3.3 物质通过多种方式出入细胞 课件（共49张PPT）

(共49张PPT)
第3节 物质通过多种方式出入细胞
细胞维持正常的代谢，必须从周围环境中获得氧和营养物质，同时向周围环境中排出各种代谢产物。细胞由一层具有选择透过性的细胞膜包被着，细胞膜具有调控物质出入细胞的功能。不同物质通过细胞膜出入细胞的方式是不同的。物质出入细胞有哪些方式？各自的特点和意义是什么？
问题探讨
01
被动转运不需要消耗能量
1.扩散作用和渗透作用
扩散是分子或离子从高浓度处向低浓度处运动的现象
实例
定义
01.扩散作用
条件
方向
结果
存在浓度差
02.渗透作用
方向
定义
条件
1.要有半透膜；2.膜两侧要存在浓度差。
从水分子数相对较多的一侧进入水分子数相对较少的一侧（即水分 子从溶液中溶质的浓度低的一侧进入浓度高的一侧）。
一般来说，水分子通过半透膜的扩散称为渗透现象。
结果
膜两侧水分子的相对数目相等或者溶液浓度相等。
(1)半透膜两侧的水分子进行的是双向运动，而不是单向运动，观测到的现
象是由双向水分子运动的差别所导致的液面改变。
(2)当半透膜两侧的溶液达到平衡时，是指两侧的水分子运动达到平衡，而
两侧溶液的浓度并不一定相同，两侧的液面高度也不一定相同。
(3)水分子通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散。此处的浓度指的是物质的量浓度，是单位体积中微粒的多少，不是质量分数。
有关渗透作用的三个误区
扩散和渗透都是物理现象
动物细胞的失水与吸水
细胞膜相当于一层半透膜；细胞质有一定浓度，与外界溶液能形成一定浓度差，动物细胞通过渗透作用吸水和失水。
原理
条件 结果
外界溶液浓度=细胞质浓度
外界溶液浓度＜细胞质浓度
外界溶液浓度＞细胞质浓度
细胞形态不变
细胞失水皱缩
细胞吸水膨胀，甚至涨破
1.当外界溶液溶质的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗
不一定，当外界浓度稍高于红细胞细胞质浓度时，红细胞只是吸水膨胀并不会涨破
2.红细胞吸水或失水取决于什么条件
外界浓度与细胞质浓度有无一定浓度差
3.想一想临床上输液为什么要用生理盐水。
它的渗透压和细胞外的一样，所以不会让细胞失水或者过度吸水膨胀破裂
植物细胞的失水与吸水
原理
成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜；细胞液有一定浓度，与外界溶液能形成一定浓度差，植物细胞通过渗透作用吸水和失水。
原生质层：细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。
水进出细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡。
植物细胞的失水与吸水
条件 结果
外界溶液浓度=细胞液浓度
外界溶液浓度＜细胞液浓度
外界溶液浓度＞细胞液浓度
细胞吸水，中央液泡体积变大，细胞膨胀
细胞失水，中央液泡体积变小，发生质壁分离
细胞形态不变
2.被动转运
物质跨膜的扩散和渗透之所以发生，是因为膜两侧的物质存在浓度差。
物质由浓度较高的一侧转运至浓度较低的一侧，称为被动转运。
比方：球往低处滚
这种转运不需要消耗能量
被动转运：扩散和易化扩散
（4）举例：氧气、二氧化碳、甘油、乙醇等。
