4.1被动运输课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

4.1被动运输 生物（人教版）必修一 将细胞与外界环境分割开来 控制物质进出 进行细胞间的信息交流 为什么细胞膜具有选择透过性？ 细胞膜如何控制物质输入和输出？ 细胞膜的功能 细胞膜作为细胞的边界，不仅把细胞与外界环境分隔开，还具有控制物质进出的功能，即它是一种选择透过性膜 为什么细胞膜具有选择透过性呢？细胞膜是怎样控制物质输入和输出的呢 2 联系生活 清水泡过的青菜 很硬挺 盐腌制过的黄瓜 皱皱巴巴，能挤出水 水是如何进出细胞的？ 渗透作用 Part 1 渗透作用 相关概念 墨水滴入清水中，清水很快变红—溶质分子在水中扩散的结果 扩散： 物质分子从高浓度向低浓度区域转移直到均匀分布的现象。 渗透： 是一种特殊的扩散。仅指水分子等溶剂分子透过半透膜，从相对含量多的地方向相对含量少的地方扩散。 问题探讨—（渗透作用） 1.漏斗管内液面为什么会升高？ 进入漏斗的水分子数 从漏斗流出的水分子数 单位时间内： 2.若漏斗管足够长，液面会无限升高吗？ 水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。 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(如：膀胱膜、玻璃纸、卵壳膜、鱼鳔等) 不会，上升的水柱产生压力会加快漏斗中水分子向外扩散的速度，最终水分子进出达到平衡，液面将不再上升。 注意：此时膜内外浓度并不相等 注意：此时仍然有水分子进出半透膜 漏斗内溶液浓度S1>漏斗外溶液浓度S2 问题探讨—（渗透作用） 3.如果用纱布代替玻璃纸，还会出现原来 的现象吗？ 4.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？ 水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。 渗透装置 不会, 纱布的孔隙大, 蔗糖分子也可以自由透过。 漏斗管内的液面不会升高, 单位时间内透过玻璃纸的水分子数等于渗出玻璃纸的水分子数量。 小结：渗透作用的发生需要具备哪些条件？ ①具有半透膜 ②半透膜两侧的溶液具有浓度差 渗透作用小结 1.定义 2.发生渗透现象的条件 3.水分子渗透的方向 ①具有半透膜 ②半透膜两侧存在浓度差（相对分子数目） 半透膜 含水量___ 含水量___ ___浓度溶液 ___浓度溶液 低 高 高 低 渗透平衡时水分子进出速率相等 水分子或（其它溶剂分子）透过半透膜的扩散。 S2溶液 S1溶液 半透膜 U型管 S1溶液 S2溶液 8 渗透现象中液面变化的判断 一段时间 左侧液面下降 右侧液面上升 质量分数 质量分数 半透膜两侧的浓度差是指溶质颗粒的物质的量浓度，不是质量浓度。 虽然质量浓度相同，但葡萄糖溶液的物质的量浓度大。单位体积中溶质分子的数目多，溶剂分子的数目少，即相同体积下，溶液中溶质颗粒越多，浓度越大，渗透压越大。故水分子由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。 假设：半透膜只允许水分子透过 液面 等高 溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目 9 渗透现象中液面变化的判断 一段时间 葡萄糖和蔗糖分子不能通过半透膜 物质的量 物质的量 2mol/L 2mol/L 2mol/L 2mol/L 液面不变 假设：半透膜只允许水分子透过 液面 等高 10 小试牛刀 下图为研究渗透作用的实验装置，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，水分子可以通过半透膜，而蔗糖分子不能。起始时漏斗内外液面相平，当渗透达到平衡时，液面高度差为 m。下列有关叙述正确的是 （　　） A. 渗透平衡时，S1的浓度等于S2的浓度 B. 若向漏斗中加入蔗糖分子，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 小试牛刀 图表示扩散作用实验装置，甲、乙两管的口径相同（初始液面高度相等），半透膜允许水分子和葡萄糖分子通过，淀粉分子则无法通过，当达到渗透平衡时 （　　） A. 甲、乙两管中的液面高度相等 B. 甲、乙两管中的葡萄糖溶液的浓度几乎相等 C. 甲、乙两管中的淀粉溶液的浓度相等 D. 