资源简介

物质出入细胞的方式
考点一：细胞的吸水和失水
1. 渗透作用：
（1）含义：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。
（2）方向：从水相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。
（3）渗透现象：
2. 水进出动物细胞（以哺乳动物红细胞为例）
（1）动物细胞所形成的“渗透装置”
半透膜：细胞膜。
浓度差：细胞质与外界溶液之间的浓度差。
（2）现象
当外界溶液浓度大于细胞质的浓度时，细胞失水。
当外界溶液浓度等于细胞质的浓度时，水分子进出平衡。
当外界溶液浓度小于细胞质的浓度时，细胞吸水。
水进出植物细胞（以成熟植物细胞为例）
（1）半透膜（原生质层）：细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
（2）浓度差：细胞液与外界溶液之间的浓度差。
外界溶液浓度大于细胞液浓度时，发生质壁分离现象。
外界溶液浓度小于细胞液浓度时，发生质壁分离复原现象。
※半透膜、选择透过性膜以及生物膜的区别：
概念范畴 特点
半透膜 物理学上的概念 物质能否通过半透膜取决于半透膜孔隙直径的大小
选择透过性膜 生物学上的概念 具有生物活性，即使是小分子，只要不是细胞选择吸收的，也不能通过。选择透过性膜可以看成是功能完善的一类半透膜
生物膜 活的生物膜属于选择透过性膜。当细胞死亡后，细胞膜等生物膜变为全透性
植物细胞的质壁分离和复原：
（1）实验原理：成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，细胞液具有一定的浓度，能够渗透失水和吸水。
（2）实验步骤及现象：
制作装片：制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片。
低倍镜观察：有一个紫色的中央大液泡，原生质层紧贴细胞壁。
滴加蔗糖溶液：在盖玻片的一侧滴加蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸引。
低倍镜观察：观察液泡大小和原生质层的位置。
滴加清水：在盖玻片的一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸吸引。
低倍镜观察：观察液泡大小和原生质层的位置。
（3）发生质壁分离的原因
外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度。
内因：原生质层比细胞壁的伸缩性大。
对渗透现象的解释：
如图为研究渗透作用的实验装置，漏斗内溶液（S1）和漏斗外溶液（S2）为两种不同浓度的蔗糖溶液，漏斗内外起始液面一致。渗透平衡时液面差为△h。
（1）漏斗内液面上升的原因：S1溶液浓度大于S2溶液浓度，单位时间内由S2溶液进入S1溶液的水分子数多于由S1溶液进入S2溶液的水分子数，导致S1溶液增多，漏斗内液面上升。即水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的
一侧渗透。
漏斗内液面停止升高的原因：随着液面差△h不断增大，漏斗内液体压强不断增大，使水分子流出漏斗的速度加快，同时半透膜两侧溶液的浓度差不断减小，使水分子流入漏斗的速度减慢，最终导致水分子进出漏斗的运动达到平衡，漏斗内液面停止升高。
判断细胞能否发生质壁分离及复原：
从细胞角度分析：活的、有大液泡和细胞壁的细胞能发生质壁分离及复原现象，而死细胞或动物细胞不能发生质壁分离及复原现象。
※成熟且有中央大液泡的植物细胞更容易发生质壁分离及复原现象，未成熟的植物细胞因没有大液泡而不能发生质壁分离现象，例如根尖分生区细胞。
（2）从溶液角度分析：细胞放人能保持细胞活性且与细胞液存在浓度差但溶质不能被细胞吸收的溶液中，只能发生质壁分离现象；细胞放入能保持细胞活性、与细胞液存在浓度差且溶质能被细胞吸收的溶液中，则能发生质壁分离及自动复原，例如溶质为葡萄糖、KNO3、尿素、乙二醇等的溶液。
※溶液浓度过高会导致细胞因失水过多而死亡，不能发生质壁分离复原；盐酸、酒精、醋酸等能杀死细胞，使原生质层失去选择透过性，不能作为探究植物细胞吸水与失水实验的溶液。
例题1：红细胞在高渗NaCl溶液（浓度高于生理盐水）中体积缩小，在低渗NaCl溶液（浓度低于生理盐水）中体积增大。下列有关该渗透作用机制的叙述，正确的是（ ）
A.细胞膜对Na＋和Cl﹣的通透性远高于水分子，水分子从低渗溶液扩散至高渗溶
B.细胞膜对水分子的通透性远高于Na＋和Cl﹣，水分子从低渗溶液扩散至高渗溶液
C.细胞膜对Na＋和Cl﹣的通透性远高于水分子，Na＋和Cl﹣从高渗溶液扩散至低渗溶液
D.细胞膜对水分子的通透性远高于Na＋和Cl﹣，Na＋和Cl﹣从高渗溶液扩散至低渗溶液
【答案】B
【解析】由于Na＋和Cl﹣进出细胞需要载体协助，而水分子主要通过水通道蛋白进出细胞，所以细胞膜对水分子的通透性高于Na＋和Cl﹣。又因为渗透作用是指水分子等溶剂分子由低浓度的溶液向高浓度的溶液扩散，所以水分子从低渗溶液扩散至高渗溶液，B正确。
例题2：质壁分离和质壁分离复原是某些生物细胞响应外界水分变化而发生的渗透调节过程。下列叙述错误的是（ ）
A.施肥过多引起的“烧苗”现象与质壁分离有关
B.质壁分离过程中，细胞膜可局部或全部脱离细胞壁