01.扩散
某些小分子物质由高浓度向低浓度通过扩散进出细胞的方式。
V
浓度差
（1）方向：高浓度→低浓度
（2）动力：浓度差
（3）曲线：
细胞外
细胞内
水分子
细胞膜
O2、CO2、水
乙醇、甘油、苯
许多种小分子或离子，在细胞膜外侧的浓度虽然常比细胞内高，但由于它们不溶于细胞膜的磷脂双分子层中，或者是体积太大，不能直接穿过细胞膜，需借助于细胞膜中的一类载体蛋白，将分子或离子转运到细胞内。
这种转运不需要消耗能量
比方：小车载物下坡
（5）举例：红细胞吸收葡萄糖
02.易化扩散
某些小分子物质由高浓度向低浓度在载体蛋白的协助下通过扩散进出细胞的方式。
（1）方向：高浓度→低浓度
（2）动力：浓度差
（4）曲线：
V
浓度差
载体蛋白分子与被转运的分子或离子结合后改变形状， 把分子或离子转运至膜的另一侧。
将分子或离子释放后，载体蛋白又恢复至原来的形状。
这种转运仍是一种扩散作用，但扩散的速率要大得多。
（3）需要载体蛋白
01
主动转运需要载体蛋白，并且消耗能量
海水鱼的鳃需要将体内的盐从盐浓度较低的体液中排出盐浓度较高的海水中
01.主动转运
植物的根需要从土壤溶液中吸收离子，
而土壤溶液中该离子的浓度往往低于根细胞中的浓度
物质逆浓度梯度（由低浓度运送到高浓度）进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗能量，这种方式叫作主动转运。
比方：卡车载货上坡
01.主动转运
V
ATP
01.主动转运
（1）方向：低浓度→高浓度
（2）动力：ATP中的能量
（4）曲线：
（5）举例：葡萄糖进入小肠上皮细胞
（3）需要载体蛋白
（5）主动转运具有重要的意义：
细胞膜的主动转运是活细胞的特性，它保证了活细胞能够按照生命活动的需要，主动选择吸收所需的营养物质，主动排出代谢废物和对细胞有害的物质。是细胞最重要的吸收或排出物质的方式，它可以保持细胞内部某些物质的浓度与周围环境相比有较大的差别。
扩散 易化扩散 主动转运
方向
能量
载体
举例
K+、 Na+进出细胞
高浓度 低浓度
高浓度 低浓度
低浓度 高浓度
不消耗ATP
不消耗ATP
消耗ATP
不需要
需要
需要
水 O2、CO2、
甘油等脂溶性物质
血浆中葡萄糖
进入红细胞
三种跨膜运输方式的比较
进出细胞的物质并不一定都通过跨膜转运来实现。
03
某些物质通过胞吞、胞吐进出细胞
某些生物大分子如蛋白质、多糖等进入细胞，首先会被一部分细胞膜包起来， 然后这一部分细胞膜与整个细胞膜脱离，裹着该物质运到细胞的内侧或外侧。如果把这一部分物质运送到细胞内侧，就称为胞吞; 如果把这一部分物质运送到细胞外侧，就称为胞吐。
01.胞吞和胞吐
特点：①主要运输生物大分子，如蛋白质和多糖
②需要消耗能量
③不需要转运蛋白参与
④依赖膜的流动性
消耗能量
接触
凹陷
包围
分离
消耗能量
包围
移动
融合
排出
胞吞或胞吐的物质可以是固体，也可以是液体，
变形虫的摄食过程就是胞吞作用
分泌蛋白的外排是胞吐作用
物质运输方式 被动转运 主动转运 胞吞胞吐
扩散 易化扩散
运输方向
载体
能量
举例
顺浓度梯度
不需要
不消耗
O2、CO2、H2O
甘油、乙醇、苯
顺浓度梯度
需要
不消耗
红细胞吸收葡萄糖
逆浓度梯度
消耗
需要
Na+ 、K+、Ca2+等离子；以及其他小分子小肠吸收葡萄糖、氨基酸...
