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2022版高考生物一轮复习 第2单元 细胞的基本结构与物质的输入和输出 第1讲 细胞膜和细胞核学案

2022版高考生物一轮复习 第2单元 细胞的基本结构与物质的输入和输出 第1讲 细胞膜和细胞核学案

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姓名：

- 17 -

第1讲　细胞膜和细胞核
课标要求
核心素养
1．概述细胞都由质膜包裹，质膜将细胞与其生活环境分开，能控制物质进出，并参与细胞间的信息交流
2．阐明遗传信息主要储存在细胞核中
2．构建细胞膜和细胞核的结构模型(科学思维)
3．探究细胞膜的成分与结构；实验设计与分析：细胞核功能的探究过程与结果分析(科学探究)

考点一　细胞膜的结构和功能

1．细胞膜的制备
(1)实验：细胞吸水涨破获得细胞膜。
(2)材料：人或其他哺乳动物的成熟红细胞。
(3)选材原因
①无细胞核和众多细胞器，易制得纯净的细胞膜。
②无细胞壁，细胞易吸水涨破。
(4)实验过程：选材→制片→观察→滴水→观察。
(5)原理：渗透作用。
2．生物膜的探索历程
阶段
实例(实验)
结论
膜成分探究
脂溶性物质更易通过细胞膜
膜是由脂质组成的
将膜分离提纯，并进行化学分析
膜的主要成分是脂质和蛋白质
静态模型建立
红细胞膜中脂质铺成单分子层后是红细胞表面积的2倍
细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层
电镜下细胞膜呈清晰的暗—亮—暗三层结构
生物膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成
动态模型建立
人鼠细胞杂交实验
细胞膜具有流动性
1972年桑格和尼克森不断观察及实验数据分析
提出生物膜的流动镶嵌模型
3．细胞膜的成分及作用
成分
所占比例
在细胞膜中的作用
脂质
约50%
其中磷脂构成细胞膜的基本支架；胆固醇是动物细胞膜的重要成分
蛋白质
约40%
功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多
糖类
2%～10%
与细胞膜上的蛋白质或脂质结合，形成糖蛋白或糖脂，与细胞识别等作用有关
4．细胞膜的流动镶嵌模型
(1)模式图

(2)结构特点
5．细胞膜的功能
(1)将细胞与外界环境分隔开，保障细胞内部环境的相对稳定。
(2)控制物质进出细胞。
(3)进行细胞间信息交流(连线)

提示：①—b　②—a　③—c
6．植物细胞壁
(1)成分：主要是纤维素和果胶；酶解法除去植物细胞壁所用酶为纤维素酶和果胶酶；与其形成有关的细胞器为高尔基体和线粒体。
(2)功能：支持和保护。

1．(人教版必修1 P41“与生活的联系”)细胞癌变过程中，细胞膜的成分改变，细胞膜上会产生哪些特殊的成分？
提示：会产生甲胎蛋白、癌胚抗原等物质。
2．(人教版必修1 P41“相关信息”)在发育成熟过程中，哺乳动物红细胞的核逐渐________，并从细胞中________，为能携带氧的________腾出空间。
提示：退化　排出　血红蛋白

1．构成膜的脂质主要是磷脂、脂肪和胆固醇。 (×)
提示：脂肪不是生物膜的成分。
2．变形虫和草履虫的细胞膜基本组成成分不同。 (×)
提示：不同细胞细胞膜的基本组成成分都是脂质、蛋白质和少量糖类。
3．细胞膜上的蛋白质分子都是运动的。 (×)
提示：细胞膜上大多数蛋白质分子是可以运动的。
4．生物膜的特定功能主要由膜蛋白决定。 (√)
5．动物细胞间的黏着性与细胞膜上的糖蛋白有关。 (√)
6．细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构。 (×)
提示：植物细胞通过胞间连丝进行信息交流，没有通过受体。

1．细胞膜上蛋白质分子的分布情况是_____________________
_____________________________________________________。
提示：有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层
2．线粒体内膜的蛋白质种类和数量比外膜高，从结构与功能观角度分析原因是______________________________________________________________
______________________________________________________________。
提示：功能越复杂的膜结构，蛋白质的种类和数量越多。线粒体内膜上进行有氧呼吸的第三阶段，含有许多与之有关的酶

比较细胞膜结构特点和功能特性
项目
内容
原因
实例
影响因素
结构特点
一定的流动性
构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子不是静止的，而是可以运动的
变形虫的变形运动、细胞融合、胞吞、胞吐
温度(在一定范围内，温度越高，细胞膜的流动性越大)
功能特性
选择透过性

