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第四章 细胞的物质输入和输出 自主梳理、背诵课本重要段落
1、渗透作用概念？方向？两个条件？ 背诵P62第三段
2、动、植物细胞吸水、失水的原理？ 动、植物细胞相当于半透膜的结构？
3、成熟植物细胞的标志？ 什么是原生质层？ 背诵P63最后一段
4、质壁分离是指什么？要观察质壁分离以及复原现象选材？质壁分离的原因 （1个外因+2个内因）？背诵P65第一段
5、分析质壁分离中的变化：液泡体积、液泡颜色、细胞液浓度、细胞吸水能力？细胞体积？在质壁分离复原中呢？
质壁分离后，细胞壁与细胞膜之间的物质是？
6、探究植物细胞的吸水、失水实验： 三次低倍镜观察，自身前后对照 引流法、重复几次的目的？ P64实验
7、可使植物细胞质壁分离自动复原的溶液？分析植物细胞在KNO3溶液中发生质壁分离自动复原的原因？
8、载体蛋白、通道蛋白的概念？（是否需要结合运输物质、自身构象是否改变）P67第一段
9、水分子的运输方式？主要方式？ P67第二段
10、比较：自由扩散、协助扩散、主动运输（运输方向、是否耗能、是否需要转运蛋白、影响因素及曲线、实例）
11、主动运输中载体蛋白的特点？（特异性体现在哪里？空间结构发生变化的条件？运输完成后的变化？）P69第二段
结合P88 图5-7 理解
12、主动运输的意义？ P70第一段
13、胞吞胞吐的过程？（耗能；是跨膜运输；跨膜0层；需要膜上蛋白质的参与；运输的不一定是大分子） P71第二段
14、细胞膜具有选择透过性的结构基础？ P72第二段
红细胞置于溶液中
红细胞正常，无变化
外界溶液浓度____细胞质的浓度
外界溶液浓度____细胞质的浓度
外界溶液浓度____细胞质的浓度
=
<
>
红细胞膨胀，甚至涨破
红细胞吸水
红细胞皱缩
红细胞失水
充当半透膜的是？
动物细胞相当于一个渗透装置。动物细胞通过渗透作用吸水或失水
成熟植物细胞 置于溶液中
外界溶液浓度____细胞液的浓度
外界溶液浓度____细胞液的浓度
外界溶液浓度____细胞液的浓度
植物细胞膨胀
植物细胞吸水
植物细胞正常，无变化
质壁分离
植物细胞失水
成熟植物细胞是一个渗透装置，通过渗透作用吸水或失水。
>
<
=
渗透作用：指水或其它溶剂分子通过半透膜的扩散
总结：水的运输方向
①从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透
②顺浓度梯度运输（高浓度流向低浓度）
③水由低浓度溶液流向高浓度溶液
一、水进出细胞的原理
1）概念：
3） 发生条件:
具有半透膜；半透膜两侧的溶液具有浓度差
4）对渗透作用的理解
溶液A浓度大于溶液B，水分子净移动方向从B A移动
溶液A浓度小于溶液B，水分子净移动方向从A B移动
水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散，称为渗透作用。
2） 渗透的方向：双向移动，总体单向
1. 渗透作用
5）最终漏斗内液面升高，最终液面高的一侧浓度仍然高
6）浓度是溶质物质的量浓度，不是溶质的质量浓度。
7）液面稳定时，处于动态平衡，两者之间还是有水分子进出，只不过数目基本相同。
半透膜：某些物质可透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜
选择透过性膜：是生物膜，具有选择透过性
如果在漏斗中加入蔗糖酶，液面会怎么变化？
单糖不能通过时
单糖能通过时
继续上升，到稳定
先升后降，最终内外相等
一、渗透作用模型
思考：
1.漏斗内的液面为何会升高？会无限制的升高吗？
2.达到动态平衡时，是否有水分子进出细胞？
3.动态平衡时，半透膜两侧的浓度相等吗？
1.由于单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量多于从长颈漏斗渗出的水分子数量，使得管内液面升高
当管内的液面上升到一定高度之后,管中的水柱产生的压力将加快漏斗中水分向外扩散的速度，最终达到平衡,液面将不再上升
渗透作用发生的条件：①半透膜；②膜两侧具有浓度差
半透膜：某些物质可透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜
选择透过性膜：是生物膜，具有选择透过性
思考：
1.半透膜和选择透过性膜
2.①原生质层指？
②细胞液指哪种结构中的液体？
