（新人教）生物必修一课件：4.1被动运输(共44张PPT)

(共44张PPT)
（新人教）生物必修一课件
一、水进出细胞的原理
1.渗透作用:
(1)含义:水分子(或其他溶剂分子)通过_______的扩散。
(2)方向:水分子从_____________的一侧向___________的一侧渗透。
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”。
①半透膜:_______。
②浓度差:_____________________________。
必备知识·自主学习
半透膜
水相对含量高
相对含量低
细胞膜
细胞质与外界溶液之间的浓度差
(2)现象。
①当外界溶液溶质的浓度_____细胞质的浓度时,细胞失水。
②当外界溶液溶质的浓度_____细胞质的浓度时,水分进出平衡。
③当外界溶液溶质的浓度_____细胞质的浓度时,细胞吸水。
大于
等于
小于
【问·答】
人们吃比较咸的食物时,例如连续嗑咸味的瓜子,口腔和唇黏膜有什么感觉 为什么
提示:口腔和唇黏膜比较干。进食比较咸的食物,细胞外液体浓度比细胞内液体浓度高,导致细胞渗透失水。
3.水进出植物细胞(以成熟植物细胞为例):
植物细胞所形成的“渗透装置”:
(1)半透膜(原生质层):_____________________________________。
(2)浓度差:细胞液与外界溶液之间的浓度差。
4.想一想:从结构与功能观的角度分析:
(1)植物细胞细胞壁的主要功能:_______________。
(2)动物细胞吸水能涨破,植物细胞吸水过多_____(填“会”或“不会”)涨破。
细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质
保护和支持细胞
不会
二、自由扩散和协助扩散
1.特点:物质进出细胞时,顺浓度梯度进行的扩散,_______消耗能量。
2.两种被动运输方式:
不需要
(1)判断图中字母代表的物质运输方式。
a:_________;b:_________;c:_________。
(2)图中需要转运蛋白协助的是b、c,转运蛋白的种类包括___________________。
3.影响物质运输速率的因素:
选一选:将下列因素对自由扩散和协助扩散影响分类。
(1)自由扩散:_____。
(2)协助扩散:_______。
①膜内外浓度的大小　　　 ②转运蛋白的数量
③温度 ④能量
自由扩散
协助扩散
协助扩散
载体蛋白和通道蛋白
①③
①②③
关键能力·合作学习
知识点一 渗透现象及原理分析
渗透作用与扩散作用的比较:
渗透作用 扩散作用
区
别 概
念 水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散 物质从相对含量多的地方到相对含量少的地方的自由运动
条
件 具有一层半透膜;半透膜两侧溶液存在浓度差 两处物质相对含量不相等
结
果 通过半透膜的溶剂分子达到动态平衡 两处物质相对含量相等
联系 渗透作用是扩散作用的一种特殊形式
特别提醒:
①渗透作用的研究对象是溶剂分子,而不是溶质分子。
②进行渗透作用时,溶剂分子的扩散是双向的。
③渗透平衡时仍有水分子的进出,只是水分子移动达到平衡状态。
【知识拓展】
有关渗透作用的易错点
(1)渗透系统的溶液浓度。
①含义:指物质的量浓度而非质量浓度,实质是渗透压。
②举例:如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液的质量浓度相等,但蔗糖的相对分子质量大于葡萄糖的相对分子质量,单位体积内的蔗糖分子数较少,因此单位体积蔗糖溶液中的水分子数较多,故水可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。
