4.1被动运输课件高一上学期生物人教版必修12

第4章细胞的物质输入和输出第1节被动运输

与生活的联系

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?滴入墨水处和旁边的浓度差将会减小。扩散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。扩散作用半透膜蔗糖溶液

水分子蔗糖分子玻璃纸(半透膜)清水渗透作用：水分子(或其它溶剂分子)通过半透膜的扩散。Q1.漏斗内的液面为什么会

升高?单位时间

从清水流

入蔗糖溶

液中的水

分子数单位时间

从蔗糖溶

液流入清

水中的水

分子数半透膜：让小分子通过而大分子不能

通过的一类多孔性

薄膜的总称问题探讨不会，当管内的液面上升到

一定高度之后，管中的水柱

产生的重力将加快漏斗中水

分向外扩散的速度，当漏斗内渗透压三液柱的压力，

最终达到平衡，液面将不再

上升。Q2.

如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗?为什么?蔗糖溶液玻璃纸(半透膜)

清水溶液渗透压：指溶液中溶质微粒对水的吸引力。问题探讨水分子

蔗糖分子半透膜一.渗透作用的原理：思考：B和C的液面会升高吗?(不会)30%蔗糖溶液30%蔗糖溶液纱布玻璃纸

玻璃纸清水

3

0%蔗糖溶液B

C发生渗透作用的条件是什么?①具有半透膜②半透膜两侧的溶液具有浓度差30%蔗糖溶液清水相对含量高一>相对含量低低浓度溶液—→高浓度溶液渗透压低—

→渗透压高水的

含量半透膜溶液

浓度水分子渗透作用中水分子的运动方向：蔗糖溶液玻璃纸(半透膜)

清水渗透压蔗糖分子细胞是个开放的生命系统

细胞膜作为细胞的边界具有选择透过性一

.

水进出细胞的原理1.水进出动物细胞的原理细胞吸水膨胀

细胞失水皱缩

细胞保持正常状态外界溶液浓度小

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

思考

·讨论

强化夯实，小组讨论：

1.血红蛋白是有机大分子物质，不能透过细胞膜，它相当于“问题探讨”中的蔗糖分子。2

.

红细胞的细胞膜是否相当于

一

层半透膜?

是3.不

一定。因为红细胞吸水膨胀后细胞内液浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内液浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，此时，红细胞将不再吸水。4.取决于红细胞内外溶液的浓度差，一般情况下，浓度差越大时，细胞吸水或失水越多。

5.因

为生理盐水的浓度与血浆的浓度基本一致，血细胞不会因为过度吸水或失水而出

现形态和功能上的异常。外界溶液基细

质

相当于

蔗糖溶液一细胞膜

相当于

半透膜①红细胞与外界溶液组成了一个渗透系统。②红细胞的细胞膜相当于一层半透膜，水分通过渗透作用进出红细胞。一.水进出细胞的原理2.水进出植物细胞的原理植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗?生活现象：1、在青菜上放一些盐，一会儿后就可看到水

分渗出。2、对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现

象。3、放蔫的青菜用清水浸泡一会儿后，又恢

复新鲜。植物细胞吸水和失水是否也是发生了渗透作用呢?已知：细胞膜和液泡膜都是生物膜，都具有选择透过性。能否把整个原生质层看作是一层半透膜呢

?是否满足发生渗透作用的条件：①具有半透膜②半透膜两侧的溶液具有浓度差细胞膜细胞质

液泡膜细胞壁(全透性)成熟植物细胞模式图原生质层细胞液原生质层是否相当于一层半透膜?水分进出植物细胞是通过渗透作用吗?一

原生质层相当于一层半透膜，水分进出植物细胞是通过渗透作用。

探究

实践——探究植物细胞的吸水和失水设计实验进行实验，

观察并记录结!分析结果，得表达与交流进

一

步探究外界溶液一细胞质

相当于

半透膜细胞壁质层原生·科学

探

究

的

一提出问题作出假设细胞膜液泡膜般

过

程蔗糖溶液细胞液相当于——原生质层是否相当于一层半透膜?水分进出植物细胞是通过渗透作用吗?→

原生质层相当于一层半透膜，水分进出植物细胞是通过渗透作用。

一

实验思路：将植物细胞分别浸润在较高浓度的蔗糖溶液进行实验，观察并记录结果分析结果，得出结论↓表达与交流进一步探究

探究

实践——探究植物细胞的吸水和失水·科学探究的和清水中，用显微镜观察液泡、原生质层、细胞大小的变化。提出问题作出假设设计实验蔗糖溶液

吸水纸

低倍镜下观察吸水纸

低倍镜下观察清水低倍镜

下观察制片

(某种植

物细胞)一般过程四、实验探究——观察植物细胞吸水和失水在盖玻片的一侧滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，在另

