第4章--细胞的物质输入和输出(教案)

1、精选优质文档-倾情为你奉上第4章 细胞的物质输入和输出第1节 物质跨膜运输的实例【课标定位】1.举例说明细胞膜是选择透过性膜。2.观察植物细胞的质壁分离和质壁分离复原现象。【教材回归】一、细胞的吸水和失水（一）细胞吸水和失水的原理细胞吸水和失水的原理渗透作用。（二）渗透作用发生的条件1.实例分析在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸（一种半透膜，水分子可以透过，而蔗糖分子则不能），往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外的液面高度保持相等。一段时间后，漏斗管内的液面会升高。特别提示：漏斗管内液面升高的原因：由于单位体积清水中的水分子数比单位体积蔗糖溶液中的水分子数多

2、，在单位时间内，水分子由烧杯透过半透膜进入漏斗内的数量多于水分子由漏斗透过半透膜进入烧杯内的数量，因此漏斗管内的液面升高了。2.渗透作用发生的条件渗透作用的发生必须具备以下两个条件：一是具有一层半透膜；二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。（三）细胞的吸水和失水1.动物细胞的吸水和失水（1）动物细胞的结构由于动物细胞的细胞膜相当于一层半透膜，细胞质有一定的浓度，因此当动物细胞处于外界溶液中时就可能因为存在浓度差而发生渗透作用。（2）动物细胞的吸水和失水当外界溶液的浓度小于细胞质的浓度时，细胞吸水膨胀；当外界溶液的浓度大于细胞质的浓度时，细胞失水皱缩；当外界溶液的浓度等于细胞质的浓度时，水分子进出细胞

3、处于动态平衡状态。2.植物细胞的吸水和失水（1）成熟植物细胞的结构具全透性：水分子和溶解在水里的物质都能够自由通过伸缩性：小细胞壁细胞膜细胞质 原生质层液泡膜具有选择透过性（相当于半透膜）伸缩性：大细胞液：具有一定的浓度（2）植物细胞的吸水和失水当外界溶液浓度大于细胞液浓度细胞失水，并逐渐发生质壁分离现象；当外界溶液浓度小于细胞液浓度细胞吸水，并逐渐发生质壁分离复原现象。（3）实验探究中央液泡逐渐胀大（紫色逐渐变浅）原生质层逐渐贴近细胞壁实验结论：成熟植物细胞能与外界溶液发生渗透作用：当外界溶液浓度大于细胞液浓度时细胞失水，当外界溶液浓度小于细胞液浓度时细胞吸水低倍镜观察清水 吸水纸吸引（重复

4、多次）中央液泡逐渐变小（紫色逐渐加深）原生质层与细胞壁逐渐分离低倍镜观察0.3g/mL蔗糖溶液 吸水纸吸引（重复多次）细胞中有一个紫色的中央液泡原生质层紧贴细胞壁低倍镜观察制作洋葱鳞片叶表皮临时装片二、物质跨膜运输的其他实例（一）细胞对无机盐离子的吸收实例实例1：某科学家将番茄和水稻幼苗分别放入含有Ca2+、Mg2+和SiO4-4的相同培养液中进行人工培养。一段时间以后检测发现，番茄培养液中Ca2+和Mg2+的浓度明显下降，而水稻培养液中Ca2+和Mg2+的浓度明显增高，SiO4-4的情况刚好相反。即水稻吸收SiO4-4多，吸收Ca2+和Mg2+较少；番茄吸收Ca2+和Mg2+较多，但几乎不吸

5、收SiO4-4。实例2：人体甲状腺滤泡上皮细胞摄取碘的能力很强。血液中碘的浓度为250mg/L，而甲状腺滤泡上皮细胞内碘的浓度比血液高2025倍。实例3：不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。（二）物质跨膜运输的特点由以上实例分析可知：物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的，而且细胞对物质的输入和输出具有选择性。可以说细胞膜和其他生物膜都是一种选择透过性膜，这种膜可以让水分子自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。【要点突破】一、渗透作用及其原理1.渗透作用的概念水分子或其他溶剂分子通过半透膜，从低浓度溶液进入高浓度溶液叫做渗透作用。特别