(2)渗透压:溶液中溶质微粒对水的吸引力。
(3)渗透平衡不等于浓度相等。渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态,既不可看作没有水分子移动,也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。
【思考探究】
1.教材二次开发:教材中[问题探讨]拓展
(1)教材中渗透装置漏斗液面达到平衡状态时,试比较漏斗内外侧液体浓度的高低,并分析原因。(科学思维)
提示:①漏斗内的液体浓度高,保持向上的吸水力,当吸水力与液柱的重力相等时达到平衡。
②水分子移动达到动态平衡时,漏斗内为低浓度的蔗糖溶液,烧杯内为清水,因此达到动态平衡时,浓度高的溶液一侧液面升高,浓度高的溶液一侧仍然浓度高。
(2)若将蔗糖分子换成葡萄糖(可以通过半透膜),分析漏斗内液面高度的变化及原因。(科学思维)
提示:液面会先升高后下降最后相等。开始时长颈漏斗内单位体积内水分子少于漏斗外,水分子表现为进入漏斗内,液面上升,由于葡萄糖通过扩散作用进入烧杯内导致漏斗内外葡萄糖浓度相等,最终内外液面持平。
2.【情境探究】临床上输液为什么要用生理盐水 用其他浓度会有什么危害 (社会责任)
提示: 生理盐水(浓度为0.9%)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。如果使用浓度高于0.9%的溶液,细胞会很容易发生失水,如果使用浓度低于0.9%的溶液,细胞则很容易发生吸水而膨胀破裂,这两种情况对于生命而言都可能造成极大的风险。
【典例示范】
如图是研究渗透作用的实验装置,漏斗内外有不同浓度的同一种溶液S1和S2,实验起始时漏斗内外液面相平。下列说法错误的是 (　　)
A.实验开始时S1浓度大于S2浓度
B.渗透平衡时S1浓度大于S2浓度
C.渗透平衡时无物质透过半透膜
D.如果将S2浓度适当降低,则渗透平衡时液面差更大
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选C。开始实验后出现了液面差,说明发生了渗透作用,漏斗内液面上升溶液量增多,说明实验开始时S1的浓度大于S2的浓度,A正确;渗透平衡时存在液面差,液面差产生的水分运输的阻力需要半透膜两侧的浓度差产生的水分运输的动力来抵消,所以渗透平衡时浓度不相等,且漏斗内液面高于漏斗外,说明渗透平衡时S1浓度大于S2浓度,B正确;渗透平衡时,S1溶液中水分子与S 2溶液中水分子的移动只是处于动态平衡,仍然透过半透膜,C错误;如果将S2浓度适当降低,那么漏斗内外溶液浓度差将增大,水分子向漏斗内运输的速率将会更快,渗透平衡时的液面差也将会更大,D正确。
【审答误区】本题常见错因有两种
(1)渗透平衡≠水分子不进出。 渗透平衡时水分子进出速率相等,表现为液面不再变化。
(2)不理解水分子扩散速率与浓度差大小关系:浓度差越大,水分子扩散速率越快。
【母题追问】
(1)若要使漏斗液面上升得更高,可采取什么措施
提示:向漏斗中添加一些蔗糖或其他不能通过半透膜的溶质。
(2)若在平衡状态下向烧杯中添加少量葡萄糖(不能通过半透膜),漏斗液面会有什么变化 为什么
提示:漏斗液面下降。因为半透膜两侧的浓度差降低了。
【类题精练】
　　向猪膀胱内注入一半质量分数为30%的蔗糖溶液,扎紧入口,然后将其浸入质量分数为5%的蔗糖溶液中,每隔10 min称一次猪膀胱的重量,能正确表示测定结果的是图中的 (　　)
