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第4章 第1节 被动运输
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细胞是个开放的生命系统
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为什么细胞膜具有选择透过性？
细胞膜怎样控制物质输入和输出？
糖链
膜蛋白
细胞质
玻璃纸（半透膜）
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一、水进出细胞的原理
任务1：阅读教材P62问题探讨，分析渗透现象，概括渗透作用原理
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一、水进出细胞的原理
任务1：阅读教材P62问题探讨，分析渗透现象，概括渗透作用原理
扩散：分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象。
渗透作用：水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。
图1 扩 散
图2 渗 透
半透膜
比较扩散和渗透作用
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一、水进出细胞的原理
任务1：阅读教材P62问题探讨，分析渗透现象，概括渗透作用原理
讨 论：
（1）如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
（2）如果用纱布或不透水的塑料布代替玻璃纸，漏斗管内的液面会升高吗？
（3）如果将烧杯中的清水换成与漏斗中等浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？
（4）请你总结发生渗透作用的条件。
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一、水进出细胞的原理
任务1：阅读教材P62问题探讨，分析渗透现象，概括渗透作用原理
讨 论：
（1）漏斗管内的液面为什么会升高？如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
烧杯中的水分子进入漏斗中导致漏斗液面升高
不会
半透膜两侧的水分子都能够通过扩散作用自由进出，但由于蔗糖溶液中水的相对含量（单位体积中的水分子数）比烧杯中的水的相对含量低，因此，烧杯中的水扩散到漏斗中的速度比漏斗中的水扩散到烧杯中的速度相对更快些，导致漏斗中水量增加，液面上升。如果漏斗管足够长，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。
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一、水进出细胞的原理
任务1：阅读教材P62问题探讨，分析渗透现象，概括渗透作用原理
讨 论：
（2）如果用纱布或不透水的塑料布代替玻璃纸，漏斗管内的液面会升高吗？
（3）如果将烧杯中的清水换成与漏斗中等浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？
（4）请你总结发生渗透作用的条件。
不会，因为纱布不是半透膜，孔隙很大，可溶于水的物质都能够自由通过，包括水分子和蔗糖分子都能通过。
漏斗管中的液面将保持不变。
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一、水进出细胞的原理
任务1：阅读教材P62问题探讨，分析渗透现象，概括渗透作用原理
玻璃纸（半透膜）
渗透作用产生的条件：
（1）具有半透膜；
（2）膜两侧的溶液具有浓度差。
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任务2：阅读教材P63，分析水进出动物细胞的原理
据教材P63图4-1，思考讨论：
一、水进出细胞的原理
1.红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？这此有机物相当于“问题探讨”所示装置中的什么物质？
2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？
3.当外界溶液浓度低时。红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
4.红细胞吸水或失水取决于什么条件？
5.想一想临床上输液为什么要用生理盐水？
6.请你总结水进出动物细胞的原理。
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任务2：阅读教材P63，分析水进出动物细胞的原理
据教材P63图4-1，思考讨论：
一、水进出细胞的原理
1.红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？这此有机物相当于“问题探讨”所示装置中的什么物质？
2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？
红细胞中的血红蛋白是大分子有机物，不能透过细胞膜，它相当于“问题探讨”中的蔗糖分子。
是（是“相当于”，不是“等同”)。
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任务2：阅读教材P63，分析水进出动物细胞的原理
据教材P63图4-1，思考讨论：
一、水进出细胞的原理
3.当外界溶液浓度低时。红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
4.红细胞吸水或失水取决于什么条件？
不一定。因为红细胞吸水膨胀后细胞内液浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内液浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，此时，红细胞将不再吸水。
取决于红细胞内外溶液的浓度差，一般情况下，浓度差越大时，细胞吸水或失水越多。
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任务2：阅读教材P63，分析水进出动物细胞的原理
据教材P63图4-1，思考讨论：
一、水进出细胞的原理
5.想一想临床上输液为什么要用生理盐水？
6.请你总结水进出动物细胞的原理。
生理盐水的浓度与血浆的浓度基本一致，血细胞不会因为过度吸水或失水而出现形态和功能上的异常。
是渗透作用。
⑴.细胞膜是选择透过性膜，相当于半透膜;
⑵.动物细胞中富含大分子的蛋白质等有机物，不能透过细胞膜，当将其置于低浓度溶液中时，膜两侧存在浓度差。
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任务3：分析水进出植物细胞的原理
一、水进出细胞的原理
原生质层
成熟植物细胞
细胞膜
细胞质
液泡膜
细胞核
细胞壁
全透性
伸缩性比较小
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探究植物细胞的吸水和失水
实验目的：
探究水分进出植物细胞是否通过渗透作用
水分通过渗透作用进出植物细胞
做出假设：
设计实验：
思考讨论教材P65问题
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思 考：
1.该实验过程共观察了3次，制作临时装片后观察，滴加蔗糖溶液后观察，再次滴加清水后观察。每一次是什么样的实验现象呢？
2.解释滴加 0.3g/mL的蔗糖溶液后液泡变小的原因是什么？
