第四章 物质的输入和输出
本 章 整 合
1．(2018·全国卷Ⅱ)下列有关物质跨膜运输的叙述，正确的是( C )
A．巨噬细胞摄入病原体的过程属于协助扩散
B．固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输
C．神经细胞受到刺激时产生的Na＋内流属于被动运输
D．护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输
[解析] 巨噬细胞摄入病原体的过程属于胞吞。固醇类激素进入靶细胞的过程属于自由扩散。护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程也是自由扩散。故ABD错。
2．(2018·北京卷)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( B )
A．Na＋ B．二氧化碳
C．RNA D．胰岛素
[解析] Na＋以主动运输的方式通过细胞膜，RNA一般不能通过细胞膜，胰岛素为分泌蛋白可以通过胞吐的方式通过细胞膜，故ACD错误。
3．(2017·全国卷Ⅱ，4)将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液中，发现其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如图所示，下列叙述正确的是( C )
A．0～4 h内物质A没有通过细胞膜进入细胞内
B．0～1 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等
C．2～3 h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压
D．0～1 h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压
[解析] 0～4h发生了质壁分离及自动复原，有溶质(物质A)进入细胞，A错误；0～1h细胞失水，原生质体(以细胞膜为边界)体积缩小，但细胞(以细胞壁为边界)体积不变，B错误；2～3h细胞吸水，此时细胞液的渗透压大于A溶液的渗透压，C正确；0～1h细胞失水，此时A溶液渗透压＞细胞质基质渗透压＞细胞液渗透压，D错误。
4．(2016·全国乙)离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子。下列叙述正确的是( C )
A．离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散
B．离子通过离子泵的跨膜运输是顺着浓度梯度进行的
C．动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率
D．加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率
[解析] 本题解题的切入点是物质进行主动运输的条件。由题干可知，离子泵是一种载体蛋白，能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子，离子通过离子泵的跨膜运输属于主动运输，A、B项错误。动物一氧化碳中毒会影响氧气运输，有氧呼吸中能量的生成减少，会影响主动运输，C项正确。加入蛋白质变性剂会使离子泵变性失活，会降低离子泵跨膜运输离子的速率，D项错误。
第1节 物质跨膜运输的实例
学习目标
1．理解植物细胞质壁分离与复原的原理。
2．学会观察植物细胞的质壁分离和复原。
3．举例说出细胞膜是选择透过性膜。
核心概念
浓度差 半透膜 原生质层 伸缩性
一、细胞的吸水和失水
1．原理
细胞吸水和失水的原理是__渗透____作用，该作用发生须具备两个条件：
2．动物细胞的吸水和失水
(1)条件
①动物细胞可以构成一个渗透装置，其中细胞膜相当于__半透膜____。
②细胞膜两侧存在__浓度差____。
(2)吸水与失水
①当外界溶液浓度小于细胞质浓度时，细胞__吸水膨胀____；
②当外界溶液浓度大于细胞质浓度时，细胞__失水皱缩____；
③当外界溶液浓度等于细胞质浓度时，水分__进出细胞处于动态平衡____。
3．植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构
(2)质壁分离与质壁分离复原
①当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水→质壁__分离____；
