课件75张PPT。第四章 细胞的物质输入和输出第四章第1节 物质跨膜运输的实例第四章
1．渗透作用发生的两个条件：一是半透膜，二是浓度差。
2．原生质层包括细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
3．植物细胞发生质壁分离的原因：①外界溶液浓度大于细胞液浓度；②原生质层的伸缩性大于细胞壁。
4．只有活的成熟植物细胞才可发生质壁分离，动物细胞和根尖分生区细胞不发生质壁分离。
5．细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，选择透过性是活细胞的功能特性。
6．成熟植物细胞在一定浓度的KNO3、尿素等溶液中发生先质壁分离后自动复原现象。目标预览：
1．说出渗透作用发生的条件。
2．描述质壁分离与复原的过程。(重点)
3．说出植物细胞失水和吸水在实践中的应用。(难点)
4．举例说明细胞膜是选择透过性膜。
情境导入：
色彩鲜美的花朵，让这世界多彩多姿，各式各样的花儿点缀着我们的生活。但你知道吗，这千姿百态的花朵，连开花的方式也是各有千秋。象征着纯洁、贞洁的百合花开放有两个步骤。花瓣基部首先向偏离基座的方向打开，但这时还远不够好看，花瓣还要接着向外翻卷。可是，没人会去帮百合卷花瓣，她们的运动都是自力更生。因为花瓣有厚度，百合花选择了让花瓣内表面细胞吸水而延长的办法，使花瓣的内表面长于外表面，向外弯曲的优雅姿态便展现出来。
百合花的内表面细胞通过什么方式吸水呢？
(一)问题探讨
1．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．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。
(二)思考与讨论
1．红细胞内的血红蛋白等有机物一般不能透过细胞膜。
2．红细胞的细胞膜相当于“问题探讨”中的半透膜。
3．当外界溶液的浓度低于红细胞内部的浓度时，红细胞一般会因持续吸水而涨破。
4．红细胞吸水或失水的多少主要取决于红细胞内外浓度的差值。一般情况下，差值较大时吸水或失水较多。
(三)资料分析
1．在培养过程中，水稻吸收水分及其他离子较多，吸收Ca2＋、Mg2＋较少，结果导致水稻培养液里的Ca2＋、Mg2＋浓度增高。
2．不同作物对无机盐的吸收是有差异的。
3．水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其他物质的跨膜运输并不都是这样，这取决于细胞生命活动的需要。
4．细胞对物质的吸收是有选择的。这种选择性具有普遍性。一、渗透作用具备的两个条件
据图写出渗透作用的两个条件：
①________________________；
②________________________。自 主 预 习具有半透膜 膜两侧具有浓度差 原生质层
细胞膜 浓度差 2．动物细胞的失水和吸水吸水膨胀 失水皱缩 外界溶液的浓度＝细胞质的浓度 3.植物细胞的失水和吸水
(1)成熟植物细胞的结构：
质壁分离的内因：细胞壁和原生质层的____________。细胞膜 液泡膜 细胞液 伸缩性不同 (2)质壁分离与复原实验的探究：
①制作装片：制作_________________的临时装片
②滴加蔗糖溶液，用低倍显微镜观察________的大小和___________的位置
③滴加________，用低倍显微镜观察液泡和原生质层的位置洋葱鳞片叶外表皮 液泡 原生质层清水 ①②③过程中的液泡变化和原生质层与细胞壁的位置关系：原生质层紧贴细胞壁 变小 加深 分离 变大 变浅
三、物质跨膜运输的其他实例
1．物质跨膜的特点
(1)分析番茄和水稻对离子的吸收，判断下列说法的正误。
①同一植物对不同离子的吸收量不同。( )
②不同植物对同一离子的吸收量相同。( )
③植物对离子的吸收都是顺相对含量梯度进行的。( )
√ × ×
(2)分析人体甲状腺滤泡上皮细胞摄取碘的能力：
人体甲状腺滤泡上皮细胞可________________吸收碘。
(3)分析不同微生物对不同矿物质的吸收：
不同微生物对不同矿物质的需要量_________，在吸收上具有________。
2．结论
生物膜都是________________。逆相对含量梯度 不同 选择性 选择透过性膜
1.有的黑心商贩向猪、牛、羊肉中注水，以增加肉的重量，他们能注进去吗？这体现了什么生物学原理？
2．你知道盐碱地庄稼不易成活的主要原因吗？
3．在同一块田里连年种同一种作物会出现产量下降现象，试解释原因。
互 动 探 究
提示：1.能。体现了动物细胞通过渗透作用吸水的原理。
2．盐碱地的土壤溶液浓度高，导致植物根细胞从土壤中吸水困难，有些植物根细胞可能反而失水，使植物因水分供应不足而死亡。
