
第7講 細(xì)胞的物質(zhì)輸入與輸出
1.闡明質(zhì)膜具有選擇透過性。2.活動:觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原。3.闡明被動運(yùn)輸?shù)脑砗吞攸c(diǎn)。 闡明主動運(yùn)輸?shù)倪^程、特點(diǎn)和意義。4.舉例說明大分子物質(zhì)可以通過胞吞、胞吐進(jìn)出細(xì)胞。
考點(diǎn)一 水進(jìn)出細(xì)胞的原理
考點(diǎn)二 觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原
考點(diǎn)三 物質(zhì)出入細(xì)胞方式及影響因素
主要考點(diǎn) 必備知識
水分子(或其他溶劑分子)從相對含量高的地方向相對含量低的地方通過半透膜擴(kuò)散的過程。
滲透作用產(chǎn)生的條件:具有半透膜 ;半透膜兩側(cè)存在濃度差.
注意: 水分子都是從相對含量多的到相對含量少的方向凈擴(kuò)散;水分子都是從滲透壓低的地方凈流向滲透壓高的地方。 液面上升的原因:單位時間內(nèi)通過半透膜進(jìn)入漏斗內(nèi)的水分子數(shù)大于通過半透膜進(jìn)入燒杯內(nèi)的水分子數(shù)。 達(dá)到平衡時,通過半透膜進(jìn)出的水分子數(shù)是相等的,液面高度不變。(液面上升到一定高度就會產(chǎn)生一個靜水壓,當(dāng)這個壓力和漏斗內(nèi)的滲透壓對水分子的作用效果相等時,即通過半透膜進(jìn)出的水分子數(shù)是相等的,液面高度不變。 ) 蔗糖分子不能透過半透膜,達(dá)到平衡時,漏斗內(nèi)的滲透壓還是大于燒杯內(nèi)的滲透壓 。
指溶液中溶質(zhì)微粒對水的吸引力。
決定因素 :取決于溶液中溶質(zhì)微粒的數(shù)目,溶質(zhì)微粒越多,即溶液濃度越高,對水的吸引力越大,溶液滲透壓越高;反之, 溶液滲透壓越低。
10%葡萄糖溶液的物質(zhì)的量濃度大,因此水分子由10%蔗糖溶液→10%葡萄糖溶液較多,右側(cè)液面升高
(1)半透膜只允許水分子通過
蔗糖被水解為兩分子單糖,導(dǎo)致左側(cè)濃度升高,水分子由10%的葡萄糖溶液→10%的蔗糖溶液較多,則左側(cè)液面升高,最終高于右側(cè)
液面穩(wěn)定后,將右側(cè)液面高出部分吸走
右側(cè)液面繼續(xù)升高并達(dá)到新的平衡
(2)溶質(zhì)能通過半透膜的滲透裝置
S1和S2是兩種不同的溶質(zhì)且只有水和S1能透過半透膜
S1和S2是同種溶質(zhì),且能透過半透膜, S1溶液濃度大于S2溶液濃度
3.動物細(xì)胞的吸水與失水
4.植物細(xì)胞的吸水與失水
注意:成熟的植物細(xì)胞由于中央大液泡占據(jù)了細(xì)胞的大部分空間,將細(xì)胞質(zhì)擠成一薄層,所以細(xì)胞內(nèi)的液體環(huán)境主要指的是液泡里面的細(xì)胞液。細(xì)胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)稱為原生質(zhì)層(原生質(zhì)層≠原生質(zhì)體)。水進(jìn)出細(xì)胞,主要是指水通過原生質(zhì)層進(jìn)出液泡。
考向 滲透作用的原理及應(yīng)用分析1.如圖是平衡時的滲透裝置,二糖不能通過半透膜,在此基礎(chǔ)上繼續(xù)實驗。下列判斷正確的是( )A.若向漏斗中滴入清水,平衡時m將不變B.若向漏斗中加入蔗糖分子,則平衡時m不變C.若吸出漏斗中高出燒杯液面的溶液,則平衡時m減小D.向燒杯中加入適量清水,平衡時m將增大
解析:向漏斗內(nèi)滴入清水,漏斗內(nèi)溶液濃度降低,平衡時m將減小,A錯誤;若向漏斗中加入蔗糖分子,漏斗內(nèi)溶液濃度升高,水分子進(jìn)入漏斗更多,平衡時m增大,B錯誤;
若吸出漏斗中高出燒杯液面的溶液,則其中溶質(zhì)也被吸出,其漏斗中溶質(zhì)減少,滲透壓降低,吸水能力也減弱,則平衡時m將減小,C正確;向燒杯中加入適量清水,a增大,b也增大,但小于a的增加值,m將減小,D錯誤。
考向 動植物細(xì)胞吸水與失水的分析2.科研人員將人的成熟紅細(xì)胞分別置于蒸餾水和幾種等滲溶液中,測定紅細(xì)胞溶血(溶血是指紅細(xì)胞破裂后血紅蛋白滲出的現(xiàn)象)所需時間,實驗結(jié)果如圖所示。以下敘述錯誤的是( )A.紅細(xì)胞膜主要由磷脂和蛋白質(zhì)構(gòu)成B.處于等滲溶液中的紅細(xì)胞吸水漲破是由于 溶質(zhì)分子進(jìn)入細(xì)胞導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)濃度升高C.氯化銨、甘油、乙醇、丙酮進(jìn)入紅細(xì)胞的 速度依次減小D.上述實驗可以證明脂溶性物質(zhì)更易通過細(xì)胞膜
