生物人教版（2019）必修1 4.1被动运输（共54张ppt）

(共54张PPT)
4.1被动运输
高中生物人教版（2019）必修一
下面的文字摘自治疗某高血压药物说明书：“本品为二氢吡啶类钙通道阻滞剂，抑制血管平滑肌和心肌细胞的跨膜钙离子内流，但以血管作用为主。本品引起冠状动脉、肾小动脉等全身血管的扩张，产生降压作用。”
许多药物都是针对细胞膜上物质运输的通道研发的，你知道这是为什么吗？
为治疗相应的疾病提供重要的方法和途径。
学习细胞膜的结构，研究细胞膜上运输物质的通道，弄清楚这些结构的功能。
新知讲解
掌控着道道闸门，驱动着各式舟车
输入输出中忙碌，被动主动间选择
生物大分子铸就，神奇的生命之膜
细胞是一个开放的系统，系统的边界——细胞膜不仅是将细胞内外隔开的屏障，也是控制物质进出细胞的门户。
细胞膜是怎样控制物质输入和输出的呢？不同的物质跨膜运输的方式一样吗？这与细胞膜的结构有什么关系？
新知讲解
新知讲解
在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸，往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗进入盛有清水的烧杯中，使漏斗内外的液面高度相等。过一段时间后，会出现如右图所示现象。
玻璃纸（又叫赛璐玢）是一个半透膜，水分子
可以自由通过，而蔗糖分子则不能。
讨论
1.漏斗管内的液面为什么会升高？如果漏斗管足够长，管内的液面会无限上升吗？为什么？
2.如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？
3.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？
问题探讨
第1节 被动运输
重点
（1）被动运输的原理和特点
（2）探究植物细胞的吸水和失水
难点
（1）探究植物细胞的吸水和失水
（2）转运蛋白的种类和作用
本节聚焦
细胞在什么情况下吸水或失水？
植物细胞的质壁分离与复原现象说明什么？
两种被动运输的方式有什么异同？
教学目标
玻璃纸
（半透膜）
清水
蔗糖溶液
开始时液面
上升后液面
纱布
同浓度蔗糖溶液
1.渗透作用装置
（1）漏斗管内液面为什么会升高？如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
由于单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量多于从长颈漏斗渗出的水分子数量，使得管内液面升高。
（2）用纱布代替玻璃纸，漏斗管内液面还会升高吗？
用纱布替代玻璃纸时，因纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通透，因而液面不会升高。
（3）清水换成同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？
半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量，液面也不会升高。
（4）水分子只能从烧杯中扩散到漏斗中吗？
（友情提醒）半透膜，水分子可以自由通过。
不是的，水分子既可以从烧杯中扩散到漏斗中，也能从漏斗中扩散到烧杯中，只不过，在单位时间内，从烧杯中扩散到漏斗中的水分子数量比较多。
2.分析实验现象
一、水进出细胞的原理
（一）渗透作用
一、水进出细胞的原理
3.得出结论
水渗入漏斗内使液面上升必须具备两个条件
半透膜
半透膜两侧溶液浓度差
是一类可以让小分子物质通过而大分子物质不能通过的一类薄膜的总称
半透膜：
（一）渗透作用
新知讲解
4.渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散，称为渗透作用。
条 件
①具有半透膜（主要）
②半透膜两侧的溶液浓度不同
5.渗透压：溶液中溶质微粒对水的吸引力。
（一）渗透作用
新知讲解
如果半透膜两侧存在浓度差，渗透的方向就是水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。
水分子通过细胞膜进出细胞也是同样的原理吗？
细胞膜是否相当于一层半透膜呢？
一、水进出细胞的原理
新知讲解
（二）动物细胞的吸水和失水
思考 讨论
水进出哺乳动物红细胞的原理
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，红细胞将会发生以下的变化。
外界溶液浓度
小于细胞质浓度
细胞吸水膨胀
外界溶液浓度大于细胞质浓度细胞失水皱缩
外界溶液浓度等于细胞质浓度保持原状态
新知讲解
思考 讨论
水进出哺乳动物红细胞的原理
（二）动物细胞的吸水和失水
分析图4-1所示水进出哺乳动物的红细胞现象
讨论
1.红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？这些有机物相当于“问题探讨”说是装置中的什么物质？
2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？
3.当外界溶液溶质的浓度低时，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（0.9%氯化钠溶液）。
新知讲解
思考 讨论
水进出哺乳动物红细胞的原理
（二）动物细胞的吸水和失水
讨论
1.红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？这些有机物相当于“问题探讨”说是装置中的什么物质？
