流动镶嵌模型如图所示。下列叙述正确的是( )
A．磷脂和糖脂分子形成的磷脂双分子层是完全对称的
B．胆固醇镶嵌或贯穿在膜中利于增强膜的流动性
C．物质进出细胞方式中的被动运输过程与膜蛋白无关
D．有些膜蛋白能识别并接受来自细胞内外的化学信号
答案 D
解析 磷脂双分子层不包括膜蛋白，是在有水的环境中自发形成的，由磷脂分子的物理性质
和化学性质决定的，但具有识别作用的糖脂分子只分布在细胞膜的外侧，故磷脂双分子层是
不完全对称的，A错误；磷脂的尾部与胆固醇一起存在于磷脂双分子层的内部，而非镶嵌或
贯穿在膜中，且由于胆固醇是“刚性的”，会限制膜的流动性，B错误；物质进出细胞方式
中的被动运输包括自由扩散和协助扩散，其中协助扩散需要载体蛋白，即与膜蛋白有关，C
错误。
2．(2018·天津，3)生物膜上不同类型的蛋白质行使不同的功能。下表中依据膜蛋白功能，对
其类型判断错误的是( )
选项 膜蛋白的位置、功能 膜蛋白的类型
A 位于突触后膜，识别并结合神经递质 受体
B 位于靶细胞膜，识别并结合激素 载体
C 位于类囊体薄膜，催化ATP合成 酶
D 位于癌细胞膜，引起特异性免疫 抗原
答案 B
解析 膜蛋白的功能多种多样，位于突触后膜上的受体可识别并结合神经递质；位于靶细胞
膜上的受体可以识别并结合激素；位于类囊体薄膜上的酶可以催化 ATP的合成；位于癌细胞膜上的抗原可以引发机体产生特异性免疫。
3．(2016·全国Ⅲ，1)下列有关细胞膜的叙述，正确的是( )
A．细胞膜两侧的离子浓度差是通过自由扩散实现的
B．细胞膜与线粒体膜、核膜中所含蛋白质的功能相同
C．分泌蛋白分泌到细胞外的过程存在膜脂的流动现象
D．膜中的磷脂分子是由胆固醇、脂肪酸和磷酸组成的
答案 C
解析 主动运输可以使离子从低浓度一侧向高浓度一侧运输，以保证活细胞能够按照生命活
动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，所以细胞
膜两侧的离子浓度差是通过主动运输实现的，A项错误；细胞膜与线粒体膜、核膜中所含蛋
白质的功能不完全相同，例如细胞膜上有糖蛋白，线粒体膜上有与有氧呼吸有关的酶等，B
项错误；膜中的磷脂分子是由甘油、脂肪酸和磷酸等组成的，胆固醇属于固醇类物质，固醇
与磷脂都属于脂质，D项错误。
4．(2016·海南，2)科学家用两种荧光染料分别标记人和小鼠细胞表面的蛋白质分子，将这两
种标记细胞进行融合。细胞刚发生融合时，两种荧光染料在融合细胞表面对等分布(即各占
半边)，最后在融合细胞表面均匀分布。这一实验现象支持的结论是( )
A．膜蛋白能自主翻转
B．细胞膜具有流动性
C．细胞膜具有选择透过性
D．膜蛋白可以作为载体蛋白
答案 B
解析 两种荧光染料标记细胞表面的蛋白质分子，细胞刚发生融合时，两种荧光染料在融合
细胞表面对等分布，最后在融合细胞表面均匀分布，这说明细胞膜具有一定的流动性，B项
符合题意。
一、易错辨析
1．在细胞膜的控制下，对细胞有害的物质都不能进入细胞( × )
2．生物膜的特定功能主要由膜蛋白决定( √ )
3．细胞膜的成分是恒定不变的( × )
4．细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构( × )
5．细胞膜上的大多数蛋白质是可以运动的( √ )
6．胰岛B细胞分泌胰岛素依赖于细胞膜的流动性( √ )
二、填空默写
1．(必修1 P )细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外，还有少量糖类；功能越复杂的细胞
41膜，蛋白质的种类与数量越多。
2．(必修1 P )细胞膜的功能：将细胞与外界环境分隔开；控制物质进出细胞；进行细胞间
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的信息交流。
3．(必修1 P )细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，主要表现为构成膜的磷脂双分子层
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是轻油般的流体，具有流动性，大多数蛋白质也是可以运动的。