6、提示：渗透装置半透膜的两侧必须均为液体，据此可判断某些现象是否为渗透现象，如鲜白菜放入盐水中失水属于渗透现象，而放在空气中失水则不属于渗透现象。2.发生渗透作用的条件渗透作用的发生必须具备以下两个条件：一是具有一层半透膜；二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。3.渗透作用的原理当溶液浓度A>B时，由B流向A的水分子多于由A流向B的水分子，整体上水分子由B流向A；当溶液浓度A<B时，由A流向B的水分子多于由B流向A的水分子，整体上水分由A流向B；当溶液浓度A=B时，水分子通过半透膜的移动处于动态平衡状态。4.动植物细胞符合渗透系统 细胞种类具备条件动物细胞植物细胞半透膜细胞膜原生质层浓度差

7、细胞质与外界溶液细胞液与外界溶液5.动植物细胞吸水和失水的比较细胞吸水细胞失水条件外界溶液浓度低于细胞质（或细胞液）浓度外界溶液浓度高于细胞质（或细胞液）浓度现象膨胀甚至涨破（动物细胞）皱缩（动物细胞）膨胀或质壁分离复原（植物细胞）质壁分离（植物细胞）原理渗透作用结论细胞的吸水和失水是水分子顺相对含量梯度跨膜运输的过程6.渗透实验现象分析（1）漏斗管内的液面上升到水分子通过半透膜达到动态平衡时便不再上升。（2）在漏斗管内液面上升的过程中，整体上水分不断由烧杯进入漏斗，漏斗中蔗糖溶液的浓度会持续降低，但始终大于清水的浓度，水分子通过玻璃纸的进出还能达到动态平衡是漏斗中高出液柱产生的静水压阻止水分

8、由烧杯进入漏斗、促进水分由漏斗进入烧杯所致。（3）若烧杯中蔗糖溶液浓度小于漏斗中蔗糖溶液浓度，当漏斗中液面不再上升时，烧杯中蔗糖溶液浓度一定小于漏斗中蔗糖溶液浓度。（4）若将浓度均为0.5g/mL的麦芽糖溶液和淀粉溶液分别注入漏斗和烧杯中（假设麦芽糖和淀粉均不能透过半透膜），漏斗中的液面将会上升。特别提示：在研究渗透作用结果时，应以物质的量浓度为依据进行分析，而不是质量浓度。二、植物细胞吸水和失水的实验探究1.实验原理（1）成熟植物细胞的原生质层具有选择透过性（相当于半透膜），细胞壁和原生质层具有一定的伸缩性，但原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性；（2）当细胞液浓度<外界溶液浓度时细胞液

9、中水分经原生质层进入外界溶液质壁分离；（3）当质壁分离细胞的细胞液浓度>外界溶液浓度时外界溶液中的水分经原生质层进入细胞液质壁分离复原。2.实验注意事项（1）实验材料必须选择具有中央大液泡且具有颜色的植物细胞，便于观察实验现象。（2）外界溶液浓度要适宜，过低不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间较长，过高则会造成植物细胞失水过多、过快而死亡。死亡的细胞既不会发生质壁分离，也不会发生质壁分离复原。（3）若采用葡萄糖、NaCl、KNO3、尿素、乙二醇、甘油等溶液做实验，发生质壁分离后可能会自动复原，原因是上述物质均可转运到细胞内，使细胞液浓度升高重新吸水所致。（4）质壁分离时，在细胞壁与细胞膜

