4.1被动运输 课件

(共45张PPT)
第1节 被动运输
第4章 细胞的物质输入与输出
2、细胞膜的功能特点？
回忆
选择透过性
3、细胞膜为什么具有选择透过性？
结构与功能相适应
1、细胞膜的功能？
将细胞与外界环境分隔开、
控制物质进出细胞、
细胞间的信息交流
4、细胞膜的结构模型？
流动镶嵌模型
温故知新
磷脂双分子层是膜的基本支架，其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。
蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中：有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。
这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。
细胞膜主要由脂质分子和蛋白质分子构成
流动镶嵌模型
物质是如何进出细胞的呢？
5、细胞膜的成分？
清水泡过的青菜
盐腌制过的黄瓜
生活中我们会观察到：
盐腌制过的黄瓜皱皱巴巴，还会出很多水；
而用清水泡过的青菜却很硬挺这是为什么呢？
联系生活
细胞的失水
细胞的吸水
实验一：水分子的运输
玻璃纸是一种半透膜，水分子可以自由透过它，而蔗糖分子则不能。
半透膜：让小分子通过，而大分子不能通过的一类多孔性薄膜的总称。
水进出细胞的原因
The principle of water in and out of cells
溶质不能通过半透膜的渗透装置分析
1、为什么漏斗液面会上升？
外观表现： 漏斗液面上升，一段时间后达到渗透平衡。说明水通过半透膜进入漏斗。
蔗糖溶液
清水
半透膜
2、水分子运动方向如何？
水分子的移动是双向的
总体方向：
平衡前，水分子从烧杯进入漏斗
3、达到动态平衡后，还有水分子的进出吗？
此时水分子的移动达到动态平衡，注意：此时水分子仍然有移动，只是进出半透膜速率相等。不可看作没有水分子移动
水进出细胞的原因
The principle of water in and out of cells
4、当漏斗内液面不再上升达到动态平衡时，半透膜两侧的溶液浓度相同吗？
不相同。漏斗内溶液浓度仍然较高。注意:达到动态平衡时，液面高的一侧溶液浓度仍然更高！
蔗糖溶液
清水
半透膜
5、液面上升的高度与什么有关？
6、如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
清水和蔗糖的浓度差越大，高度差就越大。
不会，当管内的液面上升到一定高度之后，管中的水柱产生的压力将加快漏斗中水分向外扩散的速度，最终达到平衡，此时半透膜两侧水分子进出速率相等，液面将不再上升
1.某科研小组设计如图所示的渗透装置，其中蔗糖不能透过半透膜，漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，液面不动(渗透平衡)时液面差为Δh。下列说法正确的是
A.渗透平衡后S1和S2浓度的大小关系为S1＝S2
B.渗透平衡后无水分子通过半透膜
C.漏斗中溶液液面上升速率逐渐加快
D.向漏斗内加适量清水Δh将变小
落实思维方法
√
水进出细胞的原理
一.渗透作用
7、如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？
8、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？
液面不会升高，膜两侧浓度相同，水分子进出平衡
不会。纱布孔隙大,蔗糖分子和水分子都可自由通过,最终会导致纱布两侧浓度相等
9、这种现象叫渗透作用，请归纳渗透作用所需条件？
①具有半透膜
②半透膜两侧溶液存在浓度差
________（或其他______分子）透过半透膜，从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散
水进出细胞的原因
The principle of water in and out of cells
低浓度溶液
一、渗透作用
渗透作用的概念：
②半透膜的两侧的溶液具有浓度差。
发生的条件：
①具有半透膜
渗透方向：
高浓度溶液
水分子
溶剂
低渗透压
高渗透压
渗透压：溶质微粒对水的吸引力，大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目,浓度越高，渗透压越大,吸水能力越强
1．下图为渗透作用实验，开始时如图1，a代表清水，b、c代表蔗糖溶液(蔗糖不能透过半透膜)，过一段时间后漏斗管内的液面不再发生变化，结果如图2，H1、H2表示漏斗管内液面与清水的高度差。下列说法错误的是(　　)
A．图1中b的浓度大于c的浓度
B．图2中b的浓度等于c的浓度
C．图1 a中水分子扩散到b的速率大于a中水分子扩散到c的速率
D．图2 b中的浓度仍然大于清水
B
图2漏斗中的液面不再变化，处于平衡状态，H1大于H2，所以图2中b的浓度大于c的浓度，B错误。