两管中葡萄糖溶液的质量分数皆为 8%， 淀粉溶液的质量分数皆为 4% C B Part 2 水进出细胞的原理 一、水进出动物细胞的原理 等渗溶液 高渗溶液 低渗溶液 细胞吸水膨胀 细胞失水皱缩 细胞形态不变 细胞质的浓度 外界溶液的浓度 ＞ 外界溶液的浓度 细胞质的浓度 ＞ 外界溶液的浓度 细胞质的浓度 = 一、水进出动物细胞的原理 1. 红细胞内的血红蛋白等有机物能透过细胞膜吗？这些有机物相当于 “问题探讨”所示装置中的什么物质？ 不能，相当于蔗糖分子 2. 红细胞的细胞膜是不是相当于“问题探讨”中所说的半透膜？ 相当 3. 当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？ 不一定，浓度差很大时会涨破，浓度差较小时不会涨破。 4. 红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？ 5. 想一想临床上输液为什么要用生理盐水？ 浓度差。浓度差越大细胞吸水或失水越多。 防止血细胞失水或吸水，维持细胞正常形态。 思考·讨论 P63 小结：水进出动物细胞的原理 外界溶液 蔗糖溶液 细胞质 基质 相当于 细胞膜 半透膜 相当于 ①红细胞与外界溶液组成了一个渗透系统。 ②红细胞的细胞膜相当于一层半透膜，水分通过渗透作用进出红细胞。 水又是如何进入植物细胞的？ 16 如果将装置中的漏斗换成植物细胞将如何？和动物细胞一样也会吸水或失水吗？ 1.西红柿上放糖,一会儿后就可看到水分渗出。 2.对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。 3.放蔫的青菜用清水浸泡一会儿后，又恢复新鲜。 二、水进出植物细胞的原理 液泡膜 细胞质 原生质层 细胞壁 （全透性、伸缩性小） 细胞膜 细胞液 成熟的植物细胞的结构 （相当于半透膜） 植物细胞内的液体环境主要指的是液泡内的细胞液。 水进出植物细胞主要指 水通过原生质层进出液泡 细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。 (选择透过性) (选择透过性) 二、水进出植物细胞的原理 【探究·实践】植物细胞的吸水和失水（P64） 提出问题 做出假设 设计实验 实施实验 分析结果 得出结论 表达交流 水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是一层半透膜吗？ 水分进出植物细胞是渗透作用，原生质层相当于一层半透膜 蔗糖溶液中细胞的液泡变小，细胞皱缩；清水中细胞的液泡变大，细胞膨胀。 预期结果： 将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察液泡、原生质层及细胞大小的变化；再浸润在清水中，观察其大小的变化。 二、水进出植物细胞的原理 【探究·实践】植物细胞的吸水和失水（P64） 提出问题 做出假设 设计实验 实施实验 分析结果 得出结论 表达交流 材料用具：紫色洋葱鳞片叶、质量分数为0.3g/mL的蔗糖溶液、 清水、刀片、镊子、滴管、盖玻片、吸水纸、显微镜等。 外表皮细胞 选择紫色洋葱鳞片叶外表皮，是因为其细胞液呈紫色，易观察液泡的大小变化 活细胞（不可用死细胞、动物细胞及 未成熟的植物细胞） 细胞有大液泡 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 撕取洋葱鳞片叶时要不带叶肉且不宜过大，避免制作装片时出现重叠和气泡，撕取后要放入载玻片上的清水中 实验 探究植物细胞的吸水与失水 第一次观察 ①有一个______的中央大液泡 ②原生质层紧贴___________ 紫色 细胞壁 6 低倍镜观察 实验步骤 5 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 7 在盖玻片的一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸吸引 8 低倍镜观察 实验 探究植物细胞的吸水与失水 引流法 第二次观察 ①中央液泡逐渐______，紫色逐渐______ ②原生质层与细胞壁逐渐______ 分离 变小 变深 重复几次 重复几次 第三次观察 ①中央液泡逐渐_____，紫色逐渐_____ ②原生质层逐渐_____细胞壁 紧贴 变大 变浅 第一次处理 第二次处理 实验步骤 实验结果 中央液泡大小及颜色 原生质层位置变化 细胞大小 