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(共53张PPT)
物质的跨膜运输
目 录
CONTENTS
被动运输
A
主动运输
B
胞吞，胞吐
C
水进出细胞的原理
1
自由扩散和协助扩散
2
1
被动运输——水进出细胞的原理
学习目标
能说出什么是渗透作用，知道渗透作用进行的两个条件
说出细胞在什么情况下吸水和失水
学会进行科学探究的一般方法和步骤
扩散
定义：组成液体和气体的分子都在不停地随机运动
分子或离子从高浓度处向低浓度处运动的现象
扩散使得该分子分布均匀，直到平衡
平衡后分子仍在继续运动，维持着平衡的状态
问题探讨
玻璃纸：赛璐玢
半透膜：某些物质可以透过，另一些物质不能透过的多孔性薄膜
零液面
清水
蔗糖溶液
玻璃纸
（半透膜）
渗透现象动画演示
分子级别动画演示
蔗糖分子 水分子
渗透现象演示
长颈漏斗
问题探讨
漏斗内液面上升，说明 分子进入长颈漏斗内。
长颈漏斗中的水 （能/不能）从长颈漏斗出来进入烧杯？
那漏斗中液面为什么会上升呢？
单位时间内由_____进入________的水分子多于由________进入______的水分子。
水
能
清水
蔗糖溶液
蔗糖溶液
清水
多
少
蔗糖分子 水分子
分子级别动画演示
水势
水分子的移动需要能量来做功
按照热力学原理，系统中物质的总能量分为自由能和束缚能；束缚能不可用于做功
1mol物质的自由能就是该物质的化学势，衡量水分反应或转移能量高低用水势表示。
纯水的水势最高，自由能最大；其他溶液中的溶质颗粒降低了水的自由能，水势也低
将纯水水势定为0,则其他溶液水势为负值,溶液越浓,水势越低
半透膜两侧水溶液水势高低决定水移动的方向：高——低
渗透作用
渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散称之为渗透作用
水的渗透方向：
水势高 水势低
半透膜
注1：水势高，溶液浓度低；水势低，则溶液浓度高
注2：水分子的运动方向不是单向的
问题探讨
如果漏斗足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？
如果烧杯中不是清水而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样
不会，漏斗中液面上升到一定高度，对漏斗底部压强增大，单位时间内透过半透膜进入烧杯的水分子数增多，与透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数达到平衡
用纱布代替玻璃纸，因为纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通过，因而液面不会升高
半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子的数量等于渗出长颈漏斗的水分子数量，液面保持不变
渗透作用
以上实验证明渗透作用必须具备的两个条件
有半透膜
半透膜两侧的溶液有浓度差（水势差）
变式
甲
b
蔗糖溶液
蒸馏水
a
b
蒸馏水
蔗糖溶液
b
a
乙
一段时间后
当外界溶液的浓度比细胞质的浓度低时，细胞吸水膨胀
当外界溶液的浓度比细胞质的浓度高时，细胞失水皱缩
当外界溶液的浓度与细胞质溶液的浓度相同时，细胞保持原状
将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后，红细胞将会发生一下变化
水怎样进出动物细胞的？
红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜，这些有机物相当于“问题探讨”所示装置中的什么物质？
红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？
当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
红细胞吸水或失水取决于什么条件
为何输液要使用0.9%的生理盐水
一般不能，相当于蔗糖溶液
不一定
相当于
细胞质浓度和外界溶液浓度之间的浓度差
水怎样进出动物细胞的？
水怎样进出植物细胞的？
对于水分子来说，植物细胞壁是全透性的，即水分子可以自由地透过细胞壁
细胞壁的作用主要是保护和支持细胞，伸缩性比较小。
原生质层：细胞膜，液泡膜以及两层膜之间的细胞质
细胞液体环境：主要是液泡中的细胞液
注：对于植物细胞来说，水进出细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡
日常生活中植物细胞的吸水和失水
探究·实践
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验，记录结果
分析结果，得出结论
表达与交流
水分子进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是否相当于一层半透膜？
水分子进出植物细胞是通过渗透作用，原生质层相当于一层半透膜
制作临时装片
→低倍镜下观察
→滴加清水
→滴加0.3g/ml蔗糖
→低倍镜下观察
→低倍镜下观察
探究·实践
材料用具
材料：紫色洋葱鳞片叶（外表皮）
试剂：0.3g/ml的蔗糖溶液，清水
方法步骤
制作临时装片
探究·实践
用低倍镜观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中紫色中央液泡的大小，以及原生质层的位置
在盖玻片的一侧滴入0.3g/ml蔗糖溶液，另一侧用吸水纸引流
观察中央液泡，原生质层，细胞大小的变化
吸水纸吸引
重复2-3次
0.3g/ml蔗糖溶液
植物细胞的质壁分离
质壁分离
外界溶液浓度大于细胞液浓度
原生质层伸缩性较大，而植物细胞壁伸缩性小
细胞失水，发生质壁分离（质：原生质层；壁：细胞壁）
置于0.3g/ml的蔗糖溶液
质壁分离产生的原因
质壁分离复原
滴清水，用吸水纸引流，重复
观察中央液泡，原生质层，细胞大小的变化
植物细胞的质壁分离复原
吸水纸吸引
重复几次
清水
细胞液浓度＞外界溶液浓度
细胞吸水，发生质壁分离复原
质壁分离复原的特殊情况
已经发生质壁分离的细胞，再放入清水也不能复原的原因？
细胞死亡
1.质壁分离时间过长
2.质壁分离选取的外界溶液浓度过高
实验结论
观察次数 观察现象
中央液泡 原生质层位置 细胞大小
第一次 有一个紫色的中央液泡 紧贴细胞壁
第二次 （紫色 ） 略微缩小
第三次 （紫色 ） 略微增大
逐渐变小
变深
与细胞壁逐渐分离
逐渐变大
变浅
实验结论：水分进出植物细胞是通过渗透作用，原生质层相当于一层半透膜
逐渐贴近细胞壁
①在清水中：
细胞的正常形态
③在清水中：
质壁分离复原
②高浓度蔗糖溶液中:
质壁分离
拓展
测定细胞液浓度范围
判断成熟植物细胞的死活
待测成熟植物细胞
一定浓度的蔗糖溶液
镜检
发生
质壁分离
不发生
质壁分离
活细胞
死细胞
待测成熟
植物细胞
一系列浓度梯度的蔗糖溶液
镜检
细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的两个蔗糖溶液浓度之间
2
自由扩散与协助扩散
被动运输
定义：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
化学反应释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输
种类：自由扩散，协助扩散
自由扩散
定义：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫做自由扩散
也叫简单扩散。
实例：分子小，脂溶性
小分子：水分子的渗透作用，O2，CO2，N2
脂溶性小分子：甘油，乙醇，苯，尿素，维生素D等
特点：
顺浓度梯度
不需要转运蛋白
不需要消耗细胞内化学反应产生的能量
协助扩散
定义：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散，也叫易化扩散
转运蛋白：载体蛋白，通道蛋白
钾离子通道蛋白
水通道蛋白
载体蛋白和通道蛋白
蛋白类型 载体蛋白 通道蛋白
转运的溶质 与结合部位适应的分子或离子 形状，大小，电荷相适应的分子或离子
是否具有特异性 具有 具有
转运时蛋白自身构象 构象改变 构象不改变
是否与蛋白质结合 结合 不结合
转运速度 较慢 载体蛋白的1000倍以上
识别溶质方式 高度选择性，一种特定载体只能运输一类的分子，结合位点只能与特定的分子结构结合 主要是分子的大小和电荷，通道开放时足够小和带适当电荷的分子都可能通过
协助扩散
特点：
顺浓度梯度运输
需要转运蛋白
不需要消耗细胞内化学反应产生的能量
实例：
葡萄糖进入血红细胞
水通过通道蛋白运输
离子顺浓度梯度运输
水通道蛋白
被动运输的影响因素
自由扩散：膜内外浓度差
协助扩散：膜内外浓度差；转运蛋白
运输速率
浓度差
O
图1
图2
自由扩散
协助扩散
运输速率
浓度差
O
P
被动运输
运输方式名称
运输方向
是否需要转运蛋白
是否消耗能量
实例
影响因素
自由扩散
协助扩散
高浓度→低浓度
不需要