提示：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。
2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？
提示：是（是“相当于”，不是“等同”）
新知讲解
思考 讨论
水进出哺乳动物红细胞的原理
（二）动物细胞的吸水和失水
讨论
3.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？
提示：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，有可能细胞内容浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，因此，红细胞将不再吸水。
新知讲解
思考 讨论
水进出哺乳动物红细胞的原理
（二）动物细胞的吸水和失水
讨论
4.红细胞吸水或失水取决于什么条件？
提示：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。
5.想一想临床上输液为什么要用生理盐水（0.9%氯化钠溶液）。
提示：因为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。
新知讲解
（2）细胞膜相当于半透膜
（1）外界溶液与细胞质基质存在浓度差
红细胞发生渗透作用的条件
红细胞的细胞膜是相当于一层半透膜。为什么？
一、水进出细胞的原理
水进出其他动物细胞的原理与进出红细胞的原理是一样的，都是通过渗透作用。
用的是什么科学方法呢？
不完全归纳法（P5）
新知讲解
（三）植物细胞的吸水与失水
一、水进出细胞的原理
水又是怎样进出植物细胞的呢？
研究表明，对于水分子来说，细胞壁是全透性的，即水分子可以自由地通过细胞壁，细胞壁的作用主要是保护和支持细胞，伸缩性比较小。
成熟的植物细胞由于中央液泡占据了细胞的大部分空间，将细胞质挤成一薄层，所以细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液。
原生质层是不是相当于一半透膜呢？
新知讲解
1.几个问题
细胞壁
细胞核
细胞膜
细胞质
（1）植物细胞的细胞膜能看成是半透膜吗？
（3）研究发现，植物的细胞壁透性很高，水分子和溶质分子都可以通过，如果上图是植物的根细胞，则细胞膜外是什么溶液？
外界溶液
（土壤溶液）
（2）植物细胞还具有细胞壁，它对细胞的吸水和失水有没有影响？
一、水进出细胞的原理
新知讲解
细胞壁
细胞核
细胞膜
细胞质
外界溶液
（土壤溶液）
1.几个问题
（4）细胞膜内是细胞质，细胞质中的很多物质都溶解在水中，所以细胞质也有一定的浓度，如果细胞质的浓度大于土壤溶液的浓度，根细胞会吸水还是失水？
一、水进出细胞的原理
新知讲解
（6）液泡膜能看成半透膜吗？
细胞质
外界溶液
（土壤溶液）
液泡液
（细胞液）
（5）液泡外是细胞质，具有一定浓度，液泡内也是一种溶液（液泡液），如果液泡液的浓度大于细胞质，液泡体积会如何变化？
1.几个问题
一、水进出细胞的原理
新知讲解
外界溶液
（土壤溶液）
细胞质
液泡液
（细胞液）
原生质层是不是相当于一半透膜呢？
一、水进出细胞的原理
新知讲解
原生质层是不是相当于一层半透膜？
即要证明在内外有浓度差下，大分子物质和小分子物质进出细胞的情况，如果在有浓度差情况下，能判定小分子物质能通过原生质层进出细胞，而大分子物质不能进出细胞，则说明，原生质层就是相当于半透膜。
如何证明？
一、水进出细胞的原理
新知讲解
3.探究植物细胞的吸水和失水（实验五）
探究 实践
（原生质层是一层半透膜吗？）
（原生质层相当于一层半透膜）
（按预定方案进行实验）
（分析实验结果，得出结论：……）
（总结，写实验报告并适当交流）
设计
方案
预期结果
将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其大小的变化；再将细胞浸润在清水中，观察其大小的变化。
在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，细胞皱缩；在清水中植物细胞的中央液泡会变大，细胞膨胀。
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
表达与交流
一、水进出细胞的原理
原理：成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用。
（2）作出假设
或成熟的植物细胞不构成渗透系统不能发生渗透作用。
>
失水 质壁分离
<
吸水 质壁分离复原
外界溶液浓度
细胞液浓度
原生
质层
（1）提出问题
原生质层是一层半透膜吗？
3.探究植物细胞的吸水和失水（实验五）
原生质层是一层半透膜。
①“擦”
②“滴”
③“取”
④“放”
⑤“盖”
⑥整理装片
（3）进行实验（实验操作，即步骤）
A.临时装片的制作：
⑦观察洋葱表皮细胞
有一个紫色的中央大液泡原生质层紧贴细胞壁
细胞形态
（3）进行实验（实验操作，即步骤）
A.临时装片的制作：
①滴蔗糖液
②反复吸引
B.制作质壁分离：
（3）进行实验（实验操作，即步骤）
③观察质壁分离
中央大液泡逐渐变小，颜色变深原生质层与细胞壁逐渐分离
细胞形态
B.制作质壁分离：
（3）进行实验（实验操作，即步骤）
①滴 清水
②反复吸引
C.制作质壁分离复原
（3）进行实验（实验操作，即步骤）
③观察质壁分离复原
①中央大液泡逐渐膨大，颜色变浅
②原生质层逐渐贴近细胞壁，复原。