③为何要比较细胞液浓度与外界溶液浓度的大小？
④根表皮细胞主要通过渗透作用吸水，是因为具有哪种结构？
3.关于浓度差
选择透过性的结构基础：细胞膜上转运蛋白的种类和数量，或转运蛋白空间结构的变化 P72
例题：体积与质量浓度相等的葡萄糖溶液和蔗糖溶液用半透膜隔开，
①半透膜只允许水分子通过，不允许葡萄糖和蔗糖通过开始液面相等，一段时间后液面变化？
②半透膜允许水分子和葡萄糖通过，不允许蔗糖通过。开始液面相等过一段时间后将会怎样变化？
变式：如果是将质量浓度改为物质的量浓度呢？
[特别提醒]　发生渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达平衡状态，既不可看作没有水分子移动也不可看作两侧溶液浓度相等。
A．甲高于乙 B．先甲低于乙，后乙低于甲
C．乙高于甲 D．先甲高于乙，后乙高于甲
①A
②D
在一只U型管底部中央放置了不允许二糖通过的半透膜（对单糖的通透性未知）；
将U形管左侧和右侧分别倒入等量的质量分数相等的蔗糖溶液和麦芽糖溶液；
在U形管的两侧同时滴入等量的麦芽糖酶溶液；
分析右侧液面的变化情况。
感受模考题
若半透膜不允许单糖分子通过，液面升高至一定高度后停止
若半透膜允许单糖分子透过，液面先上升至一定高度后再下降。
2.质壁分离及其复原实验----植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)
2. 原理和现象
1）成熟植物细胞的结构
注意：
1.只有活的、成熟的(有大液泡)的植物细胞才能发生质壁分离
2.质壁分离的原因：P65
内因：1.原生质层的伸缩性比细胞壁的大2.原生质层相当于半透膜
外因（即外在条件）：外界溶液浓度大于细胞液的浓度
3.质为原生质层，壁为细胞壁
4.质壁分离与复原发生的生理学基础：细胞膜、液泡膜的流动性和选择透过性
注意：对于成熟的植物细胞，水进出细胞主要指水经过原生质层进出液泡。P63
，液泡内的液体为细胞液
2. 实验步骤——观察植物细胞的质壁分离和复原实验
选材特点：洋葱鳞片叶外表皮有大液泡，细胞液为紫色，便于观察。此外，用黑藻细胞也可以，因为黑藻细胞的细胞质中含有较多绿色的叶绿体，也可以明显观察到质壁分离现象。洋葱内表皮细胞也可以发生质壁分离，但不宜观察
选用0.3g/ml蔗糖溶液的原因：既能明显出现质壁分离现象，又不会因浓度过高造成植物细胞因失水过多而死亡。
注意：1.整个实验过程只用到低倍显微镜；2.滴加蔗糖引流的目的是使洋葱鳞片叶表皮浸润在蔗糖溶液中；3.该实验三次观察前后对照
注意：1.由于细胞壁是全透的，因此发生质壁分离时，在原生质层和细胞壁之间的溶液是外界溶液；2.细胞失水越多，细胞液的浓度越大，吸水能力越强
从盖玻片一侧滴入蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸引，重复几次。
从盖玻片一侧滴入清水，在另一侧用吸水纸吸引，重复几次。
二、探究植物细胞的失水和吸水
思考1：关于3次观察
在“观察植物细胞的质壁分离和复原”的实验中,对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了三次观察。 下列有关叙述正确的是
A．第一次观察时容易看到紫色大液泡和较大的无色细胞质基质区域
B．第二次观察时可以发现细胞质壁分离首先发生在细胞的角隅处
C．吸水纸的主要作用是吸除滴管滴加的多余液体,以免污染镜头
D．为了节约实验时间,通常可以省略第一次显微观察步骤
质壁分离及其复原实验进一步思考
思考1：关于3次观察
在“观察植物细胞的质壁分离和复原”的实验中,对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了三次观察。 下列有关叙述正确的是
A．第一次观察时容易看到紫色大液泡和较大的无色细胞质基质区域
B．第二次观察时可以发现细胞质壁分离首先发生在细胞的角隅处
C．吸水纸的主要作用是吸除滴管滴加的多余液体,以免污染镜头
D．为了节约实验时间,通常可以省略第一次显微观察步骤
质壁分离及其复原实验进一步思考
引流的目的？
是使洋葱鳞片叶表皮细胞浸润在蔗糖溶液\清水中
思考2：质壁分离实验能证明什么？
成熟植物细胞的死活
原生质层比细胞壁的伸缩性大
成熟植物细胞能进行渗透吸水
水分子可以通过自由扩散进入细胞
水分子可以通过通道蛋白进入细胞
外界溶液浓度大于细胞液浓度
原生质层具有选择透过性
思考3：自动复原现象：
