一、背景知识
细胞膜是坐落原生质体、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份的界面。细胞膜是避免细胞外物质自由步入细胞的屏障，它保证了细胞内环境的相对稳定，使各类生化反应能否有序进行。
1.细胞膜成份的研究
细胞作为最基本的生命系统，有自己的边界――细胞膜。因为动物细胞有细胞壁和其他具有膜结构的细胞器的干扰，而喂奶植物成熟的红细胞无细胞核和诸多细胞器，故前者作为提取细胞膜的实验材料最为理想。将其倒入清水中，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统称为生物膜。各类膜结构主要由脂类和蛋白质组成，再者还富含少量脂类等物质。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，蛋白质的种类和数目越多。癌细胞的细胞膜上糖蛋白降低，并且甲胎蛋白、癌胚抗体等物质会增多。2.细胞膜结构的认识
19世纪欧文顿对动物细胞的私密性研究发觉脂胺类的物质更容易通过细胞膜，故他提出膜由脂类组成；20世纪初进一步对膜的成份剖析表明：膜的主要成份是脂类和蛋白质；1925年用实验证明细胞膜中的脂类分子是单层排列的；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-脂类-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，或部份或全部嵌入双分子层中，或横越整个磷脂双分子层，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脂类结合产生的糖蛋白（也叫糖被），细胞膜表面还有脂类和脂类分子结合成的糖脂。（见图1）
3.细胞膜的结构特点
细胞膜上的磷脂分子和大多数蛋白质是运动的，致使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。据悉，像动物的质壁分离及复原、变形虫变型运动、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、动物细胞分裂末期时细胞膜的缢裂过程、吞噬细胞吞噬真菌等都能证明细胞膜流动性，这是细胞膜完成物质运输、细胞辨识、细胞融合等过程的结构基础。
4.细胞膜的功能及特点
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。细胞内的核苷酸等不能流失到细胞外；细胞须要的营养物质可步入细胞，不须要的或对细胞有害的不宜步入；抗原、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；有害物质有可能步入细胞，有些病毒、病菌也能侵入细胞，使生物体重病。
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形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：物质由高含量到低含量的运输方法，如二氧化碳、H2O、脂胺类物质等的运输。影响自由扩散运输速度的诱因：含量差或分压差。协助扩散：物质由高含量到低含量，须要载体，但不消耗能量，如人的红细胞吸收猕猴桃糖。主动运输：物质由低含量到高含量，需载体、能量。主动运输可以主动地选择吸收所须要的营养物质、排出新陈代谢形成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。影响主动运输速度的诱因：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。细胞间的信息交流形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（图2）、直接接触传递（图3）、通道传递（图4）。
据悉，细胞膜表面的糖蛋白参与免疫蛋白、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尿等的过程。糖脂经常被作为细胞表面标志物质，是细胞表面抗体的重要组分。个别正常细胞癌化后，表面糖脂成份有显著变化；一些已分离下来的癌细胞特点抗体，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，参与细胞辨识和信息传递过程。
细胞膜可以让水份子自由通过，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点。
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”；在乳品加工防腐处理的应用：如茄汁蒜、豆腐乳的制做过程；在农业生产上的应用：如农小麦水肥灌溉管理，种子活力测定，抗寒、抗旱小麦的研究等；在环保方面的应用：如废水处理、净化海水等。