②发生质壁分离的细胞，当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水→质壁__分离复原____；
③当外界溶液浓度等于细胞液浓度时，水分__进出细胞处于动态平衡____。
二、物质跨膜运输的其他实例
↓
↓推知
↓得出
？思考
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？
提示：能。体现了动物细胞通过渗透作用吸水的原理。
2．你知道盐碱地庄稼不易成活的主要原因吗？
提示：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．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。
提示：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。
H 判断题
1．将人的红细胞放入4 ℃蒸馏水中，一段时间后红细胞破裂，其主要原因是蒸馏水大量进入红细胞。( √ )
2．植物细胞质壁分离的过程中水分子的扩散只能单向进行。( × )
3．植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成。( × )
4．成熟植物细胞在高浓度溶液中发生质壁分离是因为细胞壁具有选择透过性。( × )
5．质壁分离是指原生质层与细胞壁分离。( √ )
6．渗透作用的发生必须依赖半透膜和膜两侧的浓度差。( √ )
7．同种细胞吸收不同矿质元素离子的速率都相同。( × )
8．番茄和水稻根系吸收Si元素的量相等。( × )
9．细胞吸水和失水是水分子逆相对含量梯度跨膜运输的过程。( × )
10．无机盐离子可以逆相对含量梯度进行跨膜运输。( √ )
知识点1 渗透现象及原理分析
Z
2．渗透作用发生的条件及实验验证
(1)具有半透膜。
(2)具有浓度差。
3．渗透作用的原理
4．三种渗透模型的比较
模型
图示
发生渗透作用条件
半透膜
浓度差
人工渗透系统
人工半透膜
内外侧溶液存在浓度差
动物细胞
细胞膜
细胞质浓度和外界溶液浓度
植物细胞
原生质层
细胞液浓度和外界溶液浓度
5．渗透作用的应用
(1)比较不同溶液浓度的大小
漏斗内
烧杯内
溶液浓度
M
N
现象及结论
①若漏斗内液面上升，则M>N
②若漏斗内液面不变，则M＝N
③若漏斗内液面下降，则M(2)判断细胞质浓度或者细胞液浓度
将动植物细胞放在不同浓度的溶液中，观察细胞的吸水和失水状态，可以根据细胞的形态判断细胞液或细胞质浓度的大小。
Y
有关渗透现象的三点提醒
(1)两溶液间的水分子进行双向运动，实际观察到的只是水分子双向运动差异所导致的液面变化。
(2)当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到平衡。
(3)若溶质分子能通过半透膜，则先是浓度高的一侧液面升高，随后另一侧液面上升，最后达到渗透平衡。
D
典例1 下列现象属于渗透作用的是( D )
A．蔗糖在水中溶解后使水变甜 B．春天放在空气中食盐潮解
C．小麦种子浸在水中逐渐胀大 D．新鲜菜叶放在水中变硬
[解析] 渗透作用发生的条件有二：①是有半透膜，②是半透膜两侧有浓度差。四个选项中，只有D项符合题意。
〔变式训练1〕 如图所示，甲是渗透作用装置示意图，乙、丙两曲线图中的横坐标代表时间。下列叙述不正确的是( A )
A．半透膜内溶液a的浓度变化可用图丙表示
B．水分子由半透膜外进入半透膜内的速率变化可用图乙表示
C．玻璃管内的液面高度变化可用图丙表示
D．半透膜内外浓度差的变化可用图乙表示
[解析] 由于半透膜内为质量分数为30%的蔗糖溶液，外面为蒸馏水，膜内溶液浓度高于膜外溶液浓度，整体而言，水分子由膜外进入膜内，蔗糖溶液浓度降低，可用图乙表示。水分子进入半透膜的速率由膜内外两侧的浓度差决定，由于水分子不断进入膜内，两侧的浓度差越来越小，水分子进入半透膜的速率也逐渐下降，最后保持不变，可用图乙表示。随着水分子的进入，玻璃管内的液面高度逐渐上升，一段时间后保持不变，可用图丙表示。
知识点2 探究植物细胞的吸水和失水
Z
一、植物细胞的吸水和失水的实验探究
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。
2．探究性实验的一般过程：根据观察到的现象，提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析结果，得出结论→总结交流→进一步探究。
