物質(zhì)的跨膜運輸學(xué)習(xí)目標1．簡述被動運輸?shù)姆绞胶吞攸c。2.結(jié)合質(zhì)壁分離和復(fù)原的實驗，分析植物細胞的吸水和失水(難點)。3.簡述物質(zhì)主動運輸?shù)奶攸c和意義(重點)。4.說出大分子物質(zhì)進出細胞的方式。|基礎(chǔ)知識|一、被動運輸1．影響物質(zhì)進出細胞的關(guān)鍵因素(1)細胞膜的結(jié)構(gòu)。(2)構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒的大小及所帶的電荷。2．擴散(1)含義：由于物質(zhì)運動而產(chǎn)生的物質(zhì)遷移現(xiàn)象，即一種物質(zhì)從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域遷移的過程。(2)類型①自由擴散：一些相對分子質(zhì)量較小或脂溶性較強的物質(zhì)通過擴散進出細胞，不需要載體蛋白參與的簡單擴散，如O2、乙醇、甘油等。②協(xié)助擴散：一些物質(zhì)的擴散需要載體蛋白的參與，如葡萄糖通過載體蛋白運輸進入紅細胞。(3)動力：物質(zhì)的濃度差。3．被動運輸物質(zhì)順濃度梯度進出細胞，不需要消耗細胞代謝釋放的能量，這樣的擴散被稱為物質(zhì)的被動運輸。4．滲透(1)含義：在細胞膜等結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，較多的水分子從溶質(zhì)分子相對較少的區(qū)域向溶質(zhì)分子相對較多的區(qū)域擴散。(2)發(fā)生的條件①具有半透膜。②半透膜兩側(cè)溶液具有濃度梯度。(3)示例：植物細胞質(zhì)壁分離和復(fù)原①質(zhì)壁分離：指把具有液泡的植物細胞放入高濃度的溶液中時，由于滲透作用，細胞會因失水而出現(xiàn)原生質(zhì)層與細胞壁分離的現(xiàn)象。②質(zhì)壁分離的復(fù)原：指把已經(jīng)發(fā)生質(zhì)壁分離的植物細胞放入低濃度的溶液中時，由于滲透作用，細胞會因吸水而恢復(fù)原狀的現(xiàn)象。二、主動運輸1．含義eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(方向：逆濃度梯度,所需條件\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(需要載體蛋白的協(xié)助,消耗能量))))2．示例：植物根細胞對礦質(zhì)元素的吸收，葡萄糖、氨基酸進入動物小腸絨毛上皮細胞。3．意義：能保證活細胞按照生命活動的需要，主動地選擇并吸收營養(yǎng)物質(zhì)，排出代謝廢物和對細胞有害的物質(zhì)，對于活細胞完成各項生命活動具有重要的意義。4．生物膜的功能特性：體現(xiàn)了活細胞中的生物膜具有選擇透過性，即水分子可以自由通過，細胞要選擇吸收的離子或分子也可通過，如應(yīng)用于人工腎的“血液透析膜”。三、細胞的胞吞和胞吐作用1．胞吞作用：細胞膜內(nèi)陷形成小囊，將附著其上的大分子物質(zhì)顆粒性物質(zhì)包裹起來，小囊從細胞膜上脫離下來形成小囊泡進入細胞內(nèi)部。2．胞吐作用：有些物質(zhì)在細胞膜內(nèi)被一層膜所包圍，形成小囊泡，囊泡膜與細胞膜融合在一起，小囊泡逐漸移到細胞表面，并向細胞外張開，使內(nèi)含物質(zhì)排出細胞外。3.結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：生物膜具有流動性。4．結(jié)論：說明各種生物膜組成成分相似，可以相互轉(zhuǎn)化。|自查自糾|1．判斷正誤：(1)動物細胞的細胞膜相當于半透膜。()(2)葡萄糖進入紅細胞是協(xié)助擴散，進入小腸上皮細胞是主動運輸。()(3)細胞壁的伸縮性比原生質(zhì)層大。()(4)物質(zhì)跨膜運輸都是順濃度梯度進出細胞。()(5)細胞對于物質(zhì)的進出具有選擇性。()(6)主動運輸需要消耗能量，胞吞和胞吐也消耗能量。