细胞的物质输入和输出 【知识精讲精研】 高考生物一轮复习 课件

细胞的边界：细胞膜（质膜）第4章细胞的物质输入和输出第1节被动运输主讲教师：zeg视频见U盘该课件文件夹细胞界新闻30min《动物细胞游泳时裂开，抢救无效》1水进出细胞的原理问题探讨在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸，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相等。过一段时间后，会出现如图所示现象。玻璃纸（又叫赛璐玢）是一种半透膜，水分子可以自由透过它，而蔗糖分子则不能。讨论：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？教材P62动画演示动画演示蔗糖分子渗透现象演示问题探讨水分子半透膜问题探讨烧杯内的溶剂——水分子通过半透膜向漏斗内扩散，导致漏斗内水柱升高，液面上升。讨论：漏斗管内的液面为什么会升高？扩散：分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象。扩散教材+笔记P62问题探讨渗透作用：水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。渗透半透膜教材P62漏斗管内的液面升高过程中，漏斗内水分子会通过半透膜向烧杯内扩散吗？问题探讨会，半透膜两侧的水分子双向运动。因为水分子可以自由透过半透膜，烧杯内清水中的水分子渗透到漏斗内蔗糖溶液的同时，漏斗内蔗糖溶液中的水分子也会渗透到烧杯内的清水中。但是清水中水分子的相对含量高于蔗糖溶液，所以从烧杯内渗透到漏斗内的水分子数多于从漏斗内渗透到烧杯内的水分子数，最终导致漏斗内液面升高；也就是单位时间从烧杯内渗透到漏斗内的水分子数大于从漏斗内渗透到烧杯内的水分子数，实际观察到的是水分子渗透差异导致的结果。教材P62问题探讨水分子渗透方向：从水的相对含量高的一侧向水的含量相对低的一侧渗透。渗透半透膜含水量低

含水量高溶液浓度低溶液浓度高从溶液浓度低的一侧向溶液浓度高的一侧渗透。教材P62问题探讨液面不会升高。因为半透膜两侧含水量相同，水分子数进出平衡。讨论：如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，液面高度如何变化？液面不会升高。因为纱布不是半透膜，孔隙很大，具有全透性，水分子和蔗糖分子都能通过，纱布两侧分子进出平衡。讨论：如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？渗透作用发生条件：半透膜+浓度差思考下面讨论题，尝试总结渗透作用发生的条件物质的量浓度，非质量浓度，实质上指渗透压。笔记P62问题探讨不会。当管内的液面上升到一定高度之后，管中的水柱产生静水压（指液体在一个容器中因重力作用产生的压强），加快漏斗中水分子向烧杯流动的速度，当水柱静水压与半透膜两侧渗透压使水分子渗透达到平衡，液面将不再上升。讨论：如果漏斗管足够长，管内的液面无限升高吗？此时半透膜两侧浓度相等吗？不相等。正是半透膜两侧浓度不同，即存在浓度差，才能产生渗透压与水柱产生的静水压相互作用，从而导致水分子渗透平衡。笔记P621.1水进出动物细胞原理水分子通过细胞膜进出动物细胞是通过渗透作用吗？（提出问题）以哺乳动物红细胞为例进行探究，怎样设计实验？探究·实践做出假设：水分子通过细胞膜进出哺乳动物红细胞原理是渗透作用。实验原理：渗透作用（水分子通过半透膜的扩散）实验材料：渗透装置哺乳动物红细胞哺乳动物红细胞探究·实践哺乳动物红细胞渗透条件1：细胞膜相当于半透膜，是选择性透过性膜。选择透过性膜：指具有活性的生物膜。对物质的通过既具有半透膜的物理性质，还具有主动的选择性，如细胞膜。选择透过性膜一定是半透膜，半透膜不一定是选择透过性膜。渗透条件2：红细胞内部血红蛋白相当于蔗糖分子，细胞质浓度为0.9%笔记P63探究·实践外界溶液浓度小于细胞质浓度外界溶液浓度大于细胞质浓度外界溶液浓度

等于细胞质浓度实验方法步骤0.09%NaCl溶液（低渗溶液）9%NaCl溶液（高渗溶液）0.9%NaCl溶液（等渗溶液）探究·实践外界溶液浓度小于细胞质浓度外界溶液浓度大于细胞质浓度外界溶液浓度

