4.1 细胞通过质膜与外界进行物质交换【知识精讲精研】 高一生物高效课堂（沪科版2020必修1）

细胞通过质膜与外界进行物质交换第一节第四章细胞的代谢高一生物

必修一细胞是生命活动的基本单位

一份营养早餐通常含有蛋白质、糖类、脂质等营养成分。这些营养物质经过口腔的咀嚼和胃、肠的消化，分解为氨基酸、葡萄糖和脂肪酸等小分子后，由小肠上皮细胞吸收。食物为何需要被消化分解成小分子？这与细胞质膜的结构有何关系？细胞质膜透性的模拟实验思考与讨论：1.你的预测和实际结果是否相同？请对结果加以说明。2.根据实验结果，尝试解释细胞质膜具有选择透过性。

透析袋是一种半透膜，我们可以用透析袋模拟细胞质膜，直观认识其对物质的选择透过性。

取两个15cm长的透析袋，向透析袋A中加入5%可溶性淀粉溶液至距顶端5cm处。向透析袋B中加入等量蒸馏水。在流水中冲洗除去透析袋外表面的淀粉。1．细胞质膜具有选择透过性

①N2、O2、CO2等疏水性小分子物质容易从磷脂分子间透过；

②乙醇、甘油等亲水性小分子以及水也可以透过；

③氨基酸、葡萄糖等亲水性有机分子和离子均被阻挡（要借助质膜上的转运蛋白才能穿过细胞质膜）。

自由扩散：小分子物质通常是以扩散的方式透过细胞质膜。细胞质膜两侧的小分子物质由高浓度向低浓度的一侧扩散。2．小分子物质经被动或主动运输进出细胞滴加蔗糖溶液滴加清水质壁分离复原质壁分离水分子多水分子少植物细胞的吸水和失水O2、CO2以及乙醇等以自由扩散的方式直接透过细胞质膜。2．小分子物质经被动或主动运输进出细胞总结：自由扩散运输方向：顺浓度梯度（高→低）特点：不需要载体蛋白的协助、不需能量实例：①气体：O2、CO2、NH3等；

②

乙醇、苯等脂溶性的小分子有机物；

③少部分水（通过由于磷脂分子运

动而产生的间隙）影响因素：细胞内外浓度差浓度差扩散速度协助扩散

协助扩散：葡萄糖、氨基酸以及一些离子等，借助质膜上的转运蛋白顺浓度梯度运输方式。比较通道蛋白和载体蛋白

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、大小和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，不需要与通道蛋白结合。

总结：协助扩散运输方向：顺浓度梯度（高→低）特点：需要载体蛋白的协助、不需能量实例：①葡萄糖、氨基酸以及一些离子等；葡萄糖进入红细胞、肌细胞；浓度差运输速度②大部分水（细胞膜上存在水通道蛋白，水分子可以通过通道蛋白通过细胞膜）影响因素：细胞内外浓度差和转运蛋白的数量

水分子也是以被动运输的方式透过质膜，从溶液浓度低的一侧（水分子多）渗入溶液浓度高的一侧（水分子少），这一现象称为渗透。

渗透作用条件：半透膜；半透膜两侧的溶液存在浓度差渗透现象主动运输

为满足正常生理活动的需要，细胞也会逆浓度梯度从细胞外吸收或向细胞外排出一些物质。例如，典型哺乳动物细胞胞外Na+浓度比胞内高，而K+浓度比胞内低，细胞需要不断地逆浓度梯度吸收K+、排出Na+，以维持正常的生命活动。

主动运输：物质逆浓度梯度进出细胞需借助质膜上的载体蛋白，还需要细胞提供能量的方式。总结：主动运输运输方向：逆浓度梯度（低→高）特点：需要载体蛋白的协助、需要能量实例：小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖、氨基

酸、无机盐等，植物吸收矿质元素等。影响因素：载体蛋白的种类和数量、能量供应。运输速率O细胞外浓度总结：主动运输与被动运输比较物质跨膜运输的方式被动运输主动运输自由扩散协助扩散运输方向高浓度→低浓度低浓度→高浓度是否需要转运蛋白不需要需要需要是否消耗能量（ATP）不消耗消耗实例①气体：O2、CO2、NH3等；②乙醇、苯等脂溶性的小分子有机物；③少部分水（通过由于磷脂分子运动而产生的间隙）①葡萄糖、氨基酸以及一些离子等；葡萄糖进入红细胞、肌细胞；②大部分水（细胞膜上存在水通道蛋白，水分子可以通过通道蛋白通过细胞膜）K＋、Ca2＋、Na＋（钠钾泵，泵就是需要能量）等离子通过细胞；人的红细胞吸收葡萄糖。