()答案(1)√(2)√(3)×(4)×(5)√(6)√2．連一連：|圖解圖說|★鹽堿地中，植物吸水困難。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________★載體具有特異性和飽和現(xiàn)象，不同物質(zhì)的運輸載體不同，當載體達到飽和時，將不能運輸相應(yīng)的物質(zhì)。________________________________________________________________________________________________胞吞________________________________________________________________________________________________想一想發(fā)生質(zhì)壁分離的洋蔥表皮細胞的原生質(zhì)層與細胞壁之間是何物質(zhì)？提示：外界溶液________________________________________________________________________________________________探究點一被動運輸1．試比較葡萄糖進入紅細胞的過程與O2、CO2進出紅細胞的過程有什么異同？提示：(1)葡萄糖進入紅細胞是協(xié)助擴散的方式，O2和CO2進出紅細胞的方式是自由擴散。(2)相同點：物質(zhì)從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域的擴散，都不消耗能量，運輸?shù)膭恿κ俏镔|(zhì)的濃度差，二者被稱為被動運輸。不同點：自由擴散不需要載體蛋白的協(xié)助，而協(xié)助擴散需要載體蛋白的協(xié)助。2．如圖所示裝置中若漏斗口封以紗布，漏斗液面是否還會上升？提示：滲透作用的發(fā)生必需具備兩個條件——具半透膜和半透膜兩側(cè)溶液具濃度差。若將漏斗口的半透膜換成紗布，則S1溶液中大分子可進入燒杯，此時，漏斗內(nèi)液面將不再上升。3．為什么說一個成熟的植物細胞是一個滲透系統(tǒng)？提示：植物細胞的細胞壁具有全透性，原生質(zhì)層(細胞膜、細胞質(zhì)、液泡膜)具有選擇透過性，具有半透膜的特點；液泡膜內(nèi)的細胞液有一定濃度，外界溶液也有一定濃度，即細胞與外界溶液之間存在濃度差，就構(gòu)成了一個滲透裝置。4．人體正常紅細胞是呈兩面凹陷的圓餅狀，現(xiàn)將人體的紅細胞分別浸入下列a、b、c三個不同濃度溶液的燒杯內(nèi)，一段時間后，實驗結(jié)果如下圖所示。依據(jù)圖示現(xiàn)象請你推測a、b、c燒杯中溶液濃度大小如何？提示：紅細胞在等滲溶液中可維持正常形態(tài)，在低滲溶液中可吸水漲破，在高滲溶液中可失水皺縮，由此可見a、b、c溶液濃度大小為a＜c＜b。5．如圖是影響物質(zhì)運輸速率的兩條曲線，試判斷兩條曲線分別代表哪種運輸方式(從自由擴散和協(xié)助擴散兩種方式選擇)，并說出你的判斷依據(jù)。(1)A代表的運輸方式：自由擴散。判斷依據(jù)：物質(zhì)的運輸速率只受細胞膜內(nèi)外濃度差的影響，隨外界物質(zhì)濃度的增加，運輸速率越來越快。(2)B代表的運輸方式：協(xié)助擴散。判斷依據(jù)：協(xié)助擴散主要受細胞膜內(nèi)外濃度差和膜上載體蛋白的影響。隨物質(zhì)濃度增加，運輸速率加快，但達到一定程度后，受膜上載體蛋白數(shù)量的限制，運輸速率不再增加。判斷滲透系統(tǒng)中液體變化的方法(1)液面變化的判斷：①若半透膜兩側(cè)，A側(cè)溶質(zhì)可以通過半透膜，B側(cè)溶質(zhì)不能通過半透膜，則B側(cè)液面升高。②若半透膜兩側(cè)A側(cè)和B側(cè)溶質(zhì)相同，且均不能通過半透膜，則濃度高的一側(cè)液面升高。③若半透膜兩側(cè)的溶質(zhì)均能通過半透膜，則不存在高度差。(2)高度差的大小決定于濃度差的大小，濃度差越大，高度差越大。(3)濃度變化：滲透系統(tǒng)中，溶質(zhì)不能通過半透膜時，實驗剛開始濃度大的一側(cè)達到平衡后的濃度仍大于另一側(cè)?！