第3讲物质跨膜运输的实例与物质跨膜运输的方式

第 3 讲 物质跨膜运输的实例与物质跨膜运输的方式 知识点一 细胞的吸水和失水 渗透作用发 生的条件 具有 两侧的溶液具有浓度差) 动物 细胞 外界溶液浓度 细胞质浓度时，细胞吸水膨胀 外界溶液浓度 细胞质浓度时，细胞失水皱缩 外界溶液浓度 细胞质浓度时，细胞水分进出平衡，形态不变) 植物细胞 结构 细胞壁：全透性 原生 质层 细胞质 具有选择透过性，相当于半透膜) 条件：成熟植物细胞具有中央 ，是一个渗透系统 实验 验证 细胞液浓度外界溶液浓度 失水 细胞液浓度外界溶液浓度 吸水 10 ) ) ) 想一想：细胞吸水时，水分子跨膜运输的状态如何？ 知识点二 物质跨膜运输的其他实例 其他 实例 （1）植物植物对无机盐 离子的吸收 不同植物（如番茄、水稻）对同一离子的吸收能力 同种植物对不同离子的吸收能力 ) （2）人体甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的特点：逆浓度梯度 （3）不同微生物对各种矿物质的需要量不同，吸收时各自都有 ) 结论 细胞膜和其他生物膜一样都是选择透过性膜 它具有的特点 a. 可以自由通过 b.一些需要的 也可以通过 c.其他的 则不能通过 ) ) 议一议：半透膜与选择透过性膜有哪些异同点？ 知识点三 物质进入细胞的方式 物质跨膜运输的方式 被动运输 自由扩散 方向：物质分子从 一侧运输到 一侧 原因：细胞膜两侧存在物质分子浓度差 实例：水、CO2、甘油、乙醇 ) 协助扩散 方向：物质分子从 一侧运输到 一侧 原因（1）细胞膜两侧存在物质分子浓度差 （2）细胞膜上 21 的协助 ) 实例：葡萄糖进入红细胞 ) 主动运输 方向：物质分子从 22 一侧运输到 23 一侧 原因（1）细胞膜上相应的 24 的协助 （2）细胞新陈代谢产生的 25 ) 实例：K、Na、Ca2、氨基酸 ) ) 比一比：自由扩散、协助扩散和主动运输与胞吞、胞吐有何主要区别？ 细胞吸水和失水 哺乳动物成熟的红细胞 成熟的植物细胞 1只有成熟的植物细胞才发生质壁分离现象。 2动物细胞无细胞壁，会发生吸水涨破现象，但植物细胞有细胞壁不会因吸水而涨破。 3渗透作用特指水分子等溶剂分子透过半透膜，由低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。 4自由扩散是物质顺浓度梯度进出细胞的方式，包含细胞渗透吸水和失水。 5主动运输是细胞按照生命活动需要主动摄取或排出物质的跨膜运输方式，需要载体协助 并消耗 ATP。 6胞吞、胞吐的物质通常是大分子物质、颗粒状物质或液体，通过膜泡运输，非跨膜运输。 自我校对： 半透膜 半透膜 细胞膜 液泡膜 大液泡 质壁分离 质壁分离复原 不同 不同 选择性 水分子 离子和小分子 离子、小 10 分子和大分子 高浓度 低浓度 高浓度 低浓度 载体蛋白 低浓度 21 22 高浓度 载体蛋白 能量(ATP) 细胞膜 囊泡 囊泡 融合 23 24 25 26 27 28 29 想一想：水分子在细胞膜上总是双向运动的。只不过在细胞吸水时，由外向内扩散的水分子 总数多于由内向外扩散的水分子总数。 议一议：相同点：某些物质可以通过，另一些物质不能通过。 不同点：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。 比一比：前三种物质运输方式是小分子和离子的运输方式，不包括大分子，且他们是穿膜运 输。胞吞、胞吐是大分子或颗粒性物质的运输方式，运输是通过膜融合实现转移的，被运输 的物质不直接穿过生物膜。 ,渗透系统的组成分析及应用 Error! 1对比分析 渗透作用模型 植物细胞与外界溶液形成渗 透系统 图解 基本组 成或条 件 半透膜两侧 的溶液具有 浓度差 原生质层选择透过性膜 浓度差细胞液与外界溶 液之间 原理 水分子通过半透膜的扩散作 用 细胞液通过原生质层与外界 溶液之间发生渗透 水扩散 的方向 低浓度溶液高浓度溶液 2.