4．(必修1 P )糖被：在细胞膜的外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋
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白，叫做糖被；其具有保护、润滑和识别等作用。
课时精练
一、选择题
1．下图是细胞膜部分功能模式图。据图分析，下列说法错误的是( )
A．功能①保障细胞内部环境的相对稳定且在生命起源过程中具有关键作用
B．功能②表示进入细胞的物质对细胞有利，而且细胞膜对物质进出细胞的控制是绝对的
C．激素调控生命活动有一部分可用功能③表示，如胰高血糖素
D．相邻的植物细胞可通过功能④进行信息交流
答案 B
解析 功能②表示细胞膜控制物质进出细胞，一般是吸收有利物质，但有些有害物质也能进
出细胞，说明控制物质进出细胞是相对的，B错误。
2．下列关于细胞膜结构和功能的叙述，不正确的是( )
A．哺乳动物成熟的红细胞是制备细胞膜的良好材料
B．功能越复杂的细胞膜，其上蛋白质的种类和数量越多
C．细胞膜的功能之一是作为系统的边界，维持细胞内部环境的稳定
D．科研上鉴别死细胞和活细胞常用台盼蓝染色法，活的动物细胞会被染成蓝色
答案 D
解析 活细胞的细胞膜具有选择透过性，台盼蓝不能进入活细胞中，而死亡细胞没有选择透
过性，台盼蓝能进入死细胞中，因此用台盼蓝染色，活细胞不会被染色，死细胞会被染成蓝
色，D错误。
3．细胞膜是细胞生命系统的边界，下列关于细胞膜的叙述，错误的是( )
A．构成细胞膜支架的磷脂分子具有亲水性和疏水性B．细胞间的信息交流一定是在细胞膜上受体的参与下完成的
C．细胞膜上某些蛋白质与糖类的结合物有润滑作用
D．Na＋进入神经元细胞充分体现了细胞膜的功能特性
答案 B
解析 细胞间的信息交流不一定都需要细胞膜上受体的参与，如植物细胞间可以通过胞间连
丝进行信息交流，B错误。
4．研究发现，衰老细胞的细胞膜中磷脂分子的脂肪酸尾被“冻结”，完全不能自由移动，
使埋藏于其中的蛋白质也不能运动。据此分析，下列叙述错误的是( )
A．磷脂分子的流动性能影响膜蛋白的功能
B．衰老细胞细胞膜的物质运输功能下降
C．衰老细胞细胞膜的信息交流功能不受影响
D．在机械刺激或压迫下，衰老细胞的细胞膜易破裂
答案 C
5．下列有关细胞膜结构或功能的分析，正确的是( )
A．膜中多糖水解产物能与斐林试剂生成砖红色沉淀，说明膜中多糖的单体是葡萄糖
B．在生物体的不同细胞中，细胞膜功能的多样性决定了细胞膜结构的多样性
C．由于细胞膜对Na＋具有选择透过性，所以细胞膜上帮助Na＋跨膜的蛋白质只有一种
D．膜的选择透过性既与其中磷脂分子对水的亲疏有关，又与蛋白质的种类和结构有关
答案 D
解析 膜中多糖水解产物能与斐林试剂生成砖红色沉淀，说明膜中多糖的水解产物是还原糖，
但不能说明其单体是葡萄糖，A错误；在生物体的不同细胞中，细胞膜中蛋白质的种类和数
目多种多样决定了细胞膜功能的多样性，B错误；细胞膜上帮助Na＋跨膜的蛋白质可能是载
体蛋白，也可能是通道蛋白，C错误。
6．膜蛋白是一类结构独特的蛋白质，它镶嵌于膜脂的特性使这一蛋白处于细胞与外界的交
界部位，是细胞膜执行各种功能的物质基础。下图为细胞膜上3种膜蛋白与磷脂双分子层之
间的直接相互作用模式。下列相关叙述错误的是( )
A．蛋白A和B的跨膜区段的氨基酸很可能具有较强的亲水性
B．如膜蛋白A具有信息传递功能，则该蛋白可能是促性腺激素的受体
C．如蛋白B具有运输功能，其运输物质的过程中可能消耗ATP
D．如蛋白C具有催化功能，其活性的高低受温度、pH等因素的影响答案 A
解析 磷脂双分子层内部是疏水性的，所以A与B两种蛋白的跨膜区段的氨基酸可能具有
较强的疏水性，A错误。
7．(2022·河南周口高三月考)研究人员从疟原虫体内分离出一种称为VAR2CSA的蛋白质(疟
疾蛋白)，通过对VAR2CSA进行结构改造并添加细胞毒性药物，制成了重组蛋白。这种重
组蛋白能够与癌细胞识别、结合，融入癌细胞并释放毒素，导致癌细胞死亡。下列有关叙述
错误的是( )
A．通常利用32P标记疟疾蛋白，以用于癌症治疗的研究