10、之间充满的是浓度降低了的外界溶液，因为细胞壁是全透性的。3.质壁分离原理的应用（1）判断成熟植物细胞的死活；（2）测定植物细胞液浓度的范围；（3）比较不同植物细胞的细胞液浓度大小；（4）比较未知浓度溶液的浓度大小；（5）防腐杀菌；（6）判断细胞壁和原生质层绅缩性的大小；（7）光镜下观察植物细胞的细胞膜。特别提示：质壁分离与质壁分离复原是植物细胞才具有的现象，动物细胞因没有细胞壁不会发生质壁分离现象，动物细胞只会发生渗透失水皱缩或渗透吸水膨胀（或涨破）现象。植物细胞质壁分离中的“质”是指原生质层、“壁”是指细胞壁。在质壁分离过程中，外界溶液浓度大于细胞液浓度，随着质壁分离程度增大，植物细胞的吸水

11、力逐渐增强；在质壁分离复原过程中，外界溶液浓度小于细胞液浓度，随着质壁分离复原的进行，植物细胞的吸水力逐渐减弱。半透膜与选择透过性膜的区别：半透膜没有生物活性，物质能否通过半透膜取决于半透膜孔隙直径的大小，没有选择性。选择透过性膜具有生物活性，即便是小分子，若不是细胞选择吸收的，也不能通过。由于植物细胞有细胞壁的保护，因此植物细胞吸水时不会发生涨破现象、质壁分离复原的细胞不能无限吸水。三、物质跨膜运输的其他实例1.植物对水分和无机盐离子的吸收是两个相对独立的过程，而不是同一生理过程。2.生物膜的选择透过性是活细胞的一个重要特征，细胞死亡后生物膜将变为全透性。3.生物膜的选择透过性与生物膜上载体

12、的种类和数量有关：有运载某种离子的载体就能够吸收，无就不能吸收；运载某种离子的载体多吸收速率就快，少吸收速率就慢；吸收的总量与其在细胞中的含量有关。4.由于农作物对离子的选择性吸收会导致土壤中某些元素的含量下降，因而在同一块地里连年种植同一种农作物会导致产量下降。达标自测1. 在右下图所示实验装置中，玻璃槽中是蒸馏水，半透膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液，一段时间后再加入蔗糖酶溶液。下列有关叙述正确的是（ D ）长颈漏斗玻璃槽A.在玻璃槽中能够检测到蔗糖和蔗糖酶的存在B.在玻璃槽中能够检测到葡萄糖、果糖和蔗糖酶C.漏斗中的液面先下降，加酶后一直持续上升D.漏斗中液面先上升，加酶后

13、再上升，最后又下降2. 下列有关在不同环境中正常生长的植物，其根毛细胞的细胞液浓度最大的是（ D ）A.在农田中生长的农作物B.在森林中生长的植物C.大型湖泊岸边生长的植物D.在荒漠中生长的植物3. 将洋葱表皮细胞放入一定浓度的KNO3溶液中会发生质壁分离，不久这些细胞又逐渐发生质壁分离复原。下列有关其原因的叙述中正确的是（ C ）A.细胞液中的溶质透出细胞外所致B.质壁分离后的细胞只允许水分进入C.K+和NO3-通过细胞膜进入细胞液D.水分子和溶质分子自由地进出细胞4. 将某动物细胞浸入物质的量浓度为3%的蔗糖溶液中发生了膨胀破裂，下列有关该动物细胞内液物质的量浓度的叙述中正确的是（ C ）

14、A.小于物质的量浓度为3%的蔗糖溶液B.等于物质的量浓度为3%的蔗糖溶液C.大于物质的量浓度为3%的蔗糖溶液D.不能确定该动物细胞内液的浓度5. 当用植物细胞做质壁分离实验时，若未发生质壁分离现象，原因可能是（ A ）实验材料是死亡的细胞 细胞还没有形成中央大液泡 外界溶液的浓度小于细胞液的浓度 细胞壁的伸缩性大于原生质层的绅缩性A. B.C. D.6. 在观察植物细胞质壁分离和复原的实验过程中，某同学显微观察到生活着的某洋葱表皮细胞正处于右下图所示状态（a、b表示该部位的溶液浓度），由此可以推测（ D ）baA.a>b，细胞正处于渗透吸水状态B.a=b，渗透系统正处于动态平衡状态C.a