植物对离子的选择性吸收、神经细胞对K＋的吸收和对Na＋的排出
(1)内因：细胞膜上载体蛋白的种类和数量；
(2)外因：温度、pH、O2等影响细胞呼吸的因素
关系

1．如图是由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中，能在水中溶解的药物被包在双分子层中，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。

(1)为什么两类药物的包裹位置各不相同？
(2)请推测：脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞发挥作用？
提示：(1)由双层磷脂分子构成的脂质体，两层磷脂分子之间的部分是疏水的，脂溶性药物能被稳定地包裹在其中；脂质体的内部是水溶液的环境，能在水中溶解的药物可稳定地包裹其中。
(2)由于脂质体是由磷脂双分子层构成的，到达细胞后可能会与细胞膜融合，也可能以被细胞胞吞的方式进入细胞，从而使药物在细胞内发挥作用。

2．如图是细胞间的三种信息交流方式，据图分析：

A　　　　　B　　　　　C
(1)图中物质或结构的名称：①与膜结合的________；②________；③________。
(2)植物细胞间的胞间连丝、人体内胰岛素的作用过程、精子和卵细胞之间的识别和结合分别属于上面的哪种方式？________________________________
(3)图中受体的化学本质是什么？受体和信号分子的结合有没有特异性？
提示：(1)信号分子　受体　胞间连丝
(2)分别属于图C、图A、图B。
(3)受体的化学本质是糖蛋白，受体和信号分子的结合具有特异性。

3．细胞膜功能特点的验证实验
(1)染色剂进入实验

(2)色素透出实验

考查细胞膜的成分、结构和功能
1．(2021·重庆选择性考试适应性测试)生物膜的流动镶嵌模型并不完美，以下现象不能用细胞膜的流动镶嵌模型解释的是(　　)
A．小鼠细胞和人细胞的融合
B．胆固醇能经细胞膜自由扩散
C．神经细胞的细胞膜对离子的选择通透性
D．生物膜中不同位置的脂质和蛋白质的种类不同
D　[小鼠细胞和人细胞的融合实验结果直接证明了细胞膜中的蛋白质分子可以运动，A不符合题意；胆固醇能经细胞膜自由扩散借助于膜的流动性，B不符合题意；神经细胞的细胞膜对离子的选择通透性，是以细胞膜的流动性为基础的，C不符合题意；生物膜中不同位置的脂质和蛋白质的种类不同，只能说明生物膜由蛋白质和脂质分子组成，不能说明组成生物膜的分子是能移动的，不能体现生物膜的流动性，D符合题意。]
2．(2020·朝阳区模拟)如图为细胞膜的结构模式图，说法正确的是(　　)

A．磷脂双分子层是细胞膜的基本支架，③为疏水端，④为亲水端
B．细胞癌变时，细胞表面发生变化，①减少使细胞的黏着性降低
C．同种生物不同细胞的细胞膜上①、②、⑤的种类和数量完全相同
D．性激素、甘油等小分子物质从A侧运输到B侧需要有②或⑤参与
B　[磷脂由亲水的③头部和疏水的④尾部构成，A错误；癌细胞的表面发生了变化，由于细胞膜上的①糖蛋白等物质减少，使得癌细胞彼此之间的黏着性低，容易在体内分散和转移，B正确；膜的功能主要由蛋白质承担，故不同功能的细胞，其细胞膜上蛋白质的种类和数量不完全相同，C错误；性激素、甘油等小分子物质从A侧运输到B侧(进入细胞)的方式为自由扩散，不需要②或⑤的参与，D错误。]
　4种常考的“膜蛋白”及其功能
(1)信号分子(如激素、淋巴因子、神经递质)的受体蛋白：糖蛋白。
(2)膜载体蛋白：用于协助扩散和主动运输的载体蛋白。 (3)具催化作用的酶：如好氧型细菌其细胞膜上可附着与有氧呼吸相关的酶，此外，细胞膜上还可存在ATP水解酶(催化ATP水解，用于主动运输等)。
(4)识别蛋白：用于细胞与细胞间相互识别的糖蛋白(如精卵间的识别、免疫细胞对抗原的特异性识别等)。
考查细胞膜结构和功能特性的相关实验探究
3．(2020·浙江高考联盟联考)科学家利用细胞融合技术研究细胞膜的结构特性，进行了下列实验。
(1)细胞膜的主要成分是磷脂和蛋白质。将连接了荧光染料的抗体与融合细胞在一定条件下培养，抗体与融合细胞的膜蛋白(抗原)特异性结合，其目的是标记膜蛋白，以便于显微镜观察。用荧光显微镜观察融合细胞表面荧光的颜色和________，开始时，鼠的细胞为绿色，人的细胞为红色，两种颜色不混合；一段时间后，可观察到红绿荧光交替分布的“嵌合体”。统计________，结果如图所示。

