2027届高三生物人教版一轮复习课件第7讲细胞的物质输入和输出

第7讲　细胞的物质输入和输出 一、水分子进出细胞的原理 1.渗透作用: (1)概念:_______(或其他溶剂分子)通过_______的扩散。 (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_____由蔗糖溶液进入清水中的水分子,导致蔗糖溶液液面_____。 水分子 半透膜 多于 上升 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。 只比较单位体积内的微粒数，与微粒的大小与种类无关。 (4)渗透压： 溶液中单位体积溶质微粒对水的吸引力。 单位体积溶质微粒越多,对水的吸引力越大,溶液渗透压越高；反之，溶液渗透压越低。 水分子含水量高 溶液浓度低 渗透压低 含水量低 溶液浓度高 渗透压高 水分子是顺相对含量梯度跨膜运输 (5)水分子的流动方向： 3 思考1：漏斗管内的液面为什么会升高？如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？ 由于单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量多于渗出的的水分子数量。 蔗糖溶液对水的渗透压（F1) 水柱产生的静水压（F2) 随着液面上升，水柱产生的静水压F2逐渐增大，当F2=F1时,该渗透系统（即该装置）达到渗透平衡，此时半透膜两侧水分子交换速率相等，液面不再升高。 思考2：液面不再上升后，水分子还会发生扩散吗？ ①会，此时水分子进出半透膜的数量达到平衡（渗透平衡） 半透膜两边的浓度大小？ ②蔗糖溶液浓度仍大于水(此时两侧的浓度永远无法到达相同浓度) 。 总结： 渗透平衡后，液面不再升高，但液面仍存在高度差Δh，则液面高的一侧溶液浓度高，且高度差越大，两侧溶液的浓度差越大。 ①上图中渗透达到平衡时，半透膜两侧_____（填“有”或“没有”）水分子的进出。 ②上图中△h不变时，S1、S2溶液浓度的大小关系为： S1______S2（填 “>” “<” 或 “=”） 有 > 　渗透装置的变式分析 1.溶质不能通过半透膜的情况（特殊情况分析） 液面 （等高） 10% 蔗糖溶液 10% 葡萄糖 溶液 半透膜 ② 液面 （等高） 2 mol/L 蔗糖溶液 2 mol/L 葡萄糖 溶液 半透膜 ① 液面不变 相对分子质量：葡萄糖<蔗糖， 物质的量浓度：10%葡萄糖>10%蔗糖 水流动方向：10%蔗糖→10%葡萄糖 右侧液面升高 物质的量浓度而非质量浓度 质量浓度会发生什么情况？ 加蔗糖酶 液面 （等高） 10% 蔗糖溶液 10% 葡萄糖 溶液 半透膜 ④ 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%的蔗糖溶液较多，则左侧液面升高，最终高于右侧 液面 （等高） 10% 蔗糖溶液 10% 葡萄糖 溶液 半透膜 ③ 液面稳定后，将右侧液面高出部分吸走 右侧液面继续升高并达到新的平衡 右侧液面升高 2.溶质能通过半透膜的渗透装置 S1溶液 S2溶液 半透膜 (1)S1和S2是两种不同的溶质且只有水和S1能透过半透膜 ① S1的物质的量浓度大于S2的物质的量浓度 S1液面升高 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 S1溶液 S2溶液 半透膜 (2)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,发生什么？ 2.溶质能通过半透膜的渗透装置 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。 随后S1中的溶质透过半透膜进入S2，半透膜两侧的浓度差逐渐减小， S1 和S2的溶液浓度相等。 ② ① S1 下降，最终S1 和S2溶液液面持平 例1．如图1、2表示渗透作用实验，开始时如图1，过一段时间后结果如图2。图3是细胞在某浓度溶液中水分子的跨膜运输示意图，下列说法正确的是（    ）    A．图1开始时A中水分子扩散到B的速率小于扩散到C的速率 B．图2所示平衡状态时B、C中漏斗内外溶液渗透压会相等 C．细胞处于图3过程时细胞的吸水力会越来越大 D．