3．长期在同一块田里种植同一种作物，由于作物对离子的选择性吸收，导致某些元素含量下降，就会影响作物生长，从而导致产量下降。1.渗透作用现象的分析
(1)蔗糖溶液液面上升的原因：1渗透作用的实例与原理 要 点 归 纳
分析上图可知：由于左侧蔗糖溶液中单位体积中水分子的数量少，而右侧清水中单位体积中水分子的数量多，所以水分子由右侧进入左侧的数量多于由左侧进入右侧的数量，从而使左侧的液面上升。(溶液两侧水分子数的差异是导致液面上升的原因)
(2)当液面上升到一定程度时，液面不再升高的原因：
分析上图可知：漏斗中的液面高于水槽中的液面，液面差为H1，由于水槽中与漏斗中的液体具有浓度差，即具有渗透压差，所以水分子有进入漏斗的趋势；但是H1产生的压强与渗透压的平衡使半透膜两侧水分子的交换率相同时，液面不再升高。(内外溶液浓度差越大，液面的高度差越大)
2．动、植物细胞符合渗透系统有关半透膜认识的两个误区
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。 如图中的渗透装置，开始时的液面高度为a，停止上升时的高度为b，若每次停止上升后都将玻璃管中高出烧杯液面的部分吸出，则a、b液面间的高度差与吸出蔗糖溶液的次数之间的关系是( )典 例 导 析1
[解析] 由于蔗糖溶液的单位体积中水分子的数量要少于清水中单位体积内水分子的数量，所以导致蔗糖溶液中的液面上升，当用吸管吸走了蔗糖溶液从而使蔗糖分子数量减少，造成蔗糖溶液浓度下降，则蔗糖溶液和清水之间浓度差逐渐变小，ab段产生的压强，即a、b液面间的高度差随着吸出蔗糖溶液次数的增加而减小。
[答案] B图1表示物质扩散的图解，图2是设计证明图1物质扩散成立的实验装置。下列有关叙述正确的是( )1A．图甲中水柱a将持续上升
B．图甲中水柱a将先上升后下降
C．图乙中水柱b将持续上升
D．图乙中水柱b将先上升后下降
[答案] D
[解析] 由于淀粉不能透过半透膜，所以图甲中水柱a会上升但到一定高度后不再上升；图乙中由于葡萄糖溶液中单位体积水分子少，所以水分子会透过半透膜进入b使水柱上升，但由于葡萄糖能透过半透膜，所以会进入清水中而使液面下降。一、动物细胞的吸水和失水
我们在用哺乳动物的红细胞制备细胞膜时，加入的清水能使烧杯中的红细胞涨破。这是由于红细胞细胞质的浓度大于外界溶液浓度，单位体积细胞核内的水分子数少于外界溶液。由于细胞内外水分子数不平衡，水分又能通过细胞膜，而细胞内的大分子物质等不能通过细胞膜，水分子趋向平衡的运动，使红细胞吸水。2细胞的吸水和失水——水分跨膜运输的规律要 点 归 纳
若将红细胞放入一种高浓度溶液中呢？结果必然是细胞失水而皱缩。若将红细胞放入与细胞质的浓度相同的溶液中呢？结果是细胞既不吸水，也不失水，红细胞不变形。我们静脉注射用的生理盐水的浓度，就是与血浆的浓度相等。
二、植物细胞的吸水和失水的实验分析
1．植物细胞与渗透装置的比较
据图分析可知，一个植物细胞类似于一个渗透装置。3．实验操作中注意的问题
(1)实验材料：选择实验材料是实验成功的关键之一。要选取成熟的、液泡带有一定颜色的植物组织进行实验，便于观察实验现象，如紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞。
(2)实验试剂：
①浓度适宜：
a．若蔗糖溶液浓度过低，不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长。
b．若蔗糖溶液浓度过高，可能造成植物细胞失水过多、过快而死亡。
②种类得当：
a．若使用质量浓度为1 mol/L的KNO3溶液，则细胞能发生质壁分离，并能自动复原。因为K＋和NO3-可被细胞吸收，使细胞液浓度增大，细胞渗透吸水。
b．若使用质量浓度为1 mol/L的醋酸溶液，则不发生质壁分离及复原现象。因为醋酸能杀死细胞，使原生质层失去选择透过性。
(3)实验操作过程：
①滴加蔗糖溶液或清水时，应在载物台上操作，故滴加液体不要太多，避免污染物镜镜头。
②观察质壁分离的时间不宜过长，以免细胞因长期处于失水状态而死亡，影响对复原现象的观察。并非所有的细胞都可以发生质壁分离现象
①成熟的植物细胞具有大液泡，质壁分离现象明显，而未成熟的植物细胞没有大液泡，质壁分离现象不明显，不易观察。
②动物细胞由于没有细胞壁，故不发生质壁分离现象。 如图是某同学用洋葱紫色鳞片叶的外表皮做“植物细胞的吸水与失水”实验中所观察到的细胞图，下列叙述正确的是( )典 例 导 析2
A．图中1、2、6组成了细胞的原生质层
B．图中细胞处于质壁分离状态，此时6处的浓度一定大于7处的浓度
C．图中1是细胞壁，6中充满了蔗糖溶液
