4.1 被动运输（精品课件）2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

下面的文字摘自治疗某高血压药物说明书：“本品为二氢吡啶类钙通道阻滞剂，抑制血管平滑肌和心肌细胞的跨膜钙离子内流，但以血管作用为主。本品引起冠状动脉、肾小动脉等全身血管的扩张，产生降压作用”。许多药物都是针对细胞膜上物质运输的通道研发的，你知道这是为什么吗？细胞是一个开放的系统，系统的边界——细胞膜不仅是将细胞内外隔开的屏障，也是控制物质进出细胞的门户。细胞膜是怎样控制物质输入和输出的呢？不同的物质跨膜运输的方式一样吗？这与细胞膜的结构有什么关系呢？ 必修一 分子与细胞 Cell is the basic unit of biological activity, including Cell Membrane, Cytoplasm, nucleus and other basic structures. 第4章 细胞的物质输入和输出 第1节 被动运输 【温故知新】 细胞生活在一个液体的环境中，细胞膜作为细胞的边界，细胞与外界环境进行物质交换都要经过细胞膜。细胞内外的物质含量有很大差别，这与细胞膜的功能有什么关系呢？ 细胞膜三大功能： 1.将细胞与外界环境分隔开； 2.进行细胞间的信息交流； 3.控制物质进出细胞 学习目标及重难点： 学习重、难点： 1.阐明细胞膜的选择透过性。 2.阐明被动运输的原理和特点。 重点： 1.被动运输的原理和特点。 2.探究植物细胞的吸水和失水。 难点： 1.探究植物细胞的吸水和失水。 2.转运蛋白的种类和作用。 学习目标： 问题探讨： 【思考】 1.什么是扩散？ 2.什么是渗透作用？ 3.发生渗透作用的条件是什么？ 4.渗透作用的方向？ 问题探讨： 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？ 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？ 由于蔗糖溶液中水的相对含量（单位体积中的水分子数）比烧杯中的水的含量低，因此，烧杯中的水扩散到漏斗中的速度相对更快，导致漏斗中水量增加，液面上升。 不会，当管内的液面上升到一定高度之后，管中的水柱产生的压力将加快漏斗中水分向外扩散的速度，最终达到平衡，液面将不再上升。 不会。因为纱布不是半透膜，孔隙很大，可溶于水的物质都能够自由通过，即水分子和蔗糖分子都能通过。 单位时间透过玻璃纸进出水分子量相同，故漏斗管液面不变 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？ 一、水分进出细胞的原理： 1.扩散：物质总是从相对含量高的一方，向低的一方运动。 2.渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。最后结果通过半透膜的溶剂分子达到动态平衡。 ②半透膜的两侧的溶液具有浓度差。 ①具有半透膜。 3.渗透作用发生的条件： 4.水分渗透方向： 低浓度溶液 高浓度溶液 水分子数多 水分子数少 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。 （一）渗透作用 一、水分进出细胞的原理： 将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后，红细胞将会发生以下的变化。 清水（低渗溶液） 生理盐水（等渗溶液） 浓盐水（高渗溶液） ①生理盐水 ②浓盐水 ③清水 （二）动物细胞的吸水和失水 一、水分进出细胞的原理： 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？ 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？ 不能。蔗糖分子。 是。细胞膜是选择透过性膜，选择透过性膜相当于半透膜，但半透膜不是选择透过性膜。 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。 【思考·讨论】 一、水分进出细胞的原理： 4、红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？ 5、临床上输液为什么要用生理盐水？ 浓度差。当外界溶液浓度大于细胞质浓度时，红细胞失水；反之，红细胞吸水。浓度差越大细胞吸水或失水越多。 防止血细胞失水或吸水，细胞形态改变影响细胞的功能。 6、将食物用食盐腌制为什么可以达到防止食物腐烂变质的目的？ 在高浓度的溶液中，细菌等微生物会过度失水而死亡。 【思考·讨论】 植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？ 一、水分进出细胞的原理： 1、在青菜上放一些盐,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。 生活现象： 一、水分进出细胞的原理： （全透性、伸缩性小） 原生质层 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？ （三）植物细胞的吸水和失水 一、水分进出细胞的原理： 实验：探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 实施实验 设计实验 分析结果 表达与交流 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？ 一、水分进出细胞的原理： 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 提出问题 作出假设 实施实验 设计实验 分析结果 表达与交流 实验：探究植物细胞的吸水和失水 一、水分进出细胞的原理： 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。 在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，细胞皱缩；在清水中植物细胞的中央液泡会变大，细胞膨胀。 设计方案 预期结果 提出问题 作出假设 实施实验 设计实验 分析结果 表达与交流 实验：探究植物细胞的吸水和失水 一、水分进出细胞的原理： 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、显微镜等。 原因： 1.洋葱鳞片叶外表皮细胞液呈紫色，易观察； 2.既可以快速发生质壁分离，又不会使细胞因失水过多而死亡。 提出问题 作出假设 实施实验 设计实验 分析结果 表达与交流 实验：探究植物细胞的吸水和失水 一、水分进出细胞的原理： 提出问题 作出假设 实施实验 设计实验 分析结果 表达与交流 实验：探究植物细胞的吸水和失水 一、水分进出细胞的原理： 正常状态 高浓度状态 低浓度状态 图像 液泡大小变化 原生质层位置 正常大小 逐渐变小 逐渐变大，恢复原来大小 原生质层 紧贴细胞壁 原生质层逐渐脱离细胞壁 原生质层逐渐 贴近细胞壁 结论： 原生质层相当于半透膜，植物细胞通过渗透作用吸水和失水的。 提出问题 作出假设 实施实验 设计实验 分析结果 表达与交流 实验：探究植物细胞的吸水和失水 一、水分进出细胞的原理： 将本小组探究的过程、结果和结论与其他小组交流，听取他们的质疑并进行解释。如果有必要，对本小组的实验方案进行修改。 提出问题 作出假设 实施实验 设计实验 分析结果 表达与交流 实验：探究植物细胞的吸水和失水 一、水分进出细胞的原理： 【总结】 1.实验当中的质壁分离，“质”和“壁”分别指的是什么呢？ “质”指原生质层，“壁”指细胞壁 2.发生质壁分离的原因： 细胞壁的伸缩性 原生质层的伸缩性 ＜ 外因： 外界溶液浓度 细胞液浓度 ＞ 内因 原生质层相当于一层半透膜 细胞渗透失水 质壁分离 3.质壁分离复原 4.发生质壁分离或复原的条件 （3）活细胞——原生质层 （1）具有细胞壁 （2）具有大液泡（成熟的植物细胞） 一、水分进出细胞的原理： 1、若使用浓度过高的蔗糖溶液做实验，会出现什么样的结果？ 3、若使用质量浓度为0.5mol/L的硝酸钾溶液，又会出现什么样 的结果？ 2、若使用1mol/L的醋酸溶液，则会出现什么样的结果？ 质壁分离现象明显，但是不能复原，因为溶液浓度过高，细胞失水过度而死亡。 质壁分离自动复原，因为钾离子和硝酸根离子可以被细胞吸收，使细胞液浓度增大，细胞吸水。所以质壁分离后又自动复原。 不会发生质壁分离现象，因为高浓度醋酸会直接杀死细胞，使原生质层失去选择透过性。 （KNO3溶液、尿素、甘油、乙二醇等） 【思考】 拓展：质壁分离及其复原的应用 （1）判断细胞的死活 （2）测定细胞液浓度范围 （3）比较不同植物细胞的细胞液浓度 （4）农业生产中的水肥管理 （5）生活中杀菌、防腐、腌制食品 （6）鉴别不同种类的溶液。 成熟植物细胞+不同种类溶液→质壁分离→溶质不能通过半透膜的溶液（如蔗糖溶液） 质壁分离后又自动复原→溶质能通过半透膜的溶液 （如KNO3、尿素、甘油、乙二醇等溶液） 一、水分进出细胞的原理： 课堂小结： 【课堂小结】 判断题 （1）具有浓度差的溶液之间一定会发生渗透作用。（ ） （2）细胞膜对膜两侧物质的进出具有选择性（ ） （3）在渗透作用中，当半透膜两侧溶液浓度相等时，水分子不再通过半透膜（ ） （4）将动物细胞放入一定浓度的外界溶液中，不能发生渗透作用。。（ ） √ × × × 巩固提高： 二、自由扩散和协助扩散： 植物细胞的吸水和失水 概念：像水分子这样，物质以扩散的方式进出细胞，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被称为被动运输。 滴加蔗糖溶液 滴加清水 质壁分离 质壁分离复原 水分子多 水分子少 （第二课时） 被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类。 【温故知新】 二、自由扩散和协助扩散： 【合作探究】 阅读课本P66-67内容，分析讨论： 举例说说哪些物质通过自由扩散的方式进出细胞膜？ 举例说说哪些物质通过协助扩散的方式进出细胞膜？ 仔细观察图4-4，分析自由扩散与协助扩散在扩散方向、 条件方面有何异同？ 分析哪些因素会影响自由扩散的速率？ 分析哪些因素会影响协助扩散的速率？ 1.方向： 2.特点： 3.举例： 二、自由扩散和协助扩散： 细胞外 细胞内 A B C 图中属于自由扩散的是字母______代表的过程。 