两组相近概念比较 (1)半透膜、选择透过性膜 区别：半透膜是无生命的物理性薄膜，是指某些物质可以透过而另一些物质不能透过的 多孔性薄膜，物质能否通过取决于分子的大小。 选择透过性膜是具有生命的生物膜，载体的存在决定了其对不同物质是否吸收的选择性。 细胞死亡或膜载体蛋白失活后，其选择透过性丧失。 共性：都允许水分子自由通过，而不允许大分子物质通过。 (2)原生质层、原生质体 原生质层在成熟的植物细胞内相当于半透膜的结构，由细胞膜、液泡膜以及两层膜之间 的细胞质组成，不包括细胞核和液泡内的细胞液。此结构仅存在于成熟的植物细胞中。 原生质体是去除了植物细胞壁后所剩下的具有生物活性的植物细胞结构，包括细胞膜、 细胞质、细胞核三部分，常用作植物细胞融合的材料。 3渗透系统的应用 (1)比较不同溶液浓度大小 漏斗内烧杯内 溶液浓度MN 现象及结论 若漏斗内液面上升，则 MN 若漏斗内液面不变，则 MN 若漏斗内液面下降，则 M乙，被动运输 C甲乙，主动运输 D甲乙，主动运输 解析 考查渗透作用相关知识。水分子过膜方式是自由扩散，属于被动运输。洋葱表皮细胞 在质量浓度为 0.3 g/mL 的蔗糖溶液处理，细胞发生质壁分离后，说明细胞失水了。把发生质 壁分离的细胞立即将外表皮放入蒸馏水中，直到细胞中的水分不再增加，此时细胞吸水且细 胞液应该小于蔗糖溶液处理前外表皮细胞液的浓度。 答案 B 2(2011重庆卷)下图为某种植物幼苗(大小、长势相同)均分为甲、乙两组后，在两种不同 浓度的 KNO3溶液中培养时鲜重的变化情况(其他条件相同且不变)。下列有关叙述，错误 的是( )。 两组幼苗在 KNO3溶液中的鲜重变化 A3 h 时，两组幼苗均已出现萎蔫现象，直接原因是蒸腾作用和根细胞失水 B6 h 时，甲组幼苗因根系开始吸收 K、NO，吸水能力增强，使鲜重逐渐提高 3 C12 h 后，若继续培养，甲组幼苗的鲜重可能超过处理前，乙组幼苗将死亡 D实验表明，该植物幼苗对水分和矿质元素的吸收是两个相对独立的过程 解析 3 h 后，两组幼苗重量均已低于开始幼苗鲜重，即发生了萎蔫，一方面是因为蒸腾作用 散失的水分，另一方面是因放在比根细胞浓度大的 KNO3溶液中，根细胞通过渗透作用失水。 根系从一开始就通过主动运输吸收 K、NO，6 h 后甲组幼苗鲜重增加说明根细胞吸收的 3 水分比蒸腾作用散失的水分多，根细胞内离子浓度高于外界溶液浓度应在 6 h 前就开始了， 只不过根细胞吸收的水分比蒸腾作用散失的水分少，所以鲜重还是在减少。根细胞内通过主 动运输吸收的离子数量在增多，而吸水量也在增加，根细胞内离子浓度在变化，而根外溶液 离子被吸收和水分的吸收也在变化，根细胞内外离子浓度差的变化不好确定，所以根的吸水 能力不好判定。12 h 后，由于甲组根系不断通过主动运输吸收 K、NO，从而保持根细胞 3 内外浓度差，使其吸水量大于蒸腾量而有可能超过处理前的鲜重量，而乙组放在比根细胞浓 度大很多的 KNO3溶液中，根细胞通过渗透作用和蒸腾作用不断大量失水造成严重萎蔫最 后死亡。通过以上分析可知吸收离子与吸收水分是两个相对独立的过程。 答案 B ,物质跨膜运输的方式 3.(2010广东卷)下图是植物从土壤中吸收某矿物质离子示 意图。据图判断，该离子跨膜进入根毛细胞的方式为( )。 A. 自由扩散 B. 协助扩散 C. 主动运输 D. 被动运输 解析 考查学生获取信息的能力和理解能力。结合图示可以看出，该矿质离子的跨膜运输有 两个特点：一是逆浓度梯度，二是消耗 ATP，故应为主动运输。 答案 C 4(2010天津卷)下列关于物质跨膜运输的叙述，错误的是( )。 A主动运输过程中，需要载体蛋白协助和 ATP 提供能量 B在静息状态下，神经细胞不再进行葡萄糖的跨膜运输 C质壁分离过程中水分子外流导致细胞内渗透压升高 D抗体分泌过程中，囊泡膜经融合成为细胞膜的一部分 解析 物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧，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，这种方式叫做主动运输。