细胞形态
C.制作质壁分离复原
（3）进行实验（实验操作，即步骤）
（4）实验操作 即:步骤
制作洋葱鳞片叶表皮临时装片
取洋葱鳞片叶表皮
取洁净的载玻片，
并在中央滴一滴清水
将鳞片平铺在清水中
倾斜45°，盖上盖玻片
低倍镜观察细胞形态
①有一个紫色的中央大液泡
②原生质层紧贴细胞壁
吸水纸吸引
0.3g/ml蔗糖溶液
吸水纸吸引
清水
低倍镜观察细胞形态
①中央大液泡逐渐膨大，颜色变浅
②原生质层逐渐贴近细胞壁，复原。
低倍镜观察细胞形态
①中央大液泡逐渐变小，颜色变深
②原生质层与细胞壁逐渐分离
植物细胞的质壁分离与复原
刚开始发生质壁分离
明显发生质壁分离
（5）实验现象
变小
逐渐恢复
原来大小
原生质层恢
复原来位置
原生质层脱
离细胞壁
基本不变
基本不变

中央液
泡大小
原生质层
的位置
细胞大小
蔗糖
溶液
清水
现象
试剂
大液泡颜
色变化
变深
变浅
（5）实验现象
A.植物细胞质壁分离现象
外界溶液浓度＞细胞液的浓度，细胞渗透失水。
（6）结果分析（P65）
细胞失水时细胞壁和原生质层都会出现一定程度的收缩,但原生质层的伸缩性更大，故原生质层会与细胞壁发生分离。
外界溶液浓度＜细胞液的浓度，细胞渗透吸水。
B.植物细胞质壁分离复原现象
植物细胞的______________相当于半透膜。
原生质层
（7）实验结论
（8）质壁分离的原因分析
内因：
外界容易浓度
细胞壁的伸缩性小于原生质层
原生质层相当于一层半透膜
外因：
细胞渗透失水
B.表现
A.原因
微观
细胞液浓度
细胞液颜色：
原 生 质 层：
与细胞壁分离
液 泡：
宏观
坚挺
萎蔫
大 ——小
浅——深
>
（9）问
a.植物细胞发生质壁分离的内在因素是什么？
b.实验时一定要选择紫色洋葱外表皮细胞吗？
提示：不一定。但紫色洋葱外表皮细胞含有色素，使液泡呈现一定的颜色，更有利于观察。
1．植物细胞发生质壁分离的内在因素是什么？
提示：→→
2．实验时一定要选择紫色洋葱外表皮细胞吗？
提示：不一定。但紫色洋葱外表皮细胞含有色素，使液泡呈现一定的颜色，更有利于观察。

（9）问
c.本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，若浓度过高或过低对实验有何影响？
提示：选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，既明显出现质壁分离，又不会杀死细胞。若浓度过高，质壁分离速度快，细胞会因失水过多而死亡，不能再进行质壁分离复原；若浓度过低，不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。
d．只要外界溶液的浓度大于细胞液的浓度，细胞就会发生质壁分离吗？请简述原因。
提示：不一定。因为质壁分离是成熟的活的植物细胞具有的生理现象，未成熟的植物细胞和动物细胞不会发生质壁分离现象。
e.发生质壁分离的洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是何物质？
提示：因为细胞壁是全透性的，所以洋葱表皮细胞原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。
（9）问
（9）问
f.若用适宜浓度的KNO3溶液进行该实验，结果会发生质壁分离与复原吗？请简述原因。
提示：会。开始外界溶液浓度较大，细胞发生质壁分离；细胞主动吸收K＋和NO3－后，随着细胞液浓度增大，质壁分离又会自动复原。
通过上面的探究活动可以看出，植物细胞的原生质体相当于一层半透膜，植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞液中的水就透过原生质层进入外界溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。当细胞不断失水时，由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，也就是逐渐发生了质壁分离。当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水就透过原生质层进入细胞液中，整个原生质层就会慢慢地恢复原来的状态，使植物细胞逐渐发生质壁分离的复原。
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，这种物质跨膜运输的方式成为被动运输。被动运输又分为自由扩散核协助扩散。
扩散(diffusion)：物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象。扩散的速率与物质的浓度梯度成正比。
二、自由扩散和协助扩散
1.扩散
（1）现象
（2）定义
（3）条件
墨水在水中的扩散、气味在空气中的扩散
物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象，扩散的速率与物质的浓度梯度成正比。
浓度差
扩散速度在气体中最大，液体中其次，固体中最小；而且浓度差越大、温度越高、参与的粒子质量越小，扩散速度也越大。
新知讲解
阅读教材（P66），回答一下问题
1.自由扩散的条件是什么？
2.自由扩散的定义是什么？
3.请举出自由扩散的典型例子。
4.协助扩散的条件是什么？
5.协助扩散的定义是什么？
6.请举出协助扩散典型例子。
二、自由扩散和协助扩散
1.自由扩散
（1）条件
（2）定义
（3）典例
小分子物质
细胞内外存在浓度差
物质通过简单的扩散作用进出细胞，叫做......
