物质通过多种方式出入细胞【高效备课精研+知识精讲提升】 高一生物 精讲课件（浙科版2019必修1）

物质通过多种方式出入细胞第三章

细胞的代谢课程导入细胞是一个开放的系统，每时每刻都与环境进行着物质的交换，细胞膜能够对进出细胞的物质进行选择。细胞维持正常的代谢，必须从周围环境中获得氧和营养物质，同时向周围环境中排出各种代谢产物。细胞由一层具有选择透过性的细胞膜包被着，细胞膜具有调控物质出入细胞的功能。不同物质通过细胞膜出入细胞的方式是不同的。物质出入细胞有哪些方式？各自的特点和意义是什么？

你吃比较咸的食物时，例如你吃腌制的咸菜，连续嗑盐的瓜子等，你的口腔和唇的黏膜有什么感觉？为什么？糖拌西红柿放置一段时间后，会出现很多“汁”，“汁”中的水是哪来的？与生活的联系（1）水(作为溶剂)（2）气体(CO2、O2、N2)（3）离子(K+、Na+、Ca+、Cl-)（4）小分子有机物(甘油、脂肪酸、葡萄糖、氨基酸、核苷酸)（5）大颗粒成分(蛋白质、细菌)出入细胞的物质有哪些类型？一、细胞的失水与吸水（一）扩散1.概念：分子从高浓度处向低浓度处运动的现象。(单位体积分子数多处向单位体积分子数少处运动的现象)2.结果：扩散使得该分子或离子分布均匀，直到平衡，此后分子仍在继续运动，维持着平衡的状态。将少许硫酸铜晶体投入水中静置数分钟后，蓝色的铜离子向晶体周围扩散两天后，蓝色扩散至较大范围数日甚至更长时间后，蓝色会扩散到全部溶液中氧、二氧化碳等气体分子通过扩散出入细胞，酒精、甘油等脂溶性物质也以这种方式跨膜运输。扩散是物质出入细胞的一种方式。扩散现象是指物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移直到均匀分布的现象。扩散速度与温度有关，温度越高，扩散速度越快。（二）渗透作用3.原理2.条件1.概念：水分子透过半透膜的扩散，称为渗透作用。半透膜（一些物质能透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜。）膜两侧的溶液具有浓度差溶液A浓度小于溶液B，水分子从AB移动溶液A浓度大于溶液B，水分子从BA移动4.扩散方向：水分子从低浓度溶液高浓度溶液

水分子数相对较多的一侧进入水分子数相对较少的一侧玻璃纸、鸡蛋的壳膜、鱼鳔、动物膀胱膜、肠衣等细胞膜溶质分子水分子水分子通过半透膜的扩散——渗透半透膜扩散前扩散中扩散平衡【资料】红细胞生活于血浆中，正常红细胞形态的维持与血浆的渗透压密切相关，而血浆渗透压的大小90%和Na+、Cl-有关，在医院给病人输液时需使用0.9%的NaCl溶液，为什么？2.细胞质溶液具有一定浓度1.细胞膜选择透过性膜细胞膜细胞核细胞质（三）动物细胞的失水和吸水（1）细胞内外溶液浓度相等时（2）细胞外溶液浓度＜细胞内溶液浓度水分子溶质分子细胞无变化细胞胀破（3）细胞外溶液浓度＞细胞内溶液浓度细胞皱缩细胞膜相当于一层半透膜；细胞质有一定浓度，与外界溶液能形成一定浓度差，动物细胞通过渗透作用吸水和失水。原理条件结果外界溶液浓度=细胞质浓度外界溶液浓度＜细胞质浓度外界溶液浓度＞细胞质浓度细胞形态不变细胞失水皱缩细胞吸水膨胀，甚至涨破1.当外界溶液溶质的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗?不一定，当外界浓度稍高于红细胞细胞质浓度时，红细胞只是吸水膨胀并不会涨破。2.红细胞吸水或失水取决于什么条件?外界浓度与细胞质浓度有无一定浓度差。3.想一想临床上输液为什么要用生理盐水。它的渗透压和细胞内的一样，所以不会让细胞失水或者过度吸水膨胀破裂。【思考】（四）植物细胞的渗透作用细胞壁细胞膜叶绿体细胞核液泡细胞质想一想，将植物细胞置于不同浓度溶液中，植物细胞会发生什么变化？（1）细胞内外溶液浓度相等时（2）细胞外溶液浓度＜细胞内溶液浓度水分子溶质分子细胞无变化细胞膨胀（3）细胞外溶液浓度＞细胞内溶液浓度质膜以及质膜以内的部分因收缩而发生质壁分离吸水：细胞外溶液浓度失水：细胞外溶液浓度水分子总是由水分子多处运动到水分子少处溶液浓度低溶液浓度高低于细胞液浓度高于细胞液浓度（五）活动：观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象植物细胞浸泡在不同浓度的溶液中，由于细胞液与外界溶液中溶质的浓度的差异，植物细胞可能因为吸水、失水引起细胞形态的变化，这些变化可以通过显微镜观察到。1.实验原理2.目的要求观察、描述植物细胞质壁分离及质壁分离复原现象。紫色洋葱，水，质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液，刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，培养皿，显微镜。3.材料用具4.方法步骤和结果制作洋葱表皮的临时装片观察洋葱表皮细胞的质壁分离现象观察洋葱表皮细胞的质壁分离复原现象0.3g/mL的蔗糖溶液处理清水处理质壁分离复原的细胞质壁分离的细胞吸水纸