需要（通道蛋白，载体蛋白）
不消耗
不消耗
气体分子、
脂溶性小分子、
水分子渗透作用等
葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞
水分子通过水通道蛋白进出细胞
无机盐离子顺浓度梯度运输
浓度差
浓度差、转运蛋白的种类和数量
高浓度→低浓度
自由扩散与协助扩散
3
主动运输与胞吞胞吐
学习目标
阐明主动运输的过程、特点和意义
举例说明胞吞和胞吐的过程
解释细胞膜控制物质运输的功能与细胞膜结构的关系
甘油、O2
葡萄糖
K+、Na+
被动运输示意图
问题探讨
甲状腺
甲状腺滤泡上皮细胞
碘浓度低
碘浓度高
甲状腺滤泡上皮细胞内碘浓度比血液中的高20-25倍
问题探讨
（1）甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是通过被动运输吗？
（2）联想逆水行舟的情形，甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是否需要细胞提供
能量？如果需要，则能量来源于？
（3）这在各种物质的跨膜运输中是特例还是有一定的普遍性？
不是
普遍性
线粒体能通过有氧呼吸将有机物中稳定的化学能转化为生命活动能够利用的活跃的化学能（即ATP）
碘浓度低
碘浓度高
逆浓度梯度运输所需条件
胡萝卜植株对磷酸盐的吸收可以从低浓度到高浓度，为探究胡萝卜对
磷酸盐的吸收是否需要能量，研究人员做了以下实验：
KH2PO4+有氧呼吸抑制剂
KH2PO4+蒸馏水
成熟的胡萝卜片
成熟的胡萝卜片
甲
乙
逆浓度梯度运输需要能量！
细胞外
细胞内
细胞膜
载体蛋白
能量
物质逆浓度梯度运输
主动运输
定义：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释放的能量，这种方式叫作主动运输。
特点
逆浓度梯度
需要载体蛋白
需要消耗细胞内化学反应所释放的能量
实例
小肠上皮细胞吸收葡萄糖，氨基酸
无机盐离子（K+、Na+）等逆浓度梯度进出细胞
主动运输中载体蛋白的特点
具有特异性
与被转运的离子或分子结合
转运过程中蛋白质构象发生改变，需要能量来驱动
具有饱和性
可重复利用
H+载体蛋白
H+
H+
主动运输影响因素
图1
运输速率
物质浓度
O
P
图3
运输速率
O
P
载体蛋白
的数量
物质浓度
能量供应
氧气浓度（能量）
载体蛋白的数量
温度
图2
运输速率
O
P
能量供应
Q
图3
运输速率
O
P
O2浓度
主动运输的意义
主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，通过主动运输来选择吸收所需的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，从而保证个体和细胞生命活动的需要。
3
胞吞胞吐
大分子物质跨膜运输
胞吞
定义：大分子与膜上的蛋白质结合，引起部分细胞膜内陷，形成小囊，
小囊从细胞膜上分离，形成囊泡，进入细胞内部的现象
过程：大分子物质
实例
变形虫从水中摄取有机物颗粒
吞噬细胞吞噬细菌和病毒
细胞膜内陷
分离
囊泡
大分子物质进入细胞
胞吐
定义：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，将大分子排除细胞
过程：大分子物质
实例
分泌蛋白的合成和分泌
细胞外
细胞内
囊泡
由囊泡包裹
移动到细胞膜
囊泡与细胞膜融合
大分子物质排出细胞
胞吞与胞吐的特点
大分子，颗粒物的运输方式
需要消耗能量
体现了细胞膜的结构特性，具有一定的流动性
需要膜上蛋白质的参与（具有特异性）
运输方式 浓度 方向 载体 能量 实例 图示
小分子 被动运输 自由扩散 高→低 × × ①气体：氧气、二氧化碳 ②脂溶性小分子：甘油、脂肪酸 ③水分子的扩散作用
协助扩散 高→低 √ × ①葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞 ②水分子通过水通道蛋白进出细胞 ③无机盐离子顺浓度梯度运输
主动运输 低→高 √ √ ①小肠上皮细胞吸收葡萄糖，氨基酸 ②无机盐离子（K+、Na+）等逆浓度梯度进出细胞
一般为大分子 胞吞 进入 细胞 × √ ①变形虫从水中摄取有机物颗粒 ②吞噬细胞吞噬细菌和病毒
胞吐 排出 细胞 × √ 分泌蛋白的外排 (蛋白类激素、乳蛋白、消化酶)
物质的跨膜运输
THE BUSINESS PLAN
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