(2)科学家据此提出两种假说解释嵌合体的形成。
假说一：融合细胞合成了新的膜蛋白；
假说二：原有膜蛋白在细胞膜平面上运动。
①使用_________________抑制剂和ATP合成抑制剂分别处理融合细胞，均对嵌合体形成没有显著影响，这个结果否定了假说一。
②在15 ℃、20 ℃和26 ℃的培养温度下重复上述实验，这些实验的结果为______________________，为假说二提供了证据支持。
[解析]　(1)细胞膜主要由磷脂和蛋白质组成；抗体与荧光染料结合后抗体被标记，当抗体与融合细胞的膜蛋白(抗原)特异性结合时，膜蛋白就被标记；用荧光显微镜观察融合细胞表面荧光的颜色和分布，并观察和统计嵌合体比例。 (2)①假如嵌合体形成是融合细胞合成了新的膜蛋白，用蛋白质合成抑制剂和ATP合成抑制剂分别处理融合细胞，嵌合体形成会受影响。②分析柱形图可知，随着温度升高，嵌合体比例增加(或随着温度降低，嵌合体比例降低)。
[答案]　(1)分布　 嵌合体比例　(2)蛋白质合成　随着温度升高，嵌合体比例增加(或随着温度降低，嵌合体比例降低)
考点二　细胞核的结构和功能

1．细胞核的结构

(1)上述结构中，原核细胞不具备的是核膜、核孔、核仁、染色质。
(2)在细胞分裂周期中表现为周期性地消失和重建的结构是核膜和核仁。
(3)染色质和染色体是同一种物质在细胞不同时期的两种存在状态，前者呈细丝状，后者呈圆柱状或杆状。

2．细胞核的功能
(1)是遗传物质储存和复制的主要场所，是遗传信息库。
(2)是细胞代谢和遗传的控制中心。
3．细胞核功能的实验探究
(1)黑白美西螈核移植实验
①实验过程

②实验结论：美西螈皮肤颜色的遗传受细胞核控制。
(2)蝾螈受精卵横缢实验
①实验过程

②实验结论：蝾螈的细胞分裂、分化受细胞核控制。
(3)变形虫切割实验
①实验过程

②实验结论：变形虫的分裂、生长、再生、对刺激的反应等生命活动受细胞核控制。
(4)伞藻嫁接与核移植实验
①伞藻嫁接实验过程

②伞藻核移植实验过程

③实验结论：伞藻“帽”的形状是由细胞核控制的。

(人教版必修1 P54“模型建构”)模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。模型的形式很多，包括________、________、________等。
提示：物理模型　概念模型　数学模型

1．真核细胞染色体上主要含有核糖核酸和蛋白质。 (×)
提示：染色体上含有脱氧核糖核酸和蛋白质。
2．核膜上的核孔可以让蛋白质和RNA自由进出。 (×)
提示：核孔是选择性通道。
3．染色体和染色质只是形态不同，而成分完全相同。 (√)
4．核膜、核仁在细胞周期中的分裂间期消失，分裂后期重建。 (×)
提示：核膜、核仁在前期消失，末期重建。
5．细胞中核糖体的形成都与核仁有关。 (×)
提示：原核细胞中核糖体的形成与核仁无关。

1．代谢旺盛的细胞，核仁的体积较大，原因是
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
提示：核仁与rRNA和核糖体的形成有关，核糖体是蛋白质的合成场所，蛋白质是生命活动的主要承担者
2．代谢旺盛的细胞，核孔的数目多，原因是
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
提示：核孔是核质之间物质交换和信息交流的通道，代谢旺盛的细胞核质之间物质交换和信息交流频繁

1．染色体与染色质是同一种物质在细胞不同时期的两种状态，这两种不同的状态对细胞的生命活动有什么意义？
提示：染色体呈高度螺旋化状态，这种状态有利于细胞分裂过程中移动并分配到子细胞中；染色质处于细丝状，这种状态有利于细胞分裂间期完成DNA的复制和转录等生命活动。