1.制作洋葱表皮的临时装片。

在载玻片中央滴一滴清水。用镊子撕取紫色洋葱外表皮约0.5cm2，放在载玻片的水滴中，展平后盖上盖玻片。

2.观察洋葱表皮细胞的质壁分离现象。

（1）先用低倍镜观察，再用高倍镜观察，可观察到洋葱表皮细胞中紫色的大液泡，同时还可能观察到细胞膜及其以内部分紧紧地贴着细胞壁。

（2）从盖玻片的一侧滴入质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引，重复几次后，观察细胞的变化，可发现洋葱表皮细胞发生质壁分离。

（3）绘图记录一个已发生质壁分离的细胞。

3.观察洋葱表皮细胞的质壁分离复原现象。

观察到植物细胞发生质壁分离后，从盖玻片的一侧滴水，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引，重复几次后，观察植物细胞的质壁分离复原现象。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，细胞失水发生质壁分离；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水发生质壁分离的复原。5.实验结论1.外界溶液的浓度如何影响洋葱表皮细胞的水分得失？2.植物细胞是否为活细胞，可以根据其能否发生质壁分离和质壁分离复原来判断，请分析原因。当细胞液浓度>外界溶液浓度时，洋葱表皮细胞吸水当细胞液浓度<外界溶液浓度时，洋葱表皮细胞失水当细胞液浓度=外界溶液浓度时，洋葱表皮细胞不吸水，也不失水植物细胞就相当于一个渗透系统，当植物细胞死亡后，其结构中的膜结构变得不完整，质壁分离就不会发生。【思考】3.若用0.5g/mL的蔗糖溶液做实验，能发生质壁分离但不能再复原，为什么？因为细胞过度失水会死亡。4.实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便与处理后的细胞状态形成对照。5.试验前后有几组对照？本实验存在两组前后对照实验第一组实验组：质壁分离的洋葱表皮细胞对照组：自然状态下的洋葱表皮细胞第二组实验组：质壁分离复原的洋葱表皮细胞对照组：质壁分离的洋葱表皮细胞（六）探究洋葱表皮细胞的细胞液浓度范围植物细胞的细胞液浓度越高，其吸水能力就越强；反之，植物细胞的细胞液浓度越低，其吸水能力越弱。实验原理1.植物细胞在什么情况下发生质壁分离？什么情况下发生质壁分离复原？活动提示细胞液浓度小于外界溶液浓度时发生质壁分离质壁分离后，当细胞液浓度大于外界浓度时，发生质壁分离复原2.在植物细胞既不吸水也不失水的情况下，其细胞液浓度与外界溶液中溶质的浓度有何关系?细胞液浓度等于外界溶液浓度3.估测洋葱表皮细胞的细胞液浓度。能引起约50%的细胞发生初始质壁分离的蔗糖浓度就是细胞液的浓度。初始质壁分离是指细胞的角隅处开始出现质膜及其以内部分离开细胞壁的状态。4.利用前面三个问题的答案，设计实验。(1)实验材料和用具：紫色洋葱，水，不同浓度的蔗糖溶液，刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，培养皿，显微镜。(2)哪些措施可以减少实验过程中可能出现的误差?选取新鲜的洋葱，多组蔗糖浓度组别使结果更精确，多组实验排除偶然性等等(3)写出实验方案后进行实验。二、被动转运1.定义：物质由浓度较高的一侧转运至浓度较低的一侧2.类型：扩散（简单扩散、自由扩散）、易化扩散3.特点：①顺浓度梯度②不需要消耗能量（一）扩散（简单扩散、易化扩散）1.特点①顺浓度（高→低）梯度运输；②不需要载体；③不需要消耗能量2.举例：水、氧气、二氧化碳、甘油、酒精等运输速率浓度差影响因素：内外浓度差3.曲线1.特点：①顺浓度梯度②借助载体蛋白③不需要消耗能量2.举例：红细胞吸收葡萄糖（二）易化扩散高浓度离子或分子低浓度离子或分子载体蛋白3.易化扩散过程中载体蛋白分子与被转运的分子或离子结合后改变形状，把分子或离子转运至膜的另一侧。将分子或离子释放后，载体蛋白又恢复至原来的形状。4.易化扩散中载体蛋白的形变动力来自于浓度差。细胞所需要的许多种小分子或离子，在细胞膜外侧的浓度虽然常比细胞内高，但由于它们不溶于细胞膜的磷脂双分子层中，或者是体积太大,不能直接穿过细胞膜，此时需借助于细胞膜中的一类载体蛋白将分子或离子转运到细胞内。V浓度差影响因素：浓度差载体蛋白数量5.曲线三、主动转运淡水鱼的鳃需要将体内的盐从盐浓度较低的体液中排到盐浓度较高的海水中，植物的根需要从土壤溶液中吸收例子，而土壤溶液中的该离子浓度往往低于根细胞中的浓度。物质逆浓度梯度跨膜运输低高高低浓度高浓度盐离子:Mg2+低浓度高浓度高低低