解析:分析題圖可知,氯化銨、甘油、乙醇、丙酮擴(kuò)散進(jìn)入紅細(xì)胞的速度大小關(guān)系為丙酮>乙醇>甘油>氯化銨,C錯誤。
1.滲透作用中膜兩側(cè)溶液的濃度指的是質(zhì)量百分比濃度( )2.在滲透作用中,當(dāng)半透膜兩側(cè)溶液濃度相等時,水分子不再通過半透膜( )3.雖然紅細(xì)胞沒有具膜細(xì)胞器,但將其放入一定濃度的外界溶液中,也能發(fā)生滲透作用( )4.植物細(xì)胞的原生質(zhì)層包括細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核( )
5.(必修1 P63)紅細(xì)胞的細(xì)胞膜相當(dāng)于半透膜。習(xí)慣上說的半透膜是_______________ 薄膜,物質(zhì)能否通過取決于____________;選擇透過性膜是 的生物膜,其對不同物質(zhì)的通過性不僅取決于 ,還與 有關(guān)。因此細(xì)胞膜和半透膜類似,又有所不同。
1.(必修1 P62)滲透作用:水分子(或其他溶劑分子)通過 的擴(kuò)散。2.(必修1 P63)原生質(zhì)層: 。3.(必修1 P62)如果半透膜兩側(cè)存在 ,滲透的方向就是水分子______________________________________________。4.(必修1 P65)當(dāng)細(xì)胞不斷失水時,由于 ,原生質(zhì)層就會與細(xì)胞壁逐漸分離開來。
細(xì)胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)
的相對含量高的一側(cè)向相對含量低的一側(cè)滲透
原生質(zhì)層比細(xì)胞壁的伸縮性大
觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原
植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離復(fù)原
植物細(xì)胞的原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜,植物細(xì)胞是通過滲透作用吸水和失水的。
提示 本實驗中,實驗組和對照組在同一裝片中先后進(jìn)行,屬于自身對照。
植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原
注意:蔗糖溶液濃度不能太高(如:0.5g/ml蔗糖溶液),細(xì)胞會失水過多而死亡,失去選擇透過性。由于細(xì)胞壁的支持和保護(hù)作用,植物細(xì)胞不會吸水漲破。判斷植物細(xì)胞的死活的常用方法:是否能否發(fā)生質(zhì)壁分離與復(fù)原;細(xì)胞質(zhì)是否流動(觀察葉綠體的運(yùn)動);細(xì)胞膜是否有選擇透過性(臺盼藍(lán)染色法)。
若所用溶液中的溶質(zhì)為葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等,質(zhì)壁分離后因細(xì)胞主動或被動吸收溶質(zhì)微粒而使細(xì)胞液濃度增大,細(xì)胞會吸水引起質(zhì)壁分離后的自動復(fù)原。
考向 實驗原理和基本步驟分析1.在觀察某植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原實驗中,依次觀察到的結(jié)果示意圖如下,其中①、②指細(xì)胞結(jié)構(gòu)。下列敘述正確的是( )A.甲狀態(tài)時不存在水分子跨膜運(yùn)輸 進(jìn)出細(xì)胞的現(xiàn)象B.乙狀態(tài)時①和②之間為水,②的 伸縮性比①的要大C.乙→丙的變化是由于外界溶液濃度小于細(xì)胞液濃度所致D.丙狀態(tài)時細(xì)胞液濃度與外界溶液濃度相等
解析:甲狀態(tài)時,水分子仍然以跨膜運(yùn)輸?shù)男问竭M(jìn)出細(xì)胞,A錯誤;乙狀態(tài)時①和②之間應(yīng)為蔗糖溶液,B錯誤;乙→丙的變化表示細(xì)胞在發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原,其變化的原因是外界溶液濃度小于細(xì)胞液濃度,細(xì)胞吸水所致,C正確;丙狀態(tài)時,由于細(xì)胞壁的保護(hù)作用,細(xì)胞液濃度可能仍大于外界溶液的濃度,D錯誤。