D．图中7是细胞液，在细胞发生质壁分离过程中，其颜色逐渐变浅
[解析] 原生质层由细胞膜、液泡膜和两者之间的细胞质组成，由图可知，该结构应由2、4、5组成；若该图处于质壁分离状态，6处的浓度可以大于、等于也可以小于7处的浓度；细胞液在质壁分离过程中，若是失水，则颜色会逐渐加深。
[答案] C将洋葱细胞放入大于细胞液浓度的KNO3溶液中，一段时间后用显微镜观察发现该细胞未发生质壁分离，其原因是可能该细胞( )
①是死细胞 ②大量吸水 ③是根尖分生区细胞 ④大量失水 ⑤质壁分离后又自动复原
A．①②③ B．①③⑤
C．②③⑤ D．②④⑤
[答案] B
[解析] 如果是死细胞，则不可能发生质壁分离。也可能是观察时质壁分离后又自动复原了。2水分子是顺相对含量的梯度跨膜运输的，而其他物质大部分不是如此跨膜运输。若所有的物质进出细胞都与水分子一样，细胞内外的所有物质都达到一种平衡，那么细胞就失去了新陈代谢等生命活动所需要的一种特殊物质环境，也就不能完成各种生命活动了。
3 物质跨膜运输的其他实例 要 点 归 纳
实验表明，除水以外的其他物质也可以进行跨膜运输，有的是顺相对含量梯度，如CO2、O2、甘油、乙醇等；有的不是顺相对含量梯度，如Na＋、K＋、氨基酸等，而且细胞对于这些物质的输入和输出有选择性。
从教材的资料分析中得知，番茄和水稻能从培养液中选择性地吸收离子，而人体甲状腺滤泡上皮细胞具有很强的摄取碘的能力，即动植物细胞对物质的吸收具有选择性，这是由细胞膜的特性决定的。活细胞的细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，它的选择透过性主要表现在：①水分子可以自由通过；②被细胞选择吸收的离子和小分子也可以通过；③不被细胞选择吸收的离子和小分子、大分子不能通过。 将水稻培养在含有各种营养元素的培养液中，发现水稻吸收硅多，吸收钙少。这说明( )
A．水稻培养液中硅和钙的浓度不同
B．水稻根细胞对于物质的吸收具有选择性
C．水稻根细胞吸收硅的能力强，吸收钙的能力弱
D．硅是小分子，钙是大分子
[解析] 水稻吸收硅多，吸收钙少，说明水稻根细胞对物质的吸收具有选择性。
[答案] B甜菜块根细胞中有花青素，可使块根呈红色。将块根切成小块放在蒸馏水中，水无明显的颜色变化。但用盐酸处理这些块根后，则能使水变红，这是因为( )
A．细胞壁被盐酸破坏
B．花青素不溶于水而溶于盐酸
C．盐酸破坏了细胞膜的选择透过性
D．盐酸破坏了原生质层的选择透过性
[答案] D
3
[解析] 花青素存在于液泡的细胞液中，单纯破坏细胞膜、细胞壁，但只要液泡未被破坏，花青素就不会出来。液泡膜与细胞膜以及两膜之间的细胞质合称为原生质层，可看成是一层选择透过性膜。11.原生质与原生质层
(1)从存在范围看：原生质是动植物细胞都具有的，而原生质层仅存在于成熟的植物细胞中。
概念辨析 (2)从组成结构看：原生质是细胞内的生命物质，包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分，而原生质层不包括细胞核和液泡内的细胞液两部分，细胞核尽管在原生质层内占据一定位置，但它不属于原生质层的组成部分，因此在成熟的植物细胞内相当于半透膜的原生质层是由细胞膜、液泡膜以及两膜之间的细胞质所组成的，而不是由细胞膜、液泡膜以及两膜之间的原生质所组成。
特别提醒：原生质是“物质”范畴的一个概念，指细胞内的生命物质；而原生质层是侧重于“结构”的一个概念。
2．半透膜与选择透过性膜的异同
半透膜是指某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜(如动物的膀胱，肠衣等)。能否通过半透膜往往取决于分子的大小。而选择透过性膜是指细胞膜等生物膜，生物膜的特点是膜上具有载体，且不同生物的细胞膜上载体的种类和数量不同，构成了对不同物质吸收与否和吸收多少的选择性。细胞死亡后，细胞膜便失去了选择透过性，变为全透性的。因此半透膜与选择透过性膜是两类不同的膜。
它们的相同点是：都可以让水分子自由通过，都不允许大分子物质通过。
它们的不同点是：只要分子比半透膜的孔径小，就能通过半透膜；而对选择透过性膜来说，即便是小分子，只要不是细胞所要选择吸收的，也不能通过。
特别提醒：选择透过性膜是生理学上的概念，它具有生物活性；半透膜是物理学上的概念，物质的透过与不透过，取决于半透膜孔隙的直径大小。
3．渗透与扩散
渗透是指水分子或其他溶剂分子透过半透膜向溶质浓度大的一方做分子运动，使膜两边溶质浓度达到均衡的现象。例如，具有液泡的成熟植物细胞，当细胞液的浓度大于细胞外界溶液浓度时，细胞就通过渗透作用吸水；当细胞液的浓度小于细胞外界溶液浓度时，细胞就通过渗透作用失水。