纠?】假設(shè)將標號為A、B、C的同一個植物的細胞分別放在a、b、c三種不同的蔗糖溶液中一段時間后得到如圖所示狀態(tài)(原生質(zhì)層不再變化)。據(jù)圖分析推理不正確的是()A．實驗前蔗糖溶液濃度為：c>b>aB．實驗后蔗糖溶液濃度為：c＝b≥aC．實驗后細胞的吸水能力：C>B>AD．實驗后細胞液濃度：C>B>A嘗試解答解析由于濃度差越大發(fā)生質(zhì)壁分離的程度就越大，所以c蔗糖溶液濃度最高，b次之，a最低；實驗后a、b、c中的細胞均已處于平衡狀態(tài)，由于此時細胞液濃度：C>B>A，所以外界溶液的濃度也是不相同的，應(yīng)為c>b>a。答案B細胞能否發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原的判斷方法1．從細胞角度分析判斷依據(jù)：活的且有大液泡和細胞壁的細胞。(1)死細胞、動物細胞不發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。(2)成熟且具有中央大液泡的植物細胞易發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，而未成熟的植物細胞(如根尖分生區(qū)細胞等)不具有大液泡，則不易發(fā)生。(3)細菌細胞能發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，但現(xiàn)象不明顯。2．從溶液角度分析判斷依據(jù)：能保持細胞活性且能與細胞液形成濃度差的溶液。(1)在一定濃度的溶液(溶質(zhì)不能穿膜)中只發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。(2)在一定濃度的溶液(溶質(zhì)可穿膜)中發(fā)生質(zhì)壁分離后可自動復(fù)原，如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等。(3)在高濃度溶液中質(zhì)壁分離現(xiàn)象明顯，但溶液濃度過高時不能發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原，因為溶液濃度過高，細胞會因過度失水而死亡。(4)鹽酸、酒精、醋酸等溶液能殺死細胞，不適于作質(zhì)壁分離實驗的溶液?！靖櫽?xùn)練】1．在觀察植物細胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原的過程中，某同學(xué)在視野中看到生活著的洋蔥表皮細胞正處于如圖所示狀態(tài)，a、b表示該部位溶液的濃度，由此可以推測()A．可能a>b，細胞滲透吸水B．可能a＝b，滲透系統(tǒng)保持動態(tài)平衡C．可能a<b，細胞滲透失水D．上述三種情況都可能存在解析從圖中及題干中可推知此細胞可能吸水，失水或二者保持動態(tài)平衡。答案D探究點二主動運輸和胞吞、胞吐作用1．海帶細胞中碘離子濃度高于細胞外，海帶細胞從海水中吸收碘以什么方式進行？提示：主動運輸。2．低溫會影響物質(zhì)的主動運輸嗎？為什么？提示：會。低溫降低蛋白質(zhì)的活性，呼吸作用所需要的酶以及載體蛋白都是蛋白質(zhì)，而主動運輸既消耗能量又需要載體蛋白，同時低溫還會降低細胞膜的流動性。3．m和n兩種物質(zhì)均通過主動運輸進出細胞，如圖代表能量對濃度相同的m和n兩種物質(zhì)運輸速率的影響曲線，結(jié)合圖示分析下列問題：(1)分析A點以前和A點以后影響物質(zhì)運輸速率的因素主要是什么？提示：A點以前主要是能量。A點以后主要是載體蛋白數(shù)量的限制。(2)分析A點與C點相比，限制C點運輸速率增加的主要因素是什么？提示：主要因素是能量。(3)A點與B點相比，影響物質(zhì)運輸速率的因素主要是什么？提示：主要是載體蛋白的數(shù)量。4．變形蟲吞噬過程和分泌蛋白分泌過程分別是哪種物質(zhì)運輸方式？完成該過程的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是什么？