无浓度要求
不需要
消耗
大分子或颗粒性物质
总结：物质运输方式
活动：观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象
活动：观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象
植物细胞浸泡在不同浓度的溶液中。由于细胞液与外界溶液中溶质的浓度的差异，植物细胞可能因为吸水、失水引起细胞形态的变化。这些变化可以通过显微镜观察到。
观察描述植物细胞质壁分离及质壁分离复原现象。
原理
目的
材料
紫色洋葱，水，质量浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液,刀片,镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，培养皿，显微镜。
在载玻片中央滴一滴清水。用镊子撕取紫色洋葱外表皮约0.5cm2 ，放在载玻片的水滴中，展开后盖上盖玻片。
制作临时装片
观察质壁分离现象
观察质壁分离复原现象
活动：观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象
方法步骤
制作临时装片
观察质壁分离现象
观察质壁分离复原现象
活动：观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象
方法步骤
制作临时装片
观察质壁分离现象
观察质壁分离复原现象
活动：观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象
方法步骤
制作临时装片
观察质壁分离现象
观察质壁分离复原现象
活动：观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象
细胞不断失水
细胞吸水
正常细胞
质壁分离复原的细胞
0.3g/ml的蔗糖溶液处理
清水处理
质壁分离的细胞
方法步骤
1.外界溶液浓度如何影响洋葱表皮细胞的水分得失？
讨论
活动：观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象
活动：观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象
2.植物细胞是否为活细胞，可以根据其能否发生质壁分离和质壁分离复原来判断，请分析原因。
讨论
当植物细胞死亡后，其细胞膜结构就变得不完整，这样植物细胞作为渗透系统的第一个条件半透膜没有了，质壁分离就不会发生。
活动：观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象
1.上述实验成功的关键是实验材料的选择，为什么本实验不选择细菌和动物细胞，而选择有大液泡并有颜色的植物细胞？
2.质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间的是什么液体，为什么？
是浓度降低的外界溶液，因为细胞壁是全透性的，且有水分子通过原生质层渗出来。
一般不选择细菌细胞，它能发生质壁分离，但现象不明显。不能选择动物细胞，它无细胞壁，不能发生质壁分离现象。选择有大液泡并有颜色的植物细胞，因为质壁分离现象易于发生且便于在显微镜下观察。
观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象
3.若用0.5 g/mL的蔗糖溶液做实验，能发生质壁分离但不能再复原，为什么？
因为细胞过度失水会死亡。
4.发生质壁分离复原需要将植物再置于低浓度的蔗糖溶液或蒸馏水中，但如果所用溶液中的溶质为葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等，会发生自动复原现象，请分析是为什么？
质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。
5.本实验采用是自身对照。用高倍显微镜观察了三次，第二次（处于质壁分离状态）与第一次（处于正常状态）对照，第三次（处于质壁分离复原后状态）与第二次（处于质壁分离状态）对照
植物细胞的细胞液浓度越高，其吸水能力就越强；反之，植物细胞的细胞液浓度越低，其吸水能力越弱。
实验原理
探究洋葱表皮细胞的细胞液浓度范围
1.植物细胞在什么情况下发生质壁分离？什么情况下发生质壁分离复原？
活动提示
细胞液浓度小于外界溶液浓度时发生质壁分离
质壁分离后，当细胞液浓度大于外界浓度时，发生质壁分离复原
2.在植物细胞既不吸水也不失水的情况下，其细胞液浓度与外界溶液中溶质的
浓度有何关系
细胞液浓度等于外界溶液浓度
3.估测洋葱表皮细胞的细胞液浓度。
活动提示
能引起约50%的细胞发生初始质壁分离的蔗糖浓度就是细胞液的浓度。初始质壁分离是指细胞的角隅处开始出现质膜及其以内部分离开细胞壁的状态
4.利用前面三个问题的答案，以实验小组为单位，设计实验。
(1)实验材料和用具:紫色洋葱，水，不同浓度的蔗糖溶液，刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，培养皿，显微镜。
(2)哪些措施可以减少实验过程中可能出现的误差
选取新鲜的洋葱，多组蔗糖浓度组别使结果更精确，多组实验排除偶然性等等
(3)写出实验方案后进行实验。
讨论
1.通过自已小组的实验，估测出洋葱表皮细胞的细胞液浓度范围。
2.汇总全班各实验小组的数据，估测出洋葱表皮细胞的细胞液浓度范围。
3.本实验中，减少实验误差的措施有哪些
质壁分离及质壁分离复原实验的应用
(1)判断成熟植物细胞的死活
(2)测定成熟植物细胞液浓度
待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液 细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的蔗糖溶液的浓度之间。
镜检
质壁分离及质壁分离复原实验的应用
(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
同一植物的相同成熟细胞＋未知浓度的溶液 记录刚刚发生质壁分离所需时间―→ 比较所用时间长短―→ 判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液的浓度越大)。
不同成熟植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液 刚刚发生质壁分离时所需时间的比较―→ 比较细胞液浓度(判断质壁分离速率)。
(4)比较未知浓度溶液的浓度大小
质壁分离及质壁分离复原实验的应用
成熟植物细胞＋蔗糖溶液 发生质壁分离―→ 细胞壁伸缩性小于原生质层伸缩性。
同一植物的相同成熟细胞＋不同种类溶液
(5)验证原生质层和细胞壁伸缩性大小
(6)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
质壁分离及质壁分离复原实验的应用
(7)质壁分离复原需要将发生质壁分离的植物细胞再置于低浓度的溶液或清水中，但如果所用溶液为葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等，质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。