一、背景知識
細胞膜是坐落原生質體、緊貼細胞壁的膜結構，細胞膜為細胞結構中分隔細胞內、外不同介質和組成成份的界面。細胞膜是避免細胞外物質自由步入細胞的屏障，它保證了細胞內環境的相對穩定，使各類生化反應能否有序進行。
1.細胞膜成份的研究
細胞作為最基本的生命系統，有自己的邊界――細胞膜。因為動物細胞有細胞壁和其他具有膜結構的細胞器的干擾，而喂奶植物成熟的紅細胞無細胞核和諸多細胞器，故前者作為提取細胞膜的實驗材料最為理想。將其倒入清水中，細胞會通過滲透作用吸水漲破，細胞內的物質流出，進一步經過離心可以獲得純凈的細胞膜。細胞膜、核膜及具有膜結構的細胞器統稱為生物膜。各類膜結構主要由脂類和蛋白質組成，再者還富含少量脂類等物質。蛋白質在細胞膜行使功能時起重要作用，功能越復雜的細胞膜，蛋白質的種類和數目越多。癌細胞的細胞膜上糖蛋白降低，并且甲胎蛋白、癌胚抗體等物質會增多。2.細胞膜結構的認識
19世紀歐文頓對動物細胞的私密性研究發覺脂胺類的物質更容易通過細胞膜，故他提出膜由脂類組成；20世紀初進一步對膜的成份剖析表明：膜的主要成份是脂類和蛋白質；1925年用實驗證明細胞膜中的脂類分子是單層排列的；1959年羅伯特森在電子顯微鏡下觀察到“暗-亮-暗”三層結構，提出了生物膜的“蛋白質-脂類-蛋白質”的靜態三層結構模型；隨著新的技術手段的運用，1970年“人鼠”細胞融合實驗的成功證明了細胞膜上的蛋白質是可以運動的；1972年桑格和尼克森提出了流動鑲嵌模型：磷脂雙分子層構成膜的基本支架，具有流動性，蛋白質分子或鑲在磷脂雙分子層表面，或部份或全部嵌入雙分子層中，或橫越整個磷脂雙分子層，大多數蛋白質是可以運動的。在細胞膜的外表有細胞膜上的蛋白質與脂類結合產生的糖蛋白（也叫糖被），細胞膜表面還有脂類和脂類分子結合成的糖脂。（見圖1）
3.細胞膜的結構特點
細胞膜上的磷脂分子和大多數蛋白質是運動的，致使細胞膜具有一定的流動性，這可以通過人鼠細胞融合實驗得到證明。據悉，像動物的質壁分離及復原、變形蟲變型運動、分泌蛋白的胞吐、大顆粒物質的胞吞、受精作用時細胞的融合過程、動物細胞分裂末期時細胞膜的縊裂過程、吞噬細胞吞噬真菌等都能證明細胞膜流動性，這是細胞膜完成物質運輸、細胞辨識、細胞融合等過程的結構基礎。
4.細胞膜的功能及特點
細胞膜的功能之一是將細胞內的生命物質與外界環境分隔開，保障了細胞內部環境的相對穩定。
細胞膜的功能之二是控制物質進出細胞。細胞內的核苷酸等不能流失到細胞外；細胞須要的營養物質可步入細胞，不須要的或對細胞有害的不宜步入；抗原、激素等物質在細胞內合成的，但在細胞外起作用的物質以及細胞代謝廢物要排到細胞外；有害物質有可能步入細胞，有些病毒、病菌也能侵入細胞，使生物體重病。
大分子和顆粒性物質進出細胞通過胞吞和胞吐完成，而小分子、離子等物質出入細胞的形式主要包括被動運輸和主動運輸兩大類。被動運輸包括自由擴散和協助擴散。自由擴散：物質由高含量到低含量的運輸方法，如二氧化碳、H2O、脂胺類物質等的運輸。影響自由擴散運輸速度的誘因：含量差或分壓差。協助擴散：物質由高含量到低含量，須要載體，但不消耗能量，如人的紅細胞吸收獼猴桃糖。主動運輸：物質由低含量到高含量，需載體、能量。主動運輸可以主動地選擇吸收所須要的營養物質、排出新陳代謝形成的廢物和對細胞有害的物質，對完成各項生命活動有重要作用。影響主動運輸速度的誘因：載體、能量、溫度、pH等。
細胞膜的功能之三：進行細胞間的信息交流。細胞間的信息交流形式大多數與細胞膜的受體――糖蛋白有關。主要有三種類型：間接傳遞（圖2）、直接接觸傳遞（圖3）、通道傳遞（圖4）。