提示：變形蟲是單細胞動物，吞噬食物時是由細胞膜內(nèi)陷形成小囊，然后包裹著食物進入細胞，所以食物是以胞吞的形式進入體內(nèi)的。分泌蛋白在細胞內(nèi)經(jīng)高爾基體加工后以小泡的形式運輸?shù)郊毎猓诉^程是胞吐。胞吞和胞吐完成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)都是細胞膜的流動性。1．主動運輸?shù)南嚓P(guān)分析(1)條件①需要載體蛋白的協(xié)助。②需要能量。(2)影響因素①載體蛋白的數(shù)量。②能量的多少。(3)意義：活細胞主動地選擇吸收或排出物質(zhì)，體現(xiàn)了細胞膜的選擇透過性。2.載體蛋白和能量對主動運輸?shù)挠绊?1)載體蛋白有特異性，運輸不同物質(zhì)的載體蛋白不同，不同生物細胞膜上載體蛋白的種類和數(shù)量也不同。(2)載體蛋白有飽和現(xiàn)象，當細胞膜上的載體蛋白數(shù)量已經(jīng)達到飽和，細胞吸收該載體蛋白運載的物質(zhì)的速率將不再隨物質(zhì)濃度的增加而增大。(3)能量：凡是能影響細胞內(nèi)產(chǎn)生能量的因素，都能影響主動運輸，如氧氣濃度、溫度等。【例2】下圖為小腸絨毛上皮細胞中的細胞膜對不同物質(zhì)的轉(zhuǎn)運。相關(guān)敘述正確的是()A．a(chǎn)物質(zhì)可能是甘油，b物質(zhì)可能是葡萄糖B．a(chǎn)物質(zhì)可能是水，b物質(zhì)可能是甘油C．a(chǎn)物質(zhì)可能是膽固醇，b物質(zhì)可能是氧氣D．a(chǎn)物質(zhì)可能是葡萄糖，b物質(zhì)可能是氨基酸嘗試解答解析由題圖可知，a物質(zhì)由高濃度一側(cè)運至低濃度一側(cè)，不需要載體蛋白和能量，屬于自由擴散，可能性是O2、CO2、水、甘油或膽固醇；b物質(zhì)由低濃度一側(cè)運輸?shù)礁邼舛纫粋?cè)，需要載體蛋白和能量，為主動運輸，可能是葡萄糖或氨基酸等。答案A判斷物質(zhì)運輸方式的方法【跟蹤訓(xùn)練】2．甲(○)乙(●)兩種物質(zhì)在細胞膜兩側(cè)的分布情況如圖所示(顆粒的多少表示濃度的高低)，在進行跨膜運輸時，下列說法正確的是()A．乙進入細胞一定有載體蛋白的參與B．乙運出細胞一定有載體蛋白的參與C．甲進入細胞一定需要能量D．甲運出細胞一定不需要能量解析乙物質(zhì)進入細胞是逆濃度梯度運輸，一定是主動運輸，要有載體蛋白的協(xié)助；C選項中甲進入細胞是順濃度梯度運輸，三種運輸方式都有可能，只有主動運輸才消耗能量；D選項中甲物質(zhì)運出細胞是逆濃度梯度運輸，一定消耗能量。答案A知識脈絡(luò)要點晨背1.物質(zhì)如何進出細胞取決于細胞膜的結(jié)構(gòu)、構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒的大小及所帶的電荷。2.自由擴散和協(xié)助擴散的動力是物質(zhì)的濃度差。3.水分子從濃集區(qū)域通過細胞膜等結(jié)構(gòu)，向水分子稀少區(qū)域的擴散為滲透。4.植物細胞的細胞壁是全透性的；細胞膜和液泡膜是半透膜又稱“選擇透過性膜”，水分子可以自由通過，細胞要選擇吸收的一些離子和小分子也可以通過，而其他一些離子和分子不能通過。5.把具有液泡的植物細胞放入高濃度的溶液中時，細胞會因失水而出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象；當把質(zhì)壁分離的植物細胞放入低濃度的溶液中時，細胞會因吸水而出現(xiàn)質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象。6.物質(zhì)逆濃度梯度進出細胞，不僅需要膜上載體蛋白的參與，還需要消耗細胞代謝釋放的能量。7.主動運輸能保證活細胞按照生命活動的需要，主動地選擇并吸收營養(yǎng)物質(zhì)，排出代謝廢物和對細胞有害的物質(zhì)。8.大分子物質(zhì)進出細胞需通過胞吞、胞吐作用進行。1．下列