扩散是指物质从密度大的空间自然向密度小的空间运动的现象。例如，水、氧气、二氧化碳、甘油等物质通过半透膜的扩散方式都属于自由扩散。
渗透是扩散的一种特殊形式。可以说，渗透侧重于液体的扩散。如：水分子通过半透膜的方式既可说是自由扩散，又可说是渗透，但氧气、二氧化碳、甘油等物质通过膜只能说是自由扩散，而不能说是渗透。
21.在生产生活中的应用：
(1)对农作物合理灌溉，既满足作物对水分的需要，同时也降低了土壤溶液浓度，促进水分的吸收。
(2)盐碱地中植物更易缺水或不易存活；一次施肥过多，会造成“烧苗”现象。这是因为土壤溶液浓度过高，甚至超过根细胞液浓度，这样，根就不易吸水或因失水而造成“烧苗”现象。
细胞吸水和失水的应用
(3)糖渍、盐渍食品(如盐渍新鲜鱼、肉)不变质的原因是形成了很高浓度的溶液，使微生物(如细菌)不能在上面生存、繁殖，从而能较长时间的保存。
(4)医用的生理盐水浓度为0.9%，是为了维持组织细胞正常的形态。
(5)农民在移栽植物时往往去掉一些叶片，是因为刚移栽的植物的根尚不能从土壤中大量吸水，去掉部分叶片可以减少水分散失，以避免植物体内失水过多，从而提高成活率。
2．在科学研究中的应用：
根据渗透作用原理可知，水是由低浓度溶液向高浓度溶液渗透，这一原理在科学研究中可用于：①鉴定溶液浓度的高低 ②验证细胞的死活(死细胞不会发生渗透作用) ③测定细胞液的浓度。探究点 获取探究实验突破口的方法
——探究生物膜的选择透过性
[案例] 某同学进行实验，甲图为实验开始状态，乙图为实验结束状态。请在乙图所示实验结果的基础上继续实验，探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。增添的实验材料：蔗糖酶溶液、斐林试剂、试管、滴管、水浴锅等。(蔗糖酶可将蔗糖分解为葡萄糖和果糖)
(1)设计出继续实验的简要步骤：
①___________________________________；
②____________________________________。
(2)预测实验现象并得出结论。
[标准答案] (1)①向a、b两管分别加入等量蔗糖酶溶液，水浴加热(或隔水加热)U型管至适宜温度，观察a、b两管内液面的变化
②吸取a、b两管内适量液体，分别加入A、B两试管中，并加入斐林试剂，50℃～65℃水浴加热约2分钟，观察A、B试管内有无砖红色沉淀(2)
[方法警示] 1.得分要点：
(1)①必须体现“等量”和“适宜”。
②必须体现“适量”和“水浴加热”。
(2)必须体现液面变化及有无砖红色沉淀。
2．错因案例：
(1)①错答成“向a、b两管加入蔗糖酶溶液，观察a、b两管内液面的变化”或“向a、b两管加入蔗糖酶溶液，加热，观察液面的变化”。(错因：没有遵循等量原则)
②错答成“吸取a、b两管内适量液体，分别加入A、B两试管中，并加入斐林试剂，观察A、B试管内变化”。(错因：没有进行加热处理)
(2)错答成“如果a、b两管液面高度差缩小，则蔗糖的水解产物能通过半透膜”或“如果a、b两管液面高度差增大，则蔗糖的水解产物不能通过半透膜”。(错因：没有明确通过出现砖红色沉淀来说明蔗糖的水解产物能通过半透膜)
[技法提炼] (1)从实验目的寻找解题突破口：
①破解实验目的：据题中信息“探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜”，可断定实验类型属“探究”。“蔗糖水解”需要蔗糖酶的催化，酶具有最适温度，加入酶之后要进行水浴加热至适宜温度；“水解产物”还原糖(果糖和葡萄糖)可用斐林试剂在50℃～65℃的温水浴中加热约2分钟产生砖红色沉淀进行鉴定；若能通过半透膜，将导致两侧浓度差变小，液面高度差会缩小，反之亦然。
②确定探究课题设计思路：一是要证明蔗糖被水解，蔗糖的水解产物是还原糖，用斐林试剂检测即可，但是需要注意斐林试剂的使用条件。二是要观察a、b两管液面高度差的变化，若差值增大，则说明水解产物不能通过；若差值缩小，则说明水解产物能通过。
(2)U型装置图带来的启示：
该装置所依据的原理是渗透作用，从甲、乙两图可以看出，蔗糖分子不能通过半透膜。蔗糖要水解需要加入蔗糖酶，蔗糖酶分子也不能通过半透膜，如果加入的蔗糖酶不等量，会导致液面差的变化，所以a、b两侧要加入“等量”的蔗糖酶溶液。物质能不能通过半透膜可依据装置的液面变化判断，但是物质是什么需要鉴定。所以在实验结果的预测时应该突出“如果a、b两管液面高度差缩小且A、B试管内均有砖红色沉淀”或“如果a、b两管液面高度差增大且A试管内无砖红色沉淀，B试管内有砖红色沉淀”。课件79张PPT。第四章 细胞的物质输入和输出第四章第2、3节 生物膜的流动镶嵌模型、物质跨膜运输的方式第四章
1．脂溶性物质能优先通过细胞膜，说明细胞膜中含有脂质。