等于细胞质浓度实验方法步骤0.09%NaCl溶液（低渗溶液）9%NaCl溶液（高渗溶液）0.9%NaCl溶液（等渗溶液）细胞吸水膨胀细胞失水皱缩细胞形态不变实验结论：水进出动物细胞原理是通过渗透作用探究·实践1.2水进出植物细胞原理水分子进出植物细胞也是通过渗透作用吗？（提出问题）植物细胞什么结构相当于半透膜？实验如何设计？探究·实践做出假设：水分子进出植物细胞原理是渗透作用。实验原理：渗透作用（水分子通过半透膜的扩散）实验材料：植物细胞成熟的植物细胞模式图液泡膜细胞膜细胞壁细胞质内细胞液原生质层教材P63探究·实践渗透条件1：原生质层相当于半透膜，是选择性透过性膜。渗透条件2：液泡内的细胞液含有糖类、色素和蛋白质等相当于蔗糖分子，形成一定浓度的溶液。成熟的植物细胞模式图液泡膜细胞膜细胞质原生质层探究·实践实验设计思路及预期结果外界溶液浓度小于细胞液浓度外界溶液浓度大于细胞液浓度细胞吸水，中央液泡体积变大，细胞坚挺细胞失水，中央液泡体积变小，质壁分离质壁分离：细胞失水过程中，由于原生质层伸缩性比细胞壁大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开的现象。教材P65.探究·实践视频见U盘该课件文件夹探究植物细胞吸水和失水教材P64探究·实践材料用具实验材料：紫色洋葱鳞片叶外表皮实验仪器：刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，显微镜等。实验试剂：质量浓度为0.3g/mL蔗糖溶液、清水教材P64探究·实践实验方法步骤制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片低倍显微镜观察紫色的中央大液泡原生质层紧贴细胞壁0.3g/mL蔗糖吸水纸吸引（重复几次）教材P64探究·实践实验方法步骤清水吸水纸吸引（重复几次）低倍显微镜观察中央液泡逐渐变小，紫色逐渐加深原生质层与细胞壁逐渐分离质壁分离低倍显微镜观察中央液泡逐渐变大，紫色逐渐变浅原生质层与细胞壁逐渐紧贴质壁分离复原教材+笔记P64探究·实践实验结论：水进出植物细胞原理是通过渗透作用原生质层相当于半透膜笔记P65注意事项：实验材料的选择(1)所选材料应尽量选择带有颜色的细胞(2)观察的是同一区域细胞，因为实验遵循自身前后对照使用的是低倍镜观察探究·实践实验拓展——实验材料可否更换根尖分生区细胞？根尖成熟区细胞？幼嫩小叶黑藻叶肉细胞？成熟叶片黑藻叶肉细胞？探究·实践✔✔✖✖笔记P65实验拓展——实验材料可否更换幼嫩小叶黑藻叶肉细胞？成熟叶片黑藻叶肉细胞？探究·实践✔✖高倍显微镜下黑藻的叶绿体（幼嫩小叶）高倍显微镜下黑藻细胞质壁分离现象实验拓展——细胞外液中的溶质分子可以进入细胞

滴加一定浓度的KNO3溶液，该浓度大于细胞液浓度但可维持正常细胞活性，KNO3可被细胞吸收。实验现象：发生质壁分离，没有滴加清水，会自动出现质壁分离复原现象。原因：外界溶液浓度较大，细胞发生质壁分离；但细胞会主动吸收K+、NO3-

，细胞液浓度逐渐增大，细胞开始吸水，发生质壁分离复原现象。探究·实践笔记P65实验拓展——细胞外液中的溶质分子可以进入细胞

滴加一定浓度的KNO3溶液(该浓度大于细胞液浓度但可维持细胞活性，KNO3可被细胞吸收）其他溶液：较高浓度的葡萄糖溶液，尿素溶液，甘油溶液也会出现质壁分离复原现象。探究·实践笔记P65实验拓展——细胞外液中的溶质分子可以进入细胞尝试用曲线图表示该现象探究·实践时间/min细胞失水量ab时间/min原生质体体积ABC笔记P65实验拓展——细胞外液中的溶质分子可以进入细胞曲线解析：（1）a点之前：细胞失水（速率逐渐减小），质壁分离；细胞液浓度小于外界溶液浓度；（2）a点之后b点之前：细胞吸水，开始质壁分离复原；细胞液浓度大于外界溶液浓度；（3）b点：质壁分离完全复原，吸水量等于失水量；（4）a点：细胞失水量最大，细胞液浓度等于外界溶液浓度；探究·实践笔记P65实验拓展——细胞外液中的溶质分子可以进入细胞请用曲线图表示该现象（5）细胞液浓度增大原因：细胞主动吸收外界溶液中的溶质分子；（6）细胞吸收溶质分子时间：a点以后细胞液浓度已经大于外液溶液浓度，故细胞主动吸收溶质分子发生在a点之前。（7）b点细胞浓度与初始细胞浓度大小比较：细胞失水量＝吸水量，但细胞主动吸收溶质分子，溶剂量不变，溶质增多，故b点细胞浓度大于初始细胞浓度。探究·实践笔记P65实验拓展——质壁分离的应用：判断成熟植物细胞的死活探究·实践一定浓度蔗糖溶液

