2023届高三生物一轮复习课件06物质的输入和输出

课前记忆（课前3分钟，大声背诵，立即检查） 1.渗透作用定义？渗透的方向？ 2.原生质层是指什么？水进出细胞主要指什么？ 3.植物细胞质壁分离发生的原因？ 4.甘油乙醇等分子为什么以自由扩散的方式进出细胞？ 5.载体蛋白和通道蛋白的区别？ 6.载体蛋白的特点？ 7.主动运输的意义？ 8.细胞膜具有选择透过性的结构基础？ 弘德 博学 笃行 创新 细胞的物质输入和输出 【课程标准】1.阐明质膜具有选择透过性2.举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量；有些物质逆浓度梯度进出细胞，需要能量和载体蛋白3.举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞【学习目标】1.通过模拟渗透作用装置，说出水分子进出细胞的原理。2.通过探究“植物细胞的吸水和失水”实验，说出原生质层的选择透过性与质壁分离及其复原的关系。3.通过对物质运输实例的分析，说出被动运输、主动运输、胞吞胞吐的异同点。 （1）吸胀作用吸收水分主要是依赖于细胞内的亲水性物质,如蛋白质、淀粉、纤维素等,蛋白质的亲水能力最强。 没有大的液泡的植物细胞主要以吸胀作用方式吸收水分。（了解） 1.植物吸收水分的方式有两种： 一.水进出细胞的原理 吸胀作用和渗透作用 （2）渗透作用是具有液泡的成熟植物细胞的吸水方式,也是植物体吸水的主要方式。一个有液泡的成熟植物细胞是一个渗透系统。 【定义：水分子（或其它溶剂分子）从相对含量高的地方向相对含量低的地方通过半透膜的扩散过程，是一种自由扩散】 种子萌发过程：A.吸水过程 吸胀吸水 吸水缓慢 渗透性吸水 吸胀吸水 植物细胞吸水的一种方式。未形成液泡的细胞靠吸胀作用为动力的吸水过程。例如风干种子的吸水就是靠吸胀作用。分生组织细胞主要也靠吸胀作用吸水。吸胀作用是亲水胶体吸水并使其膨胀的现象。 急剧吸水 暂停吸水 重新吸水 干燥种子吸水到种胚突破种皮的过程叫做是萌发。 渗透吸水 渗透作用是溶剂分子通过半透膜的扩散作用。 具有中央大液泡的细胞主要靠渗透作用吸水。 2.渗透作用发生的条件 1.漏斗管内的液面为什么会升高？ 2.如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？ 3.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？ 单位时间内，透过半透膜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 纱布不是半透膜,无法产生渗透现象 没有浓度差,水分子进出平衡,液面也不会升高. 浓度是指：溶液中溶质的物质的量浓度，即单位体积中溶质分子的微粒数，微粒数多的溶液吸水力强。 有一层________ 条 件 半透膜两侧的溶液具有________ 浓度差 半透膜 渗透现象分析 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 6 3.渗透装置的拓展应用 ② 10%葡萄糖溶液的物质的量浓度大，因此水分子由10%蔗糖溶液→10%葡萄糖溶液移动，右侧液面升高 ① 液面不变 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。 （1）半透膜只允许水分子通过 ③ 蔗糖被水解为两分子单糖，导致左侧浓度升高，水分子由10%的葡萄糖溶液→10%的蔗糖溶液移动，则左侧液面升高，最终高于右侧 S z L w h 3.渗透装置的拓展应用 （2）溶质能通过半透膜的渗透装置 S1和S2是两种不同的溶质且只有水和S1能透过半透膜 S1溶液 S2溶液 半透膜 S1和S2是同种溶质，且能透过半透膜， S1溶液浓度大于S2溶液浓度 S1溶液 S2溶液 半透膜 ① S1的物质的量浓度大于S2的物质的量浓度 S2液面先下降 当S1中的溶质透过半透膜进入S2 S2液面升高，最终高于S1 ② S1的物质的量浓度小于S2的物质的量浓度 S1液面始终低于S2液面 ①由于半透膜两侧存在浓度差，由S2 →S1的水分子数多于S1 →S2的。导致S1液面上升。 ②随后S1中的溶质透过半透膜进入S2 ，浓度差逐渐减小，S1和S2的溶液浓度相等，液面持平。 S z L w h ①实验现象： a.外界溶液浓度<细胞质浓度⇒细胞吸水膨胀。 b.外界溶液浓度>细胞质浓度⇒细胞 。 c.外界溶液浓度＝细胞质浓度⇒水分进出平衡。 失水皱缩 4.探究：动物细胞的失水和吸水 低渗 高渗 等渗 思考:输液为什么用生理盐水? 1．