據悉，細胞膜表面的糖蛋白參與免疫蛋白、分泌蛋白通過細胞膜向外分泌、一些代謝產物通過細胞膜向外排尿等的過程。糖脂經常被作為細胞表面標志物質，是細胞表面抗體的重要組分。個別正常細胞癌化后，表面糖脂成份有顯著變化；一些已分離下來的癌細胞特點抗體，也被證明是糖脂類物質。細胞表面的糖脂還是許多胞外生理活性物質的受體，參與細胞辨識和信息傳遞過程。
細胞膜可以讓水份子自由通過，細胞要選擇吸收的離子和小分子也可以通過，而其他的離子、小分子和大分子則不能通過。細胞膜是一種選擇透過性膜，這是細胞膜的功能特點。
5.研究進展及應用
細胞膜滲透技術在醫學上的應用：如“腎透析”、“膜式人工肺”；在乳品加工防腐處理的應用：如茄汁蒜、豆腐乳的制做過程；在農業生產上的應用：如農小麥水肥灌溉管理，種子活力測定，抗寒、抗旱小麥的研究等；在環保方面的應用：如廢水處理、凈化海水等。
目前科學家們正在應用隧洞掃描電子顯微鏡技術、冷凍破裂電鏡技術等研究細胞膜及細胞內的訊號轉導系統、細胞膜水通道蛋白、癌細胞膜、HIV步入細胞膜的新方法等。南開學院的專家們進行的激動性細胞膜離子通道、金屬離子與細胞膜的互相作用的研究對今后設計醫治相關疾患的抗生素有重要作用。研究人員通過對影響紅細胞流變性的紅細胞膜有關研究、鈣離子與紅細胞膜相關通道的相關研究、光譜學技術在相關領域的研究進展等方面，來研究紅細胞的可變形性及其調整機制。細胞膜表面超精細結構研究技術對揭示激光的生物作用機制、中醫濕熱證的特異性微觀辯證指標以及草藥細胞藥效學等方面的深入研究提供了可能途徑。相信不遠的未來一定會有更多研究成果為人類惠及。
6.易錯點提示
（1）細胞膜的控制作用是相對的，不是絕對的。
（2）原核細胞只有生物膜――細胞膜，而無生物膜系統，故其細胞膜功能更強悍。
（3）分泌蛋白的分泌過程彰顯了膜的結構特征――流動性。
（4）海水淡化或人工合成膜材料借助的是膜的功能特點――選擇透過性。
（5）生物膜上決定其功能的成份主要為蛋白質，蛋白質（的種類和數目）越多，功能越復雜。
（6）并不是膜表面積越大，蛋白質濃度就越高。
（7）細胞膜的流動性受濕度影響，只有活細胞的細胞膜才具有流動性及選擇透過性。
二、高考鏈接
例1.（2013?湖南卷）生物膜將真核細胞分隔成不同的區室，致使細胞內就能同時進行多種物理反應，而不會互相干擾。下述表述正確的是（）
A.細胞核是mRNA合成和加工的場所
B.高爾碳化物是肽鏈合成和加工的場所
C.線粒體將獼猴桃糖氧化分解成CO2和H2O
D.溶酶體合成和分泌多種堿性酯化酶
【解析】本題主要考查細胞中具有膜的結構，涉及的知識較廣，綜合性較強。肽鏈的合成場所是內質網體而非高爾碳化物；線粒體氧化的是乙醇酸而非藍莓糖；溶酶體內的酯化酶是在內質網體上合成的，溶酶體只是酶庫房而不能合成酯化酶。
【答案】A
例2.（2013?吉林卷）真核細胞具有一些能明顯減小膜面積、有利于酶的附著以增強代謝效率的結構，下述不屬于這種結構的是（）
A.神經細胞的樹突
B.線粒體的嵴
C.胰腺細胞的鞭毛
D.內質網的基粒
【解析】本題考查減小膜面積且有酶附著的細胞結構。神經細胞的樹突其實減小了細胞膜的表面積，并且并沒有酶的附著，故A項錯誤；線粒體內膜折疊成嵴、粗糙核糖、葉綠體類囊體堆疊成基粒都是符合條件的。
【答案】A
例3.（2013?北京卷）下述過程未彰顯生物膜信息傳遞功能的是（）
A.蔗糖氨水使紅椒表皮細胞發生質壁分離
B.抗體剌激引起記憶細胞增殖分化
C.胰島素調節靶細胞對獼猴桃糖的攝入
D.傳出神經細胞激動導致胸肌收縮