考向 實驗的拓展和應(yīng)用
2.正確的實驗往往能達(dá)到特定的目的。下列各項中,不能通過植物細(xì)胞質(zhì)壁分離實驗達(dá)到相關(guān)實驗?zāi)康牡氖? )A.判斷成熟的植物細(xì)胞的死活B.原生質(zhì)層比細(xì)胞壁的伸縮性大C.成熟的植物細(xì)胞能進(jìn)行滲透吸水D.水分子可以通過通道蛋白進(jìn)入細(xì)胞
解析 通過植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原實驗可判斷細(xì)胞的死活,可驗證原生質(zhì)層的伸縮性大于細(xì)胞壁,A、B不符合題意;質(zhì)壁分離后的植物細(xì)胞放在清水中會發(fā)生復(fù)原,證明植物細(xì)胞能通過滲透作用吸收水分,C不符合題意;質(zhì)壁分離實驗無法證明水分子可以通過通道蛋白進(jìn)入細(xì)胞,D符合題意。
1.成熟的植物細(xì)胞在發(fā)生質(zhì)壁分離的過程中,細(xì)胞吸水能力逐漸減弱( )2.在蔗糖溶液中加入適量紅墨水,可觀察紫色洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細(xì)胞的質(zhì)壁分離( )
1.(必修1 P65)當(dāng)細(xì)胞不斷失水時,由于 ,原生質(zhì)層就會與細(xì)胞壁逐漸分離開來。
物質(zhì)出入細(xì)胞方式及影響因素
物質(zhì)通過簡單擴(kuò)散作用進(jìn)出細(xì)胞,叫做自由擴(kuò)散。
借助膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)出細(xì)胞的物質(zhì)擴(kuò)散方式,叫做協(xié)助擴(kuò)散。
注意:都是順濃度梯度運(yùn)輸,不需要消耗能量,但協(xié)助擴(kuò)散需要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)助,具有特異性,飽和性,比自由擴(kuò)散轉(zhuǎn)運(yùn)速率高。
兩者的區(qū)別:是否需要膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白包括載體蛋白和通道蛋白
水、氧氣、二氧化碳、苯、甘油、脂肪酸、尿素、固醇、乙醇。
從低濃度一側(cè)運(yùn)輸?shù)礁邼舛纫粋?cè),需要載體蛋白的協(xié)助,同時還需要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量,這種方式叫做主動運(yùn)輸。
注意:一種載體蛋白通常只適合與一種或一類離子或分子結(jié)合,載體蛋白具有專一性。 主動運(yùn)輸普遍存在于動植物和微生物細(xì)胞中,通過主動運(yùn)輸來選擇吸收所需要的物質(zhì),排出代謝廢物和對細(xì)胞有害的物質(zhì),從而保證細(xì)胞和個體生命活動的需要。
同向協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和反向協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白
所利用的能量儲存在一種溶質(zhì)的電化學(xué)梯度中
光能—細(xì)菌質(zhì)膜上的H+泵
注意:①主動運(yùn)輸不一定都是逆濃度梯度,如飯后小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖屬于主動運(yùn)輸,但是細(xì)胞外的葡萄糖濃度可能高于細(xì)胞內(nèi)。 ②某物質(zhì)的具體運(yùn)輸方式并不唯一,需要根據(jù)具體情況去分析判定。
3.影響物質(zhì)跨膜運(yùn)輸因素的分析 (1)濃度差對物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)挠绊?br/>濃度差主要影響自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散。自由擴(kuò)散中,濃度差越 ,運(yùn)輸速率越 ;協(xié)助擴(kuò)散中,濃度差達(dá)到一定程度后運(yùn)輸速率不再繼續(xù)增加,原因是受 的限制。
轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白主要影響 和 。其他條件適宜的情況下,協(xié)助擴(kuò)散中轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白數(shù)量越多,運(yùn)輸速率越大;主動運(yùn)輸中載體蛋白數(shù)量達(dá)到一定程度后運(yùn)輸速率不再增加,可能原因是受能量供應(yīng)限制。自由擴(kuò)散不受轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白數(shù)量的影響。
3.影響物質(zhì)跨膜運(yùn)輸因素的分析 (2)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白數(shù)量對跨膜運(yùn)輸?shù)挠绊?br/>通過影響細(xì)胞呼吸進(jìn)而影響主動運(yùn)輸?shù)乃俾省?br/>①P點(diǎn)時: 為物質(zhì)的運(yùn)輸提供能量。②PQ段:隨著氧氣含量的增加,有氧呼吸產(chǎn)生的能量越 ,主動運(yùn)輸?shù)乃俾试? 。
③Q點(diǎn)以后:當(dāng)氧氣含量達(dá)到一定程度后,受載體蛋白數(shù)量以及其他限制因素的影響,運(yùn)輸速率不再增加。
3.影響物質(zhì)跨膜運(yùn)輸因素的分析 (3)氧氣含量對跨膜運(yùn)輸?shù)挠绊?br/>3.影響物質(zhì)跨膜運(yùn)輸因素的分析 (4)溫度
當(dāng)細(xì)胞攝取大分子時,首先是大分子與膜上的蛋白質(zhì)結(jié)合,從而引起這部分細(xì)胞膜內(nèi)陷形成小囊,包圍著大分子。然后小囊從細(xì)胞膜上分離下來,形成囊泡,進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部,這種現(xiàn)象叫胞吞。
細(xì)胞需要外排的大分子,先在細(xì)胞內(nèi)形成囊泡,囊泡移動到細(xì)胞膜處,與細(xì)胞膜融合,將大分子排除細(xì)胞,這種現(xiàn)象叫胞吐。
注意:胞吞形成的囊泡會被細(xì)胞內(nèi)的溶酶體降解。胞吞與胞吐也需要細(xì)胞呼吸釋放的能量,也需要蛋白質(zhì)的參與,更離不開膜上磷脂雙分子層的流動性。胞吞、胞吐會導(dǎo)致膜成分的更新。
5.物質(zhì)出入細(xì)胞方式的比較
考向 物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式的判斷1.下圖表示幾種常見的物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式,下列相關(guān)說法不正確的是( )A.同種生物不同細(xì)胞的細(xì)胞膜上轉(zhuǎn)運(yùn) 蛋白的種類和數(shù)量不同B.①和②均屬于被動運(yùn)輸,需要相應(yīng) 的蛋白質(zhì)進(jìn)行協(xié)助C.③屬于主動運(yùn)輸,能夠逆著濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)且消耗能量D.胰島素是大分子蛋白質(zhì),以③方式出組織細(xì)胞發(fā)揮作用
解析:胰島素是大分子蛋白質(zhì),以胞吐的形式出細(xì)胞發(fā)揮作用,D錯誤。
考向 影響物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)囊蛩胤治?.如圖甲、乙分別是洋蔥根尖在不同O2濃度及不同底物濃度情況下(其他條件適宜),從含硝酸鉀的全營養(yǎng)液中吸收 的速率曲線圖。下列相關(guān)描述不正確的是( )A.a點(diǎn)時影響離子吸收速率的主要 因素是能量B.b點(diǎn)時離子吸收速率不再增大是 因為載體蛋白的數(shù)量有限C.c點(diǎn)時影響離子吸收速率的主要因素是物質(zhì)濃度D.d點(diǎn)時離子吸收速率不再增大是因為物質(zhì)濃度太高,細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離
解析:洋蔥根尖吸收 的方式是主動運(yùn)輸,吸收速率受能量、載體蛋白和物質(zhì)濃度的影響。d點(diǎn)時離子吸收速率不再隨物質(zhì)的濃度的增大而增大,可能是因為載體蛋白數(shù)量有限或能量不足,D錯誤。