发生质壁分离

不发生质壁分离实验拓展——质壁分离的应用：比较不同植物细胞的细胞液浓度大小探究·实践同一浓度蔗糖溶液发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小；小结：物质以扩散的方式进出细胞，不消耗细胞内化学反应释放的能量，这种跨膜运输方式称为被动运输。教材P652自由扩散和协助扩散教材P652.自由扩散和协助扩散解决以下问题，展示学习成果：什么是自由扩散？举例说明物质以自由扩散方式进出细胞的实例协助扩散？举例说明物质以协助扩散方式进出细胞的实例水分子进出细胞的方式？转运蛋白种类及其作用方式？2.1自由扩散自由扩散：物质通过简单的扩散作用进出细胞，也叫简单扩散。举例：O2、CO2小分子物质；甘油、脂肪酸、乙醇、苯、性激素等脂溶性小分子物质；浓度高浓度低分子运输方向：高浓度一侧运输到低浓度一侧分子运输动力：两侧浓度差教材P662.2协助扩散人工脂双层膜对不同分子的通透性葡萄糖小分子有机物以及离子等物质以什么方式进出细胞呢？亲水“头部”疏水“尾部”2.2协助扩散构成细胞膜的脂双层中多出了一些物质，这就是膜蛋白。膜蛋白的种类很多，其中可以协助极性的小分子、带电的离子等进行跨膜运输的膜蛋白称为转运蛋白。教材P662.2协助扩散协助扩散：离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等，不能自由地通过细胞膜，需要借助膜上的转运蛋白进出细胞扩散，叫做协助扩散，也叫易化扩散。举例：葡萄糖进入红细胞分子运输方向：高浓度一侧运输到低浓度一侧分子运输动力：两侧浓度差教材P66物质跨膜运输的方式浓度梯度是否需要转运蛋白是否消耗能量被动运输自由扩散协助扩散顺浓度梯度不需要需要不消耗不消耗顺浓度梯度小结：自由扩散与协助扩散特征笔记P662.2协助扩散资料1：水分子比较小，在活细胞中含量最多，人们曾经认为它们以自由穿过细胞膜磷脂分子的间隙而进出细胞。对比人工合成脂双层和生物膜对这些物质的通透性发现，人工合成膜对水分子的通透性却小于与生物膜对水分子的通透性，由此推断细胞膜上可能存在特殊的输送水分子的通道。水分子以自由扩散还是协助扩散方式进出细胞呢？理解资料2：1988年，美国科学家阿格雷从红细胞和肾小管细胞中分离出新的膜蛋白，疏水性跨膜蛋白，命名为“AQP1”。他将含有AQP1蛋白和不含有此蛋白的细胞进行了对比实验，放在同一水溶液中，发现有AQP1蛋白的细胞体积变大。后来经过实验获得了该蛋白的氨基酸序列结构，证实了水通道蛋白的存在。2.2协助扩散含AQP1蛋白不含AQP1蛋白资料3：为了进一步验证，科研人员将AQP1导入脂质体中进行重组脂质体实验，结果发现，重组脂质体对水的转运活性比普通脂质体高出了10倍。目前，人们已经从细菌、酵母菌、植物、动物的细胞中分离出多种水通道蛋白。2.2协助扩散水分子水通道蛋白2.2协助扩散水分子很小，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。2.3转运蛋白载体蛋白：只容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。通道蛋白：只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小电荷相适宜的分子或离子通过。分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道结合。教材P66-67概念辨析渗透作用：水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。被动运输：物质以扩散的方式进出细胞，不消耗细胞内化学反应释放的能量，这种跨膜运输方式称为被动运输。被动运输又分为自由扩散和协助扩散。以扩散方式通过细胞膜的是物质，可以是溶剂分子也可以是溶质微粒。自由扩散或者协助扩散指的是物质进出细胞的方式，渗透作用中的扩散指的是溶剂通过半透膜，不能等同为协助扩散或者自由扩散。以扩散方式通过半透膜的一定是溶剂分子。半透膜包括生物膜（选择透过性膜）但是不仅限于生物膜，如玻璃纸。随堂练习概念理解葡萄糖通过渗透作用进出细胞。（