3.水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？
第一次观察
滴加蔗糖溶液后观察
再次滴加清水溶液后观察
细胞外蔗糖溶液的浓度高于细胞液，水从细胞液透过原生质层进入到蔗糖溶液中，液泡发生失水收缩，原生质层一定程度的收缩。
质壁分离：植物细胞由于液泡失水，而使原生质层与细胞壁分离的现象。
质壁分离复原：当细胞液浓度高于外界溶液浓度时，细胞吸水使整个原生
质层恢复成原来的状态。
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思 考：
3.水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？
细胞膜
细胞质
液泡膜
原生质层
相当于一层半透膜
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进一步分析：
1. 发生质壁分离的细胞壁内侧的溶液是什么？判断依据？
2. 动物细胞能在高浓度溶液中发生质壁分离吗？
植物细胞壁是全透性的，发生质壁分离的细胞壁内侧溶液是外界溶液
动物细胞不会在高浓度溶液中发生质壁分离，因为其不具有细胞壁
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课堂小结:
细胞膜既是将细胞内部与外界分隔开的屏障，也是细胞与外界进行物质交换的门户；
渗透作用是水分子通过半透膜的扩散，细胞可以通过渗透作用吸水或失水；
动物的细胞膜、植物细胞的原生质层都相当于一层半透膜。
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1.下列属于渗透作用的是（ ）
A.水分子通过细胞壁 B.葡萄糖分子通过细胞膜
C.K+通过原生质层 D.水分子通过原生质层
2.在“观察植物细胞的质壁分离和复原”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(如图所示)。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
3.下列细胞能发生质壁分离的一组是（ ）
①食用的糖醋蒜细胞 ②蚕豆叶的表皮细胞 ③植物的根毛细胞 ④人的口腔上皮细胞 ⑤用解离液解离的洋葱根尖细胞 ⑥根尖分生区细胞
A.①⑤ B.②③⑥ C.①②③④⑤⑥ D.②③
D
B
D
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像水分子这样，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。被动运输又分为自由扩散和协助扩散。
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二、自由扩散和协助扩散
高浓度
低浓度
像O2、CO2以及甘油、乙醇、苯等，通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散，也叫简单扩散。
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葡萄糖、氨基酸等怎样进出进出细胞？
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资料1：葡萄糖进入红细胞
资料2：水分子比较小，在活细胞中含量最多，人们曾经认为它们以自由穿过细胞膜磷脂分子的间隙而进出细胞。后来的研究发现，水分子在通过细胞膜时的速率高过人工膜，由此推断细胞膜上可能存在特殊的输送水分子的通道。1988年，美国科学家阿格雷从红细胞和肾小管细胞中分离出一种新的膜蛋白，后来经过实验获得了该蛋白的氨基酸序列结构，证实了水通道蛋白的存在。目前，人们已经从细菌、酵母菌、植物、动物的细胞中分离出多种水通道蛋白。
水通道蛋白结构模式图
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资料3：20世纪80年代，科学家又从蚕豆保卫细胞中检测出K+的通道。1998年，美国科学家麦金农（R.Mackinon）解析了K+通道蛋白的立体结构。
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离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等，不能自由地通过细胞膜，在膜上转运蛋白（包括载体蛋白和通道蛋白）协助下能够顺浓度梯度跨膜运输。这种借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫做协助扩散，也叫易化扩散。
高浓度
低浓度
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比较载体蛋白和通道蛋白
载体蛋白 通道蛋白
图示
区别
载体蛋白需要与被运输的物质结合，每次转运时都会发生自身构象的改变
分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合;只容许与自身通道直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过。
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任务4：比较自由扩散和协助扩散的异同
1.物质均以扩散的方式进出细胞
2.都是顺浓度梯度的跨膜运输
3.均不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量
相同点：
区别：
自由扩散不需要转运蛋白的协助，协助扩散需要转运蛋白的协助。
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任务5：分析影响自由扩散和协助扩散的因素
1.判断：哪条曲线是自由扩散/协助扩散？请说出判断依据。
2.概括影响自由扩散和协助扩散的因素
转运蛋白数量有限
自由扩散
协助扩散
影响因素：
温度
膜两侧的浓度差
影响因素：
温度
膜两侧的浓度差
转运蛋白的数量
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课堂小结:
实例：水进出细胞的原理
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5.下列关于物质跨膜运输的叙述,错误的是（ ）
A.协助扩散过程中需要蛋白质的参与
B.甘油和苯是通过自由扩散的方式进出细胞的
C.水分子物质可能通过自由扩散或协助扩散的方式进出细胞
D.协助扩散过程中物质是从高浓度向低浓度运输的且消耗能量
B
4.物质出入细胞的方式中，自由扩散区别于协助扩散的是（ ）
A.需要转运蛋白
B.不需要转运蛋白
C.由低浓度向高浓度扩散
D.由高浓度向低浓度扩散
D
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6.下图 A、B 是两种被动运输方式的转运速率和细胞外浓度之间的关系曲线:
（1）图 A 表示的转运方式是__________,其转运速率主要取决于__________。
（2）图 B 表示的方式若是协助扩散,那么 ab 段的限制因素是__________,bc 段的限制因素是__________________。
（3）请在 C 图中画出被动运输的转运速率和细胞能量供应的关系曲线。
（4）下列物质中,以方式 A 进行转运的有__________;以方式 B 进行转运的有
__________。
①O2 和 CO2 进出肺泡 ②甘油和乙醇被小肠上皮细胞吸收
③红细胞吸收血液中的葡萄糖 ④胆固醇进入肝细
自由扩散
浓度差
浓度差
转运蛋白的数量
①②④
③

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