2．据图分析细胞核的结构和功能：

(1)将①彻底水解主要可得到的有机小分子有哪些？
_________________________________________________
________________________________________________　
(2)代谢旺盛的细胞，②的体积较大，请解释原因。
_________________________________________________
________________________________________________　
(3)核孔是核膜上的“小孔”吗？为什么代谢旺盛的细胞核孔的数目多？
_________________________________________________
________________________________________________
(4)下列物质哪些可通过核孔？通过核孔需要消耗能量吗？
①DNA　②RNA　③DNA聚合酶　④RNA聚合酶　⑤解旋酶　⑥呼吸酶
提示：(1)氨基酸、磷酸、脱氧核糖和四种含氮碱基。
(2)②是核仁，核仁与rRNA和核糖体的形成有关，核糖体是蛋白质的合成场所，蛋白质是生命活动的承担者。
(3)核孔不是“小孔”，是一种蛋白质复合体，对进入细胞核的物质有选择性。代谢旺盛的细胞核质之间物质交换频繁，因此核孔的数目多。
(4)能通过核孔的物质有②③④⑤。需要消耗能量。

考查细胞核的结构和功能
1．下列有关真核细胞的细胞核的叙述，错误的是 (　　)
A．核仁是细胞代谢和遗传的控制中心
B．核孔能实现核质之间频繁的物质交换
C．脱氧核糖核酸不能通过核孔进入细胞质
D．核膜是双层膜，参与生物膜系统的组成
A　[细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心，A错误；核孔可以实现核质之间频繁的物质交换和信息交流，B正确；脱氧核糖核酸不能通过核孔进入细胞质，C正确；细胞膜、核膜(双层膜)和细胞器膜等结构共同构成细胞的生物膜系统，D正确。]
2．(2020·浙江十校联考)如图为细胞核结构模式图，下列关于细胞核的结构或功能的说法不正确的是(　　)

A．③为双层膜，共由2层磷脂分子组成
B．①为染色质，可以被龙胆紫染液染成深色
C．②为核仁，与核糖体的形成有关
D．④为核孔，能实现核质之间的信息交流
A　[③是核膜，为双层膜，共由4层磷脂分子组成，A错误；①为染色质，可以被龙胆紫染液等碱性染料染成深色，B正确；②为核仁，与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关，C正确；④为核孔，能实现核质之间的物质交换和信息交流，D正确。]
考查细胞核功能的相关实验探究
3．如图表示变形虫的切割和核移植实验。该实验不能得出的结论是(　　)

A．细胞核是遗传物质储存和复制的场所
B．细胞核是细胞新陈代谢活动的控制中心
C．细胞核和细胞质相互依存，相互影响
D．细胞结构的完整性是细胞生存的基础
A　[图中并未体现细胞核是遗传物质储存和复制的场所；含有细胞核的部分能正常生活，不含有细胞核、只有细胞质的部分不能正常生活，这说明细胞核是细胞新陈代谢活动的控制中心；只有细胞核或只有细胞质的部分不能正常生活，但重新植入细胞核，细胞又能正常生活，说明细胞核和细胞质相互依存，相互影响；只有同时有细胞质和细胞核，细胞才可以正常生活，说明细胞结构的完整性是细胞生存的基础。]
4．(2020·诸暨模拟)汉麦林的实验如图，将单细胞的地中海杯状藻先在近核处切断，再在近杯处切断(a)，中间的茎(b)置于海水中可再生一杯(c)，但将此杯切掉后，不能再生第二杯(d)。对这个实验的解释合理的是 (　　)

(a)　　　 (b)　　　　(c)　　　(d)
①决定杯状藻藻杯的形态发生的遗传信息来自细胞核
②决定杯状藻藻杯的形态发生的遗传信息来自细胞质
③杯状藻藻杯的形态发生是由细胞核和细胞质的遗传物质共同作用的结果
④(b)能再生一杯是因为(b)中含有由细胞核转录而来的遗传信息
A．①③　　　B．②③　　　C．①④　　　D．②④
C　[决定杯状藻藻杯的形态发生的遗传信息来自细胞核，①正确；将(c)中藻杯切掉后，不能再生第二杯(d)，说明(c)中不含合成藻杯形态的遗传信息，决定杯状藻藻杯的形态发生的遗传信息不是来自细胞质，②错误；本实验没有单独拿出细胞核进行实验，看是否形成杯状藻藻杯，因此该实验不能说明杯状藻藻杯的形态发生是由细胞核和细胞质的遗传物质共同作用的结果，③错误；决定杯状藻藻杯的形态发生的遗传信息最终来自细胞核，细胞核中遗传信息通过转录形成mRNA，进入细胞质中，(b)含有细胞核中遗传信息通过转录形成的mRNA，因此可以再生一藻杯，④正确。综上所述，正确的是①④。]
易错矫正 突破选择题
长句背诵 突破非选择题
1．细胞膜是细胞的边界，因为其具有选择透过性；细胞壁是全透性的，不能作为细胞的边界。
2．细胞膜的结构特性是具有一定的流动性，功能特性是具有选择透过性。
3．并非所有的真核细胞都有细胞核，如高等植物成熟的筛管细胞、哺乳动物成熟的红细胞等极少数细胞没有细胞核。
4．核膜和核孔都具有选择透过性，核孔虽然可以允许大分子物质通过，但仍然具有选择性，如细胞核中的DNA就不能通过核孔进入细胞质中。
5．染色体和染色质只是形态不同，而成分完全相同。
6．细胞核并非细胞代谢的中心。细胞核是细胞代谢的控制中心，细胞代谢的中心是细胞质。
1．功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。
2．组成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子都是可以运动的，体现了生物膜具有一定的流动性的结构特点。
3．生物膜选择透过性的物质基础是生物膜上的载体蛋白。
4．核孔的数量、核仁的大小与细胞代谢有关，如代谢旺盛、蛋白质合成量大的细胞，核孔数多，核仁较大。
5．核仁与rRNA的合成及核糖体的形成有关。
6．染色质主要由DNA和蛋白质组成，DNA是遗传信息的载体。
7．细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。