在静息状态下，神经细胞进行着 K外流 和其他的生命活动，需要能量供给，进行着葡萄糖的跨膜运输和葡萄糖的分解。抗体分泌过 程属于胞吐，高尔基体分泌的囊泡到达细胞膜时，囊泡膜与细胞膜融合，成为细胞膜的一部 分。 答案 B 5(2011海南单科，27)原尿中葡萄糖、氨基酸等物质的浓度与血浆中的基本相同。原尿经 肾小管上皮细胞的选择性重吸收和分泌作用后形成尿液。正常情况下尿液中不含葡萄糖。 肾小管上皮细胞中的葡萄糖通过被动运输的方式进入组织液。下图为肾小管壁及相关结构 示意图。 回答问题。 (1)肾小管上皮细胞中的葡萄糖浓度_(高于、低于、等于)组织液中的。 (2)原尿中的葡萄糖进入肾小管上皮细胞的运输方式是_，需要_的参与。 (3)肾小管上皮细胞重吸收水分的原理是_，原尿中葡萄糖未能被完全重吸收从而导 致尿量增加的原因是 _ _。 解析 (1)依据题干中提供的信息“肾小管上皮细胞中的葡萄糖通过被动运输的方式进入组 织液”可推测肾小管上皮细胞中的葡萄糖浓度高于组织液中的葡萄糖浓度。(2)依据题干提 供的信息：“原尿中葡萄糖浓度与血浆中的基本相同” 、 “正常情况下尿液中不含葡萄糖”可 推知原尿中葡萄糖进入肾小管上皮细胞的运输方式是主动运输，需要载体蛋白参与。(3)肾小 管上皮细胞重吸收水分的原理是渗透作用。原尿中葡萄糖未能被完全重吸收，会使原尿渗透 压增加，水分重吸收减弱带走大量水分。 答案 (1)高于 (2)主动运输 载体蛋白和 ATP (3)渗透吸水 肾小管腔中液体的浓度高 于正常水平，渗透压高，水分重吸收减弱，造成尿量增加 ,综合实验探究 6.(2010浙江卷，29，)为研究兔红细胞在不同浓度 NaCl 溶液中的形态变化，请根据以下 提供的实验材料与用具，写出实验思路，设计记录实验结果及原因分析的表格，并填入相 应内容。 材料与用具：兔红细胞稀释液、质量分数为 1.5%的 NaCl 溶液、蒸馏水、试管、显微镜等。 (要求：答题时对 NaCl 溶液的具体配制、待观察装片的具体制作不作要求) (1)实验思路： _； _； _。 (2)设计一张表格，并将预期实验结果及原因分析填入该表中。 解析 实验目的为研究兔红细胞在不同浓度 NaCl 溶液中的形态变化，所以需要设置不同梯 度浓度的 NaCl 溶液，实验原理是动物细胞的细胞溶液浓度为 0.9%，在浓度低于 0.9%的 NaCl 溶液中动物细胞会吸水膨胀甚至涨破，在浓度高于 0.9%的 NaCl 溶液中动物细胞会失 水皱缩，且浓度差越大，现象越明显。 答案 (1)配制质量分数由低到 1.5%的 NaCl 溶液，分别等量加入各支试管中 向上述 各支试管中分别加入等量的兔红细胞稀释液，放置一定时间 取兔红细胞稀释液和上述 试管中的红细胞稀释液制作装片，用显微镜观察并比较红细胞形态的变化 (2)不同浓度 NaCl 溶液对兔红细胞形态变化记录表 NaCl 溶液的浓度红细胞形态的变化原因分析 低于一定浓度的 NaCl 溶液体积变大甚至涨破红细胞吸水 一定浓度的 NaCl 溶液形态未变进出红细胞的水分子数相等 高于一定浓度的 NaCl 溶液皱缩，体积变小红细胞失水 7.(2009广东生物，31)某实验小组为了探究细胞膜的通透性，将小鼠肝细胞在体外培养一 段时间后，检测培养液中的氨基酸、葡萄糖和尿素含量，发现它们的含量发生了明显地变 化(如下图)。请回答问题。 (1)由图可知，随培养时间延长，培养液中葡萄糖和氨基酸含量_，尿素含量 _。由于在原培养液中没有尿素，推测其是_的产物。 (2)培养液中的氨基酸进入细胞后，其主要作用是_；被吸收的葡萄糖主要通过 _作用，为细胞提供_。 (3)转氨酶是肝细胞内参与氨基酸分解与合成的一类酶，正常情况下这类酶不会排出胞外， 若在细胞培养液中检测到该类酶，可能的