C.质壁分离复原过程中，细胞的吸水能力逐渐降低
D.1 mol/L NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液的渗透压大小相等
【答案】D
【解析】施肥过多，土壤中的溶液渗透压增大，植物根细胞失水发生质壁分离而造成植株萎蔫的“烧苗”现象，A正确；质壁分离过程中，由于原生质体体积逐渐缩小，会导致细胞膜局部或全部脱离细胞壁，B正确；质壁分离复原过程中，随着细胞吸水，细胞液渗透压逐渐下降，吸水能力逐渐降低，C正确；溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目，溶质微粒越多，即溶液浓度越高，对水的吸引力越大，1mol/L的NaCI溶液中，NaCl电离出的离子浓度为2mol/L，
而1 mol/L的蔗糖溶液中，蔗糖分子几乎不电离，即蔗糖分子浓度为l mol/L，比较它们溶质微粒数就可以判断出l mol/L的NaCl溶液渗透压更大，D错误。
考点二：物质出入细胞的方式
一、自由扩散和协助扩散
1. 概念：物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
2. 类型：
（1）自由扩散：
概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞。
特点：顺浓度梯度；不需要载体；不需要能量。
举例：气体、脂质小分子等。
（2）协助扩散：
概念：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式。
特点：顺浓度梯度；需要载体；不需要能量。
举例：钾离子通过通道蛋白进出细胞。
影响因素：
（1）被动运输的速率直接受膜内外物质浓度梯度大小的影响。
（2）协助扩散的速率还与转运蛋白的数量有关。
4. 转运蛋白：
（1）分类：载体蛋白和通道蛋白。
（2）特点：具有特异性。
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，且每次转运时都会发生自身构象的改变。
通道蛋白：只容许与自身通道的直径和形状相适配，大小和电荷相适宜的分子或离子通过。分子或离子不需要与通道蛋白结合。
（3）实例
水分子的运输更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞。还可以以自由扩散方式进出细胞。
细胞膜上还存在一些无机盐离子的通道蛋白。（例如：Na＋通道、K＋通道）
二、主动运输
1. 概念：物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫做主动运输。
2. 过程：
（1）K＋、Na＋和Ca2＋等离子和其他物质在逆浓度梯度跨膜运输时，首先与载体蛋白的特定部位结合，一种载体蛋白通常只与一种或一类离子或分子结合。
（2）离子或分子与载体蛋白结合后，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，就将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧并释放出来。
（3）载体蛋白随后又恢复原状，又可以去转运同种物质的其他离子或分子。
3. 特点：
（1）逆浓度梯度运输。
（2）需要能量。
（3）需要载体蛋白的协助。
4. 实例：小肠绒毛上皮细胞对Na＋、K＋、葡萄糖、氨基酸等的吸收。
5. 生理意义：通过主动运输来选择吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，从而保证活细胞和个体生命活动的需要。
6. 影响因素：
（1）细胞外物质。
（2）浓度。
（3）载体蛋白。
（4）能量
三、胞吞与胞吐
1. 胞吞和胞吐的定义：
（1）胞吞：大分子与膜上的蛋白质结合，从而引起这部分细胞膜内陷形成小囊，包围着大分子。然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部。
（2）胞吐：细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞。
2. 胞吞和胞吐的实例：
（1）胞吞：变形虫摄食、吞噬细胞吞噬细菌等。
（2）胞吐：乳腺细胞合成蛋白质、内分泌腺分泌细胞合成蛋白质类激素、消化腺细胞分泌消化酶的过程。
3. 特点：需要消耗细胞呼吸所释放的能量。
4. 细胞的物质输入和输出的基础：
（1）转运蛋白的种类和数量或空间结构的变化对物质跨膜运输起决定性作用，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。
（2）胞吞或胞吐过程需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性。
※物质进出细胞运输方式的比较：
方式 被动运输 主动运输 胞吞、胞吐
自由扩散 协助扩散
运输方向 高浓度→低浓度 低浓度→高浓度 细胞内（外）→细胞外（内）
是否需要 载体蛋白 不需要 需要 需要 不需要
能量 不消耗 不消耗 消耗 消耗
模型
举例 O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯 红细胞吸收葡萄糖 小肠吸收葡萄糖、无机盐等 胞吞：变形虫摄取单细胞生物 胞吐：分泌蛋白的释放