洋葱表皮细胞放在清水中较长时间后，细胞体积几乎不变 D H1＞H2，B浓度大于C蔗糖浓度，因此图1开始时A中水分子扩散到B的速率应大于C 平衡状态时，B、C中漏斗内溶液渗透压会大于漏斗外的溶液（清水）渗透压 水分子进入细胞速率大于水分子出细胞速率，随着水分子进入细胞，细胞内渗透压减小，对水吸水力逐渐减小 由于细胞壁的限制，细胞不会无限吸水，细胞体积几乎不变 【变式训练】将相同体积的稀溶液（纯水）和浓溶液分别置于一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，达到渗透平衡状态后，在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力时，浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动，这一过程称为反渗透，原理如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．渗透装置中渗透平衡后，纯水一侧的液面升高 B．渗透装置在渗透平衡过程中浓溶液吸水力增强 C．反渗透时，随浓溶液液面下降施加压力将增大 D．反渗透时，纯水中的水分将向浓溶液一侧流动 C 平衡后，浓溶液一侧的液面升高，浓度差引起的吸水力与高度差引起的压强抵消 平衡过程中，浓溶液浓度下降，吸水力降低 反渗透过程中，随着浓溶液液面下降，需要施加的压力会相应增大，以维持渗透压平衡 反渗透时，浓溶液中的水分将向纯水一侧流动 知识点2  动植物细胞的吸水和失水 1.动物细胞的吸水和失水(以水进出哺乳动物成熟红细胞为例) （1）原理：动物细胞的 相当于半透膜，细胞质与外界溶液间存在浓度差。 （2）实验现象 细胞膜 ①外界溶液浓度<细胞质浓度⇒ 。 ②外界溶液浓度>细胞质浓度⇒ 。 ③外界溶液浓度=细胞质浓度⇒ 。 细胞吸水膨胀 细胞失水皱缩 细胞保持原状 2.水进出植物细胞的原理 （1）条件：活的(前提条件)成熟的(具有中央大液泡)植物细胞。 （2）原理 满足发生渗透作用的条件 ①具有半透膜- 相当于半透膜； ②半透膜两侧的溶液具有浓度差：细胞液与外界溶液之间存在浓度差。 原生质层 （3）现象 ①当外界溶液浓度>细胞液浓度时，植物细胞 ，发生 现象。 ②将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中，此时外界清水浓度<细胞液浓度，植物细胞可发生 现象。 失水 质壁分离 质壁分离复原 “质”指的是原生质层 “壁”指的是细胞壁 重点提醒 知识点3 探究植物细胞的吸水和失水 .实验过程 滴加清水观察 (_____组) 滴加蔗糖观察 (_____组) 清水制片观察 (_____组) 盖上盖玻片，制成洋葱鳞片叶外表皮临时装片 3 4 低倍镜观察 1 2 滴清水 撕取洋葱鳞片叶外表皮 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 6 低倍镜观察 在盖玻片的一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸吸引 7 8 低倍镜观察 对照 实验 实验 前后对照 14 拓展应用 (1)比较不同植物细胞的细胞液浓度 例：将不同植物的三个未发生质壁分离的细胞置于同一蔗糖溶液中，形态不再变化后的细胞图像如下图。则有关各细胞实验前细胞液浓度的判断，正确的是( ) A.甲>乙>丙 　B.乙>甲>丙 C.乙>丙>甲　 D.丙>甲>乙 B 15 (2)测定植物细胞的细胞液浓度范围 拓展应用 例：将洋葱鳞片叶放在0.45 mol/L蔗糖溶液中，细胞发生质壁分离；放在0.35 mol/L的蔗糖溶液中，细胞有胀大趋势，放在0.4 mol/L的蔗糖溶液中，细胞几乎不发生变化，这表明( ) A.洋葱表皮细胞已经死亡 B.细胞膜不允许水分子自由通过 C.蔗糖分子进入细胞导致渗透平衡 D.