目前科学家们正在应用隧洞扫描电子显微镜技术、冷冻破裂电镜技术等研究细胞膜及细胞内的讯号转导系统、细胞膜水通道蛋白、癌细胞膜、HIV步入细胞膜的新方法等。南开学院的专家们进行的激动性细胞膜离子通道、金属离子与细胞膜的互相作用的研究对今后设计医治相关疾患的抗生素有重要作用。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揭示激光的生物作用机制、中医湿热证的特异性微观辩证指标以及草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惠及。
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悍。
（3）分泌蛋白的分泌过程彰显了膜的结构特征――流动性。
（4）海水淡化或人工合成膜材料借助的是膜的功能特点――选择透过性。
（5）生物膜上决定其功能的成份主要为蛋白质，蛋白质（的种类和数目）越多，功能越复杂。
（6）并不是膜表面积越大，蛋白质浓度就越高。
（7）细胞膜的流动性受湿度影响，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・湖南卷）生物膜将真核细胞分隔成不同的区室，致使细胞内就能同时进行多种物理反应，而不会互相干扰。下述表述正确的是（）
A.细胞核是mRNA合成和加工的场所
B.高尔碳化物是肽链合成和加工的场所
C.线粒体将猕猴桃糖氧化分解成CO2和H2O
D.溶酶体合成和分泌多种碱性酯化酶
【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。肽链的合成场所是内质网体而非高尔碳化物；线粒体氧化的是乙醇酸而非蓝莓糖；溶酶体内的酯化酶是在内质网体上合成的，溶酶体只是酶库房而不能合成酯化酶。
【答案】A
例2.（2013・吉林卷）真核细胞具有一些能明显减小膜面积、有利于酶的附着以增强代谢效率的结构，下述不属于这种结构的是（）
A.神经细胞的树突
B.线粒体的嵴
C.胰腺细胞的鞭毛
D.内质网的基粒
【解析】本题考查减小膜面积且有酶附着的细胞结构。神经细胞的树突其实减小了细胞膜的表面积，并且并没有酶的附着，故A项错误；线粒体内膜折叠成嵴、粗糙核糖、叶绿体类囊体堆叠成基粒都是符合条件的。
【答案】A
例3.（2013・北京卷）下述过程未彰显生物膜信息传递功能的是（）
A.蔗糖氨水使红椒表皮细胞发生质壁分离
B.抗体剌激引起记忆细胞增殖分化
C.胰岛素调节靶细胞对猕猴桃糖的摄入
D.传出神经细胞激动导致胸肌收缩
【解析】本题以生物膜信息传递为依托，考查了免疫调节、激素调节、神经调节的相关内容和考生的识记理解能力。蔗糖碱液渗透压较高，使红椒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项均彰显了生物膜的信息传递功能。
【答案】A
例4.（2013・吉林卷）图5为某细胞的部份结构及蛋白质转运示意图，请回答下述问题：
（1）叶绿体上合成的蛋白质不能穿过步入细胞核，表明这些转运具有性。
（2）细胞膜选择透过性的分子基础是具有疏水性和具有专情性。
（3）若该细胞是高等动物的叶肉细胞，则图中未勾画的细胞器有。
（4）若该细胞为家兔骨髓造血干细胞，则图示细胞处于细胞周期的，此时在光学显微镜下观察显著可见细胞核中有存在。
（5）研究表明硒中单粒体膜有稳定作用，可以推断人体缺硒时下述细胞中最易损坏的是（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）叶绿体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步入细胞核。由此表明，尽管核孔是大分子物质进出细胞核的通道，但也具有选择性。（2）细胞膜的主要成份是磷脂和蛋白质，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情性。（3）图中出现的细胞器有线粒体、核糖体、内质网、高尔碳化物，高等动物的叶肉细胞内还应当富含内质网和液泡。（4）图示细胞中有完整的细胞核，所以该细胞处于细胞周期的分裂间期。此时，光学显微镜下显著可见细胞核中有胚乳存在。（5）心肌细胞对能量要求最高，线粒体数量比其他细胞的多，而硒中单粒体膜有稳定作用，所以缺硒时最易损坏的是心肌细胞。
【答案】（1）核孔选择（2）磷脂双分子层膜转运蛋白（3）内质网和液泡（4）分裂间期胚乳（5）③
三、当堂训练
1.（原创）图6示细胞膜的亚显微结构，下述表述正确的是（）
A.图中①和③的基本组成单位相同，细胞膜的成份除图中所示外，还可以富含固醇和糖脂
B.a可以表示O2由内环境中步入细胞内，b所示的运输方法穿过2层膜步入细胞内
C.猕猴桃的花粉落到莴苣花的花柱上不能萌发，与①的辨识作用有关
D.若图示为人体成熟的红细胞膜，则b可代表猕猴桃糖
2.有实验表明细胞膜、内质网膜和高尔碳化物膜中具有一些相同的蛋白质，并且这类蛋白质在细胞膜中浓度较少，在叶绿体膜中浓度较多，在高尔碳化物膜中的浓度介于两者之间。据此判定正确的是（）
A.这类蛋白质的分布说明细胞膜是由核糖膜直接转化而至