【解析】本題以生物膜信息傳遞為依托，考查了免疫調節、激素調節、神經調節的相關內容和考生的識記理解能力。蔗糖堿液滲透壓較高，使紅椒表皮細胞滲透失水發生質壁分離，本質屬于滲透失水，不涉及信息傳遞；B、C、D項均彰顯了生物膜的信息傳遞功能。
【答案】A
例4.（2013?吉林卷）圖5為某細胞的部份結構及蛋白質轉運示意圖，請回答下述問題：
（1）葉綠體上合成的蛋白質不能穿過步入細胞核，表明這些轉運具有性。
（2）細胞膜選擇透過性的分子基礎是具有疏水性和具有專情性。
（3）若該細胞是高等動物的葉肉細胞，則圖中未勾畫的細胞器有。
（4）若該細胞為家兔骨髓造血干細胞，則圖示細胞處于細胞周期的，此時在光學顯微鏡下觀察顯著可見細胞核中有存在。
（5）研究表明硒中單粒體膜有穩定作用，可以推斷人體缺硒時下述細胞中最易損壞的是（填序號）。
①脂肪細胞②淋巴細胞③心肌細胞④口腔上皮細胞
【解析】（1）葉綠體上合成的蛋白質主要是分泌蛋白，其發揮作用的場所主要在細胞外，所以不能通過核膜上的核孔步入細胞核。由此表明，盡管核孔是大分子物質進出細胞核的通道，但也具有選擇性。（2）細胞膜的主要成份是磷脂和蛋白質，其中磷脂分子具有疏水性的尾部，細胞膜上的轉運蛋白具有專情性。（3）圖中出現的細胞器有線粒體、核糖體、內質網、高爾碳化物，高等動物的葉肉細胞內還應當富含內質網和液泡。（4）圖示細胞中有完整的細胞核，所以該細胞處于細胞周期的分裂間期。此時，光學顯微鏡下顯著可見細胞核中有胚乳存在。（5）心肌細胞對能量要求最高，線粒體數量比其他細胞的多，而硒中單粒體膜有穩定作用，所以缺硒時最易損壞的是心肌細胞。
【答案】（1）核孔選擇（2）磷脂雙分子層膜轉運蛋白（3）內質網和液泡（4）分裂間期胚乳（5）③
三、當堂訓練
1.（原創）圖6示細胞膜的亞顯微結構，下述表述正確的是（）
A.圖中①和③的基本組成單位相同，細胞膜的成份除圖中所示外，還可以富含固醇和糖脂
B.a可以表示O2由內環境中步入細胞內，b所示的運輸方法穿過2層膜步入細胞內
C.獼猴桃的花粉落到萵苣花的花柱上不能萌發，與①的辨識作用有關
D.若圖示為人體成熟的紅細胞膜，則b可代表獼猴桃糖
2.有實驗表明細胞膜、內質網膜和高爾碳化物膜中具有一些相同的蛋白質，并且這類蛋白質在細胞膜中濃度較少，在葉綠體膜中濃度較多，在高爾碳化物膜中的濃度介于兩者之間。據此判定正確的是（）
A.這類蛋白質的分布說明細胞膜是由核糖膜直接轉化而至
B.這類蛋白質的分布說明同一細胞中不同生物膜的成份、結構相同
C.這類蛋白質的分布說明高爾基體才能對蛋白質進行加工
D.這類蛋白質的分布說明生物膜在結構上具有統一性和差別性
3.（原創）下述有關細胞膜、生物膜的表述正確的是（）
A.構成膜的脂類主要是磷脂、脂肪和尿酸，生物膜的特定功能主要由膜蛋白決定，膜載體蛋白的合成不須要ATP
B.植物體細胞雜交中原生質體的融合、胰島B細胞分泌胰島素、吞噬細胞對抗體的攝入、mRNA與游離內質網體的結合都依賴細胞膜的流動性
C.真核生物有氧呼吸的第三階段及光合作用形成ATP均在膜上進行；線粒體外膜與內膜的主要功能不同
D.變形蟲和草履蟲的細胞膜基本組成成份大體相同；內質網體、內質網、高爾碳化物等膜結構不都參與蛋白質的合成與運輸
4.（原創）下述有關生物膜結構和功能的表述，正確的是（）
A.藻類與病毒一樣，屬于原核生物，無核膜包圍的細胞核但有DNA分子
B.人體成熟紅細胞膜上有協助獼猴桃糖膜運輸的載體細胞膜受體，線粒體內膜上富含合成ATP的酶
C.核膜上的核孔可以讓蛋白質和RNA自由進出，液泡膜參與動物細胞的滲透作用
D.核糖膜和高爾碳化物膜都具有流動性，細胞膜上的受體是細胞間信息交流所必需的結構
