2025届高三一轮复习生物：物质的输入和输出 教学课件

第8讲 细胞的物质输入和输出 1 渗透现象 水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散过程，是自由扩散的一种形式 2 概念： 3 渗透作用发生的条件 有一层________ 条 件 半透膜两侧的溶液具有________ 浓度差 半透膜 考点一 考点一 S z L w h 半透膜和选择透过性膜的区别 (1)半透膜是无生命的物理性薄膜，物质能否通过取决于分子的大小。 (2)选择透过性膜：指水分子可以自由通过，细胞要选择吸收的离子、小分子可以通过，而其他的小离子、小分子和大分子则不能通过的膜。细胞膜就是选择透过性膜 2 3 渗透作用发生的条件 渗透压：溶液中溶质微粒对水的吸引力。渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目。 半透膜：一些物质能通过一些物质不能通过的多孔性薄膜，物质能否通过取决于分子的大小 选择透过性膜:是具有生命的生物膜,对不同物质的吸收具有选择性。细胞死亡或膜载体蛋白失活后，其选择透过性丧失。 考点一 考点一 S z L w h 只比较单位体积内的微粒数，与微粒的大小与种类无关 通过3和4总结渗透作用发生的条件 平衡后S1与S2的浓度差产生的吸水力与高度差的重力相等，S1与S2的浓度差越大，高度差就越大。 3 1.漏斗管内的液面为什么会升高？ 双向移动，进多于出 （1%蔗糖溶液） 4 渗透作用中水的运输方向 2.液面高度差受什么因素影响？ 半透膜两侧溶液浓度差 3.装置中漏斗管内液面为什么会不再升高？ 水柱压强，进等于出 4. 当液面不再升高时，漏斗内外液体的浓度相等吗？ （0.1蔗糖溶液） 不相等，S1>S2 考点一 考点一 S z L w h 只比较单位体积内的微粒数，与微粒的大小与种类无关 通过3和4总结渗透作用发生的条件 平衡后S1与S2的浓度差产生的吸水力与高度差的重力相等，S1与S2的浓度差越大，高度差就越大。 4 5 渗透装置的变式分析 半透膜允许水分子和单糖通过而二糖不能透过 液面高度如何变化，最终哪侧液面较高？ (图中浓度为质量分数) 右侧液面先上升后下降，最终左侧高于右侧　 考点一 考点一 S z L w h 如图所示U形管中间被一种水分子和单糖可以通过而二糖不能透过的半透膜隔开，现在两侧分别加等质量浓度的蔗糖溶液和葡萄糖溶液。 5 5 渗透装置的拓展应用 A、B两个漏斗中液体体积和浓度相同 最终液面高度相同，但是A漏斗的半透膜面积大，吸水快。 情况三：半透膜的面积（漏斗体积）不同 考点一 考点一 S z L w h 【题文】如图为研究渗透作用的实验装置，漏斗内溶液（S1）漏斗外溶液（S2）为两种不同浓度的蔗糖溶液，水分子可以透过半透膜，而蔗糖分子则不能。当渗透达到平衡时，液面差为m，下列有关叙述正确的是（ ） A．渗透平衡时S1溶液的浓度等于S2溶液的浓度 B．若向S2溶液中加入蔗糖分子，则平衡时m变小 C．达到渗透平衡时，仍有水分子通过半透膜进出 D．若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，再次平衡时m将增大 C 考点一 考点一 S z L w h 1 动物细胞的渗透吸水和失水 条 件 水分运输情况 红细胞状况 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 细胞吸水膨胀 细胞形态不变 （水分进出平衡） 细胞失水皱缩 动物细胞发生了渗透作用 结论： S z L w h 如果将装置中的长颈漏斗换成动物细胞,会有什么现象呢？ 8 细胞膜 液泡膜 细胞质 细胞壁 原生质层 全透性 支持和保护细胞 伸缩性较小 细胞液 水进出植物细胞,主要是指水经过原生质层进出液泡。 S z L w h 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？ 原生质层相当于一层半透膜 设计方案：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。 预期结果：由于原生质层相当于一层半透膜，因此在蔗糖溶液中，植物细胞的中央液泡会____，细胞_______；在清水中植物细胞的液泡又会______，细胞_____。 