2.如图实验装置中，半透膜只允许水分子和单糖分子透过，向a侧加入质量分数为5%的蔗糖溶液，向b侧加入质量分数为5%的葡萄糖溶液，初始状态如图所示。则下列关于液面的变化及相关叙述正确的是
A.a侧先降后升，b侧先升后降
B.a侧先升后降，b侧先降后升
C.当液面最终停止变化时，半透膜两侧溶液浓度相等
D.当液面最终停止变化时，b侧浓度高于a侧
√
① 外界溶液浓度 < 细胞质浓度
② 外界溶液浓度 > 细胞质浓度
③ 外界溶液浓度 = 细胞质浓度
细胞失水皱缩
细胞形态不变
细胞吸水膨胀
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，观察红细胞的变化。
0.9%NaCl溶液（生理盐水/等渗溶液）
实验现象：
高渗溶液
低渗溶液
那么水是如何进出动物细胞的呢？
水从低浓度→高浓度
动物细胞与外界溶液组成了一个渗透系统
细胞质与外界溶液存在浓度差
细胞膜相当于一层半透膜
水进出其他动物细胞的原理与进出红细胞的原理相同：渗透作用
那么水是如何进出动物细胞的呢？
Q1. 红细胞内的血红蛋白相当于“问题探讨”装置中的什么物质？
血红蛋白是有机大分子物质，不能透过细胞膜。它相当于“问题探讨”中的蔗糖分子。
不一定，如果细胞内外浓度差很小，则细胞吸水，但不会涨破。
问题交流：
二、水进出动物细胞的原理——渗透作用
Q2. 当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
Q3. 红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？
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。
Q4. 想一想临床上输液为什么要用生理盐水（0.9%NaCl溶液）？
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。
2．人体正常红细胞是两面凹陷的圆饼状，现将人的红细胞分别浸入下列装有a、b、c三种不同浓度溶液的烧杯内，一段时间后，实验结果如图所示。则a、b、c溶液初始浓度大小的比较，正确的是
(　　)
A．a＞b＞c B．a＞c＞b
C．a＜c＜b D．a＜b＜c
C
大本P68
思考：水是如何进出植物细胞的呢？
水进出细胞的原理
植物细胞和动物细胞在结构上有哪些主要区别？
细胞壁
作用:
保护和支持细胞
全透性:
水分子可自由通过细胞壁
主要由纤维素和果胶构成，所以伸缩性较小
成熟植物细胞具有中央大液泡，液泡内部的液体叫作细胞液
液泡膜
细胞质
细胞膜
原生质层
水进出植物细胞，主要指水经过原生质层进出液泡
水进出植物细胞也是通过渗透作用吗？能否把整个原生质层看作是一层半透膜呢？
原生质层的伸缩性比细胞壁大
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
实验结果
水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？
原生质层是不是相当于一层半透膜？
（1）如果假设是正确的，当外界溶液的浓度高于细胞液的浓度时，细胞就会 ；当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会 。如何操作？
实验结论
失水
吸水
三、水进出植物细胞的原理——渗透作用
1.水分子进出植物细胞是渗透作用。2.原生质层相当于一层半透膜。
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；再浸润在清水中，观察其大小的变化。
选用什么材料进行实验？
具有大液泡的植物细胞，最好还带有颜色，便于观察。如洋葱鳞片叶外表皮细胞、黑藻细胞等
洋葱鳞片叶内表皮可以吗？
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
实验结果
实验结论
三、水进出植物细胞的原理——渗透作用
实验步骤
盖上盖玻片，制成洋葱鳞片叶外表皮临时装片
1
2
3
4
滴清水
撕取洋葱鳞片叶外表皮
低倍镜观察
本实验只用低倍镜观察，先在清水下观察，作为对照
5
6
在盖玻片的一侧滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸引（引流法）
低倍镜观察，中央液泡逐渐变小，颜色变深,原生质层与细胞壁逐渐分离;细胞大小基本不变。
失水发生了质壁分离
7
8
在盖玻片的一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸吸引
低倍镜观察，中央液泡逐渐变大，颜色变浅,原生质层逐渐恢复到贴近细胞壁;细胞大小基本不变。
失水发生了质壁分离的复原
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
实验结果
实验结论
自身对照
自身对照
变小，
颜色加深
逐渐恢复，颜色变浅
恢复原来位置（质壁分离复原）
原生质层脱离细胞壁（质壁分离）
基本
不变
基本
不变
这个实验严谨吗 如何设置的对照？