真题体验| 感悟高考　淬炼考能
[新高考·选择性考试示范]
1．(2021·重庆选择性考试适应性测试)以下关于细胞核与线粒体的叙述，错误的是(　　)
A．都含有遗传物质　　　 B．都为双层膜结构
C．都参与代谢过程 D．都能完成mRNA的翻译
D　[DNA是遗传物质，DNA主要分布在细胞核，线粒体中也有分布，故细胞核和线粒体都含有遗传物质，A正确；细胞核的核膜为双层，线粒体也为双层膜结构，B正确；细胞核内可进行DNA的复制和转录等合成代谢，线粒体是有氧呼吸的主要场所，二者都参与代谢过程 ，C正确；翻译的场所在核糖体，细胞核内不能完成mRNA的翻译，线粒体内有核糖体，可完成mRNA的翻译，D错误。]
2．(2021·福建适应性测试)下列关于生物膜蛋白的叙述，错误的是(　　)
A．小鼠精子和卵细胞之间的识别需要膜蛋白的参与
B．促甲状腺激素只与甲状腺细胞膜上的受体蛋白结合
C．叶绿体外膜上的蛋白质可以吸收光能和催化光反应
D．癌细胞膜上的糖蛋白减少导致癌细胞之间黏着性降低
[答案]　C
3．(2020·天津等级考)完整的核糖体由大、小两个亚基组成。如图为真核细胞核糖体大、小亚基的合成、装配及运输过程示意图，相关叙述正确的是(　　)

A．如图所示过程可发生在有丝分裂中期
B．细胞的遗传信息主要储存于rDNA中
C．核仁是合成rRNA和核糖体蛋白的场所
D．核糖体亚基在细胞核中装配完成后由核孔运出
D　[有丝分裂中期无核膜和核仁，A错误；细胞的遗传信息储存于DNA分子中，而不是主要储存于核仁中的rDNA中，B错误；据图可知，核仁是合成rRNA的场所，但核糖体蛋白的合成是在细胞质的核糖体上，C错误；据图分析可知，核糖体亚基的组装部位是细胞核，核孔是细胞核和细胞质之间大分子物质交换的通道，核糖体亚基装配完成后由核孔运出，D正确。]
[全国卷·命题研析借鉴]
4．(2019·全国卷Ⅲ)下列与真核生物细胞核有关的叙述，错误的是(　　)
A．细胞中的染色质存在于细胞核中
B．细胞核是遗传信息转录和翻译的场所
C．细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心
D．细胞核内遗传物质的合成需要能量
B　[细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心，真核细胞中的染色质存在于细胞核中，A、C正确；真核细胞的翻译过程发生在细胞质中，B错误；细胞核内遗传物质DNA的合成需要消耗能量，D正确。]
5．(2018·天津高考)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
位于类囊体膜，催化ATP合成
酶
D
位于癌细胞膜，引起特异性免疫
抗原
B　[突触后膜上有与神经递质结合的特异性受体，受体可以特异性地结合相应的神经递质，使下一个神经元兴奋或抑制，A正确；靶细胞上含有能和相应激素特异性结合的受体，当激素与受体结合后，引起细胞代谢发生变化，B错误；光合作用的光反应过程中，会发生光能转变为ATP中活跃的化学能，即催化ATP的合成，因此类囊体薄膜上含有ATP合成酶，C正确；细胞癌变后，细胞膜上会产生相应的癌胚抗原，引起机体的特异性免疫反应，进而清除癌变的细胞，D正确。]