2．流动镶嵌模型认为：磷脂双分子层构成膜的基本支架，蛋白质分子或覆盖、或镶嵌或贯穿于磷脂双分子层中。
3．细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，功能特性是具有选择透过性。
4．糖蛋白只分布于细胞膜的外表面，与细胞识别作用有关。
5．自由扩散既不需要载体，也不需要能量，水、气体及脂溶性物质以自由扩散方式运输。
6．协助扩散需要载体，但不需要能量，实例是红细胞吸收葡萄糖。
7．主动运输既需要能量，又需要载体，无机盐离子主要以主动运输方式出入细胞。
目标预览：
1．简述生物膜的流动镶嵌模型的内容。
2．举例说明物质跨膜运输方式的类型及特点。(重点)
3．正确分析坐标曲线图与相关表格数据。(难点)
情境导入：
1．白细胞是机体防御系统的一个重要成员。它平时就在血液、淋巴等组织中巡逻，一旦发现入侵的病原微生物、代谢废物或组织细胞碎片等，它就会召集伙伴一起过来，伸出伪足将这些有害物质包裹起来吞掉，然后将其消化。
白细胞伸出伪足将有害物质吞掉，会不会损伤它的细胞膜呢？2．游客在漂流时顺水而下，因高度落差，游客不但不消耗能量 ，还感觉到有一股力量在推动着，这是因为存在高度落差的缘故；一叶小舟在河流中逆流而上，需要借助外力的推动。事实上，物质的跨膜运输有类似于漂流的借助于顺浓度差的运输，也有类似于需要外力推动的逆浓度运输。
那么，跨膜运输有哪些方式，又各具有哪些特点呢？第2节 生物膜的流动镶嵌模型
(一)问题探讨
1．提示：三种材料比较，弹力布更能体现细胞膜的柔韧性和一定的通透性，相对好一些。当然，这几种材料的特点与真实的细胞膜之间还有不小的差距。
2．提示：有条件的话，使用微孔塑胶或利用激光给气球打上微孔都可以作为模型的细胞膜。使用透析袋也可以。如果制作临时使用的模型，利用猪或其他动物的膀胱做细胞膜是更加理想的材料。(二)思考与讨论1
1．最初认识到细胞膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析得出的。
2．有必要。仅靠推理得出的结论不一定准确，还应通过科学实验进行检验和修正。
3．提示：因为磷脂分子的“头部”亲水，所以在水—空气界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，尾部则朝向空气一面。科学家因测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。
(三)思考与讨论2
1．提示：在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到了关键性的推动作用。如电子显微镜的诞生使人们终于看到了膜的存在；冰冻蚀刻技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外两侧并不对称；荧光标记小鼠细胞与人细胞的融合实验又证明了膜的流动性等。没有这些技术的支持，人类的认识便不能发展。
2．提示：在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点始终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识；使人类一步步接近生物膜结构的真相。例如，不同生物膜的功能是有差异的。在生命系统中，一般来说，功能的不同常伴随着结构的差异，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，这显然与不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。还有，不同膜的厚度也不完全一样。
由此促进学者们重新研究脂质和蛋白质相互作用的问题。一些学者使用了更加先进的技术，运用红外光谱等技术证明，膜蛋白主要为球形结构。冰冻蚀刻电镜技术又证明，脂双层中分布有蛋白质颗粒，这样又发展了生物膜模型。生物膜中存在不同种类的蛋白质，以及蛋白质在生物膜中的不同分布情况，恰能较好地解释不同结构的生物膜具有不同的生理功能。
第3节 物质跨膜运输的方式
(一)问题探讨
1．从图上可以看出，氧气、二氧化碳、氮气、苯等小分子(苯还是脂溶性的)很容易通过合成的脂双层；水、甘油、乙醇等较小的分子也可以通过；氨基酸、葡萄糖等较大的有机分子和带电荷的离子则不能通过合成的脂双层。
2．提示：葡萄糖不能通过人工合成的无蛋白的脂双层，但小肠上皮细胞能大量吸收葡萄糖，推测小肠上皮细胞的细胞膜上有能够转运葡萄糖的蛋白质。
3．提示：通过观察此图还可联想并提出，细胞需要的离子是否也通过细胞膜上的蛋白质来运输等问题。
(二)思考与讨论