3．假设：原生质层相当于一层半透膜。
4．预期结果：由于原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由透过，而蔗糖分子不能透过。因此，在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，发生质壁分离。
5．装片制作示意图及实验流程
(1)装片制作示意图
(2)实验流程
6．实验结果
现象
试剂
中央液泡变化
原生质层位置变化
细胞大小
蔗糖溶液
变小
脱离细胞壁
基本不变
清水
逐渐恢复原来大小
恢复原位
基本不变
7．结论：实验结果与预期结果相同，说明“原生质层相当于一层半透膜”的假设是成立的。
8．植物细胞发生质壁分离的原因和表现
(1)原因
(2)表现
9．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NO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。
知识贴士
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。
③质壁分离中的“质”指的是原生质层，而不是细胞质。
④发生质壁分离后，细胞膜与细胞壁的间隙内充满了蔗糖溶液(因为细胞壁具有全透性)。
⑤质壁发生分离的原因是外界溶液浓度大于细胞液浓度，随着细胞渗透失水，虽然细胞液浓度会增大，但可能仍然小于外界溶液浓度(此处指的是物质的量浓度，不是质量浓度)。
D
典例2 将紫色洋葱鳞片叶表皮浸润在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，1分钟后进行显微观察，结果如图。下列叙述错误的是( A )
A．图中L是细胞壁，M是液泡，N是细胞质
B．将视野中的细胞浸润在清水中，原生质层会逐渐复原
C．实验说明细胞膜与细胞壁在物质透过性上存在显著差异
D．洋葱根尖分生区细胞不宜作为该实验的实验材料
[解析] 成熟的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中发生了质壁分离，结合题干中的图可知，L是细胞壁，M是液泡，N是细胞壁与原生质层之间的部分，故A项错误；将视野中的细胞浸润在清水中，液泡会渗透吸水，原生质层逐渐复原，故B项正确；细胞膜具有选择透过性，蔗糖不能透过，而细胞壁允许蔗糖通过，具有全透性，故C项正确；洋葱根尖分生区细胞不具有大液泡，渗透吸水与失水不明显，因此不宜作为该实验的实验材料，故D项正确。
〔变式训练2〕 下图为某同学利用紫色洋葱鳞片叶作为实验材料，观察植物细胞质壁分离与复原的基本操作步骤。下列相关叙述中，错误的是( D )
A．第二次观察(D)和第一次观察(B)形成对照，第三次观察(F)和第二次观察(D)形成对照
B．该实验用显微镜主要观察原生质层和细胞壁的位置、液泡的颜色和大小等
C．如果将蔗糖溶液换成浓度适宜的KNO3溶液，则可以省略E过程
D．增大蔗糖溶液的浓度，实验效果会更明显且不影响细胞的活性
[解析] 解答本题要清楚每一步的操作方法及目的，尤其是显微镜观察的指标及溶液的种类和浓度对该实验结果的影响。图中共有三次利用显微镜进行的观察，观察的指标主要是原生质层和细胞壁的位置关系以及液泡的大小和颜色。三次观察形成对照，了解是否发生了质壁分离或质壁分离复原，A、B两项正确。如果将蔗糖溶液换成浓度适宜的KNO3溶液，由于细胞在失水的同时，会不断地吸收K＋和NO，导致细胞液浓度升高，当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞开始吸水，从而出现质壁分离自动复原现象，C项正确。如果蔗糖溶液浓度过大，会导致细胞因过度失水而死亡，D项错误。
质壁分离实验的拓展应用
1．判断成熟植物细胞是否有生物活性
＋
2．测定细胞液浓度范围
＋
细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间
3．比较不同植物细胞的细胞液浓度
＋
发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之，细胞液浓度越大
4．鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)
＋
5．比较未知浓度溶液的浓度大小
同一植物的成熟细胞＋未知浓度的溶液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)