A 从_____浓度→_____浓度 高 低 ① 转运蛋白 ② 消耗能量 不需要 不需要 ①水等小分子物质； ②气体分子如O2、CO2 ③苯、乙醇、甘油、脂肪酸等脂溶性小分子有机物。 （顺浓度梯度） （一）自由扩散 物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式（简单扩散）。 4.影响因素： 5.曲线图： 二、自由扩散和协助扩散： 浓度差 细胞膜 外 内 浓度差越大，自由扩散速度越快 （一）自由扩散 二、自由扩散和协助扩散： 细胞外 细胞内 A B C 图中属于协助扩散的是字母______代表的过程。 BC （二）协助扩散 1.方向： 2.特点： 从_____浓度→_____浓度 高 低 （顺浓度梯度） ① 转运蛋白 ② 消耗能量 需要 不需要 载体蛋白 通道蛋白 借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式（易化扩散）。 3.举例： 4.影响因素： 5.曲线图： 二、自由扩散和协助扩散： 浓度差 转运蛋白数量 （二）协助扩散 P点后受 数量限制 转运蛋白 水分子、葡萄糖进红细胞、部分离子等顺浓度梯度跨膜运输。 二、自由扩散和协助扩散： 载体蛋白 通道蛋白 含义 只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，每次转运时都会发生自身构象的改变 根据溶质大小和电荷进行辨别，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，有水通道蛋白和离子通道蛋白 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（具有类似于酶和底物结合的饱和效应）自身的构型会发生变化，并且会移动 只参与协助扩散，在运输过程中并不与被动运输的分子或离子相结合，但具有特异性 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；对被动运输的物质具有高度的特异性或选择性。 二、自由扩散和协助扩散： 项 目 自由扩散 协助扩散 运输方向 是否需要载体 是否消耗细胞内的能量 举例 不需要 需要 不消耗 不消耗 O2、H2O、CO2、尿素、甘油、乙醇等 葡萄糖通过红细胞膜 高浓度 低浓度 高浓度 低浓度 两种被动运输方式的比较： 【课堂小结】 一、细胞核的功能： 巩固提高： 一、判断题 （1）相对分子质量小的物质或离子都可以通过自由扩散进入细胞内（ ） （2）葡萄糖进入红细胞需要载体蛋白的协助，但不需要消耗能量，属于协助 扩散（ ） （3）水分子进入细胞是通过自由扩散方式进行的（ ） （4）载体蛋白和通道蛋白在运转分子和离子时，其作用机制是一样的（ ） √ × × × 巩固提高： 二、选择题 1 .将若干细胞液浓度相同的一串红花瓣分别放在蔗糖溶液、KNO3溶 液中，测得细胞原生质层体积随时间的变化曲线如图所示，则下 列叙述正确的是（ ） A．曲线a表示蔗糖溶液B．曲线b可表示KNO3C．曲线a上的E点时，溶质没有进入细胞D．曲线b上的F点时，有水分子进出细胞 D 巩固提高： 2.下图是细胞吸水力随质壁分离程度而变化的曲线。相关叙述中 正确的是（　　） A．细胞不发生质壁分离就没有吸水力B．细胞吸水力与质壁分离程度呈负相关C．在质壁分离复原的过程中，细胞吸水力应逐渐升高D．适当增大外界溶液的浓度，则细胞的质壁分离程度更高 D 巩固提高： 3. 将洋葱鳞茎从土壤中拔出，立即取其鳞片叶表皮置于0.3g/mL的蔗糖 溶液中，待细胞形态不再发生变化，将该表皮从蔗糖溶液中取出并置 于清水中，当细胞形态再次不发生变化时，则（ ） A．细胞中的含水量与实验开始时相等 B．细胞液的浓度较实验开始时高 C．细胞壁对原生质层的“挤压”达到最大程度 D．此时细胞液的渗透压与细胞质基质不相等 C 巩固提高： 4. 用显微镜观察浸在清水中的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，记录原生质层和 细胞壁的位置关系，用引流法滴加一定浓度的KNO3溶液，一定时间后再 进行观察。下列相关说法错误的是（ ） A．两次都应使用低倍镜观察且观察的细胞应相同 B．刚发生质壁分离时，溶液浓度的大小为细胞液〈细胞质基质〈外界溶液 C．一段时间后，无论是否滴加清水都可能出现质壁分离复原现象 D．当进出细胞的水分相等时，细胞液浓度一定大于外界溶液浓度 D 巩固提高： 5. 通道蛋白是一类跨越生物膜磷脂双分子层的蛋白质，它所介导的运输不需要溶质微粒与 其结合，而是横跨膜形成亲水通道，允许大小适宜的分子和带电离子通过。它包含两大 类：水通道蛋白和离子通道蛋白。其中离子通道蛋白对被转运的离子的大小和电荷都有 高度的选择性，而且转运速率高，其速率是已知的任何一种载体蛋白的最快速率的1000 倍以上。 下图是载体蛋白和通道蛋白分别介导物质跨膜运输模式图，下列说法错误的是 （　　） A．两者化学本质均为蛋白质，普遍存在于各种生物膜结构中B．载体蛋白在介导物质跨膜运输的过程中空间结构发生改变C．载体蛋白和通道蛋白均可以介导协助扩散D．一般情况下，K+经乙进入细胞内，经甲排出细胞外 D Lavf58.51.100 $