一侧用吸水纸引流在盖玻片的一侧滴加

清水，在另一侧用吸

水纸引流盖上盖玻片，制成洋

葱鳞片叶外表皮临时装片撕取洋葱鳞片叶外表皮低倍镜观察低倍镜观察低倍镜观察滴清水

探究

·

实践——探究植物细胞的吸水和失水——低倍物镜进行实验，观察并记录结果分析结果，得出结论表达与交流进一步探究中央液泡逐渐变小，

颜色变深逐渐变大，

颜色变浅原生质层

的位置逐渐脱离

细胞壁逐渐恢复

原来位置现象

试剂蔗糖溶液清水细胞大小基本不变基本不变提出问题作出假设设计实验0.3g/mL的蔗糖溶液清水●

●科学

探

究

的

一

般

过

程结论：(1)植物细胞的原生质层相当于一层半透膜；(2)植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。当外界溶液浓度>细胞液浓度细胞失水，原生质层与细胞壁分离开来—→质壁分离

探究

实践——探究植物细胞的吸水和失水观察并记录结果分析结果，得出结论表达与交流进一步探究当外界溶液浓度<细胞液浓度细胞吸水，与细胞壁分离的原生

质层慢慢恢复原来的状态提出问题作出假设设计实验进行实验，→

质壁分离复原·——(1)质壁分离的内因和外因：●

内

因

：原生质层具有选择透过性原生质层的伸缩性>细胞壁的伸缩性●

外

因

：外界溶液浓度>细胞液浓度(2)观察质壁分离和复原，对材料的要求：●活细胞●细胞有大液泡●外界溶液浓度>细胞液浓度(3)介于细胞膜与细胞壁之间的溶液：外界溶液提出问题作出假设设计实验进行实验，观察并记录结果分析结果，得出结论表达与交流进一步探究探究

·实践——探究植物细胞的吸水和失水科学探究的一般过程6——

>——

入1.植物细胞会由于过多吸水而涨破吗?不会。(因为细胞壁具有保护和支持的作用)2.如果滴加的是0.5

g/ml

的蔗糖溶液，实验结果如何?发生质壁分离，但不能质壁分离复原。(因为细胞已经严重失水而死亡了)3.可以选用黑藻或者洋葱鳞片叶内表皮细胞进行实验吗?提出问题作出假设I设计实验进行实验，观察并记录结果分析结果，得出结论表达与交流进一步探究

探究

·实践——探究植物细胞的吸水和失水科

学

探

究

的

一

般

过

程(1)判断细胞的死活(2)测定细胞液浓度范围：(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度(4)农业生产中的水肥管理(5)生活中杀菌、防腐、腌制食品(6)鉴别不同种类的溶液。成熟植物细胞+不同种类溶液→质壁分离→溶质不能通过半透膜的

溶液(如蔗糖溶液);质壁分离后又自动复原→溶质能通过半透

膜的溶液(如KNO₃

、尿素、甘油、乙二醇等溶液)质壁分离及其复原的应用渗透装置蔗糖溶液渗透作用原理

清水半透膜一动物细胞

植物细胞细胞膜原生质层

实例：洋葱细胞半透膜

浓度差实例：

哺乳动物

红细胞渗透吸水或失水半透膜像水分子这样，物质以

扩散方式

进出细胞，不需要

_消耗细胞内化学

反应所释放的

能量，这

种物质跨膜运输方式称为被动运输等渗溶液正常正常高渗溶液动

物细

胞植

物细

胞H₂O质壁分离

被动运输涨破肿胀H₂OH₂O低渗溶液皱缩H₂O

问题探讨非极性分子小的不带电荷

的极性分子大的不带电荷的极性分子O₂CO₂N₂苯H₂O

尿素甘油葡萄糖

蔗糖H+Na+离子

HCO³K+Ca²+Cl-Mg²+图1.人工脂双层膜对不同分子的通透性10-1010-810-610-410-21

10²

人工膜的通透性(cm·s-1)图2.生物膜和人工膜对多种物质的通透性O₂H₂OCO₂甘油10²生物膜的透

104

10-6cm10-8

·s-

10-10)1ONa+OCr通10-2

被动运输细胞外细胞内自由扩散

协助扩散

协助扩散①

自由扩散(简单扩散)物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式②协助扩散(易化扩散)物质借助膜上的转运蛋白进出细胞的扩散方式被动运输物质跨膜运输