实验单一变量：未知浓度的溶液。
6．验证原生质层和细胞壁伸缩性大小
成熟植物细胞＋分离剂
实验单一变量：植物细胞原生质层和细胞壁的伸缩性差异。
典例3 假设将标号为甲、乙、丙的同一种植物的细胞(细胞液浓度相同)分别放在a、b、c三种不同浓度的蔗糖溶液中，一段时间后得到如图所示状态(原生质层不再变化)。据图分析推理不正确的是( B )
A．实验前蔗糖溶液浓度为：c＞b＞a
B．实验后蔗糖溶液浓度为：c＝b≥a
C．实验后细胞的吸水能力：丙＞乙＞甲
D．实验后细胞液浓度：丙＞乙＞甲
[解析] 由于浓度差越大发生质壁分离的程度就越大，所以c蔗糖溶液浓度最高，b次之，a最低；实验后a、b、c中的细胞的吸水与失水均已处于动态平衡状态，由于此时细胞液浓度：丙＞乙＞甲，所以外界溶液的浓度也是不相同的，应为c＞b＞a。
1．渗透作用
(1)概念：指水分子或其他溶剂分子通过半透膜从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。
(2)发生条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧具有浓度差。
2．原生质层：细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
3．植物细胞的吸水和失水：外界溶液浓度>细胞液浓度时，细胞失水，发生细胞质壁分离。外界溶液浓度<细胞液浓度时，细胞吸水，细胞质壁分离复原。外界溶液浓度＝细胞液浓度时，水分进出细胞处于动态平衡。
4．质壁分离产生的原因
内因：原生质层具有选择透过性，且其伸缩性大于细胞壁伸缩性。外因：外界溶液浓度>细胞液浓度。
5．细胞膜生理特点——选择透过性
水分子可以自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。
第2节 生物膜的流动镶嵌模型
学习目标
1．体会科学家建立生物膜模型的过程。
2．简述生物膜流动镶嵌模型的内容。(重点)
3．讨论在建立生物膜模型的过程中，如何体现结构与功能相适应的观点。(难点)
核心概念
磷脂双分子层 流动镶嵌模型 糖被
一、对生物膜结构的探索历程
时间
科学家或实验
结论
19世纪末
欧文顿
膜是由__脂质____组成的
20世纪初
膜的分离实验
膜的主要成分是__脂质____和__蛋白质____
1925年
脂质的提取实验
细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的__两层____
1959年
罗伯特森
所有的生物膜都由__蛋白质—脂质—蛋白质____三层结构构成
1970年
用荧光染料标记的小鼠细胞和人细胞进行融合实验
细胞膜具有__流动性____
1972年桑格和
尼克森
新的观察和实验
提出__流动镶嵌____模型
二、生物膜的流动镶嵌模型
1．结构模型：
(1)图中①
(2)图中②
(3)图中③
2．结构特点：具有一定的__流动性____。
3．生物膜的功能特性：
生物膜的结构决定了生物膜的功能特性：__选择透过性____。
？思考
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。
提示：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．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？
提示：会。温度会影响分子运动的速率，进而影响细胞融合的速率。
H 判断题
1．细胞膜的组成成分只有磷脂和蛋白质。( × )
2．生物膜具有流动性是由于磷脂分子可以运动，从而带动了膜上的蛋白质运动。( × )
3．罗伯特森提出的“三明治模型”的一大缺点就是认为膜是静止不动的。( √ )
4．磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子，磷酸“头”部是疏水的，脂肪酸“尾”部是亲水的。( × )
5．所有的细胞都具有相同的细胞膜结构，即由磷脂分子构成膜的基本支架，“嵌入”支架或“漂浮”在支架两侧的蛋白质的种类和数量相同。( × )
6．溶于脂质的物质更易通过细胞膜进入细胞。( √ )
7．如果用单层磷脂分子构成的脂质体来包裹某种药物，则该药物应该属于脂溶性的。如果用双层的脂质体包裹药物，则该药物应该属于水溶性。( √ )
8．细胞膜表面还有糖类和脂质结合成糖脂。( √ )
知识点 生物膜的结构和功能
Z
1．流动镶嵌模型的基本内容
(1)
(2)蛋白质
①位置
②种类