15、<b，细胞正处于渗透失水状态D.上述A、B、C三种情况都有可能7. 在质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，下列能够发生质壁分离的细胞是（ D ）A.人体的口腔上皮细胞B.大熊猫成熟的红细胞C.洋葱根尖分生区细胞D.洋葱的鳞片叶表皮细胞【自我校对】一、（一）渗透作用 （二）1.多 多于 2.半透膜 浓度差 （三）1.（1）细胞膜 浓度 浓度差 （2）小于 膨胀 大于 皱缩 等于 平衡 2.（1）全透 小 原生质层 半透膜 大 浓度 （2）大于 质壁分离 小于 质壁分离复原 （3）紫 原生质层 变小 加深 分离 胀大 浅 原生质层 失 吸二、（二）并不 顺 选择 选择透过性 水分子 选择吸

16、收 不能第2节 生物膜的流动镶嵌模型【课标定位】1.了解生物膜结构的探索历程。2.掌握流动镶嵌模型的基本内容。【教材回归】一、对生物膜结构的探索历程时间（人物）实验依据结论或假说19世纪末（欧文顿）对植物细胞进行通透性实验发现：凡是可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞膜是由脂质组成的20世纪初科学家第一次通过对哺乳动物红细胞膜的化学分析表明：膜的主要成分是脂质和蛋白质膜的主要成分是脂质和蛋白质1925年（荷兰科学家）用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍膜中的脂质分子必然排列为连续的两层1959年（罗伯特

17、森）在电子显微镜下看到了细胞膜清晰的暗亮暗的三层结构所有的生物膜都是由蛋白质脂质蛋白质三层结构构成的，但是静态结构1970年科学家用发绿色荧光、红色荧光的染料分别标记小鼠细胞、人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞进行融合时，融合细胞的一半发绿色荧光，另一半发红色荧光。在37环境条件下经过40min，两种颜色的荧光均匀分布细胞膜具有流动性1972年（桑格和尼克森）根据新的观察和实验证据提出了为大多数学者所接受的流动镶嵌模型二、流动镶嵌模型的基本内容（一）化学组成生物膜主要由脂质分子和蛋白质分子组成，此外还有少量的糖类。（二）模型结构磷脂分子位置规则分布：以双分子层的形式构成生物膜的基本支架

18、特点具有一定的流动性蛋白质分子位置不规则分布：有的镶在磷脂双分子层的表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层特点大多数蛋白质分子是可以运动的功能有的只参与生物膜的构成；有的起着载体的作用，参与主动运输过程；有的与糖类结合形成糖蛋白（糖被）糖类糖蛋白（糖被）位置细胞膜的外表（判断细胞膜内外的依据）化学组成蛋白质与糖类结合形成功能与细胞表面的识别、免疫反应和信息传递等有关；消化道和呼吸道上皮细胞表面的糖蛋白有保护和润滑作用糖脂由糖类和脂质分子结合形成（也位于细胞膜的外表）【要点突破】一、细胞膜的分子结构蛋白质分子：膜功能的主要承担者磷脂双分子层：构成膜的基本支架糖类糖蛋白

19、（糖被）：细胞识别、保护、润滑、免疫等特别提示：细胞膜的化学组成：主要由脂质分子和蛋白质分子构成，此外还有少量的糖类。磷脂分子以双分子层的形式构成了生物膜的基本支架，这也是脂质和脂溶性物质更容易通过细胞膜的原因所在。磷脂分子的头部因具有亲水性而排在外侧，尾部因具有疏水性而排在内侧。在细胞膜的外表（判断细胞内外的依据之一），有一层由蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白（糖被），它在细胞生命活动中具有保护、润滑、细胞识别等作用。二、细胞膜的结构特点具有一定的流动性1.结构基础：构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大多不是静止的，而是可以运动的。2.生理意义：对于细胞完成物质运输、细胞识别、细胞融合等生理功能有