缩小 皱缩 变大 膨胀 提出问题 设计实验进行实验 作出假设 分析结果得出结论 原生质层相当于一层半透膜 ——探究植物细胞的吸水和失水 S z L w h 实验：探究植物细胞的吸水和失水 1、材料用具： 紫色洋葱鳞片叶外表皮、0.3g/mL的蔗糖溶液、清水 ①在清水中： 细胞维持正常形态 ③在清水中： 质壁分离复原 ②0.3g/mL蔗糖溶液中: 质壁分离 自身对照 自身对照 2、实验过程：低倍镜观察（引流法） 3、实验结果： 实验结果 液泡大小 液泡颜色 原生质层的位置 细胞大小 吸水能力 0.3g/ml蔗糖溶液 清水 变小 逐渐恢复原来大小 质壁分离复原 质壁分离 基本不变 基本不变 变深 重新变浅 变大 变小 S z L w h 为什么用外表皮 ③一侧滴 0.3g/ml的蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸引（引流法），观察现象： 中央大液泡逐渐变小，颜色变深（细胞液浓度变大） ④一侧滴清水，另一侧用吸水纸吸引（引流法），观察现象：发生质壁分离复原(当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞发生质壁分离现象 原生质层与细胞壁发生分离,叫做质壁分离，原生质层和细胞壁之间充满了蔗糖溶液 质壁分离过程中，细胞的吸水力增强 1.本次实验用了几次显微镜观察?每次用显微镜的目的是什么？是先用低倍镜，再用高倍镜？还是？一直都是用低倍镜 3次 ，①是观察自然状态下洋葱鳞片外表皮细胞，②是观察质壁分离过程，③是观察质壁分离复原过程。 2.洋葱鳞片外表皮细胞在发生质壁分离过程中，液泡的体积（原生质层的体积）变化？液泡中颜色变化？植物细胞的体积？原生质层与细胞壁之间的液体是？细胞吸水的能力变化？当原生质层的体积不在减小（变化）时，细胞液的浓度与外界溶液浓度相等吗？ 11 4、实验结论： 植物细胞通过渗透作用吸水和失水，原生质层相当于一层半透膜 质壁分离的原因： 内因： 2.原生质层伸缩性大于细胞壁伸缩性 外因： 外界溶液浓度大于细胞液浓度 1.成熟植物细胞的原生质层相当于一层半透膜 外界溶液浓度小于细胞液的浓度，细胞吸水 质壁分离复原的原因： S z L w h 12 1、 ❶号位置里面是什么物质？ 蔗糖溶液 ❶ 2、可以选用叶肉细胞或无色的细胞吗？ 选材 活细胞 具有细胞壁 具有大液泡 拓展分析 S z L w h 细胞液浓度越大，细胞吸水能力越强（细胞随着质壁分离的进行，吸水能力不断增强）。 部分植物为了抵抗外界高浓度的不良环境，细胞会通过增加细胞液浓度，从而增加吸水能力。 13 4、如果把该实验所用的蔗糖溶液换成相同浓度的KNO3溶液，会得到怎样的实验现象？ 先发生质壁分离，随后发生质壁分离自动复原 KNO3、尿素、甘油、乙二醇 细胞可能正在失水， 可能正在吸水， 可能处于平衡状态， 也可能已死亡。 3、图中细胞处于何种状态？ 拓展分析 S z L w h 细胞液浓度越大，细胞吸水能力越强（细胞随着质壁分离的进行，吸水能力不断增强）。 部分植物为了抵抗外界高浓度的不良环境，细胞会通过增加细胞液浓度，从而增加吸水能力。 14 课本74页 用2mol/L的乙二醇溶液和2mol/L的蔗糖溶液分别浸浴某种植物细胞，观察质壁分离现象，得到其原生质体体积的变化情况如下图所示。请据图回答： （1）原生质体体积在A→B段的变化说明：在该段时间内水分从原生质体_________。细胞液浓度_________。 （2）在1min后，处于2mol/L蔗糖溶液中的细胞的细胞液浓度将_________，此时，在细胞壁与原生质层之间充满了_________。要使该细胞复原，应将其置于_________。 （3）在2min后，处于2mol/L乙二醇溶液中的细胞，其原生质体体积的变化是由于_________逐渐进入细胞，引起细胞液浓度_________。 （4）并不是该植物的所有生物细胞均可发生质壁分离，能发生质壁分离的细胞还必须具有_________。 渗出 增大 缓缓增大后趋于稳定 蔗糖 清水 乙二醇 增大 大液泡 (2)测定细胞液浓度范围 质壁分离和复原实验的拓展应用 (1)判断成熟植物细胞的死活 发生 不发生 S z L w h (3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度 不能 能 (4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液) S z L w h 1．