(3)糖类
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。
知识贴士
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。
D
典例1 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( D )
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
[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。
〔变式训练1〕 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( C )
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
[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．细胞膜的结构与功能的关系(如图所示)
2．流动性和选择透过性的关系
(1)区别：流动性是细胞膜的结构特点，选择透过性是细胞膜的功能特性。
(2)联系：流动性是选择透过性的基础，因为只有细胞膜具有流动性，细胞才能完成其各项生理功能，才能表现出选择透过性；相反，细胞膜失去了选择透过性，也意味着细胞已经死亡。
知识贴士
注意区分细胞膜的功能和功能特性
细胞膜的功能是将细胞与外界环境分隔开，控制物质进出细胞及进行细胞间的信息交流，而功能特性是选择透过性。
典例2 (2018·河南郑州高三质检)如图是溶酶体发生过程及其“消化”功能示意图。下列叙述错误的是( C )
A．b是刚形成的溶酶体，它起源于高尔基体
B．c是内质网，d是线粒体，e是包裹线粒体的小泡
C．溶酶体的生命活动所需能量由e内的d提供
D．b和e融合为f的过程体现了生物膜具有一定的流动性
[解析] 由图中各种细胞器的形态可以看出，a是高尔基体，b是刚形成的溶酶体，由高尔基体产生的囊泡形成，A项正确；c是内质网，d是线粒体，e是包裹线粒体的小泡，B项正确；溶酶体的生命活动所需能量不是由e内的d提供的，而是由细胞质中的线粒体提供的，C项错误；b和e融合为f的过程体现了生物膜具有一定的流动性，D项正确。
1．磷脂双分子层构成了膜的基本支架。
2．蛋白质分子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。
3．磷脂双分子层和大多数蛋白质分子可以运动。
4．糖蛋白(糖被)
组成：由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成。分布在细胞膜的外侧。
作用：细胞识别、保护和润滑等。
5．细胞膜的结构特点——具有一定的流动性。
第3节 物质跨膜运输的方式
学习目标
1．举例说明物质跨膜运输方式的类型及特点。(重点)
2．说出被动运输与主动运输方式的异同点。(难点)
3．阐述主动运输对细胞生活的意义。
核心概念
被动运输 自由扩散 协助扩散 主动运输 胞吞 胞吐
一、被动运输和主动运输——跨膜运输
1．被动运输
2．主动运输
[预习反馈]
连线。
__①—b—Ⅰ__②—c—Ⅱ__③—a—Ⅲ____
二、大分子物质的运输
？思考
1．结合主动运输所需要的条件分析，与主动运输有关的细胞器有哪些？
提示：核糖体、线粒体。
2．葡萄糖不能通过无蛋白质的磷脂双分子层，但是小肠细胞能大量吸收葡萄糖，对此该如何解释？
提示：葡萄糖的跨膜运输需要载体蛋白的协助，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。
H 判断题
1．大分子物质，如蛋白质，进出细胞穿过0层生物膜。( √ )
2．胞吞和胞吐都需要消耗能量，也需要载体。( × )
3．胞吞和胞吐体现了膜的结构特性——流动性。( √ )
4．分泌蛋白主要是通过主动运输的方式排出细胞外。( × )
5．已知骨骼肌细胞和脂肪细胞膜上的载体蛋白转运葡萄糖的过程不消耗ATP，则葡萄糖进入骨骼肌细胞内的运输方式是协助扩散。( √ )
6．协助扩散和主动运输需要细胞膜上的同一种载体蛋白。( × )
7．较大的分子，如葡萄糖等，只有通过主动运输才能进入细胞。( × )
8．抑制细胞呼吸对自由扩散和主动运输的转运速率均有影响。( × )
知识点1 被动运输
Z
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．被动运输的类型——自由扩散和协助扩散