常见：O2、CO2、N2、甘油、乙醇、苯、水等物质。
2.协助扩散
（1）条件
（2）定义
（3）典例
细胞内外存在浓度差
需要载体蛋白的协助
物质从高浓度到低浓度
进出细胞，并借助载体蛋白的扩散，叫做......
葡萄糖进入红细胞
3.转运蛋白
（1）种类
载体蛋白和通道蛋白
（2）生理机制
载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，且每次转运时都会发生自身构象的改变。
通道蛋白只容许与自身通道的直
径和性状相适配、大小和电荷相
适宜的分子或离子通过。分子或
离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合。
（3）不同点
①通道蛋白参与的只是被动运输（协助扩散），在运输过程中并不与被动运输的分子或离子相结合，也不会移动，并且是从高浓度向低浓度运输，所以运输时不消耗能量。
载体蛋白参与的有主动运输和协助扩散，在运输过程中与相应的分子特异性结合（具有类似与酶和底物结合的饱和效应），自身的构象会发生变化，并且会移动。在主动运输过程中被运输物质由低浓度侧向高浓度移动，需要消耗代谢能量；在协助扩散过程中，有高浓度侧向低浓度侧运动，不消化代谢能量。
②通道蛋白转运速率与物质浓度成比例，且比载体蛋白介导的转运速度更快（1000倍以上）。
③通道蛋白其结构和功能状态在细胞内外理化因子作用下，能在数毫秒至数十毫秒的时间内迅速激活开放，水华迅速失活或关闭，而载体蛋白无此特性。
（3）不同点
4.影响被动运输速率的因素（P67）
（1）影响自由扩散速率的因素
（2）影响协助扩散速率的因素
①膜内外物质浓度梯度的大小（或膜内外物质浓度差，浓度差越大扩散速率越大，反之则慢。）
①膜内外物质浓度梯度的大小（或膜内外物质浓度差，浓度差越大扩散速率越大，反之则慢。）
②膜上转运蛋白的数量
③温度
②温度
练习与应用
二、拓展应用
1.细胞液中物质的浓度对于维持细胞的生命活动非常重。现提供紫色洋葱鳞片叶表皮细胞，请设计实验，测定该细胞的细胞液的浓度相当于多少质量分数的蔗糖溶液。写出你的实验思路，并分析其中的基本原理。
提示：可以配置出一系列浓度梯度的蔗糖溶液。将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞置于配好的各种浓度的蔗糖溶液中，适当时间后用显微镜观察细胞质壁分离情况。记录刚好发生质壁分离的细胞所用的这让溶液浓度，以及刚好尚未发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，据此推算出细胞液溶质浓度应介入这两个浓度之间。
2.温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率吗？请你提出假设，并设计实验该假设的实验方案。
练习与应用
二、拓展应用
提示：假设：温度变化会影响水分子通过半透膜的扩散速率。
设计实验：可借用本节问题探讨中的渗透装置进行实验。将该渗透装置置于不同温度的环境中，通过比较不同温度下漏斗管液面上升速度的快慢，判定温度是否影响水分子的扩散速率。实验中要注意排除各种无关变量的干扰，如置于不同温度的漏斗内的蔗糖溶液的量和浓度必须相等，以确保实验的准确性。
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
表达与交流
温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率吗？
温度变化会影响水分子通过半透膜的扩散速率
设计
方案
预期结果
练习与应用