(2020·全国卷Ⅱ)取某植物的成熟叶片，用打孔器获取叶圆片，等分成两份，分别放入浓度(单位为g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液中，得到甲、乙两个实验组(甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍)。水分交换达到平衡时，检测甲、乙两组的溶液浓度，发现甲组中甲糖溶液浓度升高。在此期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换。据此判断下列说法错误的是(　　) A．甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水使甲糖溶液浓度升高 B．若测得乙糖溶液浓度不变，则乙组叶细胞的净吸水量为零 C．若测得乙糖溶液浓度降低，则乙组叶肉细胞可能发生了质壁分离 D．若测得乙糖溶液浓度升高，则叶细胞的净吸水量乙组大于甲组 D S z L w h 物质跨膜运输方式 根据分子大小 胞吞、胞吐 被动运输 主动运输 协助扩散 自由扩散 大分子 小分子、离子 是否消耗能量 消耗 不消耗 是否需要载体 不需要 需要 1、被动运输： 被动运输 自由扩散（简单扩散） 协助扩散（易化扩散） 物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式 物质借助膜上的转运蛋白进出细胞的扩散方式 转运蛋白 物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗能量的跨膜运输方式 考点一 考点一 S z L w h 在对人工合成的脂双层的研究中发现，气体如O2，CO2，N2等可以通过扩散作用透过脂双层，水及一些脂溶性小分子有机物如甘油、乙醇、苯等也较易通过脂双层，而其他的物质则无法通过人工合成的脂双层。为什么呢？这与构成脂双层的磷脂分子的结构是密不可分的。磷脂分子有一个亲水的头部和一个由脂肪酸链所构成的疏水的尾部，在水环境中，两层磷脂分子亲水的头部朝外、疏水的尾部朝内共同构成了脂双层，这样的结构使得小分子和非极性的分子较易透过脂双层。O2，CO2，N2，苯都是非极性的小分子物质，对脂双层的通透性最大；而甘油和水分子虽然是极性分子，但是分子量小且不带电荷，也能够通过脂双层。 而其他的物质，如葡萄糖分子量较大，且具有极性，因此无法通过脂双层；此外，带电荷的离子也难以通过脂双层。我们已经学习了细胞膜的结构，磷脂双分子层是细胞膜的基本骨架。这些物质可以自由通过脂双层，也可以通过细胞膜。 我们将物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，称之为自由扩散。是被动运输的方式之一。 自由扩散对于所有的细胞都非常重要。如我们熟悉的呼吸作用的过程中，氧气是细胞代谢所必需的，而二氧化碳是代谢的废物，O2，CO2必须时刻通过自由扩散进出细胞。在人体的肺部，顺浓度梯度的自由扩散是氧气进入红细胞和二氧化碳出红细胞的唯一方式，细胞只有不断获得氧气并排出二氧化碳，完成物质交换，进而实现能量转换，才能保证生命活动的正常进行。 与人工合成的脂双层相比较，构成细胞膜的脂双层中多出了一些物质，这就是膜蛋白。膜蛋白的种类很多，其中可以协助极性的小分子、带电的离子等进行跨膜运输的膜蛋白称为转运蛋白。 （1）运输方向： 高浓度→低浓度（顺浓度梯度） 不需要转运蛋白，不消耗能量 （3）实例： 水、气体（O2 、CO2、N2） ； 脂溶性物质（甘油、乙醇、苯等）； 脂质分子（胆固醇、性激素等） （2）特点： （4）影响因素： 浓度差 扩散速度 浓度差、温度 2、自由扩散（简单扩散）： 考点一 考点一 S z L w h （1）运输方向： 高浓度 低浓度（顺浓度梯度） （3）实例： 载体蛋白：红细胞吸收葡萄糖 通道蛋白：水通道蛋白 离子通道蛋白（Na+ 、 K+ 、Cl-） （2）特点： 需转运蛋白的协助，不消耗能量 （4）影响因素： 浓度差、转运蛋白数量、温度 P点后速率受 转运蛋白数量限制 2、协助扩散（易化扩散） 考点一 考点一 S z L w h 载体蛋白 通道蛋白 转运特点 是否与转运的分子结合 自身构象 是否有特异性 转运蛋白的类型 结合 改变 不结合 具有 具有 只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过 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 考点一 考点一 S z L w h 通道蛋白是在膜上形成跨膜的亲水通道，使离子或水从中通过，不需要与运输分子结合。