自由扩散
协助扩散
概念
物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式
物质借助载体蛋白进出细胞的扩散
运输方向
高浓度→低浓度
高浓度→低浓度
特点
不需载体蛋白和能量
需载体蛋白，不需能量
示意图
曲线
实例
小分子或脂溶性物质，如O2、CO2、H2O、甘油、脂肪酸、乙醇、苯、尿素
红细胞吸收葡萄糖
知识贴士
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。
D
典例1 下列现象中属于自由扩散的是( A )
A．水通过细胞膜 B．K＋通过细胞膜
C．蛋白质通过细胞膜 D．C6H12O6通过红细胞膜
[解析] 水通过细胞膜属于自由扩散；K＋通过细胞膜是主动运输；蛋白质通过细胞膜是胞吞或胞吐；C6H12O6通过红细胞膜是协助扩散。
〔变式训练1〕 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( D )
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。
知识点2 主动运输和胞吞胞吐
Z
1．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
(1)特点
(2)实例：小肠绒毛上皮细胞对K＋、Na＋、葡萄糖、氨基酸等营养物质的吸收。
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。
3．大分子物质通过细胞膜的方式——胞吞和胞吐
(1)过程
胞吞：大分子物质囊泡―→大分子物质进入细胞内
胞吐：大分子物质囊泡大分子物质排出细胞外
(2)结构基础：细胞膜的流动性。
(3)特点：需要消耗能量。
(4)实例
知识贴士
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。
D
典例2 如图表示植物从土壤中吸收某种矿质元素离子的过程。下列叙述中不正确的是( D )
A．该矿质元素离子的运输既需要载体蛋白也需要ATP，所以为主动运输
B．该矿质元素离子可以从低浓度一侧向高浓度一侧运输
C．如果细胞膜上运输该矿质元素离子的载体蛋白被去除，那么该矿质元素离子不能被运输
D．运输该矿质元素离子的载体蛋白不能被重复利用
[解析] 从图中可以看出，该矿质元素离子的运输既需要载体蛋白也需要ATP，且运输方向是从低浓度一侧到高浓度一侧，所以可以判断其运输方式为主动运输，A、B两项正确。如果细胞膜上运输该物质的载体蛋白被去除，那么该矿质元素离子不能再被运输，C项正确。载体蛋白可以被重复利用，D项错误。
典例3 如图所示为细胞对大分子物质进行“胞吞”和“胞吐”的过程。下列与此有关的叙述，错误的是( D )
A．a与b均要以膜的流动性为基础才可能发生
B．a要有细胞表面识别和内部供能才可能完成
C．b在细胞分泌的同时导致膜成分的更新
D．b与a分别是细胞排出废物和摄取养分的基本方式
[解析] 胞吞和胞吐是膜具有流动性的具体体现，A项正确。胞吞是物质通过细胞膜外表面的糖蛋白识别并消耗能量进入细胞内的过程，B项正确。细胞分泌是高尔基体以“出芽”形式形成的囊泡与细胞膜融合，将大分子物质排到膜外的过程，因此，部分高尔基体膜的成分转移到细胞膜上，导致膜成分的更新，C项正确。细胞排出废物和摄取养分的基本方式是物质的跨膜运输；被动运输和主动运输，D项错误。
〔变式训练2〕 下表是人体成熟红细胞与血浆中的K＋和Mg2＋在不同条件下的含量比较，据表分析不确切的是( A )
处理前(mmol)
用鱼藤酮处理后(mmol)
用乌本苷处理后(mmol)
细胞内
血浆中
细胞内
血浆中
细胞内
血浆中
K＋
145
5
11
5
13
5
Mg2＋
35
1.4
1.8
1.4
35
1.4
A．鱼藤酮对K＋和Mg2＋的载体蛋白的生理功能均有抑制作用
B．乌本苷抑制K＋的载体蛋白的生理功能而不影响Mg2＋的载体蛋白的生理功能
C．鱼藤酮抑制ATP的合成从而影响K＋和Mg2＋的运输
D．正常情况下血浆中K＋和Mg2＋均通过主动运输进入红细胞
[解析] 由表格中处理前的数据可知：K＋和Mg2＋由血浆进入红细胞内是逆浓度运输，即为主动运输。用鱼藤酮处理后，K＋和Mg2＋的运输均受到影响，主动运输一需要能量(ATP)，二需要载体蛋白，所以鱼藤酮可能抑制ATP的合成，也可能影响载体蛋白的功能，从而影响K＋和Mg2＋的运输。经鱼藤酮处理后，红细胞内两种离子的量均有变化，说明鱼藤酮对不同离子的影响没有专一性，即不是作用于不同离子的载体蛋白，而是作用于呼吸作用某过程而抑制ATP的合成，从而抑制不同离子的运输。
