人教版高中生物必修1第四章细胞的物质输入和输出全套课件

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重难点：1.渗透作用2.质壁分离及质壁分离复原细胞吸水和失水现象半透膜：

是一类可以让小分子物质通过（如水分子），而较大分子物质（如蔗糖）不能通过的一类多孔性膜。渗透装置分析实验现象渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜顺相对含量梯度的扩散，称为渗透作用。1.漏斗管内液面为什么会升高？稳定？单位时间内，单位面积上透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量多于渗出的水分子数量，使得管内液面升高。稳定时水分子动态平衡。思考2、装置中，用纱布代替玻璃纸，漏斗管内液面还会升高吗？3、装置中，清水换成同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？用纱布替代玻璃纸时，因纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通透，因而液面不会升高。半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量，液面也不会升高。渗透作用发生的条件①具有半透膜（主要）②半透膜两侧的溶液具有浓度差类比推理细胞膜细胞内溶液1、如果将装置中的漏斗换成细胞还会不会吸水？2、如果吸水会发生什么？1.细胞膜：选择透过性（相当于半透膜）2.细胞质：一定浓度溶液外界溶液浓度

小于细胞质浓度细胞吸水膨胀外界溶液浓度

等于细胞质浓度保持原状态外界溶液浓度

大于细胞质浓度细胞失水皱缩1、动物细胞的吸水和失水红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？浓度差越大细胞吸水或失水越多水的进出方向——顺相对含量的梯度进出动物细胞的

其他动物细胞的吸水或失水与红细胞相似2.植物细胞的吸水和失水的猜想细胞壁细胞膜液泡膜细胞质原生质层细胞液（具有一定的浓度）水1.原生质层相当于半透膜2.液泡内含有细胞液植物细胞的质壁分离及复原1、植物细胞质壁分离现象细胞失水时细胞壁和原生质层都会出现一定程度的收缩,但原生质层的伸缩性更大,故原生质层会与细胞壁发生分离。外界溶液浓度细胞液的浓度，细胞渗透失水>结果分析：外界溶液浓度细胞液的浓度，细胞渗透吸水<结果分析：2、植物细胞质壁分离复原现象细胞吸水时原生质层体积增大，恢复成原来的状态。显微镜下植物细胞的质壁分离：正常的洋葱表皮细胞0.3g/mL的蔗糖溶液质壁分离的洋葱表皮细胞紫色洋葱外表皮细胞质壁分离的洋葱表皮细胞

清水中质壁分离的复原紫色洋葱外表皮细胞显微镜下植物细胞的质壁分离复原：1.将正常植物细胞置于高浓度溶液中发生渗透失水2.将正常植物细胞置于高浓度溶液中一定发生质壁分离现象。3.将正常植物细胞置于高浓度溶液后，在置于清水中，一定发生质壁分离复原现象思考判断×√×是否所有植物细胞都依赖与渗透作用呢？思考

未形成液泡的细胞，比如萌发的种子或干种子等，依赖于吸胀吸水作用1、以下可以发生渗透作用的是____.A.煮熟的马铃薯条放入水中B.把干种子放在清水中C.烈日下菠菜叶子下垂D.放在盐水中的萝卜变软D练习2、a、b、c是三个相邻的细胞，已知a细胞液浓度>b细胞液浓度>c细胞液浓度,如图所示，能正确表示水分在三者之间关系的是（）CacbacbacbacbABCD3、田间一次施肥过多，作物变得枯萎发黄，俗称“烧苗”。其原因是（）A、根细胞从土壤中吸收的养分过多B、根细胞不能从土壤中吸水C、根系不能将水向上运输D、根系被肥料分解释放的热能烧毁B4、利用高浓度盐水（NaCl溶液）杀菌防腐的原理是（）A、盐水中的Cl－有杀菌防腐的作用B、盐水中的Na＋不利于细菌的生活C、盐水是中性的，不适于细菌的生活D、由于渗透作用使细菌细胞内的水分渗出而死亡D水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其他物质的跨膜运输也是这样吗？思考初始浓度

0Mg2＋

Ca2+Si4+

离子培养液中的离子浓度水稻番茄物质跨膜运输的其他实例1、水稻培养液中的钙、镁两种离子浓度为什么会增高？

培养过程中，水稻吸收水份及其他离子较多，吸收钙、镁两种离子较少。（吸水速率大于吸收该离子速率）4.细胞对物质的吸收有选择吗?如果有，这种选择性有普遍性吗？3.水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其他物质的跨膜运输也是这样吗？水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其他物质并不都是这样，这取决于细胞生命活动的需要。细胞对物质的吸收是有选择的。这种选择性具有普遍性。2、不同作物对无机盐离子的吸收有差异吗？不同作物对无机盐的吸收有差异初始浓度