只参与协助扩散 每次转运时都会发生自身构象的改变。转运的分子或离子不需要与通道蛋白结合 3、主动运输 （1）概念： 物质逆浓度梯度进行跨膜运输，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，这种方式叫做主动运输。 特点 逆浓度梯度运输 1 需要载体蛋白 2 需要能量 3 （2）特点： （3）有关细胞器： ①核糖体 ②线粒体 考点一 考点一 S z L w h 载体蛋白 ATP ATP结合位点 p 磷酸化 p 去磷酸化 ADP ①物质与膜上载体蛋白特定部位结合 一种载体蛋白通常只与一种或一类离子或分子结合 ——特异性/专一性 ②在细胞内化学反应释放能量的推动下，载体蛋白的空间结构发生改变 ATP→ADP+Pi+能量 ③将所结合的物质从膜的一侧转运到另一侧释放出来 ④载体蛋白恢复原状 ——可重复利用 （6）载体蛋白特点： 01 具有特异性（或专一性） 02 与被转运的离子或分子结合 03 转运过程中空间结构发生变化 04 可重复利用 但具有饱和性（运输速率） （7）主动运输的实例： 01 02 03 04 05 细胞（除红细胞）吸收葡萄糖 小肠上皮细胞吸收氨基酸、核苷酸等营养物质 植物细胞吸收矿质元素等 吸收无机盐离子 肾小管对葡萄糖的重吸收 （5）影响因素： 载体蛋白种类和数量、能量、氧气浓度、温度 考点一 考点一 S z L w h （8）依据能量来源分类： 第一类： 直接消耗ATP的主动运输,通常称为泵（ATP驱动泵）。 ①Na+-K+泵 ②H+泵 ATP驱动泵既是载体同时也是催化ATP水解的酶。（既有运输功能，也有催化功能） 考点一 考点一 S z L w h 第二类： 间接消耗ATP的主动运输。 如图：小肠上皮细胞逆浓度吸收葡萄糖时，没有直接消耗ATP，而是利用膜两侧Na+跨膜浓度梯度提供能量（产生电化学势能/浓度梯度势能）。但是Na+浓度差的建立是依靠Na+-K+泵的，而Na+-K+泵的运输需要消耗ATP。 （8）依据能量来源分类： 考点一 考点一 S z L w h 第三类： 光能驱动的主动运输。 （8）依据能量来源分类： 光 H+ H+ H+ H+ 光驱动 光能—细菌质膜上的H+泵 考点一 考点一 S z L w h （9）意义： 桐花树的泌盐现象 海鸟（海鸥）的盐腺 盐腺 通过主动运输来选择吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，从而保证细胞和个体生命活动的需要。 生活在高盐度的海水中，通过叶片排出多余的盐份，维持体内低浓度的盐，以减轻盐对植物的伤害。 海鸟以海水中的动物为食，吃了这些食物后体内盐浓度升高会危害正常的生命活动，通过盐腺细胞的主动运输排出多余的盐，以维持体内细胞正常的生命活动。 考点一 考点一 S z L w h 肺 黏液阻塞了气道 3．(必修1 P70“与社会的联系”)囊性纤维化病主要源于患者转运氯离子的CFTR蛋白异常，导致患者支气管黏液增多，易发细菌感染。引起该病的直接原因和根本原因分别是什么？ 提示：直接原因是转运氯离子的载体蛋白的功能发生异常，根本原因是由于三个碱基对缺失造成基因突变。 考点一 考点一 S z L w h CFTR蛋白运输氯离子时消耗ATP，因此曾被认作是介导主动运输的载体蛋白，后研究发现CFTR是通道蛋白，其并不与氯离子结合，ATP作用是改变CFTR的构象，使CFTR在“开放”和“关闭”两种状态之间转换。 31 胞吞过程 ①大分子与膜上的 结合； ②细胞膜 ， 包围着大分子结合； ③小囊从细胞膜 下来， 形成 ，进入细胞内部。 受体蛋白 内陷形成小囊 分离 囊泡 能量 特点 ①不需要载体蛋白 ②需要与细胞膜上特定蛋白质结合 ③需要细胞呼吸所释放的能量 实例 白细胞吞噬病菌、变形虫吞食食物颗粒等。 4、胞吞胞吐 考点一 考点一 S z L w h 胞吐过程 ①细胞需要外排的大分子， 先在细胞内形成 ； ②囊泡移到细胞膜处， 与细胞膜 ； ③大分子排出到细胞外。 囊泡 融合 胞吞、胞吐过程能发生的结构基础是什么？ 生物膜具有一定的流动性 能量 影响因素： 细胞膜的流动性、温度和能量等 4、胞吞胞吐 考点一 考点一 S z L w h 注意： 1.神经递质大部分是小分子物质，但释放的方式也是胞吐。 2.通过核孔运输的大分子物质有mRNA、蛋白质等。 3.依赖膜的流动性，穿0层生物膜，0层磷脂分子层 思考： 1.