1．自由扩散和协助扩散都不需要消耗能量。因为二者都是顺物质的浓度梯度进行的。
2．自由扩散与协助扩散的共同之处是都不需要细胞消耗能量。不同之处是：前者不需要蛋白质的协助，后者必须有蛋白质的协助才能实现。
3．因为自由扩散和协助扩散都是顺物质的浓度梯度进行的，不需要细胞消耗能量，所以统称为被动运输。
(三)旁栏思考题
提示：这是细胞的胞吞作用。这对于人体有防御功能，并有利于细胞新陈代谢的正常进行。
(四)技能训练
1．K＋和Mg2＋是通过主动运输进入细胞的。
2．Na＋和Cl－是通过主动运输排出细胞的。
3．提示：因为以上四种离子细胞膜内外的浓度差较大，细胞只有主动运输才能维持这种状况。一、对生物膜结构的探索历程
1．19世纪末欧文顿
(1)方法：对植物细胞的通透性进行实验。
(2)现象：________________更容易通过细胞膜。
(3)结论：膜是由________组成的。
2．20世纪初
(1)方法：对________________________进行化学分析。
(2)结论：膜的主要成分是________________。自 主 预 习脂溶性物质 脂质哺乳动物红细胞的细胞膜 脂质和蛋白质
3．1925年两位荷兰科学家
(1)方法：用______从人的红细胞中提取________，将其在空气—水界面上铺展成单分子层。
(2)现象：单分子层的面积为红细胞表面积的__________。
(3)结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为____________。
丙酮 脂质两倍 连续的两层
4．1959年罗伯特森
(1)方法：电子显微镜下观察细胞膜。
(2)现象：细胞膜呈________________________结构。
(3)结论：所有生物膜都是由__________________________ ________构成，是一种________的统一结构。暗—亮—暗的三层 蛋白质—脂质—蛋白质三层结构 静态 5．1970年红色荧光 绿色荧光 红色荧光 均匀分布 流动性 6．1972年桑格、尼克森
在新的观察和实验证据的基础上，提出让大多数人所接受的_______________。
二、流动镶嵌模型的基本内容
1．模型结构流动镶嵌模型 磷脂双分子层 基本支架一定的流动性 蛋白质分子 镶 嵌入 贯穿 运动 糖蛋白 糖被 外表面 细胞识别
2．结构特点
具有一定的______________。流动性 三、物质跨膜运输的方式
1．判断有关物质跨膜运输方式的描述是否正确
(1)自由扩散与协助扩散都属于被动运输，都只能从高浓度向低浓度运输物质。( )
(2)红细胞吸收葡萄糖时，需要载体蛋白协助，可以逆浓度梯度进行。( )
(3)主动运输需要消耗能量，将物质从低浓度运往高浓度。( )
(4)主动运输和协助扩散均需要载体蛋白协助。( )
(5)O2和CO2通过自由扩散被细胞吸收，而Na＋、K＋等则需要通过主动运输被吸收。( )√ × √ √ √
2．主动运输的意义
保证活细胞按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的______________，排出____________和对细胞________的物质。营养物质 代谢废物 有害 1.结合已学过的知识，举出体现细胞膜流动性的生物学实例。
2．人、鼠细胞融合实验是在37℃条件下进行的，温度会影响细胞融合的速率吗？是怎样影响的？
3．你认为在小分子跨膜运输的三种方式中能够体现细胞膜选择透过性的是哪种方式？
互 动 探 究
提示：1.变形虫的运动、精子与卵细胞的结合、分泌蛋白的分泌过程、白细胞吞噬病原体等。
2．会。温度会影响分子运动的速率，进而影响细胞融合的速率。
3．协助扩散和主动运输。1生物膜的结构和功能 要 点 归 纳2．生物膜的结构特点——流动性
(1)结构基础：磷脂分子和大多数蛋白质是运动的。
(2)生理意义：完成物质运输、细胞识别、细胞融合等功能。
(3)实验验证：变形虫的运动、白细胞吞噬细菌、细胞胞吞和胞吐现象等。
3．功能特点——选择透过性
(1)含义：水分子可以自由通过磷脂双分子层，细胞需要的离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。
(2)原因：
①某些离子和分子不能透过细胞膜的磷脂双分子层。
②与细胞膜上载体蛋白的专一性有关，如图中物质A、B有相应的载体蛋白，而物质C没有相应的载体蛋白。
4．流动性和选择透过性的关系
(1)区别：流动性是生物膜的结构特点，选择透过性是生物膜的功能特性。
(2)联系：流动性是选择透过性的基础，只有膜具有流动性，才能表现出选择透过性。1．生物膜的结构特点与功能特性一定要区分开，不可混淆。
