第4章细胞的物质输入和输出知识清单-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

高中生物学人教版《第4章细胞的物质输入和输出》知识清单 第1节被动运输 （一）渗透作用 1. 概念：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散，称为渗透作用。如果半透膜两侧存在浓度差，渗透的方向就是水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。这里的水的相对含量高，即溶液浓度低；水的相对含量低，即溶液浓度高。 2. 渗透作用发生的条件：一是具有半透膜，半透膜是一些物质可以透过，另一些物质不能透过的多孔性薄膜，物质能否通过取决于分子的大小，半透膜可以是生物性的选择透过性膜（如细胞膜），也可以是无生命的物理性膜，如玻璃纸（赛璐玢）、膀胱膜等；二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。 3. 渗透作用的实质：单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子多于蔗糖溶液进入清水中的水分子，导致蔗糖溶液液面升高。这是因为水分子的扩散是从水分子相对含量高（即溶液浓度低）的一侧向水分子相对含量低（即溶液浓度高）的一侧进行。 （二）细胞的吸水和失水 1. 动物细胞的吸水和失水： 原理：渗透作用。动物细胞的细胞膜相当于半透膜，细胞质与外界溶液的浓度具有浓度差。 现象：当外界溶液浓度＞细胞质的浓度时，细胞失水皱缩；当外界溶液浓度＜细胞质的浓度时，细胞吸水膨胀；当外界溶液浓度＝细胞质的浓度时，细胞形态不变。例如，将红细胞放在清水中，红细胞会因吸水过多而涨破；放在高浓度的盐溶液中，红细胞会失水皱缩。 2. 植物细胞的吸水和失水： 成熟植物细胞的结构特点：细胞壁是全透性的，即水分子和溶解在水里的物质都能够自由通过，细胞壁的作用主要是保护和支持细胞，伸缩性比较小；原生质层包括细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质，可把它看做一层选择透过性膜，相当于半透膜。如果外界溶液和细胞液之间具有浓度差，就满足渗透作用的条件。 吸水和失水现象：当细胞液浓度＜外界溶液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象，即细胞壁和原生质层逐渐分离开来；当细胞液浓度＞外界溶液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原现象。例如，将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞放在高浓度的蔗糖溶液中，细胞会发生质壁分离，液泡体积变小，颜色变深；再将其放在清水中，细胞会发生质壁分离复原，液泡体积变大，颜色变浅。 质壁分离的原因：外因是外界溶液浓度＞细胞液浓度，导致细胞失水；内因是原生质层比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来。 （三）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，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。被动运输是顺浓度梯度进行的，即物质从高浓度一侧向低浓度一侧运输。 2. 类型：被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类。 （四）自由扩散 1. 概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散，也叫简单扩散。 2. 特点：顺浓度梯度运输，不需要载体蛋白，不消耗能量。 3. 实例：一些小分子物质，很容易自由地通过细胞膜的磷脂双分子层，如氧和二氧化碳，它们可以自由进出细胞，实现气体交换；甘油、乙醇、苯等脂溶性的小分子有机物也较易通过自由扩散进出细胞。 （五）协助扩散 1. 概念：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散，也叫易化扩散。 2. 转运蛋白的类型： 载体蛋白：只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变。例如，葡萄糖进入红细胞，是通过载体蛋白的协助，载体蛋白与葡萄糖分子特异性结合，然后自身构象改变，将葡萄糖转运到细胞内。 通道蛋白：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，分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合。如水分子通过水通道蛋白进出细胞，一些离子（如钠离子、钾离子等）也可以通过相应的离子通道蛋白进出细胞。 3. 特点：顺浓度梯度运输，需要转运蛋白（载体蛋白或通道蛋白），不消耗能量。 4. 实例：葡萄糖进入红细胞、水分子通过水通道蛋白进出细胞等都属于协助扩散。 第2节主动运输与胞吞、胞吐 （一）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，这种方式叫作主动运输。主动运输是从低浓度一侧向高浓度一侧运输。 2. 特点：逆浓度梯度运输，需要载体蛋白，需要消耗能量。能量主要通过细胞进行有氧呼吸提供，因此凡是影响细胞呼吸的因素，如O₂浓度、温度等都影响主动运输。例如，温度降低会影响呼吸酶的活性，进而影响细胞呼吸产生能量的过程，导致主动运输速率下降。 3. 实例：小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐离子等；植物根系吸收矿质元素离子；肾小管上皮细胞吸收无机盐离子等。以小肠上皮细胞吸收葡萄糖为例，小肠中的葡萄糖浓度低于小肠上皮细胞内的葡萄糖浓度，葡萄糖通过主动运输进入小肠上皮细胞，保证细胞能够吸收足够的葡萄糖供能。 4. 意义：通过主动运输，细胞能够主动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。例如，细胞可以主动吸收钾离子，排出钠离子，维持细胞内的离子平衡，保证细胞正常的生理功能。 （二）胞吞和胞吐 1. 胞吞： 概念：首先大分子附着在细胞膜表面，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。 特点：从细胞外到细胞内，不需要转运蛋白，需要消耗能量，依赖于细胞膜的流动性。 实例：白细胞吞噬病菌、病毒；变形虫吞噬有机物颗粒等。例如，白细胞在免疫过程中，通过胞吞作用吞噬入侵的病菌，然后利用细胞内的溶酶体将病菌分解。 2. 胞吐： 概念：细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，然后囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞。 特点：从细胞内到细胞外，不需要转运蛋白，需要消耗能量，依赖于细胞膜的流动性。 实例：分泌蛋白的分泌（如胰岛B细胞分泌胰岛素）、变形虫排出食物残渣和废物、神经递质的释放等。以分泌蛋白的分泌为例，分泌蛋白在细胞内合成后，先进入内质网进行加工，然后通过囊泡运输到高尔基体进一步加工，最后高尔基体形成的囊泡与细胞膜融合，将分泌蛋白分泌到细胞外。 （三）物质运输方式与细胞膜的关系 1. 小分子和离子的运输：除一些不带电荷的小分子（如氧气、二氧化碳、甘油等）可以自由扩散的方式进出细胞外，离子和较小的有机分子（葡萄糖和氨基酸等）的跨膜运输必须借助于转运蛋白，这体现了蛋白质是生命活动的承担者。一种转运蛋白往往只适合转运特定的物质，因此，细胞膜上转运蛋白的种类和数量或转运蛋白空间结构的变化，对许多物质的跨膜运输起着决定性的作用，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。例如，细胞膜上的载体蛋白对物质的运输具有特异性，一种载体蛋白通常只能运输一种或一类物质。 2. 大分子的运输：像蛋白质这样的生物大分子，通过胞吞或胞吐进出细胞，其过程也需要膜上蛋白质的参与（如囊泡与细胞膜融合过程中相关蛋白质的作用），更离不开膜上磷脂双分子层的流动性。细胞膜的流动性使得细胞膜能够形成囊泡，完成胞吞和胞吐过程。 学科网（北京）股份有限公司 $$