考向 物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)挠嘘P(guān)探究實驗分析3.將生長狀況良好的人成熟紅細(xì)胞平均分為三組進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)實驗。甲組加入細(xì)胞呼吸抑制劑,乙組加入載體蛋白抑制劑,丙組不做處理,一段時間后測定物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)速率。與丙組相比,甲組和乙組中物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)速度明顯降低,甲、乙兩組中的待轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)是( )A.甲組:K+;乙組:葡萄糖B.甲組:氧氣;乙組:二氧化碳C.甲組:葡萄糖;乙組:甘油D.甲組:氨基酸;乙組:大分子蛋白質(zhì)
解析:K+進(jìn)入細(xì)胞的方式為主動運(yùn)輸,葡萄糖進(jìn)入人成熟紅細(xì)胞的方式為協(xié)助擴(kuò)散,A正確;氧氣進(jìn)入人成熟紅細(xì)胞與二氧化碳出人成熟紅細(xì)胞的方式都為自由擴(kuò)散,B錯誤;葡萄糖進(jìn)入人成熟紅細(xì)胞的方式為協(xié)助擴(kuò)散,甘油進(jìn)出人成熟紅細(xì)胞的方式為自由擴(kuò)散,C錯誤;氨基酸進(jìn)入人成熟紅細(xì)胞的方式為主動運(yùn)輸,大分子蛋白質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式為胞吞、胞吐,D錯誤。
1.分子或離子通過通道蛋白時,需要與通道蛋白結(jié)合( )2.少數(shù)水分子借助水通道蛋白進(jìn)出細(xì)胞,更多的水分子以自由擴(kuò)散方式進(jìn)出細(xì)胞( )3.Na+與有關(guān)載體蛋白結(jié)合排出神經(jīng)細(xì)胞屬于主動運(yùn)輸( )4.細(xì)胞外液中的K+進(jìn)入神經(jīng)細(xì)胞屬于自由擴(kuò)散( )5.同種物質(zhì)進(jìn)出同一細(xì)胞的方式一定相同( )
6.以胞吐的方式排出細(xì)胞的物質(zhì)不一定都是生物大分子( )7.主動運(yùn)輸使膜內(nèi)外物質(zhì)濃度趨于一致,維持了細(xì)胞的正常代謝( )8.過胞吞或胞吐方式進(jìn)出細(xì)胞,需要膜上蛋白質(zhì)的參與,更離不開膜上磷脂雙分子層的流動性( )
1.(必修1 P65)被動運(yùn)輸:____________________________________2.(必修1 P66)自由擴(kuò)散(簡單擴(kuò)散):____________________________________________________________________________。3.(必修1 P66)協(xié)助擴(kuò)散(易化擴(kuò)散):________________________。4.(必修1 P69)主動運(yùn)輸:_____________________________________________________________________________________________________________。
物質(zhì)以擴(kuò)散方式進(jìn)出細(xì)胞,不需要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量的物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式。
物質(zhì)通過簡單的擴(kuò)散作用進(jìn)出細(xì)胞的方式。
物質(zhì)借助膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)出細(xì)胞的方式
物質(zhì)逆濃度梯度進(jìn)行跨膜運(yùn)輸,需要載體蛋白的協(xié)助,同時還需要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量的物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式
5.(必修1 P66)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白分為 兩類,通道蛋白只容許與自身通道的 相適配、 相適宜的分子或離子通過。分子或離子通過通道蛋白時,不需要與通道蛋白結(jié)合。而載體蛋白只容許與自身結(jié)合部位相適應(yīng)的分子或離子通過,而且每次轉(zhuǎn)運(yùn)時都會發(fā)生自身 的改變。6.(必修1 P72)通過胞吞或胞吐進(jìn)出細(xì)胞,需要膜上 的參與,更離不開膜上磷脂雙分子層的 。
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