细胞液浓度为0.4 mol/L左右 D 待测 成熟植物细胞 一系列浓度梯度的蔗糖溶液 镜检 细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的两蔗糖溶液浓度之间 16 下图表示以洋葱表皮为材料及清水、0.3 g/mL蔗糖溶液、0.5 g/mL蔗糖溶液、0.3 g/mL尿素溶液进行相关实验（时间1表示开始用四种溶液分别处理洋葱表皮；时间2表示开始用清水处理洋 葱表皮），测得该细胞原生质体体积变化， 图中代表尿素溶液处理结果的是（ ） A.a B.b C.c D.d B (3)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液) 1．极端干旱条件下，沙漠植物B通过吸收海藻糖（一种二糖）防止质壁分离。研究者分别将普通植物A和沙漠植物B的细胞置于0.3g/mL海藻糖溶液中，一段时间后，显微镜检测细胞形态如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．甲图为沙漠植物B的细胞 B．海藻糖溶液浓度过高导致甲图细胞吸水 C．沙漠植物B的细胞可能通过主动转运吸收海藻糖 D．乙图细胞未发生质壁分离的原因是细胞已经死亡 C 甲图应为普通植物A的细胞（不能有效吸收海藻糖而发生质壁分离）. 沙漠植物B能通过吸收海藻糖防止质壁分离，不能说明细胞死亡，因此： 乙图应为沙漠植物B的细胞（能吸收海藻糖防止质壁分离）. 2．某实验小组用80g/L的甘露醇溶液对黑藻幼叶进行处理，观察到质壁分离现象如下图。下列叙述错误的是（　　） A．图1中叶绿体位置变化可作为“胞质环流”的指标 B．图2中箭头处的溶液与细胞液处于等渗状态 C．在图2状态下酶解细胞壁更有利于原生质体释放 D．“胞质环流”的快慢可作为其新陈代谢强弱的指标 B 图2细胞处于质壁分离状态，细胞壁具有全透性，箭头处的溶液为外界溶液，此时细胞液的渗透压可能等于、低于或高于箭头处的溶液 　　关于观察植物细胞质壁分离及复原的两个易错点 (1)质壁分离状态不等于质壁分离复原过程:植物细胞处于质壁分离状态时,可能处于质壁分离过程中,也可能处于质壁分离复原过程中,还可能处于渗透平衡状态。 (2)发生质壁分离自动复原时,不是开始复原才开始吸收溶质,细胞处于此类溶液中后,即开始吸收溶质。 此时，可能是正在分离中， 也可能是分离后的复原中 3．在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中，某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于如下图所示状态。a、b表示其所在部位的溶液浓度，由此可推测（    ） A．可能a>b，细胞渗透吸水 B．a=b，渗透系统保持动态平衡 C．a<b，细胞渗透失水 D．上述三种情况都有可能 D 若此时a细胞液浓度> b细胞外液浓度，则表明细胞吸收的水分比失去的水分多，从而表现为细胞渗透吸水，植物细胞发生质壁分离后的复原；若此时a细胞液浓度=b细胞外液浓度，则表明细胞吸收的水分与失去的水分相当，植物细胞处于动态平衡状态；若此时a细胞液浓度< b细胞外液浓度，则表明细胞吸收的水分比失去的水分少，从而表现为细胞渗透失水，发生质壁分离现象。综合以上分析，上述三种情况都有可能. 4.图甲是某动物细胞长时间处在不同浓度的NaCl溶液中,体积(V)与初始体积(V0)之比的变化曲线;图乙是某植物细胞在一定量的250 mmol·L-1的KNO3溶液中细胞失水量的变化情况。下列分析错误的是(　　) A.从图甲可知细胞内的NaCl的浓度小于 150 mmol·L-1 B.图乙中OA段A点时细胞失水量最大,此时细胞的体 积最小,细胞吸水能力最大 C.图乙中B点细胞中液泡体积和细胞液浓度均与O点 时状态相同 D.若该动物细胞长时间处在图甲中300 mmol·L-1的NaCl 溶液中可能会因失水过多而死亡 √ 考点二 物质进出细胞的方式 知识点1  物质出入细胞方式的类型 1.被动运输 （1）概念：像水分子这样，物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学物质所释放的能量，这种物质跨膜运输的方式称为被动运输。 （2）被动运输包括： 和 。 自由扩散 协助扩散 2.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： ； ； 。 顺浓度梯度运输 不需要转运蛋白协助 不需要消耗能量 （3）实例： 。 气体、水、尿素、甘油、乙醇、苯等脂溶性小分子 3.