【解析】选B。猪膀胱是半透膜,蔗糖不能通过,水能通过。外界蔗糖溶液浓度小于猪膀胱中蔗糖溶液的浓度,水分子从低浓度溶液通过半透膜进入高浓度溶液,即水从5%的蔗糖溶液流向注有质量分数为30%的蔗糖溶液的猪膀胱中,膀胱中溶液的重量不断增加,直到膀胱两侧溶液浓度相当时,水分进出处于相对平衡状态,故膀胱的重量不再发生变化,即B正确。
【补偿训练】
如图所示,在漏斗中加入的蔗糖溶液与蒸馏水液面齐平,一段时间后,待漏斗内液面不再变化时,再向漏斗中加入一定量的蔗糖酶。下列坐标曲线中能正确反映整个实验过程中漏斗内外溶液的液面高度差变化的是 (　　)
【解析】选A。据图分析,该装置具有半透膜,而漏斗内外溶液存在浓度差,能发生渗透作用,由于蔗糖溶液浓度大于蒸馏水,因而开始时漏斗内液面上升;一段时间后,向漏斗中加入一定量的蔗糖酶,将蔗糖水解成单糖,浓度增大,使得液面继续上升,随着单糖逐渐进入烧杯,使得漏斗内溶液浓度下降,液面下降,高度差减小。由于浓度差越来越接近,高度差减小的趋势越来越慢。但由于漏斗内有蔗糖酶,所以漏斗内液体浓度始终大于烧杯内液体浓度。因此,最后漏斗内的液面稍高于烧杯的液面。
知识点二 自由扩散和协助扩散
1.两种运输方式的比较:
方式 自由扩散
(简单扩散) 协助扩散
(易化扩散)
运输方向 高浓度→低浓度
转运蛋白 不需要 需要
能量 不消耗 不消耗
方式 自由扩散
(简单扩散) 协助扩散
(易化扩散)
示意图
曲线
模型
特别提醒:
①水分子的运输方式包括自由扩散和协助扩散。绝大多数水分子是通过水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞。
②转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白。通道蛋白又分为离子通道蛋白和水通道蛋白。
2.载体蛋白的特性:
(1)专一性:一种载体蛋白在对细胞内外物质进行运输时只能对应地运送唯一的一种或性质非常相近的一类物质。
(2)饱和性:细胞膜上的载体蛋白数量有限,在运输过程中当所有载体蛋白都已承担相应的运输任务时,运输的速度不再因其他条件而加快。
3.通道蛋白的特性:
(1)具有极高的转运速率。
(2)没有饱和值。
(3)并非连续性开放。
【思考探究】
1.教材二次开发:教材【拓展应用】
拓展:细胞内外溶液浓度差会影响物
质运输速率,温度是否会影响水分子
通过细胞膜的扩散速率 请说出你的
判断理由。(科学思维)
提示:会。温度会影响膜上磷脂分子
和蛋白质的流动性,水分子通过细胞
膜的方式为自由扩散和协助扩散,在
一定温度范围内,升高温度,会加速水
分子的扩散速率。
2.情境探究:鲨鱼体内能积累大
量的盐,盐分过高时就要及时将
多余的盐分排出体外,经研究,鲨
鱼体内多余盐分的排出需要转运
蛋白的协助,推测其运输方式并
解释原因。(科学思维)
提示:协助扩散。由题干可知盐分
的运输方向是由高浓度到低浓度,
并且需要转运蛋白的协助。
【典例示范】
如图表示物质跨膜转运的一种方式,据图分析正确的是 (　　)
A.这种转运方式可逆浓度梯度进行
B.甘油分子是以这种方式进入细胞的
C.细胞产生的能量增加会提高该物质的转运速率
D.在该物质转运过程中转运蛋白的形状会发生改变
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选D。分析图可知,该物质是从高浓度一侧向低浓度一侧运输,运输过程中需要转运蛋白协助,不需要消耗能量,该运输方式属于协助扩散,协助扩散方向是顺浓度梯度,A错误;甘油分子以自由扩散方式运输,特点是高浓度运输到低浓度,不需要转运蛋白协助,不消耗能量,B错误;协助扩散不消耗能量,动力是浓度差,则细胞产生的能量增加不会提高该物质的转运速率,C错误;图中转运蛋白在运输物质的过程中形状发生了变化,D正确。
【审答误区】常见以下两种错误