）水分子通过渗透作用进出细胞。（

）✖✔葡萄糖不是溶剂分子水分子是溶剂3课堂小结3.课堂小结4练习与应用

1.物质跨膜运输的方式与物质的特点和细胞膜的结构有关。判断下列有关物质跨膜运输的表述是否正确。（1）细胞膜和液泡膜都相当于半透膜。（

）（2）水分子进入细胞，是通过自由扩散方式进行的。（

）（3）载体蛋白和通道蛋白在转运分子和离子时，其作用机制是一样的。（

）4.1概念检测√××

2.基于对植物细胞质壁分离原理的理解判断，下列各项无法通过质壁分离实验证明的是

（

）A.成熟植物细胞的死活B.原生质层比细胞壁的伸缩性大C.成熟的植物细胞能进行渗透吸水D.水分子可以通过通道蛋白进入细胞D4.1概念检测

2.假如将甲乙两个植物细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中，两种溶液的浓度均比细胞液的浓度高，在显微镜下连续观察，可以预测甲乙两细胞的变化是

（

）A.甲乙两细胞发生质壁分离后，不发生质壁分离复原B.甲乙两细胞都发生质壁分离，但乙细胞很快发生质壁分离复原C.只有乙细胞发生质壁分离，但不会发生质壁分离复原D.甲乙两细胞发生质壁分离，随后都很快发生质壁分离复原B4.1概念检测

4.2拓展应用1.细胞液中物质的浓度对于维持细胞的生命活动非常重要。现提供紫色洋葱鳞片叶表皮细胞，请设计实验，测定该细胞的细胞液的浓度相当于多少质量分数的蔗糖溶液。写出你的实验思路，并分析其中的基本原理。可以配制出一系列浓度梯度的蔗糖溶液,将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞置于配好的各种浓度的蔗糖溶液中，适当时间后用显微镜观察细胞质壁分离情况。记录刚好发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，以及刚好尚未发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，据此推算出细胞液溶质浓度应介于这两个浓度之间。.

4.2拓展应用2.温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率吗？请你提出假设，并设计检验该假设的实验方案。假设：温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率。设计实验：可以借用本节问题探讨中的渗透装置进行实验。将该渗透装置置于不同温度的环境中，通过比较不同温度下漏斗管液面上升速度的快慢，判定温度是否影响水分子的扩散速度，实验中要注意排除各种无关变量的干扰，如置于不同温度中的漏斗内的蔗糖溶液的量和浓度必须相等，以确保实验的准确性。第2节主动运输与胞吞、胞吐主讲教师：zeg问题探讨人体甲状腺分泌的甲状腺激素，在生命活动中起着重要作用。碘是合成甲状腺激素的重要原料。甲状腺滤泡上皮细胞内碘的浓度比血液中高20-25倍。讨论：甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是通过被动运输吗？不是甲状腺甲状腺滤泡上皮细胞碘浓度低碘浓度高教材+笔记P69问题探讨人体甲状腺分泌的甲状腺激素，在生命活动中起着重要作用。碘是合成甲状腺激素的重要原料。甲状腺滤泡上皮细胞内碘的浓度比血液中高20-25倍。讨论：联想逆水行舟的情形，甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是否需要细胞提供能量？需要细胞提供能量。讨论：这在各种物质的跨膜运输中是特例还是有一定的普遍性？具有普遍性。教材+笔记P69问题探讨实例1：小肠液中氨基酸、葡萄糖的浓度远远低于它们在小肠上皮细胞中的浓度，但它们仍然可以被小肠上皮细胞吸收。实例2：人红细胞中K+的浓度比血浆高30倍。实例3：轮藻细胞中K+的浓度比周围水环境高63倍。主动运输普遍存在为什么这些物质能逆浓度梯度运输？教材P691主动运输1.1主动运输解决以下问题，展示学习成果：什么是主动运输？尝试概括主动运输过程主动运输对于细胞生活有何意义？视频见U盘该课件文件夹教材P68-691.1主动运输主动运输：物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。

能量教材P691.1主动运输举例：K+、Na+、Ca2+等离子逆浓度梯度跨膜运输；小肠上皮细胞从小肠液中吸收氨基酸、葡萄糖；肾小管细胞吸收葡萄糖。分子运输方向：低浓度一侧运输到高浓度一侧分子运输动力：细胞内化学反应释放的能量意义：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，排出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。教材P69+701.1主动运输小结：主动运输与被动运输特征物质出入细胞的方式被动运输主动运输自由扩散协助扩散物质运输方向是否需要转运蛋白是否需要消耗能量举例相同点