1.一个成熟的植物细胞放于一定浓度的 KNO3溶液中,先质壁分离，后自动复原
2.过程：开始时，外界KNO3溶液的浓度大于细胞液浓度，植物细胞由于失水而发生质壁分离；但由于K+和NO3－是植物需要的离子，可被植物细胞主动吸收，使细胞液的浓度升高，当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞渗透吸水，引起质壁分离自动复原。
3.能自动复原的物质：KNO3溶液、甘油、尿素、乙二醇、葡萄糖
√
√
√
√
√
X
X
1.不同外界溶液中植物细胞的变化分析
将成熟植物的细胞依次浸于蒸馏水、物质的量浓度为0.3 mol/L的蔗糖溶液和0.5 mol/L的尿素溶液中，原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积随时间变化如图，分析如下：
(1)A曲线表示细胞在蒸馏水中：细胞略膨胀，但是由于细胞壁的存在，原生质体的体积不能无限膨胀。
(2)B曲线表示细胞在0.5 mol/L的尿素溶液中：细胞先因渗透失水而发生质壁分离，后由于尿素能进入细胞，使得质壁分离后的细胞因吸水而自动复原；KNO3、甘油、乙二醇等溶液中也可发生质壁分离后自动复原现象。
(3)C曲线表示细胞在0.3 mol/L的蔗糖溶液中：蔗糖不能进入细胞，因此质壁分离后细胞不能发生自动复原。
关键点拨
1）判断成熟植物细胞是否是活细胞
2）测定细胞液浓度范围
3）比较不同植物成熟细胞的细胞液浓度或溶液浓度的大小
4）鉴别不同种类的溶液（如KNO3和蔗糖溶液）
拓展 植物细胞质壁分离及复原的应用
运输方向 能量 转运蛋白 影响因素 举例
自由扩散 （顺浓度） 从高浓度 向低浓度 不耗能 不需要 浓度差 小部分水、气体、
脂溶性物质（苯、乙醇、甘油、脂肪酸、尿素、胆固醇、维生素D、性激素）
协助扩散 需要 载体蛋白或通道蛋白 浓度差、 转运蛋白的数量 1.红细胞吸收葡萄糖
2.水通道蛋白运输水
3.K+通道运输K+
主动运输 （逆浓度） 从低浓度 向高浓度 耗能 需要 载体蛋白 能量、 载体蛋白的数量 大多数离子
肾小管重吸收葡萄糖、氨基酸...
小肠细胞吸收葡萄糖、氨基酸...
三、物质跨膜运输的方式（离子、小分子）
思考（一）——跨膜运输方式的判断：
1.结合生物膜的结构，考查物质跨膜运输的方式
2.跨膜运输与膜的选择透过性和流动性有关
3.课本P74—T2
三、物质跨膜运输方式
①主动运输：氨基酸、核苷酸、葡萄糖、离子 （主动运输的意义是什么？都是逆浓度梯度进行的）
②自由扩散：尿素、O2、CO2、甘油、胆固醇、性激素、维生素D、乙醇、乙二醇、苯等
③协助扩散：葡萄糖进入红细胞、Na+内流、K+外流、顺浓度梯度的有机小分子等
④胞吞、胞吐：大分子、神经递质、固体、液体等
思考（二）——胞吞胞吐：
1. 胞吞、胞吐过程的实现与生物膜结构的特性有什么关系？
2.思维判断：
①胞吞、胞吐的方式运输的一定是大分子
②大分子的运输都是胞吞胞吐
③主动运输一定消耗能量，消耗能量的一定是主动运输
1.①细胞膜结构的流动性是胞吞、胞吐的基础;②胞吞、胞吐过程中膜的变形本身也体现了膜的流动性
2.①×（神经递质有的是大分子，有的
是小分子，但要通过胞吐）
②×（通过核孔）
③×（胞吞胞吐也消耗）
介绍转运蛋白
1.载体蛋白、通道蛋白的作用机制是什么？
2.运输方式与转运蛋白的类型
①载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，转运时发生自身构象（空间结构）的改变。
②通道蛋白只容许与自身通道的直接和形状相适配、大小和电荷相适应的分子或离子通过，分子或离子不与通道蛋白结合
①协助扩散：通过载体蛋白或通道蛋白
②主动运输：通过载体蛋白
1.由于不同离子或分子的大小和性质不同，不同蛋白质的空间结构差别也很大，所以一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合。
2.对于主动运输而言（逆浓度跨膜运输）：离子或小分子与载体蛋白的特定部位结合，在细胞内化学反应释放的能量推动下，载体蛋白的空间结构发生变化，将结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧，载体蛋白随后又恢复原状。 P69
思考：正常情况下，支气管上皮细胞在运输氯离子时，氯离子首先与CFTR蛋白结合，在细胞内化学反应释放的能量推动下，CFTR蛋白的自身构象发生变化，从而将它所结合的氯离子转运到膜的另一侧。此过程，氯离子只能与CFTR蛋白结合的原因是什么？