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，叫做协助扩散(易化扩散)。 （2）特点： ① ； ② ； ③ 。 顺浓度梯度运输 需要转运蛋白协助 不需要消耗能量 （3）实例： 。 红细胞吸收葡萄糖、水通道蛋白等 转运蛋白的种类 项目 载体蛋白 通道蛋白 含义 只允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 只允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 特点 参与主动运输和协助扩散，在运输过程中与相应的分子特异性结合 只参与协助扩散，在运输时并不与被运输的分子和离子相结合，也不会移动 图示 实例 葡萄糖载体蛋白 水通道蛋白 相同点 化学本质均为蛋白质，均分布在细胞的膜结构中，都有控制特定物质跨膜运输的功能；对被运输物质具有特异性或选择性 4.主动运输 （1）概念：物质 梯度跨膜运输，需要 的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的 。 逆浓度 载体蛋白 能量 （2）特点：逆浓度梯度运输；需要载体；需要消耗能量。 （3）过程 ①被运输的物质与膜上载体蛋白结合 ②在能量的推动下，载体蛋白的空间结构发生变化，转运并释放 ③载体蛋白恢复原状，又可以去转运同种物质的其他离子或分子。 （4）意义：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。 (1)主动运输的能量来源分为三类(如图1)：ATP直接提供能量(ATP驱动泵)、间接供能(______________)、光驱动(光驱动泵)。 (2)协同运输是一种物质的逆浓度梯度跨膜运输，其依赖于另一种物质的顺浓度梯度转运，该过程消耗的能量来自离子电化学梯度(如图2)。 协同转运蛋白 转运蛋白 主动运输的三种类型 钠驱动的葡萄糖载体蛋白可利用钠－钾泵产生的Na＋浓度梯度来推动葡萄糖进入小肠上皮细胞，这种方式叫协同运输，属于主动运输。 协同转运蛋白 （1）机理：使一种离子或分子逆浓度梯度的转运与另一种或多种其他溶质顺着电化学梯度或浓度梯度的转运偶联起来。 （2）协同转运：协同转运蛋白介导的各种离子和分子的跨膜运动。 ①同向协同转运：偶联物的运输方向相同。 ②反向协同转运：偶联物的运输方向相反，如细胞膜上Na+/H+交换载体在完成H+输出细胞的同时伴随Na+输入细胞。 (1)胞吞的过程 ①大分子与膜上的 结合； 受体蛋白 ②细胞膜 ，包围着大分子； 内陷形成小囊 ③小囊从细胞膜 下来， 形成 ， 进入细胞内部。 分离 囊泡 5 胞吞、胞吐 30 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 实例: 分泌蛋白的分泌， 如抗体、胰岛素、消化酶等。 (2)胞吐的过程 胞吐一定介导生物大分子的运输吗？ 有些神经递质是小分子物质，但是神经递质是通过突触小泡，以胞吐方式释放到突触间隙的。 31 （3）特点 ①要消耗能量 ②不需要载体蛋白，需要某些特定的膜蛋白的作用（受体蛋白） （4）结构基础 （5）影响因素 细胞膜具有一定的流动性。 温度和能量等。 32 知识点2 影响细胞物质运输的因素 ②运输方式： ； 影响a点运输速率的因素是： ；b点之后运输速率不再改变的原因是 。 运输方式： ； 影响物质运输速率的因素有： 。 自由扩散 物质浓度 协助扩散或主动运输 物质浓度 膜上转运蛋白的数量有限 分析下列曲线所代表的物质运输方式及物质运输速率的影响因素 33 分析下列曲线所代表的物质运输方式及物质运输速率的影响因素 ④运输方式： 。a点所需能量来自于无氧呼吸，影响b点运输速率的因素是： ；c点之后运输速率不再改变的原因是 。 ③运输方式： ； 自由扩散或协助扩散 主动运输 氧气浓度 膜上载体蛋白的数量有限 34 呼吸速率 物质运输速率 影响 影响 温度 生物膜的流动性 酶活性 影响 温度对跨膜运输的影响 35 考向1 物质运输方式的判断 1.（2025·北京西城·二模）离子的跨膜运输需转运蛋白的协助，图为钾离子通道模式图，相关叙述正确的是（　　） A．通道蛋白对转运的离子具有选择性 B．K+通过钾离子通道运输消耗ATP C．K+只能借助钾离子通道进出细胞 D．