0Mg2＋

Ca2+Si4+

离子培养液中的离子浓度水稻番茄细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。其特性是：

水分子自由通过，一些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。以上实例表明：5、将洋葱表皮细胞浸入浓度为1mol/L的KNO3溶液中，细胞发生质壁分离。但过一段时间后，自动发生质壁分离复原，表皮细胞又恢复到原来状态。分析（1）发生质壁分离的原因是。（2）自动发生质壁分离复原的原因是。（3）以上事实表明细胞膜对

的通透性存在差异，所以它是一种选择透过性膜。（1）洋葱表皮细胞液的浓度小于外界溶液浓度，细胞渗透失水；又由于细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性，便导致质壁分离.（2）由于细胞可选择性地吸收K＋和NO3－，导致细胞液浓度增加直至大于外界溶液的浓度，细胞开始吸水，从而发生质壁分离复原.（3）离子尿素，甘油，乙二醇，KNO3探究实验：植物细胞的吸水和失水提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果表达与交流（原生质层是一层半透膜吗？）（原生质层相当于一层半透膜）设计方案（按预定方案进行实验）（分析实验结果，得出结论：……）（总结，写实验报告并适当交流）预期结果将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其大小的变化；再将细胞浸润在清水中，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。显微镜下植物细胞的质壁分离：正常的洋葱表皮细胞0.3g/mL的蔗糖溶液质壁分离的洋葱表皮细胞原生质层质壁分离的洋葱表皮细胞

清水中质壁分离的复原实验现象：

中央液泡大小原生质层的位置细胞大小蔗糖溶液清水变小逐渐恢复原来大小原生质层恢复原来位置原生质层脱离细胞壁基本不变基本不变得出结论植物细胞原生质层相当于一层半透膜,成熟的植物细胞靠渗透作用吸水。细胞液与细胞外界溶液发生了渗透作用。第2节生物膜的流动镶嵌模型1855年瑞典科学家奈利的实验：色素分子进入受损的植物细胞的速度比进入完整细胞的速度要快得多；在显微镜下用微细的探针刺向细胞时能看到细胞表面出现褶皱，并感到阻力，一旦刺破细胞进入细胞内部，阻力就随之消失，这些都说明细胞的边界——细胞膜细胞表面有一层膜，即细胞的边界。根据细胞膜结构与功能相适应的观点，你会选择哪一种材料做细胞膜，为什么？A:塑料袋B:普通布C:弹力布√？？？科幻之旅

如果有“时光机器”，将此刻的你送回19世纪，你会从哪几个方面去研究细胞膜的结构?一生物膜结构的探索历程问题1细胞膜的组成成分是什么呢？资料1.欧文顿的实验时间：19世纪末（1895年）实验：欧文顿(E.Overton)用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次实验，发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的：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。●●不溶于脂质的物质溶于脂质的物质提出假说：膜是由脂质组成的。相似相溶原理实验验证：20世纪初，科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，化学分析发现细胞膜不但会被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶分解得出结论：膜中含有脂质和蛋白质

资料2.其他科学家的实验应用化学手段分析进一步表明：

膜的主要成分是脂质和蛋白质组成膜的脂质中磷脂含量最多问题2脂质和蛋白质是怎样有机结合构成膜的呢？磷脂分子的结构尾部头部亲水疏水绘图活动：将磷脂分子在空气—水界面上铺展成单分子层，磷脂分子的头尾将如何排布？空气水时间：1925年

实验：两位荷兰科学家用丙酮（一种有机溶剂，可以溶解脂质）从人的红细胞膜中提取脂质，在空气－水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰好为红细胞表面积的2倍。得出结论：

细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层资料3.荷兰科学家的实验ABC√那生物膜在细胞中如是何排列的呢？