一、物质运输方式的判断
1．结合实例直接进行判断
运输方式
实例
自由扩散
水、气体(O2、CO2等)、脂溶性物质(甘油、脂肪酸、性激素、乙醇、乙二醇、苯等)进出细胞
协助扩散
葡萄糖进入红细胞
主动运输
无机盐离子、氨基酸、核苷酸、葡萄糖(进入红细胞除外)进出细胞
胞吐、胞吞
蛋白质的分泌、吞噬细胞吞噬抗原和细胞碎片等
2．根据分子大小及对载体蛋白、能量的需要情况进行判断(如图)
3．根据运输方向判断
顺浓度梯度的跨膜运输方式是自由扩散和协助扩散，逆浓度梯度的跨膜运输方式一定是主动运输。
4．根据达到平衡时的浓度判断
若达到平衡时细胞内外仍存在浓度差，则是主动运输，因为自由扩散和协助扩散达到平衡时，细胞内外浓度相等。
5．不同条件下运输方式的判断
(1)消耗能量的运输方式有胞吞、胞吐和主动运输。
(2)需要载体蛋白参与，不消耗能量的运输方式一定是协助扩散。
6．根据曲线判断
(1)随物质浓度的增加，有饱和点的曲线表示协助扩散或主动运输(如图甲)。
(2)成正比关系的曲线表示自由扩散(如图乙)。
(3)与细胞呼吸或O2浓度有关的曲线表示主动运输(如图丙)。
知识贴士
无机盐离子的运输方式
无机盐离子的运输方式并非都是主动运输，在顺浓度梯度的情况下，也可通过被动运输方式进出细胞。如在神经冲动的传导过程中Na＋、K＋的运输，兴奋时Na＋内流和恢复静息状态时K＋外流都是协助扩散。
二、影响物质跨膜运输的因素
1．影响自由扩散和协助扩散的因素：
方式
影响因素
影响趋势
曲线
自由
扩散
膜两侧物质的浓度差
与浓度差成正相关
协助
扩散
①膜两侧物质的浓度差；
②膜上载体蛋白的种类和数量
当载体蛋白达到饱和时，物质浓度增加，物质的运输速率也不再增加
2．影响主动运输的因素：
(1)载体蛋白的种类和数量：决定所运输的物质的种类和数量(如图)。载体蛋白的数量有限，当细胞膜上的载体蛋白达到饱和时，细胞吸收相应物质的速率不再随物质浓度的增大而增加。
(2)能量：凡是影响细胞产生能量的因素都能影响主动运输，如O2浓度、温度等(如图)。
注意：与O2浓度没有关系的跨膜运输方式有自由扩散和协助扩散，这两种方式都不需要细胞呼吸提供能量。
典例4 某哺乳动物神经细胞内外的K＋和Na＋浓度见下表。下列属于主动运输的是( D )
细胞内浓度(mmol·L－1)
细胞外浓度(mmol·L－1)
K＋
140.0
3.0
Na＋
18.0
145.0
A．K＋经钾离子通道排出细胞
B．K＋与有关载体蛋白结合排出细胞
C．Na＋经钠离子通道进入细胞
D．Na＋与有关载体蛋白结合排出细胞
[解析] 根据表格中信息，神经细胞外Na＋浓度较高，细胞内K＋浓度较高，K＋经离子通道排出细胞和Na＋经过离子通道进入细胞属于被动运输，A、C两项错误；K＋与有关载体蛋白结合排出细胞，运输方向是由高浓度到低浓度，运输方式为协助扩散，B项错误；Na＋与有关载体蛋白结合排出细胞，运输方向是由低浓度到高浓度，运输方式为主动运输，D项正确。
典例5 科学家在研究细胞膜运输物质时发现有下列四种关系，分别用下图中四条曲线表示，在研究具体的物质X时，发现与曲线②和④相符。试问：细胞膜运输物质X的方式是( B )
A．自由扩散 B．主动运输
C．协助扩散 D．胞吐
[解析] 分析跨膜运输的方式，主要应从影响跨膜运输的因素入手，尤其从载体蛋白和能量两方面考虑。曲线①说明运输速度与物质浓度呈正相关，不受其他因素的限制，应为自由扩散。因为氧气浓度的高低影响细胞呼吸，进而影响能量的供应，而主动运输需要消耗能量，曲线③说明运输速度与氧气浓度无关，说明这种方式不是主动运输，而是一种被动运输方式(自由扩散或协助扩散)。曲线②在一定范围内随物质浓度升高运输速度加快，当达到一定程度后，而保持稳定，说明这种方式需要载体，不是自由扩散，可能是协助扩散或主动运输。曲线④说明运输速度与氧气浓度有关，说明这个过程是需要能量的，只能是主动运输。经综合分析，运输物质X的方式是主动运输。
1．大分子物质进出细胞的方式：胞吞、胞吐。
2．被动运输：物质顺浓度梯度进出细胞。
(1)自由扩散：物质通过简单的扩散作用进出细胞。(2)协助扩散：进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散。
3．主动运输：从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。
4．被动运输和主动运输体现了膜的选择透过性特点，胞吞和胞吐体现了膜的流动性特点。