主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，通过主动运输来选择吸收所需要的物质，排除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。吸收所需要的物质排出对细胞有害的物质1.特点：①逆浓度梯度②需要载体蛋白③需要消耗能量，能量来自ATP主动转运是细胞最重要的吸收或排除物质的方式，它可以保持细胞内部某些物质的浓度与周围环境有较大的差别。低浓度离子或分子高浓度离子或分子载体蛋白ATP

主动转运必须有载体蛋白参与。载体蛋白与被转运的离子结合后，其形状发生变化，这种变化需要能量。载体蛋白形状的改变使离子从低浓度侧运至高浓度侧。

主动转运与被动转运中的易化扩散都需要载体蛋白的参与，在转运过程中载体蛋白都会发生形状变化。它们最大的区别是，主动转运需要ATP提供能量，而被动转运不需要能量。由于有能量的供给，主动转运就能够根据细胞的需要转运分子或离子，可以逆着浓度梯度从低浓度的一侧向高浓度的一侧转运物质。(4)可重复利用。(3)转运过程中

发生变化；(2)与

或

结合；载体蛋白的特点(1)具有

性；具有饱和性；特异被转运的离子分子空间结构（5）不同生物膜上载体蛋白的种类和数量不同VATP②能量影响物质跨膜运输的因素：①载体蛋白的种类、数量等2.曲线跨膜方式方向载体耗能例子影响因素(简单)扩散

易化扩散主动转运否否H2O、CO2、O2、乙醇、脂肪酸等

高低是否葡萄糖进入红细胞

高低是是离子、氨基酸、葡萄糖等

低高最重要浓度差浓度差、载体蛋白数量载体蛋白数量、能量(氧气、温度)自由扩散易化扩散主动运输被动运输物质进出细胞一定要透过细胞膜吗？分泌蛋白如乳腺细胞合成的的蛋白质、内分泌腺分泌细胞合成的蛋白类激素、消化腺细胞分泌的消化酶四、胞吞和胞吐接触凹陷包围分离变形虫的摄食白细胞吞噬病毒举例：（一）胞吞包围移动融合排出举例：分泌蛋白（二）胞吐项目胞吞胞吐过程某些生物大分子如蛋白质、多糖等进出胞，首先会被一部分细胞膜包起来，然后这一部分细胞膜与整个细胞膜脱离，裹着该物质运到细胞的内侧或外侧，把这一部分物质运送到细胞内侧把这一部分物质运送到细胞外侧特点物质通过囊泡转移，不需要载体，但消耗能量举例变形虫摄取水中的有机物颗粒胰岛素、消化酶、抗体等的分泌结构基础依赖于细胞膜的流动性胞吞、胞吐是在物质跨膜运输中普遍存在的现象。变形虫吞噬草履虫、白细胞吞噬病菌、胰岛B细胞分泌胰岛素、浆细胞分泌抗体、消化腺细胞分泌消化酶都是通过胞吞胞吐来进行跨膜运输的。特点：运输对象一般为都