大分子往往以胞吐形式运出细胞，胞吐运输的一定都是大分子吗？ 2.有的大分子物质还可以通过什么结构进行运输？ 3.胞吞胞吐穿过几层磷脂分子？ 考点一 考点一 S z L w h 物质出入细胞的方式 被动运输 主动运输 胞吞 胞吐 自由扩散 协助扩散 图例         运输方向 是否需要转运蛋白 是否消耗能量 举例 是 否 是 是 否 是 否 否 高浓度→低浓度 是 水、气体、甘油、乙醇、苯 低浓度→高浓度 人的红细胞吸收葡萄糖 小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等 胞外→胞内 胞内→胞外 巨噬细胞吞噬抗原 胰岛素、消化酶、抗体的分泌 考点一 考点一 S z L w h 水、气体、甘油、乙醇、苯的跨膜运输1、这种运输方式需要什么条件，借助什么原理？需要消耗能量，需要与膜上蛋白质结合。借助细胞膜的流动性。这种运输方式是否只能运输大分子和颗粒性物质？不一定，如神经递质是通常是小分子（乙酰胆碱、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素、5-羟色胺、氨基酸类（如谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸等）、一氧化氮等 35 (1)图1、2表示物质浓度对跨膜运输速率的影响，其中图1表示的运输方式为_________，图2表示的运输方式是___________________。图2中P点之后运输速率不变的原因是_________________________。 (2)图3、4表示O2浓度对跨膜运输速率的影响，其中图3表示的运输方式为____________________，图4表示的运输方式为_________。图4中P点之后运输速率不变的限制因素是_______________。 (3)若图3表示哺乳动物成熟红细胞的物质运输，还可表示_________。 自由扩散 协助扩散 膜上转运蛋白的数量有限 自由扩散或协助扩散 主动运输 载体蛋白的数量 主动运输 1 物质浓度 2 氧气浓度 S z L w h 主动运输一般不受浓度差的影响。 36 B 3.(2021·山东卷，2)液泡是植物细胞中储存Ca2＋的主要细胞器。液泡膜上的H＋焦磷酸酶可利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输H＋，建立液泡膜两侧的H＋浓度梯度。该浓度梯度驱动H＋通过液泡膜上的载体蛋白CAX完成跨膜运输，从而使Ca2＋以与H＋相反的方向同时通过CAX进入液泡并储存。下列说法错误的是(　　) A.Ca2＋通过CAX的跨膜运输方式属于协助扩散 B.Ca2＋通过CAX的运输有利于植物细胞保持坚挺 C.加入H＋焦磷酸酶抑制剂，Ca2＋通过CAX的运输速率变慢 D.H＋从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式属于主动运输 A 物质运输方式的几个“不一定” (1)胞吐、胞吞的不一定是大分子物质，如神经递质是小分子物质，通过胞吐排出细胞。 (2)生物大分子不一定都是以胞吞、胞吐方式运输的，如RNA和蛋白质可通过核孔出入细胞核。 (3)消耗能量的运输方式并不一定就是主动运输，胞吞和胞吐也消耗能量。 (4)同一种物质进出细胞的方式不一定相同 ①葡萄糖 考点一 考点一 S z L w h 2.(2022·山东卷，3)NO和NH是植物利用的主要无机氮源，NH的吸收由根细胞膜两侧的电位差驱动，NO的吸收由H＋浓度梯度驱动，相关转运机制如图。铵肥 施用过多时，细胞内NH的浓度增加和细胞外酸化等因素引起植物生长受到严重抑制的现象称为铵毒。下列说法正确的是(　　) A.NH通过AMTs进入细胞消耗的 能量直接来自ATP B.NO通过SLAH3转运到细胞外的 方式属于被动运输 C.铵毒发生后，增加细胞外的NO会加重铵毒 D.载体蛋白NRT1.1转运NO和H＋的速度与二者在膜外的浓度呈正相关 ②Na＋eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(进入神经细胞：协助扩散靠离子通道,运出神经细胞：主动运输Na＋­K＋泵)) ③K＋eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(进入神经细胞：主动运输Na＋­K＋泵,运出神经细胞：协助扩散靠离子通道)) $$