20、重要作用。3.实验验证：胞吞和胞吐、白细胞吞噬病菌、主动运输、变形虫变形、细胞融合、动物细胞分裂时细胞膜的缢裂、精子细胞变形成为精子、植物细胞的质壁分离和复原、动物细胞吸水膨胀（失水皱缩）、受精作用等。三、生物膜的功能特性选择透过性1.结构基础：生物膜上具有载体蛋白，载体具有专一性，这在一定程度上决定了细胞膜的选择透过性。2.生理意义：控制物质进出细胞。四、流动性与选择透过性的关系1.二者的区别具有一定的流动性是细胞膜的结构特点，即磷脂分子是运动的，大多数蛋白质分子也是运动的。选择透过性是细胞膜的功能特性，即水分子可以自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分

21、子则不能通过。2.二者的联系细胞膜的流动性是表现其选择透过性的结构基础。因为只有细胞膜具有流动性，才能表现出选择透过性。例如，细胞膜中的部分蛋白质充当了载体，运输物质进出细胞，只有它是运动的才能运输物质。达标自测1. 科学研究发现细胞膜常常被脂质溶剂和蛋白酶处理后溶解掉，由此可以推断细胞膜的化学组成中可能含有的化学成分是（ B ）A.磷脂和蛋白质 B.脂质和蛋白质C.蛋白质和核酸 D.磷酸和蛋白质2. 某科研工作人员将两种海绵动物的细胞分散成单个后进行混合培养，结果发现只有同种细胞才能够结合。下列与这种现象密切相关的细胞膜成分是（ C ）A.蛋白质 B.磷脂分子C.糖蛋白 D.糖脂3. 人的红

22、细胞没有细胞内膜，在溶血后只剩下一层细胞膜外壳称为血影。如果将血影中的脂质抽取出来，在水面上铺展开，并用板条将其推挤到一块，则测得的脂质面积约是红细胞表面积的（ C ）A.1/2倍 B.1倍C.2倍 D.4倍4. 已知透析型人工肾起关键作用的是人工合成的血液透析膜，该透析膜的作用是能够把病人血液中的代谢废物透析掉，这是模拟了生物膜的（ C ）A.流动性特点 B.过滤功能C.选择透过性 D.保护功能5. 将紫色萝卜的块根切成小块放入清水中，水的颜色无明显变化，但随着水温的升高水的颜色将会逐渐变深。下列有关其原因的叙述中正确的是（ D ）A.细胞壁在高温中受到了破坏B.高温使细胞内形成了有色物质C

23、.高温使花青素的溶解度加大D.生物膜在高温中失去了选择透过性6. 异体器官的移植往往很难成功，最大的障碍就是异体细胞间的排斥，这主要是由于细胞膜具有识别作用。细胞膜这种生理功能的结构基础是（ B ）A.细胞膜由磷脂和蛋白质构成B.细胞膜表面具有糖蛋白C.细胞膜具有一定的流动性D.细胞膜具有选择透过性【自我校对】一、脂质 脂质 蛋白质 两层 蛋白质脂质蛋白质 静态 流动性 流动镶嵌二、（一）脂质 蛋白质 糖类 （二）双分子层 基本支架 流动性 运动的 载体 糖蛋白 外表 内外 蛋白质 糖类 识别 信息 保护 润滑 糖类 脂质 外表第3节 物质跨膜运输的方式【课标定位】1.了解物质跨膜运输的方式。

24、2.掌握被动运输与主动运输的区分方法。3.理解主动运输对细胞生活的意义。【教材回归】一、离子和小分子物质的运输跨膜运输方式项目被动运输（顺浓度梯度的扩散）主动运输（逆浓度梯度运输）自由扩散协助扩散概念物质通过简单的扩散作用进出细胞进出细胞的物质需要借助载体蛋白进行扩散物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要细胞膜上相应载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应（如细胞呼吸）释放的能量运输方向高浓度低浓度高浓度低浓度低浓度高浓度是否需要载体×是否消耗能量××举例水、O2、CO2、甘油、乙醇、苯、脂肪酸、胆固醇等红细胞吸收葡萄糖小肠绒毛上皮细胞从消化道吸收葡萄糖和氨基