2．膜的功能主要由蛋白质承担，功能越复杂的细胞，其细胞膜上蛋白质的含量越高，种类越多。
3．载体蛋白具有专一性，在一定程度上决定了膜的选择透过性。 如图是细胞膜的亚显微结构模式图，①～③表示构成细胞膜的物质，下列有关说法错误的是( )
A．细胞之间的相互识别与①有关
B．②表示蛋白质分子
C．②③分子大都是可以运动的
D．细胞膜的功能特性与③分子无关典 例 导 析1
[解析] 细胞膜的主要成分为②蛋白质和构成基本支架的③磷脂双分子层；②③大都是不断运动的，是细胞膜流动性的基础；①糖蛋白具有识别等作用；细胞膜的结构特点是功能特性的基础。
[答案] D据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素D等物质较容易优先通过细胞膜，这是因为( )
A．细胞膜具有一定的流动性
B．细胞膜是选择透过性膜
C．细胞膜的结构以磷脂双分子层为基本支架
D．细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子
[答案] C
1
[解析] 磷脂占细胞膜总量的50%，并形成双分子层支架。磷脂与胆固醇、脂肪酸、维生素D一样，都属于脂质，具有相似的物理性质。根据相似相溶的原理，脂质分子容易通过细胞膜。1.扩散与被动运输
(1)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。
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。
(2)被动运输：物质顺浓度梯度进出细胞的扩散。
2被动运输 要 点 归 纳2．被动运输的类型——自由扩散和协助扩散(1)被动运输的速率还与该物质分子的大小、脂溶性程度等有关，如分子越小、脂溶性越强，运输速率越快。
(2)表中“高浓度”和“低浓度”是指运输离子或小分子本身的浓度，而不是所处溶液的浓度。
(3)两种运输方式的动力均来自细胞内外物质的浓度差，此外，协助扩散还与载体蛋白的种类和数量有关。 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] 乙的运输过程需要载体蛋白的参与，而人工合成的膜无蛋白质。
[答案] D典 例 导 析2脂质物质能够优先通过细胞膜，这是因为( )
A．细胞膜以磷脂双分子层为基本骨架
B．细胞膜上有搬运脂类物质的载体蛋白质
C．细胞膜外表有一层糖蛋白
D．磷脂分子和蛋白质分子大都可以运动
[答案] A
[解析] 脂质物质能够优先通过细胞膜，是因为细胞膜以磷脂双分子层为基本骨架。21.概念
从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫做主动运输，如图3主动运输 要 点 归 纳
2．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，保证了活细胞能够按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。胞吞和胞吐不是跨膜运输
自由扩散、协助扩散和主动运输，都是将细胞要选择吸收的物质从细胞膜的一侧运到另一侧，即跨膜运输；而胞吞和胞吐是大分子以囊泡的形式进出细胞的运输方式。胞吞是通过细胞膜内陷形成囊泡，将大分子包围起来进入细胞。胞吐是在细胞内形成囊泡，囊泡与细胞膜融合后，将内含物释放出去。 下图中曲线a、b表示物质跨(穿)膜运输的两种方式，下列表述正确的是( )典 例 导 析3
A．脂溶性小分子物质不能通过方式a运输
B．与方式a有关的载体蛋白覆盖于细胞膜表面
C．方式b的最大转运速率与载体蛋白数量有关
D．抑制细胞呼吸对方式a和b的转运速率均有影响
[解析] 本题考查物质的跨膜运输。由图示可知，b物质的运输需借助于载体蛋白，因此它的最大转运速率与载体蛋白数量有关。
[答案] C新生儿小肠上皮细胞通过消耗ATP，可以直接吸收母乳中免疫球蛋白和半乳糖。这两种物质分别被吸收到血液中的方式是( )
A．主动运输、主动运输
B．内吞、主动运输
C．主动运输、内吞
D．被动运输、主动运输
[答案] B3
[解析] 免疫球蛋白为大分子有机物，不能通过自由扩散、协助扩散和主动运输跨膜运输，必须先与膜融合，然后内陷下去，形成小泡并与膜分离，进入细胞内部，这种方式为胞吞(内吞)；半乳糖为小分子物质，进入小肠上皮细胞需要消耗ATP和载体蛋白，为主动运输。1成分组成结构，结构决定功能。磷脂是骨架，但膜的主要功能由蛋白质行使。可以说，生物膜的功能越复杂，蛋白质在膜上的相对含量越高。此外，构成生物膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是运动的，因而决定了由它们构成的生物膜的结构具有一定的流动性。结构的流动性保证了载体蛋白能从生物膜的一侧转运相应的物质到另一侧，由于生物膜上不同载体的数量不同。所以，当物质进出细胞时能体现出不同的物质进出生物膜的数量、速度及难易程度的不同，即反映出物质交换过程中的选择透过性。它们的关系如下：生物膜的结构特点与生理特征 21.离子和小分子物质的运输物质跨膜运输的比较 2.大分子物质的运输1.影响因素3影响物质跨膜运输的因素及相关曲线分析 2.曲线分析