蛋白质位于细胞膜的什么位置呢？推测:??????资料4.罗伯特森的实验和模型实验：利用电镜，获得了清晰的细胞膜照片，显示暗—亮—暗的三层结构。蛋白质的电子密度高，在电镜下显暗色；磷脂分子的电子密度低，显亮色。“蛋白质-脂质-蛋白质”三层的统一结构模式图要点：①膜为静止的结构②蛋白质均匀分布在磷脂双分子层两侧37℃下40min后出现了什么现象？说明什么？膜上的蛋白具有流动性实验验证：1970年绿色荧光的染料标记的小鼠表面的蛋白质分子，用红色荧光染料标记人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人的细胞相融合资料五想一想:还有哪些简单的例子也能说明膜具有流动性？植物细胞的质壁分离变形虫的变形运动白细胞的吞噬作用变形虫的运动:白细胞的吞噬作用:标本用干冰等冰冻。后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。蛋白质镶在、嵌入、横跨在磷脂双分子层中。蛋白质在膜中的分布是不对称的冰冻蚀刻电子显微法膜蛋白磷脂分子层问题3三明治模型的弊端：蛋白质不是均匀分布在磷脂分子两侧。细胞膜并不是静止不动的，而是有流动性。在新的观察和实验证据的基础上，1972年桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)提出了新的生物膜模型———流动镶嵌模型，为多数人所接受。桑格和尼克森在继承中创新提出流动镶嵌模型流动镶嵌模型基本内容的总结1、生物膜的组成：2、生物膜的基本骨架：3、蛋白质分子存在形态：主要由蛋白质和脂质组成，还有少量糖类磷脂双分子层（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧）。有镶在表面、嵌入、横跨三种，外侧的蛋白质分子与糖类结合形成糖被。体现了生物膜的不对称性。5、生物膜的结构特点：一定的流动性（磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的）4糖蛋白：分布在细胞膜外表，糖链与蛋白质结合形成.糖被：细胞膜外侧许多糖蛋白组成的一层结构糖被。糖被（糖蛋白）功能：具有保护和润滑、与细胞识别、细胞间信息传递有关。糖脂：细胞膜表面还有糖类和脂质分子结合而成。6、细胞膜的功能特点：选择透过性

磷脂分子的运动①侧向扩散运动；②旋转运动；③摆动运动④伸缩震荡运动；⑤翻转运动；⑥旋转异构化运动。根据已有的生物知识或生活经验，你能列举哪些证明细胞膜具有流动性的证据。①白细胞吞噬细菌的过程；②变形虫的伪足运动现象；③受精时细胞的融合过程；④动物细胞分裂时细胞膜的缢裂过程；思考：

流动镶嵌模型与蛋白质—脂质—蛋白质三层结构模型有何异同？相同点：都认为组成细胞膜的主要物质是脂质和蛋白质。不同点：1、流动镶嵌模型认为蛋白质在膜中的分布是不均匀的。而三层结构模型认为蛋白质均匀分布在脂双层的两侧2、流动镶嵌模型强调组成膜的分子是运动的，而三层结构认为生物膜是静止结构共建概念图生物膜结构特点功能特点结构组成结构探究历程决定③④②流动性选择透过性磷脂双分子层蛋白质①1.据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素D等物质较容易优先通过细胞膜，这是因为（）A细胞膜具有一定流动性B细胞膜是选择透过性C细胞膜的结构是以磷脂分子层为基本骨架D细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子2.下列哪一种膜结构能通过生物大分子（）A细胞膜B核膜C线粒体膜C叶绿体膜√√3.一分子CO2从叶肉细胞的线粒体基质中扩散出来，进入一相邻细胞叶绿体基质内，共穿过的生物膜层数是（）A5B6C7D84.细胞膜上与细胞识别、免疫反应、信息传递和血型决定有着密切关系的化学物质是（）A糖蛋白B磷脂C脂肪D核酸√√第3节物质跨膜运输的方式

扩散：物质由高浓度一侧向低浓度一侧运动，直至两侧的浓度相等。（多→少）回忆：水分如何进出细胞（扩散）问题探讨：1、生物膜?氧气，二氧化碳氮气，水苯，甘油，乙醇氨基酸，葡萄糖核苷酸氢离子，钠离子钾离子，钙离子氯离子，镁离子碳酸氢根问题探讨：1、生物膜?2、O2、CO2、水、苯、甘油等能直接通过人工脂双层膜，你认为它们从哪穿过去？思考：O2、CO2、水、苯、甘油等能直接通过人工脂双层膜，你认为它们从哪穿过去？磷脂分子左右摆动产生缝隙小分子可以直接通过小分子物质细胞外细胞膜细胞内【思考】此过程需不需要能量？动力是什么？