顺浓度梯度高浓度低浓度

顺浓度梯度高浓度低浓度

逆浓度梯度低浓度高浓度不需要需要需要（载体蛋白）不消耗消耗

水分子、气体（氧气、二氧化碳）、脂溶性小分子水分子、离子、葡萄糖进入红细胞、葡萄糖进入小肠上皮细胞/肾小管细胞不消耗小分子、离子运输方式理解1.2被动运输与主动运输曲线分析判断：下图对应哪种跨膜运输方式？请说出判断依据。该跨膜运输方式运输速率的主要影响因素是什么？运输速率浓度差运输速率转运蛋白数量/能量自由扩散影响因素：温度膜两侧的浓度差笔记P691.2被动运输与主动运输曲线分析判断：下图对应哪种跨膜运输方式？主要影响因素是什么？协助扩散影响因素：温度膜两侧的浓度差转运蛋白的数量运输速率浓度差运输速率转运蛋白数量运输速率能量协助扩散笔记P691.2被动运输与主动运输曲线分析判断：下图对应哪种跨膜运输方式？主要影响因素是什么？主动运输影响因素：温度能量转运蛋白的数量运输速率能量运输速率转运蛋白数量运输速率浓度差主动运输笔记P691.2被动运输与主动运输曲线分析判断：下图对应哪种跨膜运输方式？主要影响因素是什么？主动运输或者协助扩散运输速率物质浓度笔记P691.2被动运输与主动运输曲线分析O2浓度：笔记P69温度：1.2被动运输与主动运输曲线分析囊性纤维化发生的一种主要原因是，患者肺部支气管上皮细胞转运氯离子的载体蛋白的功能发生异常，导致患者支气管中黏液增多，造成细菌感染。这一发现给囊性纤维化的治疗带来了希望。请搜集资料，了解与物质跨膜运输有关的疾病研究进展。与社会的联系肺黏液阻塞了气道教材P70变形虫摄取水中的有机物颗粒，就需要解决大分子物质进入细胞的问题。2胞吞与胞吐2.胞吞与胞吐思考以下问题，展示学习成果：什么是胞吞、胞吐？尝试概括胞吞以及胞吐过程。胞吐与胞吐对细胞生活有何意义？教材P712.胞吞与胞吐胞吞过程与膜上的蛋白质结合细胞膜内陷从细胞膜分离大分子物质包围着大分子小囊进入细胞接触（选择性）包围凹陷分离需要能量囊泡教材P712.1胞吞与胞吐举例：变形虫吞食细菌等食物颗粒；白细胞吞噬病菌。2.1胞吞与胞吐胞吐过程大分子物质在细胞内形成囊泡排出移动到细胞膜处与细胞膜融合需要能量教材P712.1胞吞与胞吐举例：内分泌腺细胞合成的蛋白质类激素；消化腺细胞分泌的消化酶等。大分子胞吞、胞吐特征：需要细胞内化学反应释放的能量；与膜蛋白结合（选择性）意义：通过胞吐细胞向外分泌分泌蛋白和激素，通过胞吞消灭细菌、癌细胞、及衰老的红细胞、细胞碎片保证生命活动的正常进行。胞吞、胞吐发生的结构基础：细胞膜的流动性。教材+笔记P71讨论以下问题，展示学习成果：胞吞、胞吐过程的实现与生物膜的特性有什么关系？游离于细胞质基质中的核糖体合成的蛋白质多是供细胞自身使用，而附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质能够分泌到细胞外。试分析其中的道理。思考·讨论教材P71胞吞、胞吐过程的实现与生物膜的特性有什么关系？细胞膜结构特性流动性是胞吞、胞吐的基础；胞吞、胞吐过程中膜形态、结构的变化也体现了膜的流动性。思考·讨论因为游离于细胞质基质中的核糖体，所合成的蛋白质也只能游离于细胞质基质中，由于蛋白质是大分子有机物，无法直接通过被动运输或主动运输穿过细胞膜运输到细胞外，所以一般只能留在细胞内供细胞自身使用。而附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质能够进入内质网腔中，并借助囊泡移动进入高尔基体，经加工包装后，包裹在囊泡中的蛋白质就能以胞吐的方式分泌到细胞外。思考·讨论游离于细胞质基质中的核糖体合成的蛋白质多是供细胞自身使用，而附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质能够分泌到细胞外。试分析其中的道理。教材P71小结：在物质的跨膜运输中，胞吞、胞吐普遍存在，需要消耗能量。提示：

胞吞、胞吐属于跨膜运输，但穿过的膜层数为0层。教材P71主动运输（如a、e）协助扩散（如c、d）自由扩散（如b）细胞外细胞内bc