物质进出细胞方式的判断
（1）通过物质的种类，判断物质跨膜运输方式
分子很小的物质和脂溶性物质的跨膜运输一般都是自由扩散，常见的如：小分子物质：水、氧气、氮气、二氧化碳等；脂溶性物质：甘油、性激素、维生素D等。
分子稍大一些的物质（如氨基酸和葡萄糖）和离子，它们的跨膜运输需要载体，它们的运输方式是协助扩散或主动运输。
大分子物质如蛋白质、淀粉等可通过胞吞、胞吐的形式通过细胞膜。
（2）根据膜两侧的物质浓度，判断物质跨膜运输方式
由高浓度一侧向低浓度一侧的运输为被动运输，其中需要载体的是协助扩散。
由低浓度一侧向高浓度一侧的运输为主动运输。
（3）根据载体和能量判断物质跨膜运输的方式
主动运输需要载体蛋白和能量，协助扩散需要载体蛋白。
（4）根据曲线判断物质跨膜运输的方式
曲线①表示物质运输速率与细胞内外浓度差呈正相关，不受其他因素的影响，应为自由扩散。
曲线②表示在一定浓度范围内，随细胞内外浓度差的增大，物质运输速率加快，当细胞内外浓度差达到一定值后，物质运输速率不再增加，说明这种运输需要载体蛋白，且受载体蛋白数量的限制，故可表示协助扩散。
因为O2浓度的高低可影响细胞呼吸，进而影响能量的供应，曲线③表示物质运输速率与O2浓度无关，说明这种运输方式不需要能量，应为被动运输。
曲线④表示物质运输速率与O2浓度有关，说明这种运输方式需要能量，达到一定O2浓度后，运输速率不再增加，说明受载体蛋白数量的限制，应为主动运输，曲线起点的含义是无氧呼吸为主动运输供能。
影响主动运输的因素：①细胞外物质浓度；②载体蛋白；③能量。
图A中，P点之前运输速率主要受物质浓度影响，P点之后受膜上载体蛋白数量或能量的限制。
图B中，Q点的物质运输由无氧呼吸提供能量，P点之后受膜上载体蛋白数量的限制。
图C中，P点之前运输速率受能量的影响，P点之后受载体蛋白数量的限制。
易错辨析
（1）需要载体蛋白协助的运输方式不一定是主动运输，还可能是协助扩散。
（2）消耗能量的运输方式并不一定就是主动运输，胞吞和胞吐也消耗能量。
（3）从高浓度到低浓度的运输方式不一定是自由扩散，还可能是协助扩散。
（4）小分子物质的运输方式不一定是主动运输或被动运输，如神经递质的释放方式是胞吐。
（5）生物大分子不一定都是以胞吞、胞吐方式运输的，如RNA和蛋白质可通过核孔出入细胞核。
（6）同一种物质进入不同细胞的跨膜运输方式可能不同，如人体红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散，而小肠绒毛上皮细胞可以主动运输的方式吸收葡萄糖。
（7）与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外，还有核糖体（载体蛋白的合成场所）。
例题1：哺乳动物成熟红细胞的细胞膜含有丰富的水通道蛋白，硝酸银（AgNO3）可使水通道蛋白失去活性。下列叙述错误的是（ ）
A.经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会膨胀
B.经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中不会变小
C.未经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会迅速膨胀
D.未经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中会迅速变小
【答案】B
【解析】经AgNO3处理的红细胞，水通道蛋白失去活性，但水可以通过自由扩散的形式进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会失水变小，A正确，B错误；未经AgNO3处理的红细胞，水可通过水通道蛋白快速进出细胞，也可通过自由扩散进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会迅速吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会迅速失水变小，CD正确。
例题2：水通道蛋白（AQP）是一类细胞膜通道蛋白。检测人睡液腺正常组织和水肿组织中3种AQP基因mRNA含量，发现AQP1和AQP3基因mRNA含量无变化，而水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍。下列叙述正确的是（ ）
A.人唾液腺正常组织细胞中AQP蛋白的氨基酸序列相同
B.AQP蛋白与水分子可逆结合，转运水进出细胞不需要消耗ATP
C.检测结果表明，只有AQP5蛋白参与人唾液腺水肿的形成
D.正常组织与水肿组织的水转运速率不同，与AQP蛋白的数量有关
【答案】D
【解析】人唾液腺正常组织细胞中控制AQP蛋白的基因可能有3种，因此其表达出来的蛋白质中氨基酸序列可能不相同，A错误；AQP是一类细胞膜通道蛋白，运输物质时不需要与水分子结合，B错误；由题干信息可知，水肿组织中除了AQP5蛋白，可能含有AQPI和AQP3蛋白，C错误；由题干信息“水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍”，说明正常组织与水肿组织的水转运速率不同，与AQP蛋白的数量有关，D正确。

展开更多......

收起↑