通道蛋白协助离子运输属于自由扩散 A K+通过钾离子通道运输不消耗ATP，B错误 K+也可以通过其他转运蛋白的协助进行跨膜运输，如钠钾泵，C错误 通道蛋白协助离子运输属于协助扩散，D错误 考向1 物质运输方式的判断 2.（2025·北京丰台·一模）白色念珠菌是一种常见的真菌病原体，其Ⅴ型质子泵通过调控液泡内pH影响生理和毒性。V型质子泵结构如图所示，其中亚基具有真菌特异性。相关叙述错误的是（    ） C 通道蛋白协助离子运输属于协助扩散，D错误 A．白色念珠菌具有成形的细胞核 B．V型质子泵既水解ATP又转运H+ C．若V型质子泵无法工作，液泡内pH下降 D．V0C亚基可作为抗白色念珠菌感染的靶点 3.（2025·北京房山·一模）盐胁迫下，大豆根部细胞降低细胞质中Na+浓度的机制如图所示。下列叙述错误的是（    ） A．载体蛋白A转运Na+时会发生构象改变 B．Na+通过载体蛋白A和B的运输方式为协助扩散 C．Na+通过囊泡运输到液泡的过程，依赖 于膜的流动性 D．上述Na+的转运机制是细胞对高盐 胁迫的一种适应 B 由图可知，Na+通过载体B为顺浓度梯度的运输，方式为协助扩散，Na+通过载体A转运时需要H+势能提供能量，运输方式是主动运输，B错误 4.（2025·北京顺义·一模）盐胁迫下，植物细胞膜上的H+-ATP酶和SOS1（Na+-H+逆向转运蛋白）协同作用，将Na+运出细胞，以维持胞内的低Na+水平（如图）。相关叙述错误的是（    ） A．H+由H+-ATP酶运出细胞的方式为主动运输 B．H+由SOS1运入细胞的方式为协助扩散 C．膜两侧的H+浓度梯度驱动Na+运出细胞 D．H+-ATP酶抑制剂可使胞内Na+水平降低 D H+-ATP酶抑制剂会抑制H+-ATP酶的活性，使得H+运出细胞的过程受阻，膜两侧H+浓度梯度难以维持，进而影响SOS1（Na+-H+逆向转运蛋白）将Na+运出细胞，这样会导致胞内Na+水平升高，而不是降低，D错误 5．如图1~4表示物质浓度或氧气浓度与物质进出细胞运输速率关系的曲线图。下列叙述错误的是（　　） A．图1可表示氧气进入红细胞的方式 B．图4曲线起点应从坐标原点处开始 C．限制图2中B点以后物质运输速率的因素可能是细胞膜上转运蛋白的数量 D．图3可表示葡萄糖进入红细胞的方式，图2、4中A、C两点的限制因素不同 B 于无氧呼吸也能产生能量，因此氧气浓度为0时，也能进行主动运输，故图4曲线起点不能从坐标原点开始 6.胃壁细胞分泌的胃酸在食物消化过程中起重要作用，位于胃壁细胞膜上的质子泵(H+-K+-ATP酶)，能通过催化ATP水解，完成H+/K+的跨膜转运，使胃腔中H+含量升高。而Cl-则通过胃壁细胞基底侧膜上的Cl--HCO 交换体逆浓度梯度转运入细胞内，又源源不断地通过近顶端膜的离子通道进入胃腔与H+共同形成胃酸。下列说法错误的是（    ） A．细胞膜上的H+-K+-ATP酶磷酸化时伴随着空间结构的改变 B．Cl-进入胃壁细胞的运输方式为主动运输 C．Cl-进入胃腔时需要与Cl-通道蛋白结合 D．质子泵活性抑制剂，可用来治疗胃酸过多导致的胃溃疡 C H⁺-K⁺-ATP酶通过催化ATP水解转运H⁺和K⁺，属于主动运输，需要的载体蛋白 逆浓度梯度进入细胞，属于主动运输 通道蛋白介导的是协助扩散，此过程不需要与Cl⁻结合（通道蛋白仅提供通道） 抑制质子泵活性可减少H⁺分泌，从而降低胃酸浓度，可用于治疗胃溃疡， 7.胃酸由胃壁细胞分泌，该细胞表面具有多种受体，受自主神经系统和胃泌素等调节。当接受外来信号后，胃壁细胞膜上的H+-K+ATP酶被激活，分泌大量H+，同时吸收K+通道泄漏的K+。胃炎患者常需服用H+-K+ATP酶抑制剂（PPI）抑制胃酸分泌。下列说法正确的是（    ） A．胃泌素通过与H+-K+ATP酶结合将后者激活 B．胃腔中K+浓度显著高于胃壁细胞内的K+浓度 C．服用胃泌素受体抑制剂能促进胃酸的分泌 D．长期服用PPI抑制胃酸分泌，会影响血钾稳态 D 胃泌素是通过与胃壁细胞表面的胃泌素受体结合，间接激活H+-K+ATP酶，而非直接结合该酶 说明K+从胃腔转运至细胞内是通过逆浓度运输，由此可知胃腔中的K+浓度应低于细胞内 胃泌素与胃壁细胞的胃泌素受体结合后可以促进胃酸分泌，所以服用胃泌素受体抑制剂会抑制胃酸的分泌 H+-K+ATP酶参与K+的吸收，长期抑制其活性可能导致K+吸收减少，进而影响血钾稳态 $