(1)不能判断黑点代表的运输物质:黑点多少代表物质的浓度。
(2)不理解影响协助扩散的因素:浓度差和转运蛋白的数量,能量的改变不影响协助扩散。
【类题精练】
甲、乙两种物质分别依赖自由扩散(简单扩散)和协助扩散进入细胞,如果以人工合成的无蛋白磷脂双分子膜代替细胞膜,并维持其他条件不变,则 (　　)
A.甲运输被促进　　　　 B.乙运输被促进
C.甲运输被抑制 D.乙运输被抑制
【解析】选D。甲物质的运输方式是自由扩散,特点是从高浓度一侧运输到低浓度一侧,不需要转运蛋白协助,不消耗能量,则人工合成的无蛋白磷脂双分子膜代替细胞膜,甲运输不受影响,A、C错误;乙物质的运输方式是协助扩散,特点是从高浓度一侧运输到低浓度一侧,需要转运蛋白协助,不消耗能量,则人工合成的无蛋白磷脂双分子膜代替细胞膜,细胞膜上没有转运蛋白,则乙运输被抑制,B错误,D正确。
【补偿训练】
　　　如图表示物质出入细胞膜的两种方式,从图解可以看出 (　　)
A.甲、乙两种物质都能够自由出入细胞膜
B.细胞对甲物质的吸收也可以用蛋白质作载体
C.甲、乙两种物质都能从高浓度向低浓度运输
D.甲、乙两种物质都是细胞代谢所必需的物质
【解析】选C。细胞膜具有选择透过性,甲、乙两种物质不能够自由出入细胞,A错误; 细胞吸收甲物质的方式是自由扩散,不需要用蛋白质作载体,B错误; 甲、乙两种物质都能从高浓度向低浓度运输,属于被动运输,C正确; 甲物质以自由扩散的方式进入细胞,乙物质以协助扩散的方式进入细胞,但不能说明两种物质是细胞代谢所必需的物质,D错误。
【材料情境】葡萄糖转运蛋白家族包括GLUT1～GLUT14,均参与葡萄糖的运输。GLUT2是肝细胞的葡萄糖转运蛋白,其作用过程如图所示:
核心素养·情境探究
探究:
(1)与葡萄糖转运蛋白的合成和运输有关的细胞器有哪些 (生命观念)
提示:转运蛋白的化学本质是蛋白质,与其合成有关的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体、线粒体。
(2)上述葡萄糖进入肝细胞的方式是什么 影响葡萄糖进入肝细胞速率的因素有哪些 (科学思维)
提示:由于葡萄糖的运输方向是顺浓度梯度且需要转运蛋白,故葡萄糖进入细胞的方式是协助扩散。影响协助扩散的因素有细胞内外葡萄糖的浓度差和GLUT2转运蛋白的数量。
(3)上述转运蛋白转运葡萄糖的过程中,其空间结构发生了变化,能否继续转运葡萄糖 其与通道蛋白有什么异同点 (科学思维)
提示:①转运蛋白可以反复利用,在行使功能过程中不被“消耗”,此转运蛋白为载体蛋白。
②二者的相同点:均起运输作用。
不同点:a.每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合,通过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜转运,具有饱和性。
b.通道蛋白介导被动运输时不需要与溶质分子结合,只有直径和形状与其相适配、大小和电荷适宜的分子或离子才能通过,没有饱和值。
【科技情境】近年来,生物膜的研究成果在环保、医疗等领域有广泛的应用,例如人工制成的血液透析膜,通过血液和透析液在透析膜内外两侧的相对流动,其溶质按照浓度梯度差从高浓度一侧向低浓度一侧转运,将代谢废物透析掉。
探究:
(1)结合本节所学知识分析,血液透析膜和细胞膜有区别吗
提示:有区别,血液透析膜属于半透膜,只是模拟细胞膜的选择透过性,没有生物活性,不具有物质运输、信息交流等功能。
(2)利用上述膜设计实验进一步验证该膜的功能(实验材料:U形管、葡萄糖溶液、清水、血液透析膜),要求:简要写出实验思路。
提示:在U形管中间放上血液透析膜,两侧分别放入等量的清水和葡萄糖溶液,观察两侧液面高度的变化。