B.这类蛋白质的分布说明同一细胞中不同生物膜的成份、结构相同
C.这类蛋白质的分布说明高尔基体才能对蛋白质进行加工
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别性
3.（原创）下述有关细胞膜、生物膜的表述正确的是（）
A.构成膜的脂类主要是磷脂、脂肪和尿酸，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须要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、吞噬细胞对抗体的摄入、mRNA与游离内质网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形成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份大体相同；内质网体、内质网、高尔碳化物等膜结构不都参与蛋白质的合成与运输
4.（原创）下述有关生物膜结构和功能的表述，正确的是（）
A.藻类与病毒一样，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猕猴桃糖膜运输的载体细胞膜受体，线粒体内膜上富含合成ATP的酶
C.核膜上的核孔可以让蛋白质和RNA自由进出，液泡膜参与动物细胞的渗透作用
D.核糖膜和高尔碳化物膜都具有流动性，细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构
5.一种聚联甲烷细胞膜辨识器已问世，它是通过化学力把类似于细胞膜上具有分子辨识功能的物质镶嵌到聚联甲烷囊泡中，组装成纳米规格的生物传感。它在接触到真菌、病毒时可以发生颜色变化，用以测量病菌、病毒。这类被镶嵌进去的物质很可能富含（）
A.磷脂和蛋白质B.黄酮和蛋白质
C.尿酸和寡糖D.尿酸和蛋白质
6.（改编）图7为喂奶植物肝细胞内糖代谢的部份过程，图8表示部份细胞器间的互相关系图解，图9中①②③表示人体细胞间信息传递的三种形式，请据图剖析回答下述问题。
（1）图7中X物质为。胰脏A细胞分泌的胰高血压素，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，该种调节方法属于图9中的（填标号）
（2）若用14C标记猕猴桃糖来研究肝细胞内糖代谢的过程中，发觉血清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细胞膜受体，依次对应于图8中的（填字母）。
7.（原创）人们早已通过物理实验证明了细胞膜中富含磷脂分子。现提供各类所需设备，请你设计一个实验既要验证细胞膜中富含蛋白质成份，又要同时获得血红蛋白。
（1）实验目的：体验用物理试剂测量细胞膜中蛋白质的方式和分离获得血红蛋白的过程。
（2）实验材料：若提供动物血液和喂奶植物血液，将选择血液，缘由是。
（3）验证细胞膜中富含蛋白质的实验原理：。
（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通常分为什么基本步骤？。并非所有种类的蛋白质的提取和分离方式都一样，缘由是。
（7）从红细胞中分离流血红蛋白的过程为。漂洗红细胞的目的是。红细胞的漂洗过程为：血液+葡萄柚酸钠低速短时离心红细胞+平缓搅拌10min低速短时离心反复漂洗直到碱液。
参考答案
1.C【解析】图中①和③的基本单位分别为猕猴桃糖和多肽，前者是多肽；a、b形式为依次为自由扩散、主动运输，均越过一层膜（两层磷脂分子）；成熟的红细胞吸收猕猴桃糖属于协助扩散。
2.D【解析】题干中的信息说明生物膜的个别蛋白质在三种膜中都有，但浓度不同，故D项正确。核糖膜――高尔碳化物膜――细胞膜之间通过囊泡产生间接联系，所以核糖膜不能直接转化成细胞膜，A项错误。
3.C【解析】构成膜的脂类不包括脂肪；mRNA与游离内质网体的结合不依赖于膜结构；内质网体不具有膜结构。
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辨识功能的物质”作为信息，猜想该物质为糖蛋白=黄酮+蛋白质
6.（1）乙醇酸细胞间信息传递（或细胞间信息交流）①
（2）叶绿体、高尔碳化物c、a
7.（2）喂奶植物喂奶植物成熟的红细胞中没有细胞核，获得的细胞膜较纯净而且血红蛋白浓度高
（3）蛋白质与双缩脲试剂呈现红色反应
（4）双缩脲试剂A液（0.01g/mL的NaOH碱液）双缩脲试剂B液（0.01g/mL的CuSO4碱液）
（5）②向甲试管中滴加2mL的细胞膜样液，向乙试管中滴加2mL的分馏水
③向甲、乙两试管中各注入双缩脲试剂A液1mL拌匀后，再各滴加4滴双缩脲试剂B液，振荡拌匀，观察颜色变化。
实验现象：甲试管中液体呈红色，乙试管中液体无颜色变化
（6）样品处理、粗分离、纯化、纯度鉴别蛋白质的来源和性质不同，分离方式差异很大
（7）漂洗红细胞、释放血红蛋白、分离血红蛋白、透析去除血清蛋白的杂蛋白消除杂蛋白，有利于后续步骤的分离纯化析出下层血清5倍容积生理盐水吸出碱液无白色