中央液
泡大小
原生质层
的位置
细胞
大小
蔗糖
溶液
清水
植物细胞的原生质层相当于一层半透膜；植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
实验结论
植物细胞发生质壁分离的原因：
外因：
内因：
细胞内外溶液有浓度差，能渗透吸水和失水
原生质层相当于一层半透膜
原生质层的伸缩性 > 细胞壁的伸缩性
三、水进出植物细胞的原理——渗透作用
外界溶液浓度
细胞液浓度
＞
外界溶液浓度
细胞液浓度
<
质壁分离
质壁分离复原
蔗糖溶液（外界溶液），
因为细胞壁具有全透性
1.发生质壁分离的细胞，细胞壁和原生质层之间的溶液是什么？
2.有位同学错取了质量浓度为3 g/mL的蔗糖溶液，发现细胞发生了质壁分离，滴加清水并引流后没有观察到质壁分离复原现象，原因可能是什么？
蔗糖溶液浓度太高，细胞过度失水而死亡，不能再发生质壁分离复原。
三、水进出植物细胞的原理——渗透作用
蔗糖
溶
液
3.当发生质壁分离后，细胞的吸水能力怎么变？
细胞发生质壁分离时，细胞液浓度增加，细胞吸水能力逐渐变强
细胞质壁分离复原时，细胞液浓度减少，细胞吸水能力逐渐变弱
(1)当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破(　　)
(2)植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成(　　)
×
×
(3)在“探究植物细胞的吸水和失水”实验操作中，共涉及三次显微镜观察，第一次用低倍镜观察，第二、三次用高倍镜观察(　　)
×
课堂练习
4.如图是某同学用洋葱紫色鳞片的外表皮做“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（　　）
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．6处充满的是外界溶液
D．质壁分离过程中，细胞吸水能力逐渐减弱
C
由于无法确定图中细胞是在质壁分离还是在质壁复原或者是在动态平衡中，因此无法确定6、7处的浓度
4.用物质的量浓度为2 mol·L－1的乙二醇溶液和同物质的量浓度的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞，观察细胞的质壁分离现象，得到其原生质体(植物细胞除去细胞壁后剩余的部分)体积变化情况，如图所示。下列相关叙述正确的是
A.在蔗糖溶液中，植物细胞体积明显逐渐减小
B.甲表示乙二醇溶液，乙表示蔗糖溶液
C.在120s时，乙二醇开始通过细胞膜进入
细胞内
D.在c点与a点代表体积相等时，推测植物细胞液浓度相同
√
甲
乙
4.将洋葱表皮细胞浸入浓度为一定浓度的KNO3溶液中，细胞发生质壁分离。但过一段时间，自动发生质壁分离复原，表皮细胞又恢复到原来状态。请分析原因？
由于细胞可选择性地吸收K＋和NO3－，导致细胞液浓度大于外界溶液的浓度，细胞开始吸水，从而发生质壁分离自动复原。
KNO3、甘油、尿素、乙二醇等，因细胞能
吸收该溶质，都能发生质壁分离自动复原
三、水进出植物细胞的原理——渗透作用
请判断A和B谁是蔗糖溶液，谁是KNO3溶液？
A是蔗糖溶液，B是KNO3溶液
课堂练习
1.将初始状态相同的两组胡萝卜条进行处理后（X 组新鲜，Y 组煮沸处理），分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，一段时间后检测其有关变化。下列叙述正确的是（ ）
A．将 X 组放在浓度低于细胞液浓度的蔗糖溶液中，其质量将会增加
B．将 X 组放在浓度高于细胞液浓度的蔗糖溶液中，细胞液渗透压下降
C．将 X 组放在浓度高于细胞液浓度的蔗糖溶液中，一定会发生质壁分离和复原
D．将 Y 组放在浓度高于细胞液浓度的蔗糖溶液中，一定会发生质壁分离和复原
A
X组置于浓度过高的蔗糖溶液中，可能导致细胞过度失水死亡，失去复原能力，因此“一定会复原”的表述不严谨
Y组细胞经煮沸后死亡，细胞膜失去选择透过性，无法发生质壁分离及复原
A．甲、乙、丙溶液浓度的大小关系为甲>乙>丙
B．由t0到t1过程中，甲溶液中细胞的吸水能力逐渐增加
C．a点到b点的过程中，乙溶液中细胞的细胞液浓度小于外界溶液浓度D．丙溶液中，细胞液与外界溶液之间水分子进出处于动态平衡
课堂练习
2.将完全相同的紫色牵牛花花瓣细胞分别浸润在甲、乙、丙3种溶液中，测得的细胞膜与细胞壁之间的距离（L）随时间的变化如图所示。下列叙述错误的是（ ）
C
课堂练习
3.某同学利用黑藻叶片完成“用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动”实验后，继续进行质壁分离实验，如图所示，图中的序号表示结构。下列有关叙述错误的是（　　）
A．处理后，①的伸缩强度大于细胞壁的
B．处理后，③的渗透压变大，吸水能力增强
C．观察细胞质的流动时，可用④的运动作为标志
D．由图可知，此时细胞正在发生质壁分离
D