消耗细胞代谢所释放的能量胞吞、胞吐过程中都会发生膜的弯曲、折叠、融合，这体现了生物膜的特点。流动性大分子物质需要（1）要确定某种物质的运输方式，必须“三看”：一看是否为小分子物质跨膜运输；二看是否需要能量；三看是否需要转运蛋白。根据分子大小大分子物质小分子、离子运输方向向外胞吐向内胞呑是否需要能量需要主动运输不需要被动运输是否需要转运蛋白需要协助扩散不需要自由扩散（2）根据运输方向判断：逆浓度梯度的跨膜运输方式一定是主动运输。（3）脂质类物质进出细胞的方式都是自由扩散。拓展第一类：直接消耗ATP的主动运输。通常称为泵（ATP驱动泵）。①Na+-K+泵②H+泵ATP驱动泵既是载体同时也是催化ATP水解的酶。第二类：间接消耗ATP的主动运输。如图：小肠上皮细胞逆浓度吸收葡萄糖时，没有直接消耗ATP，而是利用Na+浓度差的能量。但是Na+浓度差的建立是依靠Na+-K+泵的，而Na+-K+需要消耗ATP。肾小管上皮细胞吸收葡萄糖同上。易化扩散扩散物质的运输方式主动运输（逆浓度梯度）小分子物质（跨膜运输）

大分子物质（膜泡运输）

胞吞

胞吐消耗能量顺浓度梯度被动运输载体蛋白小结拓展延伸美国科学家彼得·阿格雷（PeterAgre，1949—）由于发现细胞膜水通道获得了2003年诺贝尔化学奖。20世纪50年代中期，科学家发现，细胞膜中存在着某种通道只允许水分子出入，人们称之为水通道。但是，水通道到底是什么一直是个谜。水通道20世纪80年代中期，彼得·阿格雷研究了不同的细胞膜蛋白，发现一种细胞膜蛋白就是人们寻找已久的水通道。为了验证自己的发现，阿格雷把含有水通道蛋白的细胞和去除了这种蛋白的细胞进行了对比试验，结果前者能够吸水，后者不能。为进一步验证，他又制造了两种人造细胞膜，一种含有水通道蛋白，一种则不含这种蛋白。他将这两种人造细胞膜分别做成泡状物，然后放在水中，结果一种泡状物吸收了很多水而膨胀，另一种则没有变化。这些实验充分说明了水通道蛋白具有输送水分子的功能。2000年，阿格雷与其他研究人员一起公布了世界上第一张水通道蛋白的高清晰度照片。水通道的发现开辟了一个新的研究领域。目前，科学家发现水通道蛋白广泛存在于动物、植物和微生物中，它的种类很多，仅人体内就有11种。水通道具有十分重要的功能，如在人的肾脏中就起着关键作用。通常一个成年人每天要产生180L原尿，原尿中的水分子经肾小管中水通道蛋白的重吸收，其中大部分水分被人体循环利用，最终只有约1L尿液排出人体。被动运输水分子很小，不带电荷但具有极性，尽管能够以自由扩散过膜，但是更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞。被动运输钾离子通道模式图20世纪80年代，科学家又从蚕豆保卫细胞中检测出K+的通道。1998年，美国科学家麦金农（R.Mackinon）解析了K+通道蛋白的立体结构。巩固练习1.下列关于物质出入细胞方式的叙述，正确的是()A.细胞所需的离子都是通过主动转运进入细胞B.植物细胞发生质壁分离复原是主动转运吸水的结果C.甘油跨过质膜运输时会使质膜上的载体蛋白发生形变D.变形虫从周边环境中摄取食物不需要借助载体蛋白的转运D2.将已发生质壁分离的细胞置于较低浓度的蔗糖溶液中，细胞吸水直到质壁分离复原，下列叙述错误的是（）A.在此过程中，细胞的吸水能力逐渐增强B.此实验可以说明所观察的细胞是活细胞C.质壁分离复原后，细胞液浓度可能高于外界溶液浓度D.质壁分离复原后，水分子仍可以进出细胞A3