(1)物质浓度对运输速率的影响曲线：
①自由扩散的动力是细胞膜两侧的浓度差，所以随物质浓度的增大运输速率增大，如甲图。②协助扩散和主动运输都需要载体蛋白的协助，在物质浓度较低时，随物质浓度的增大，运输速率也逐渐增大，当达到一定物质浓度时，由于受膜上载体蛋白数量的限制，运输速率不再随浓度的增大而增大，如乙图。③主动运输可以逆浓度梯度运输，它受载体蛋白数量及能量的影响，如丙图。(2)O2浓度对物质运输速率的影响曲线：
①自由扩散和协助扩散两者运输的动力均来自于浓度差，不需要能量，所以运输速率与O2浓度无关，不随O2浓度的增加而改变，如丁图。②主动运输既需要能量又需要载体蛋白，当O2浓度为戊图中a点时，细胞通过无氧呼吸供能，无氧呼吸产生能量较少，所以运输速率较低；当位于ab之间时，随O2浓度的升高，有氧呼吸加强，运输速率不断增大；当到达b点以后能量供应充足，由于受载体蛋白数量的限制，运输速率不再增大。
(3)运输速率曲线的变化：
①物质浓度影响的自由扩散速率无最大值，而协助扩散和主动运输的速率有最大值。
②O2浓度影响的主动运输速率曲线的起点在纵轴上，而不是坐标原点，且运输速率有最大值。探究点 确定探究实验中的实验变量
——影响物质跨膜运输的因素
[案例] 某实验小组要对“低温是否会影响物质的跨膜运输”进行实验探究，设计了如下实验：
实验步骤：①组装渗透装置两套，分别编号为1、2。
②两组烧杯中分别加入等量的水，在长颈漏斗中分别加入等量的同一浓度蔗糖溶液，保持管内外液面高度相等。
③对两组装置进行不同处理：1组用水浴锅加热至37℃，2组的烧杯外加冰块降温。
④两组装置同时开始实验，几分钟后观察记录漏斗液面刻度变化。请分析回答下列问题：
(1)本实验是通过测定水分子通过膜的扩散即________作用速率来进行探究的。
(2)实验的单一变量是____________________________；
为了直观地表示相对速率，用_____________________ ____________________________作为观测指标。
(3)该实验可能的结果与结论是：
①___________________________________；
②__________________________________；
③___________________________________。
[标准答案] (1)渗透
(2)渗透系统所处的不同环境温度 漏斗液面高度的变化
(3)①若单位时间内1组漏斗液面高度比2组高，则说明低温会影响物质的跨膜运输且使运输速率减慢
②若单位时间内2组漏斗的液面高度比1组高，则说明低温会影响物质的跨膜运输且使运输速率加快
③若单位时间内1、2组漏斗的液面高度相同，则说明温度高低并不影响物质跨膜运输
[方法警示] 1.得分要点：
(1)必须是“渗透”。
(2)必须体现“温度”、“液面高度变化”。
(3)必须体现出“结果、结论，且结果和结论对应”。
2．错因案例：
(1)错答为“跨膜”。(错因：不能理解“跨膜运输”与“渗透作用”的关系)
(2)错答为“加热和冰块”、“液面高度”。(错因：不能正确辨析实验的单一变量)
(3)①只答出结果“1组漏斗液面高度比2组高”，漏答结论。②错答为“若2组漏斗的液面高度比1组高，则说明低温会影响物质的跨膜运输且运输速率减慢”。
[技法提炼] (1)明确扩散与渗透作用的区别：
“扩散”是指物质由高浓度向低浓度方向迁栘，直到混合均匀的现象；“渗透作用”是指利用半透膜把两种不同浓度的溶液隔开，浓度较低溶液中的溶剂(如水)自动地透过半透膜流向浓度较高的溶液，直到平衡为止的现象。利用清水和一定浓度的蔗糖溶液构建的渗透系统，水分子通过半透膜的扩散现象属于渗透作用。
(2)如何准确定位“实验变量”：
据题意，探究“低温是否会影响物质的跨膜运输”，是通过渗透装置模拟物质进出细胞进行探究的。从探究实验过程可以看出，温度是单一变量，即自变量。如果温度影响物质的跨膜运输，可能是加快物质运输也可能是减慢物质运输，则会导致实验组和对照组液面上升的速率不同，即单位时间内上升的高度不同或达到相同高度所需要的时间有差异，如果温度不影响物质跨膜运输，则对照组和实验组液面变化相同。