3.如图1为光学显微镜下观察到的某植物细胞质壁分离的实验结果图，图2为质壁分离及其复原实验流程图。下列说法正确的是
落实思维方法
A.图1细胞若继续发生质壁分离，则该细胞的吸水能力减弱
B.图1所示结果只能在图2中d处观察到
C.增大蔗糖溶液的浓度会使第二次观察(d)和第三次观察(f)实验效果更明显
D.该实验用显微镜主要观察原生质层的位置、液泡的颜色和大小等
√
例：将新鲜马铃薯切成相同的6组细条，放在一定浓度的蔗糖溶液中，结果如下表，则马铃薯的细胞液浓度大约在 范围。
0.4～0.5 mol·L－1
比原来短
比原来长
比值1为判断分界点
待测成熟植物细胞
一系列浓度梯度的蔗糖溶液
镜检
细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的两蔗糖溶液浓度之间
被动运输
(一)概念：
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，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。被动运输分为自由扩散和协助扩散两类。
自由扩散
运输方向：
不需要转运蛋白的协助
不需能量
实例：气体分子（氧气、二氧化碳）
脂溶性物质（甘油、 尿素、固醇、乙醇）。
影响因素:
物质浓度差，温度
浓度差
扩散速度
定义：物质通过简单的扩散作用进出细胞，叫做自由扩散，也叫简单扩散
特点：
顺浓度梯度（多→少）
2、细胞膜的选择透过性保证了细胞内相对稳定的微环境。下列物质中，以(自由)扩散方式通过细胞膜的是( )
A.Na+ B.二氧化碳
C.RNA D.胰岛素
B
协助扩散
运输方向：
需膜上转运蛋白的协助
不需能量
顺浓度梯度（高→低）
实例：红细胞吸收葡萄糖
影响因素:
细胞内外浓度差、转运蛋白的数量、温度
定义：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式叫做协助扩散，也叫易化扩散。
特点：
浓度差
扩散速度
P
转运蛋白数量限制
P点前：浓度差限制
1、葡萄糖穿越细胞膜进入红细胞的运输速度存在一个饱和值,该值的大小取决于( )
A.细胞内的氧浓度 B.细胞膜外的糖蛋白数量
C.细胞膜上相应载体的数量 D.细胞内外葡萄糖浓度差值
C
浓度差
扩散速度
P
转运蛋白数量限制
P点前：浓度差限制
【任务5】
转运蛋白
①定义：
②类型
镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助离子和一些小分子有机物顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。
载体蛋白
通道蛋白
只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过
特点：①发生自身构象的改变②与被转运物质结合
只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过
特点：①不发生构象的改变②不与被转运的物质结合
【任务5】
分析协助扩散
通道蛋白
载体蛋白
协助扩散
转运蛋白：载体蛋白vs通道蛋白
水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的。
(1)相对分子质量小的物质都可以通过自由扩散进出细胞(　　)
(2)同种物质在不同情况下的运输方式可能不同(　　)
×
√
(3)温度变化会影响分子通过细胞膜的速率(　　)
(4)水分子进入细胞，都是通过自由扩散方式进行的(　　)
(5)载体蛋白和通道蛋白在转运分子和离子时，其作用机制是一样的
(　　)
√
×
×
如图表示细胞膜亚显微结构模式图，a、b、c、d表示物质跨膜运输方式，A、B、C、D表示相应结构。据图回答下列问题：
a属于自由扩散，bcd属于协助扩散。
自由扩散和协助扩散的模型分析
(1)图中的a、b、c、d分别属于哪种运输方式？
【任务7】
(2)转运蛋白A和B的作用机制有什么不同？
A是通道蛋白，运输物质时不需要与被运输的物质结合；B是载体蛋白，运输物质时需要与被运输的物质结合，并发生自身构象的改变。
自由扩散和协助扩散的模型分析
如图表示细胞膜亚显微结构模式图，a、b、c、d表示物质跨膜运输方式，A、B、C、D表示相应结构。据图回答下列问题：
【任务7】
　实战训练　
1.下列关于自由扩散和协助扩散的叙述，正确的是（ ）
①都不消耗能量
②都不需要转运蛋白
③自由扩散只能顺浓度梯度，而协助扩散既可以顺浓度梯度，也可以逆浓度梯度
④都是被动运输
⑤葡萄糖有时候可以通过协助扩散顺浓度梯度运输
A.①②④ B.①③④ C.①④⑤ D.①②⑤
2.协助扩散需要细胞膜上载体蛋白或通道蛋白的协助。如图甲、乙分别表示载体介导和通道介导的两种协助扩散方式，其中通道介导的扩散速率比载体介导的快得多。下列有关叙述正确的是
A.该过程的运输速率与膜两侧
浓度差完全呈正相关
B.载体蛋白和通道蛋白均具有
一定的特异性
C.甲、乙两种方式均存在溶质分子与相应蛋白质的结合过程
D.该过程需要消耗能量
√