蔗糖溶液 清水 中央液泡变小颜色加深 逐渐恢复原来大小颜色变浅 原生质层恢复原位 原生质层脱离细胞壁 基本不变 基本不变 第一次对照 滴加蔗糖溶液 滴加清水 第二次对照 质壁分离 质壁分离复原 自身对照是指对照组和实验组在同一研究对象上进行，是实验前后之间的对照 二、水进出植物细胞的原理 【探究·实践】植物细胞的吸水和失水（P64） 提出问题 做出假设 设计实验 实施实验 分析结果 得出结论 表达交流 结论： (1)植物细胞的原生质层相当于一层半透膜； (2)植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。 细胞失水，原生质层与细胞壁分离开来 细胞吸水，与细胞壁分离的原生质层慢慢恢复原来的状态 当外界溶液浓度 > 细胞液浓度 当外界溶液浓度 < 细胞液浓度 质壁分离 质壁分离复原 二、水进出植物细胞的原理 2. 质壁分离及复原的原因： 1.“质壁分离”的“质”与“壁”分别指什么？ 3. 将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞置于下列溶液,再置于清水,分别出现什么现象？ 思考 “质”指原生质层 “壁”指细胞壁 0.3 g/mL蔗糖溶液： → 再置于清水： 。 0.5 g/mL蔗糖溶液： → 再人工置于水: 。 1 mol/L KNO3溶液(或:尿素、甘油、乙二醇） 。 醋酸、盐酸、酒精 ： ，杀死细胞，使原生质层失去选择透过性 质壁分离 质壁分离复原 快速质壁分离 质壁不能复原 先质壁分离 , 后自动复原 内因：原生质层具有选择透过性 原生质层的伸缩性 > 细胞壁的伸缩性 外因：原生质层内外存在浓度差 无质壁分离 Part 3 被动运输 四、被动运输 像水分子这样，物质以____________进出细胞，_________消耗细胞内化学反应所释放的_____，这种物质跨膜运输方式称为_____________。 被动运输分为______________和_______________两类。 扩散方式 不需要 能量 被动运输 自由扩散 协助扩散 四、被动运输 自由扩散 (1)概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞。 (2)特点 ①顺浓度梯度运输 ②不需要转运蛋白协助 ③不需要消耗能量 (3)实例： 气体、水、脂溶性小分子（甘油、乙醇、苯等） 转运蛋白 扩散速度 能量 扩散速度 浓度差 扩散速度 (4)影响因素： 浓度差 四、被动运输 协助扩散（易化扩散） 载体蛋白 通道蛋白 (1)概念：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散。 (2)特点 ① 顺浓度梯度运输 ② 需要转运蛋白协助 ③ 不需要消耗能量 (3)实例： 红细胞吸收葡萄糖、 水通道蛋白等 浓度差、转运蛋白种类和数量 浓度差 扩散速度 (4)影响因素： 能量 扩散速度 P点后受转运蛋白 数量影响 水分子很小，不带电荷但具有极性，尽管能够以自由扩散过膜，但是更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞。 水分子 水通道蛋白 31 四、被动运输 方式 自由扩散 协助扩散 运输方向 是否消耗能量（ATP） 是否需要转运蛋白 举例 图例 曲线图 （一定浓度范围内） 影响因素 高浓度低浓度 不消耗 不需要 需要 氧气、二氧化碳、乙醇、苯等 葡萄糖、氨基酸、水等 细胞膜内外物质的浓度差 浓度差；转运蛋白的数量 四、被动运输 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，转运时与被转运分子结合，自身构象改变。 只容许与自身通道直径和形状相匹配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过；不需要与分子或离子结合。 四、被动运输 载体蛋白 通道蛋白 转运特点 自身构象 是否与转运的分子结合 是否有特异性 实例 图示 只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过 容许与自身通道的直径、形状相适配，大小和电荷相适宜的分子或离子通过 改变 不改变 不结合 结合 具有 具有 葡萄糖通过载体蛋白 进入红细胞 水分子通过水通道蛋白 进出细胞 小 结： 实例：水进出细胞的原理 35 Lavf58.45.100 $$