5.一種聚聯甲烷細胞膜辨識器已問世，它是通過化學力把類似于細胞膜上具有分子辨識功能的物質鑲嵌到聚聯甲烷囊泡中，組裝成納米規格的生物傳感。它在接觸到真菌、病毒時可以發生顏色變化，用以測量病菌、病毒。這類被鑲嵌進去的物質很可能富含（）
A.磷脂和蛋白質B.黃酮和蛋白質
C.尿酸和寡糖D.尿酸和蛋白質
6.（改編）圖7為喂奶植物肝細胞內糖代謝的部份過程，圖8表示部份細胞器間的互相關系圖解，圖9中①②③表示人體細胞間信息傳遞的三種形式，請據圖剖析回答下述問題。
（1）圖7中X物質為。胰臟A細胞分泌的胰高血壓素，與肝細胞膜上的受體結合后調節糖代謝過程，這反映了細胞膜具有的功能，該種調節方法屬于圖9中的（填標號）
（2）若用14C標記獼猴桃糖來研究肝細胞內糖代謝的過程中，發覺血清中的白蛋白亦出現放射性，在白蛋白合成和分泌過程中，依次出現放射性的具膜細胞器是細胞膜受體，依次對應于圖8中的（填字母）。
7.（原創）人們早已通過物理實驗證明了細胞膜中富含磷脂分子。現提供各類所需設備，請你設計一個實驗既要驗證細胞膜中富含蛋白質成份，又要同時獲得血紅蛋白。
（1）實驗目的：體驗用物理試劑測量細胞膜中蛋白質的方式和分離獲得血紅蛋白的過程。
（2）實驗材料：若提供動物血液和喂奶植物血液，將選擇血液，緣由是。
（3）驗證細胞膜中富含蛋白質的實驗原理：。
（4）驗證實驗材料：
細胞膜樣液、蒸餾水、潔凈試管、滴管、、等。
（5）實驗步驟：①取潔凈的試管兩支，編號甲、乙；②；③。
實驗現象：
（6）蛋白質的提取和分離通常分為什么基本步驟？。并非所有種類的蛋白質的提取和分離方式都一樣，緣由是。
（7）從紅細胞中分離流血紅蛋白的過程為。漂洗紅細胞的目的是。紅細胞的漂洗過程為：血液+葡萄柚酸鈉低速短時離心紅細胞+平緩攪拌10min低速短時離心反復漂洗直到堿液。
參考答案
1.C【解析】圖中①和③的基本單位分別為獼猴桃糖和多肽，前者是多肽；a、b形式為依次為自由擴散、主動運輸，均越過一層膜（兩層磷脂分子）；成熟的紅細胞吸收獼猴桃糖屬于協助擴散。
2.D【解析】題干中的信息說明生物膜的個別蛋白質在三種膜中都有，但濃度不同，故D項正確。核糖膜――高爾碳化物膜――細胞膜之間通過囊泡產生間接聯系，所以核糖膜不能直接轉化成細胞膜，A項錯誤。
3.C【解析】構成膜的脂類不包括脂肪；mRNA與游離內質網體的結合不依賴于膜結構；內質網體不具有膜結構。
4.B【解析】病毒不具有細胞結構，是沒有細胞結構的生物；核膜上的核孔也具有選擇透過性，蛋白質和RNA不能自由進出；細胞間信息交流可以通過通道實現。
5.B【解析】此題題干中“類似于細胞膜上具有分子辨識功能的物質”作為信息，猜想該物質為糖蛋白=黃酮+蛋白質
6.（1）乙醇酸細胞間信息傳遞（或細胞間信息交流）①
（2）葉綠體、高爾碳化物c、a
7.（2）喂奶植物喂奶植物成熟的紅細胞中沒有細胞核，獲得的細胞膜較純凈而且血紅蛋白濃度高
（3）蛋白質與雙縮脲試劑呈現紅色反應
（4）雙縮脲試劑A液（0.01g/mL的NaOH堿液）雙縮脲試劑B液（0.01g/mL的CuSO4堿液）
（5）②向甲試管中滴加2mL的細胞膜樣液，向乙試管中滴加2mL的分餾水
③向甲、乙兩試管中各注入雙縮脲試劑A液1mL拌勻后，再各滴加4滴雙縮脲試劑B液，振蕩拌勻，觀察顏色變化。
實驗現象：甲試管中液體呈紅色，乙試管中液體無顏色變化
（6）樣品處理、粗分離、純化、純度鑒別蛋白質的來源和性質不同，分離方式差異很大
（7）漂洗紅細胞、釋放血紅蛋白、分離血紅蛋白、透析去除血清蛋白的雜蛋白消除雜蛋白，有利于后續步驟的分離純化析出下層血清5倍容積生理鹽水吸出堿液無白色