(必修1 P63“思考·讨论”)当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？试说明原因。 提示：不一定。因为红细胞吸水膨胀后细胞质的浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，细胞质的浓度下降后与外界溶液的浓度可能达到平衡，此时，红细胞将不再吸水。 动物细胞与外界溶液组成了一个渗透系统 ②实验结论 4.探究：动物细胞的失水和吸水 源于必修1 P63“思考·讨论”：红细胞的细胞膜相当于半透膜。习惯上说的半透膜是 薄膜，物质能否通过取决于____________；选择透过性膜是 的生物膜，其对不同物质的通过性不仅取决于 ，还与 有关。因此细胞膜和半透膜类似，又有所不同。 无生命的物理性 微粒的大小 具有活性 分子大小 细胞的需求 ①原理： 细胞壁 细胞液 5.探究：植物细胞的失水和吸水(以成熟植物细胞为例) 细胞内的液体环境是指?水进出细胞主要是指? 当外界溶液浓度_____细胞液浓度时，细胞发生质壁分离现象 当外界溶液浓度______细胞液浓度时，细胞吸水膨胀，由于存在细胞壁，细胞不会涨破 当外界溶液浓度_____细胞液浓度时，细胞维持正常形态 大于 小于 等于 提醒：当在显微镜下观察到细胞处于质壁分离状态时，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。 原生质层与原生质体的区别是？ 半透膜 1 实验原理 (1)成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。 (2)原生质层比细胞壁的伸缩性大。 (3)细胞液和外界液存在浓度差，细胞能渗透吸水和失水。 内因 外因 实验对照 ？ 实验前后形成自身对照。 6.观察植物细胞的质壁分离和复原 S z L w h 12 活细胞、有细胞壁、有大液泡---颜色差异（紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞） 洋葱鳞片叶内表皮细胞是成熟植物细胞， 有大液泡，能发生质壁分离及复原，但液泡无色，直接观察现象不明显 细菌可以吗？ 能观察到吸水和失水 2 实验材料 黑藻是高等植物细胞，含有大液泡和大而清晰的叶绿体，能观察到质壁分离及复原现象 6.观察植物细胞的质壁分离和复原 S z L w h 3 实验步骤 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 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 6.观察植物细胞的质壁分离和复原 S z L w h 实验步骤 5 6 低倍镜观察 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 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。 3 实验步骤 6.观察植物细胞的质壁分离和复原 S z L w h 实验步骤 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。 3 实验步骤 6.观察植物细胞的质壁分离和复原 S z L w h (1)现象 (2)结论：植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞是通过渗透作用吸水和 失水的。 4 实验现象与结论 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。 6.观察植物细胞的质壁分离和复原 S z L w h 总结：本实验存在两组对照实验 (2)三次用低倍镜下观察,没有换高倍镜 (3)从盖玻片一侧滴入蔗糖溶液(清水)在盖玻片另一侧用吸水纸引流.观察中央大液泡大小\原生质层位置\细胞大小 这是一个自身前后对照实验 1.实验时一定要选择紫色洋葱外表皮细胞吗？ 思考讨论 2.本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，若浓度过高或过低对实验有何影响？ 3.只要外界溶液的浓度大于细胞液的浓度，细胞就会发生质壁分离吗？请简述原因。 4.发生质壁分离的洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是何物质？ 不一定_。但紫色洋葱外表皮细胞含有_色素_，使液泡呈现一定的颜色，更有利于观察。 选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，既明显出现质壁分离，又不会杀死细胞。