胞吞：细胞还需要摄取一些大分子或颗粒物。

举例：①变形虫等单细胞生物从外界环境中摄取食物②白细胞吞噬人侵的细菌和病毒,细胞从血液中吸收脂蛋白3．大分子物质通过胞吞和胞吐进出细胞

胞吞过程：大分子或颗粒物与质膜上的受体结合，引起质膜内陷，将大分子或颗粒物包围起来形成小囊泡；随后小囊泡从细胞质膜上脱离下来进入细胞内部。在细胞内，小囊泡通常会与溶酶体融合，然后对被吞噬的物质进行分解。胞吞过程过程：大分子物质

在细胞内形成囊泡囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合大分子物质排到细胞外

胞吐的过程与胞吞相反，细胞将需要分泌、排出的大分子或颗粒物，用膜包裹形成小囊泡，运输到细胞质膜内侧后，与细胞质膜融合，将内含物排出细胞。分泌细胞都是以胞吐的方式排出分泌物的，如胰腺细胞通过胞吐方式将合成的胰蛋白酶原分泌出细胞，排入十二指肠起作用。胞吐过程4-1观察外界溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响实验目的

观察外界溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响。实验原理

当植物细胞失去水分时，液泡体积减小，原生质体（植物细胞脱去细胞壁的部分)变形，而细胞壁伸缩性较弱,部分区域的细胞质膜与细胞壁脱离,即发生质壁分离。原生质体的体积变化可以作为判断植物细胞内水分变化的标志。4-1观察外界溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响实验材料

紫色的洋葱鳞叶、30%蔗糖溶液、蒸馏水、显微镜、目镜测微尺、刀片、镊子、载玻片、盖玻片、滴管、吸水纸等。外表皮细胞4-1观察外界溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响实验过程1.30%蔗糖溶液对植物细胞质壁分离的影响。（1）取一片紫色的洋葱鳞叶，用刀片在鳞叶外表皮上划出一个小方块（5mm×5mm），再用镊子撕下该部分表皮，放在载玻片中央的清水滴里，展平并盖上盖玻片。（2）先用低倍镜再用高倍镜，观察洋葱外表皮细胞的正常状态、细胞中央液泡的大小以及细胞核的位置。拍摄记录观察结果（取3个视野）。4-1观察外界溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响实验过程（3）在盖玻片的一侧滴加1～2滴30%蔗糖溶液，在盖玻片的对侧用吸水纸引流（没有引过来，导致没有复原；细胞失水过多导致死亡）。重复几次，使蔗糖溶液渗入盖玻片下方，浸润洋葱外表皮。（4）每隔1min用低倍镜观察洋葱外表皮细胞的变化，注意液泡体积和颜色变化，以及是否出现质壁分离现象。拍摄记录观察结果（取3个视野）。8～10min后停止实验。（细胞壁和原生质体中间的是外界溶液）4-1观察外界溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响实验过程2.蒸馏水对质壁分离细胞的影响（1）在已发生质壁分离样品的盖玻片一侧滴加蒸馏水，重复引流操作，使样品浸润在蒸馏水中。（2）每隔1min观察细胞复原情况，并拍摄记录（取3个视野）。4-1观察外界溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响实验过程3.数据处理（1）选取细胞长宽比为3:1到2:1的质壁分离细胞3个，用测微尺测量其细胞长度（l1）和原生质体长度（l2），或者用软件计算细胞面积（S1）和原生质体面积（S2），记录测量结果。（2）计算出每个时间点三个细胞l2/l1（或S2/S1）的平均值，并以此为纵坐标，以时间为横坐标，绘制曲线。4-1观察外界溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响正常状态高浓度状态低浓度状态图像液泡大小变化正常大小逐渐变小逐渐变大，恢复原来大小原生质层位置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实验结果

课堂练习1．科学家预计在不久的将来，能研制出“瘦素穿肠蛋白”来治疗肥胖，通过口服能进入人体的血液，可以减轻肥胖症患者通过肌肉注射的痛苦，你推测这种药品穿过小肠上皮细胞最可能的方式是()A．主动运输 B．胞吞C．被动运输 D．渗透作用B2．下列关于“胞吞”和“胞吐”过程的叙述，错误的是()A．在物质跨膜运输过程中，“胞吞”和“胞吐”过程是普遍存在的现象B．“胞吞”和“胞吐”过程均需要消耗细胞呼吸释放的能量C．“胞吞”形