25、酸以及无机盐离子等特别提示：细胞膜以磷脂双分子层为基本支架，确保了脂质物质（如性激素、维生素D等）和脂溶性物质以自由扩散方式进出细胞。主动运输的生理意义：保证活细胞能够按照生命活动的需要，主动地选择吸收所需要的营养物质，排出细胞代谢产生的废物和对细胞有害的物质等。二、大分子物质的运输胞吞和胞吐（非跨膜运输） 方式项目胞吞胞吐过程当细胞摄取大分子营养物质时，首先是大分子物质附着在细胞膜表面，这部分细胞膜内陷形成小囊，包围着大分子物质。然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部细胞需要外排的大分子物质（如分泌蛋白和激素等），首先在细胞内形成囊泡，然后囊泡移动到细胞膜处，再与细胞膜进行融合，

26、将大分子物质排出细胞原理依赖于细胞膜的流动性特点不需要载体蛋白的协助，但需要消耗细胞代谢提供的能量，不属于跨膜运输实例单细胞原生动物，如变形虫、草履虫等吞噬细菌或其他颗粒性食物；人体的白细胞吞噬病菌和衰老的细胞等分泌蛋白的分泌过程；单细胞原生动物吞入的食物被消化以后，所余食物残渣的排出等特别提示：物质在通过胞吞或胞吐进出细胞的过程中，穿过生物膜的层数为0层，仍需消耗细胞呼吸提供的能量，不属于跨膜运输。物质能否通过细胞膜取决于细胞生命活动的需要，并不完全取决于物质分子的大小。【要点突破】一、物质跨膜运输方式的图例及表示曲线方式项目被动运输（顺浓度梯度的扩散）主动运输（逆浓度梯度运输）自由扩散协助

27、扩散图例外 细胞膜 内载体蛋白外 细胞膜 内载体蛋白能量外 细胞膜 内表示曲线细胞外浓度运输速率细胞外浓度运输速率细胞内浓度时间细胞外浓度主动运输协助扩散二、物质跨膜运输速率的影响因素1.影响自由扩散、协助扩散和主动运输的因素运输方式影响因素自由扩散细胞膜内外被转运物质的浓度差协助扩散细胞膜内外被转运物质的浓度差。细胞膜上运载物质的载体的种类和数量主动运输细胞膜内外被转运物质的浓度。细胞膜上载体的种类和数量：由于细胞膜上的载体具有特异性，运输不同物质的载体不同，不同细胞膜上的载体种类和数目也不同，并且载体具有饱和现象，当细胞膜上的载体全部参与物质运输时，细胞吸收该载体运输的物质速率便不再随物质

28、浓度的增大而增大。细胞提供的能量：凡是能够影响细胞内产生能量的因素都能够影响主动运输，如O2浓度、温度等2.影响物质运输速率的曲线分析（1）物质浓度对运输速率的影响曲线0 0物质浓度 物质浓度运输速率运输速率自由扩散： 协助扩散：自由扩散的物质是由高浓度一侧到低浓度一侧，其动力是两侧溶液的浓度差，在一定浓度范围内，随着物质浓度的增大，其运输速率与物质浓度成正相关。协助扩散的特点是需要载体协助。在物质浓度较低时，随着物质浓度的增大，运输速率也逐渐增大，到达一定物质浓度时，由于受细胞膜上载体数量的限制，运输速率不再随物质浓度的增大而增大。（2）氧气浓度对物质运输速率的影响曲线0 0O2浓度 O2浓度运输速率运输速率自由扩散或协助扩散 主动运输自由扩散和协助扩散的运输方向都是从高浓度一侧到低浓度一侧，其运输的动力都是溶液的浓度差，与细胞提供能量的多少