氯离子的大小和性质与CFTR的结合部位相适应
胞吞胞吐了解
像蛋白质这样的生物大分子，通过胞吞或胞吐进出细胞，其过程也需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分层的流动性。
大分子物质通过胞吞进入胞内，是通过受体分子介导的。首先，大分子结合到细胞表面特定的受体上，大分子与受体结合后，这部分细胞膜内陷，并最终从膜上脱落下来形成小囊泡，由于受体与大分子特异性结合，加之膜内陷与形成囊泡的速度极快，囊泡中含有的胞外液非常少。
细胞内合成的一些大分子若需转运到细胞外，首先包裹在囊泡中，然后转移到细胞膜并与细胞膜融合，囊泡中的物质排出细胞外，囊泡的膜成为细胞膜的一部分。对于一些特殊的细胞，它们分泌的物质如激素，神经递质等，也是通过这种方式释放到细胞外。但是，分泌产物的释放是受特定信号调节的。首先是分泌分子由囊泡包裹，移向细胞膜，当细胞接受到分泌信号后，囊泡与细胞膜融合，将分泌分子释放到胞外。
根据能量的来源不同，主动运输分为三种类型：ATP驱动泵（利用ATP水解供能）、协同转运（利用离子梯度动力）、光驱动泵（利用光能）。
协同运输：是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，维持这种电化学势能的是钠钾泵或质子泵。在动物细胞，参与协同运输的离子常常是Na+。
分析各图 主动运输
感受模考题
植物叶肉细胞中合成的蔗糖不断运出，再由筛管转运到其他部位。如图为蔗糖分子逆浓度转运至筛管细胞的示意图，①②是筛管细胞膜上的蛋白质。下列相关叙述错误的是
（　　）
A. ①具有运输H+和催化ATP水解的功能
B. 筛管细胞膜内侧的H+的浓度高于外侧
C. 蔗糖分子通过②进入筛管细胞方式为主动运输
D. 维持筛管细胞膜内外正常的H+浓度梯度有利于蔗糖运输
B
小肠上皮细胞吸收葡萄糖或各种氨基酸，就是伴随着Na+从细胞外流入细胞内而完成的。在小肠上皮细胞的肠腔面侧分布着Na+-葡萄糖转运体，其上有两个结合位点，可分别与肠腔中的Na+和葡萄糖相结合。
体验高考—葡萄糖进出小肠绒毛上皮细胞
载体
主动运输
葡萄糖浓度差
吸收面积
主动运输
协助扩散
现行教材P69：小肠液中氨基酸、葡萄糖的浓度远远低于它们在小肠上皮细胞中浓度
ATP为主动运输提供能量的一种常见情况 P88
实验设计
1.柽柳是强耐盐植物，它的叶子和嫩枝可以将吸收到植物体内的无机盐排出体外。柽柳的根部吸收无机盐离子是主动运输还是被动运输？如何设计实验进行证明？ 课后题P72
①取生长发育相同的柽柳幼苗随机均分为甲、乙两组，放入适宜浓度的含有Ca2+、K+的溶液中。
②甲组给予正常的呼吸条件，乙组抑制细胞呼吸，其他条件相同且适宜。
③一段时间后测定两组植株根系对Ca2+、K+的吸收速率。
预测结果并分析：
若两组植株对Ca2+、K+的吸收速率表现为甲组明显大于乙组，则说明柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是主动运输。
若两组植株对Ca2+、K+的吸收速率相同，说明柽柳从土壤中吸收无机盐的方式是被动运输。
2.如何设计实验验证植物细胞吸收无机盐时有选择性？
用不同无机盐离子的溶液培养不同植物，
测定比较同一植物吸收不同离子及不同植物吸收同一离子的情况
ATP合酶是一种功能复杂的蛋白质，与生物膜结合后能催化ATP的合成，其作用机理如下图所示，请据图回答：
（1）生物膜结构的基本支架是 ，在真核细胞中，该酶主要分布于 （填生物膜名称）
（2）分析此图可知H+跨越该膜的运输方式是 ，判断依据是 。
（3）推测好氧性细菌细胞的 上存在该酶，理由是 。
例题——模考题
（1）磷脂双分子层
线粒体内膜、类囊体薄膜
（2）协助扩散
顺浓度梯度，需要转运蛋白协助且不消耗能量
（3）细胞膜
因为该酶与生物膜结合后能催化ATP的合成，而好氧性细菌的膜结构只有细胞膜
1.物质浓度（在一定的浓度范围内）
2.氧气浓度
3.温度
自由扩散
协助扩散或主动运输
自由扩散或协助扩散
主动运输
思考：
1.P点的限制因素
2.能量与物质运输速率的关系曲线图怎样画？
3.哺乳动物成熟的红细胞吸收钾离子与氧气浓度的关系曲线图怎样画？
四、影响跨膜运输的因素

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