的方式运输方向是否需要

转运蛋白是否消耗能量被动运输自

由

扩散顺浓度梯度不需要不消耗协助

扩散顺浓度梯度需要不消耗

被动运输比较自由扩散和协助扩散，并完成下列表格。

被动运输思考：水分子从水多的一侧向水少的一侧扩散，属于哪种方式的扩散?10²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

H,0们以自由穿过细胞膜磷脂分子的oo2间隙而进出细胞。

10-4后来的研究发现，水分子在通过细

Na+

甘油胞膜时的速率高过人工膜，由此推

10-8

Cl-断细胞膜上可能存在特殊的输送水分子的通道。10-610-20₂10-1010-810-610-410²人工膜的通透性

(cm·s-1)生物膜的通透性(cm

·

s-1)10-10

被动运输资料2:1988年，美国科学家阿格雷在分离纯化多种

红细胞膜上的蛋白质时，发现了个疏水性跨膜蛋白

(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，将这2种细胞放在

同一水溶液中，结果如图。阿格雷的“水通道验证实

验”发现了什么?说明了

水分子在细胞的运输还存

在怎样的方式?0.5min含AQP1

蛋白的细胞不含AQP1

蛋白的细

胞1.5

min

2.5min

3.5

min

被动运输资料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。从重组脂质体实验，你还能对细胞中水的运输方式或特点做出什么猜测吗?

被动运输正常成年人每天产生的原尿约

为180

L

,

最终只有约1.5

L的

尿液排出。其他的水去哪了?被肾小管细胞吸收进入血液了。

该过程需要水分子大量、快速

通过细胞膜进入肾脏细胞，自

由扩散的运输速率远不能满足

生命活动的需要，而协助扩散

能提高水的转运速率。肾小管和集合管重吸收

分泌肾小管周围毛细血管H₂O滤过原尿小管液H₂O含水通道的小泡内移H₂OATPcAMP激素

受体血液肾小球终尿血

管激素H₂O

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。钾离子通道模式图转运蛋白通道蛋白

载体蛋白只容许与自身通道直径和形状

相匹配、大小和电荷相适宜的

分子或离子通过；不需要与分

子或离子结合。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。钠离子

钾离子葡萄糖

氨基酸载

体

蛋白通

道

蛋白转运特点只容许与自身结合部

位相适应的分子或离

子通过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

过自身构象改变不改变是否与转运

的分子结合结合不结合是否有特异

性具有具有实例葡萄糖通过载体蛋

白进入红细胞水分子通过水通道蛋白

进出细胞

曲线解读判断：哪条曲线是自由扩散/协助扩散?请说出判断依据。通过转运蛋白的协助扩散具饱和性膜两侧的浓度差影响协助扩散的因素：

温度膜两侧的浓度差转运蛋白的数量影响自由扩散的因素：温度膜两侧的浓度差

影响因素膜两侧的浓度差运输速率浓度差

载体蛋白通道蛋白如水通道蛋白渗透装置渗透作用原理动物细胞细胞膜

细胞质

原生质层课堂总结水分子进出细胞协助扩散借助

转运蛋白包括半透膜渗透作用被动运输自由扩散穿过磷脂双分子被动运输包括植物细胞细胞液实例：洋葱细胞实例：

红细胞属于层想，这是为什么呢?油脂类物质通过自由扩散的方式被

细胞吸收，能吸收一部分空气的水

分，同时它可以使一部分自由水转

化为结合水，减少水分的散失，降

低结冰点；从而可以防干燥，还能

一定程度上防冻。

与生活的联系绝大部分保湿防冻产品中都有油脂类物质(如：甘油),想—润肤霜

练习与应用一、概念检测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。

(X)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(

D

)A.成熟植物细胞的死活B.