B．结构改造后的疟疾蛋白可与双缩脲试剂发生紫色反应
C．重组蛋白能够与癌细胞识别离不开细胞膜上糖蛋白等物质
D．重组蛋白融入癌细胞，需要借助细胞膜的流动性且消耗能量
答案 A
解析 蛋白质主要含有C、H、O、N四种元素，有的还含有P、S，P不是蛋白质特有的元
素，因此一般不用于标记蛋白质，A错误。
8．下图所示脂质体是一种人工膜，主要由磷脂组成，下列说法不正确的是( )
A．脂质体表面交联抗体是为利用其高度特异性
B．脂质体的形成与磷脂头的亲水性和磷脂尾的疏水性有关
C．a和b均为极性的水溶性药物
D．利用脂质体转运药物利用了膜的流动性
答案 C
9．(2022·甘肃高三月考)2004年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家理查德·阿克赛尔和
琳达·巴克，以表彰两人在人体气味受体和嗅觉系统组织方式研究中作出的贡献。下图为嗅
觉受体细胞膜的模式图，下列对该图的描述错误的是( )
A．②为蛋白质分子，可作为气味受体
B．①为多肽，其基本组成单位是氨基酸C．②的特异性根本上是由遗传物质决定的
D．③为磷脂双分子层，为受体细胞膜的基本支架
答案 B
解析 ①为多糖，其基本单位是葡萄糖，B错误。
10．在流动镶嵌模型提出后，研究人员又提出了脂筏模型：脂筏是细胞膜上富含胆固醇和鞘
磷脂的微结构域，其中的胆固醇就像胶水一样，对鞘磷脂亲和力很高，并特意吸收或排除某
些蛋白质，形成一些特异蛋白聚集的区域，结构模型如下图所示，下列叙述不正确的是(
)
A．细胞膜的基本支架是磷脂双分子层
B．脂筏的存在不影响膜的流动性
C．破坏胆固醇会导致脂筏结构解体
D．脂筏可能与细胞间的信息传递有关
答案 B
11．哺乳动物成熟红细胞没有细胞核和具膜的细胞器，是研究膜结构功能的常用材料。当成
熟红细胞破裂时，仍然保持原本的基本形态和大小，这种结构称为红细胞影，其部分结构如
图所示。下列有关叙述不正确的是( )
A．构成红细胞膜的基本支架是磷脂双分子层
B．红细胞膜上有多种蛋白质，其中B蛋白与多糖结合，与信息交流有关
C．膜上G蛋白与跨膜运输有关，同时兼有催化功能
D.当血浆中胆固醇浓度升高，会导致更多的胆固醇插入到红细胞膜上，使细胞膜流动性增大
答案 D
解析 红细胞通过主动运输排出Na＋吸收K＋，维持红细胞内高K＋低Na＋的离子浓度梯度，
G蛋白的功能有两个，运输离子和催化ATP水解，C正确；当血浆中胆固醇浓度升高，会导致更多的胆固醇插入到红细胞膜上，使细胞膜流动性降低，变得刚硬易破，D错误。
12．荧光漂白恢复技术在细胞生物学中具有重要的应用，包括三个步骤：绿色荧光染料与膜
上的蛋白质结合，细胞膜上呈现一定强度的绿色；激光照射淬灭(漂白)膜上部分绿色荧光；
检测淬灭部位荧光再现速率。实验过程如图甲，结果如图乙。下列说法不正确的是( )
A．该技术说明细胞膜具有一定的流动性
B．应用该技术可以测定膜上单个蛋白质的流动速率
C．降低实验温度，漂白区域荧光强度恢复到F 的时间将延长
2
D．理论分析，漂白区域恢复足够长的时间，荧光强度F 仍小于F
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答案 B
解析 淬灭部位荧光再现，是膜蛋白分子运动的综合表现，该技术不能测定膜上单个蛋白质
的流动速率，B错误；激光照射淬灭(漂白)膜上部分绿色荧光，该部分荧光不可恢复，漂白
区域恢复足够长的时间后，其荧光强度F 小于漂白前的荧光强度F，D正确。
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二、非选择题
13．(2022·江西新余高三期中)细胞膜是富有弹性的半透性膜，膜厚8～10 nm，结构功能复
杂，是细胞生命系统的边界。请回答有关哺乳动物成熟红细胞膜的相关问题：
(1)科学家用丙酮从成熟红细胞中提取所有磷脂并铺成单分子层，其面积正好为红细胞细胞
膜面积的两倍。其原因是 ①_______________________________________________；
②_________
__________________________________________________________。
(2)科学家研究发现，红细胞膜的跨膜蛋白中，有一种与水的跨膜运输有关的水通道蛋白。