若浓度过高，质壁分离速度快，细胞会因_失水过多_而死亡，不能再进行_质壁分离复原_；若浓度过低，不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。 _不一定_。因为质壁分离是_成熟_的活的植物细胞具有的生理现象，未成熟的植物细胞和动物细胞不会发生质壁分离现象。 提示：因为细胞壁是_全透_性的，所以洋葱表皮细胞原生质层与细胞壁之间是_外界__溶液（浓度会降低）。 5.若用适宜浓度的KNO3溶液进行该实验，结果会发生质壁分离与复原吗？请简述原因。 提示：_会_。开始外界溶液浓度较大，细胞发生质壁分离；细胞_主动运输形式吸收_K+和NO3-后，随着细胞液浓度增大，质壁分离又会_自动复原_。 6.适宜浓度的KNO3溶液或尿素、甘油、乙二醇等能否作为该实验的试剂？为什么？盐酸、酒精、醋酸等行吗？为什么？ K＋和可被细胞吸收，从而使细胞液浓度增大，所以细胞先发生质壁分离，后又自动复原，不适于作为该实验的试剂(尿素、甘油、乙二醇等现象同上)。盐酸、酒精、醋酸能杀死细胞，不能作为质壁分离实验的试剂。 1.质壁分离和复原实验可以说明或证明下列中的(　　) ①植物细胞的死活　 ②原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大　 ③当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞渗透失水；反之，细胞则渗透吸水 ④原生质层具有选择透过性　 ⑤细胞壁的主要成分是纤维素 A．①③④⑤ B．①②③④ C．②③④⑤ D．①④⑤ 具有活性的细胞才能发生质壁分离和复原 才能产生浓度差 √ 考向突破 S z L w h 答案　B 解析　质壁分离和复原实验可以证明②、③，说明原生质层具有选择透过性，从而可以判断细胞的死活，因死亡细胞的原生质层具有全透性。另外还可以测定细胞液浓度。 21 2.如图表示以紫色洋葱表皮细胞为实验材料，用质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液、质量浓度为0.5 g/mL的蔗糖溶液、质量浓度为0.3 g/mL的尿素溶液及清水进行相关实验(时间m表示开始用四种溶液分别处理洋葱表皮；时间n表示开始用清水处理洋葱表皮)，测得的该细胞原生质体体积的变化，图中代表尿素溶液处理结果的是(　　) A．a B．b C．c D．d 清水：细胞吸水，细胞壁支撑保护作用 0.5 g/mL蔗糖：细胞质壁分离，蔗糖浓度过高，细胞失活，滴加清水后不能复原 0.3g/mL蔗糖：细胞质壁分离，滴加清水后质壁分离复原 0.3g/mL尿素：细胞质壁分离，能发生自动质壁分离复原 √ 考向突破 S z L w h 答答案　B 解析　m点开始用质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液处理，细胞失水发生质壁分离，n点后开始用清水处理洋葱表皮细胞，开始吸水，发生质壁分离复原，如曲线c；但浓度过大(如质量浓度为0.5 g/mL的蔗糖溶液)，会导致失水过多，细胞死亡，质壁分离后，用清水处理不再发生质壁分离复原，如曲线d；尿素进入细胞液，可以先发生质壁分离后发生质壁分离自动复原，如曲线b；曲线a表示的是清水处理洋葱表皮不断吸水胀大的过程。 22 (1)判断植物细胞的生活状况 判断细胞死、活的方法：染色排除法、细胞质的流动、质壁分离和复原 7.渗透作用原理的运用 (2)测定植物细胞的细胞液浓度范围 (3)比较不同植物细胞的细胞液浓度 7.渗透作用原理的运用 (4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液) 实例： 氧气、二氧化碳、氮气、水、 甘油、乙醇、苯等 二、物质出入细胞的方式 1.被动运输 (1)概 念：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。 (2)特 点： a.顺浓度梯度跨膜运输 b.不需要能量。 (3)分 类： a.自由扩散 b.协助扩散 两者的区别：是否需要膜转运蛋白。膜转运蛋白包括载体蛋白和通道蛋白 载体蛋白，需与运输分子结合，引起载体蛋白空间结构改变。只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过。 包括主动运输、协助扩散 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。只参与协助扩散只容许与自身通道直径和形状相适配，大小和电荷相适宜的分子或离子通过 水通道蛋白 膜上的两种转运蛋白比较 离子通道 S z L w h 26 主动运输 : 物质逆浓度梯度跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应释放所释放的能量。 ①动物细胞吸收钾离子和排出钠离子(Na-K泵)②小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞吸收葡萄糖。 a.跨膜运输时首先要与膜上载体蛋白的特定部位结合 b.一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合(专一性) c.转运物质时空间结构会发生变化 载体蛋白的特点:P69 主动运输的意义 二、物质出入细胞的方式 哺乳动物细胞内外Na+和K+浓度 细胞内浓度 细胞外浓度 Na+ 10～20mmol/L 约150mmol/L K+ 约100mmol/L 约5mmol/L （Na+-K+泵） 红细胞吸收葡萄糖协助扩散 ▲浓度差主要影响自由扩散和协助扩散。自由扩散中，浓度差越 ，运输速率越 ； 大 大 a.浓度差对物质跨膜运输的影响 ▲协助扩散中，浓度差达到一定程度后运输速率不再继续增加，原因是受 的限制。 转运蛋白数量 ▲主动运输中，浓度差达到一定程度后运输速率不再继续增加，原因是受 的限制。 载体数量和能量 二、物质出入细胞的方式影响物质跨膜运输因素的分析 受转运蛋白数量的限制 b.载体数量对跨膜运输的影响 Q点：能量的限制 ▲载体蛋白主要影响协助扩散和主动运输。其他条件适宜的情况下，载体蛋白数量越多，运输速率越大。自由扩散不受载体蛋白数量的影响。 通过影响细胞的呼吸进而影响主动运输的速率。 a.P点时， 为离子的吸收提供能量。 无氧呼吸 c.氧气含量对跨膜运输的影响 b.PQ段：随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量越 ，主动运输的速率也越大。 多 c.Q点以后：当氧气含量达到一定程度后，受载体蛋白数量以及其他的限制因素运输速率不再增加。 二、物质出入细胞的方式影响物质跨膜运输因素的分析 🔺与社会的联系 模拟题提示：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。 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（如教材，模拟题也会如此考察）。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。 肺 黏液阻塞了气道 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 高浓度→低浓度 低浓度→高浓度 胞外→胞内 胞内→胞外 是否需要转运蛋白 是否消耗能量 举例 水、气体、甘油、乙醇、苯的跨膜运输 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 巨噬细胞吞噬抗原 胰岛素、消化酶、抗体的分泌 是 否 是 是 否 是 物质出入细胞方式的比较 否 是 否 S z L w h 31 三。胞吞和胞吐 当细胞摄取大分子时，首先是大分子与膜上的蛋白质结合，从而引起这部分细胞膜内陷形成小囊，包围着大分子。然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡进入细胞内部，这种现象叫作胞吞（教材P71） 细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞，这种现象叫作胞吐（教材P71） 胞吞形成的囊泡，在细胞内可以被溶酶体降解！ 完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输。跨0层膜 S z L w h 不需要载体 需要能量 ③影响因素： 细胞膜的流动性、温度和能量等 ①特点： 膜具有一定流动性 ②结构基础： 三.胞吞和胞吐 判断：以胞吐的方式排出细胞的物质不一定都是生物大分子（ ） 《选必1》P29 S z L w h 33 有关物质出入细胞方式的6个“不要漏掉” (1)需要载体蛋白协助的运输方式除主动运输外，不要漏掉协助扩散。 (2)消耗能量的运输方式除主动运输外，不要漏掉胞吞和胞吐。 (3)从高浓度到低浓度的运输方式除自由扩散外，不要漏掉协助扩散。 (4)影响协助扩散运输速率的因素除载体蛋白数量外，不要漏掉浓度差。 (5)与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外，不要漏掉载体蛋白的合成场所——核糖体。 (6)运输速率与O2浓度无关的运输方式除自由扩散外，不要漏掉协助扩散。 小结： 概念图 $$