自由扩散：物质通过简单的

作用进出细胞。扩散高低不需要细胞额外提供能量动力来自于膜两侧的浓度差。（2）不需要载体蛋白；外细胞膜内特点：例小分子：气体（CO2、O2）

、水、乙醇、尿素

脂溶性物质：甘油、脂肪酸、苯（3）不消耗能量。（1）从高浓度到低浓度

(多→少)顺浓度梯度自由扩散运输速率浓度差自由扩散细胞膜内外的浓度差思考：什么因素影响自由扩散的速度？自由扩散氧气，二氧化碳氮气，水苯，甘油，乙醇氨基酸，葡萄糖核苷酸氢离子，钠离子钾离子，钙离子氯离子，镁离子碳酸氢根3、葡萄糖不能通过无蛋白质的脂双层，而人的红细胞能吸收葡萄糖，为什么呢?载体蛋白细胞外细胞膜细胞内协助扩散：进出细胞的物质借助

的扩散。载体蛋白【思考】此过程耗能吗？（具有特异性）高低高低协助扩散自由扩散不需要细胞额外提供能量例：血浆中的葡萄糖进入红细胞外细胞膜内协助扩散特点：（2）需要载体蛋白；（3）不消耗能量。（1）从高浓度到低浓度（多→少）顺浓度梯度运输速率浓度差思考：什么因素影响协助扩散的速度？协助扩散①细胞膜内外浓度差②细胞膜上载体蛋白的种类和数量载体蛋白达到饱和自由扩散协助扩散

物质进出细胞时，顺浓度梯度进行扩散，叫被动运输。【例1】物质出入细胞的方式中，自由扩散区别于协助扩散的是（）A．由高浓度向低浓度扩散B．需要载体蛋白C．由低浓度向高浓度扩散D．不需要载体蛋白D丽藻细胞液与池水的多种离子的浓度比离子细胞液浓度/池水浓度18050106510046251310-（H2PO4)K+Cl-Na+SO4

2-Mg

2+Ca

2+疑问：以何种方式吸收？原因：丽藻从池水中吸收离子现象：细胞内离子浓度远高于池水假设：由被动运输实现结果：细胞内离子浓度低于池水矛盾K+多少思考：

1、K+跨膜运输的方向是怎样的？

2、K+不能自由通过人工合成脂双层的例子，说明K+跨膜运输需要什么？

3、K+跨膜运输需要细胞提供能量吗？从低浓度到高浓度（少→多）细胞膜上的载体蛋白低高需要细胞提供能量(ATP)动力主动运输：载体蛋白能量细胞外细胞膜细胞内（2）需要载体蛋白；（3）消耗能量（ATP）例：钠、钾等离子小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸外细胞膜内能量特点：主动运输（1）从低浓度到高浓度（少→多）逆浓度梯度②能量思考：什么因素影响主动运输的速度？主要有氧呼吸①载体蛋白的种类和数量O2浓度、温度等时间细胞内浓度（细胞外浓度）可以顺也可以逆运输速率载体饱和

无氧呼吸产生能量

O2浓度运输速率自由扩散与协助扩散运输速率O2浓度O2浓度主动运输方式被动运输主动运输运输方向能量载体举例顺浓度梯度(多→少)不需要需要水、气体、酒精、甘油、苯等脂溶性物质葡萄糖进入红细胞不需要（从磷脂分子的缝隙穿过）逆浓度梯度需要需要（ATP）离子，小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸(少→多)自由扩散协助扩散主动运输的意义：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。（摆脱浓度的限制）思考:你认为物质进出细胞的三种方式中，对细胞而言哪一种更为重要？为什么？主动运输动物细胞在静止时所需的能量约1/3就是用于离子的主动运输。自由扩散协助扩散主动运输被动运输变式训练1．下图为物质出入细胞的3种方式示意图，请据图回答([

]内填序号)：(1)物质利用载体出入细胞的运输方式是图[

]________和[

]__________。①协助扩散

③主动运输协助扩散自由扩散主动运输(2)物质出入细胞需消耗能量的运输方式是图[

]____________。(3)物质从细胞膜低浓度一侧运到高浓度一侧的运输方式是图[

]__________。(4)物质从细胞膜高浓度一侧运到低浓度一侧的运输方式是图[

]和[

]。(5)①、②两种运输方式合称为________。①②被动运输

③主动运输主动运输

③吞噬细胞吞噬病原体变形虫在吞噬草履虫二、大分子物质进出细胞的方式：二、大分子物质进出细胞的方式：胞吞：(内吞)分泌蛋白的合成与分泌二、大分子物质进出细胞的方式：胞吞：(内吞)胞吐：(外排)胞吞、胞吐体现了细胞膜的性