从细胞膜的结构分析，由于____________________________________，水分子自由扩散通过
细胞膜时会受到一定的阻碍。现在研究确认，细胞膜上的水通道蛋白能帮助水分子从低渗溶
液向高渗溶液方向跨膜运输，这种水分子跨膜运输的方式是________。
(3)哺乳动物红细胞在低渗溶液中能迅速吸水涨破，有人推测这可能与水通道蛋白有关。请
设计实验，验证这个推测是正确的。
实验思路：____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
预期实验结果：____________________________________________________________。
答案 (1)①哺乳动物成熟红细胞的膜结构只有细胞膜(或没有除细胞膜之外的其他膜结构)
②细胞膜由双层磷脂分子构成 (2)磷脂双分子层内部具有疏水性 协助扩散 (3)将同种哺
乳动物成熟红细胞等分成甲、乙两组，破坏甲组红细胞膜中的蛋白质，乙组红细胞不做处理，然后将两组细胞同时置于蒸馏水中，测定两组细胞吸水破裂所需的时间 乙组吸水破裂所需
时间短，说明推测正确
解析 (2)水通道蛋白参与水分子的跨膜运输，且由水分子多向水分子少的方向运输，故属
于协助扩散。(3)根据实验设计的单一变量原则和对照性原则分析，该实验的单一变量为是
否有水通道蛋白发挥作用，因此实验必须设置两组，一组是不做处理的正常细胞作为对照组，
另一组则需破坏水通道蛋白将其作为实验组，其他无关变量要保持相同且适宜。若推测正确，
则在蒸馏水中有水通道蛋白的细胞吸水较快，细胞破裂所需时间短。
14．小窝是细胞膜内陷形成的囊状结构(如图1)，与细胞的信息传递等相关。请据图分析回
答下列问题：
(1)小窝的主要成分是蛋白质和________；其中的蛋白质是小窝蛋白。小窝蛋白在________
上合成，然后由____________________加工，通过囊泡转运到细胞膜上，成为膜蛋白，这一
过程体现了细胞膜具有________________的结构特点。
(2)据图分析，小窝蛋白分为三段，中间区段主要由________(填“亲水性”或“疏水性”)的
氨基酸残基组成，其余两段均位于细胞的________中。
(3)小窝蛋白中的某些氨基酸在一定的激发光下能够发出荧光，当胆固醇与这些氨基酸结合，
会使荧光强度降低。为研究小窝蛋白中间区段与胆固醇的结合位点，分别向小窝蛋白的肽段
1(82～101位氨基酸)和肽段2(101～126位氨基酸)加入胆固醇，检测不同肽段的荧光强度变
化，结果如图2，据此分析，胆固醇与肽段的结合情况是_____________________________
________________________________________________________________________。
(4)当小窝中结合的胆固醇过少时，小窝蛋白的________改变，小窝会变扁平，影响细胞的
信息传递功能。
答案 (1)脂质(或磷脂) 核糖体 内质网和高尔基体 一定的流动性 (2)疏水性 细胞质基
质 (3)胆固醇与肽段1中的氨基酸结合，而不与肽段2中的结合(结合位点在82～101位氨
基酸，而不在101～126位氨基酸) (4)空间结构
解析 (1)由题图可知，小窝是细胞膜向内凹陷形成的，细胞膜的主要组成成分是蛋白质和脂质；小窝蛋白合成的场所是核糖体，在核糖体上氨基酸脱水缩合形成肽链，肽链依次进入
内质网和高尔基体进行加工，由囊泡运输到细胞膜，成为细胞膜上的小窝蛋白，该过程体现
了生物膜具有一定的流动性。(3)由题图分析可知，肽段1加入胆固醇后，荧光强度明显降
低，肽段2加入胆固醇后荧光强度基本不变，又知胆固醇与这些氨基酸结合，会使荧光强度
降低，因此胆固醇与肽段1中的氨基酸结合，而不与肽段2中的结合(结合位点在82～101
位氨基酸，而不在101～126位氨基酸)。(4)胆固醇参与动物细胞膜的组成，对于维持细胞膜
蛋白结构稳定具有一定作用，小窝结合的胆固醇过少，小窝蛋白的空间结构改变，小窝会变
扁平，影响细胞的信息传递功能。
