广东省高考生物一轮复习 第6讲 细胞的物质输入和输出精品课件.ppt

第6讲细胞的物质输入和输出 第6讲 考点整合 小于 失水 动态平衡 细胞膜 液泡膜 渗透作用 高于 质壁分离复原 不同矿物质 选择透过性 第6讲 考点整合 第6讲 考点整合 膜由脂质组成 脂质和蛋白质 双层 流动镶嵌 第6讲 考点整合 蛋白质和磷脂 基本支架 流动性 选择透过性 糖被 第6讲 考点整合 甘油 载体 载体 能量 atp 第6讲 考点整合 探究点一通过模拟实验探究膜透性的实验 第6讲 要点探究 1 细胞的吸水和失水 1 原理 渗透作用 发生渗透作用必须具备两个条件 具有半透膜 膜两侧溶液具有浓度差 这里的浓度是指物质的量浓度 摩尔浓度 如果是其他浓度要换算成物质的量浓度后才能比较浓度的大小 从而判断细胞是吸水还是失水 2 动物细胞的吸水和失水 第6讲 要点探究 红细胞的细胞膜相当于半透膜 允许水分子自由通过 而细胞内的血红蛋白等分子不能通过 水分进出哺乳动物红细胞的状况可用图6 1表示 第6讲 要点探究 3 成熟植物细胞的吸水和失水 成熟植物细胞的结构特点 第6讲 要点探究 注意比较选择透过性膜与半透膜的异同 a 相同点 都可以让水分子自由通过 都不允许大分子物质通过 b 不同点 只要分子比半透膜的孔径小 就能通过 而对选择透过性膜来说 即便是小分子 只要不是细胞所要选择吸收的 就不能通过 c 特别提醒 选择透过性膜是生理学概念 选择透过性膜具有生物活性 半透膜是物理学概念 物质的透过与不透过 取决于半透膜孔隙的直径大小 细胞液 特指液泡内的液体 具有一定的浓度 第6讲 要点探究 a 当外界溶液的浓度 细胞液的浓度时 细胞吸水 细胞呈膨胀状态 b 当外界溶液的浓度 细胞液的浓度时 细胞失水 质壁分离 c 当外界溶液的浓度 细胞液的浓度时 水分进出细胞处于动态平衡 4 渗透作用的结果 从微观水平分析 水分子可以通过半透膜进行双向扩散 从宏观水平观察 水分子是从低浓度溶液流向高浓度溶液 直至达到动态平衡 说明 物质分子是否通过取决于物质分子与小孔的相对大小 但所有的半透膜的小孔都大于水分子的直径 即水分子都能通过 生物膜相当于半透膜 可以作为半透膜使用 但生物膜中的核膜不能作为半透膜 因为核膜上有核孔 第6讲 要点探究 例1 2010 浙江卷 回答下题 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 第6讲 要点探究 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 第6讲 要点探究 1 实验思路 用1 5 的nacl溶液和蒸馏水 配制出nacl质量分数0 3 0 6 0 9 1 2 1 5 的溶液 取6片载玻片 标记为1 6 分别滴加适量且等量的红细胞稀释液 再分别滴加等量的蒸馏水 0 3 0 6 0 9 1 2 1 5 的nacl溶液 制成临时装片持续观察红细胞的形态变化 并做好记录 2 不同浓度nacl溶液下兔红细胞的形态变化表 第6讲 要点探究 第6讲 要点探究 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 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 在清水中 动物细胞会吸水过多而破裂 但是一段时间后 形态又会恢复到原来形态 因为离子可以透过细胞膜 第6讲 要点探究 点评 梯度法在测量某些液体的浓度或反应时间时 往往配制一定浓度梯度的标准液或间隔一定时间 利用特定的生物特性 进行正确判断 如测量细胞液浓度 酶促反应时间 血钙的含量等 许多探究实验要定量研究某一因素的影响 就需要对实验变量设置一系列变化梯度的数值 这样就可以观察自变量在不同变化梯度下实验结果的差异 还能确定反应所需的最佳自变量的数值 几个实验组所采用的都是相互对照 较好地平衡和抵消了无关变量的影响 使实验结果具有说服力 正常情况下 动物红细胞内的渗透压与血浆的渗透压相等 哺乳动物约相当于0 9 nacl溶液的渗透压 将红细胞置于等渗溶液中 其形态和容积可保持不变 若将红细胞悬浮于低渗的nacl溶液中 则水分进入 第6讲 要点探究 红细胞使之膨胀甚至破裂 但红细胞对低渗溶液具有一定的抵抗力 其抵抗力大小与红细胞膜渗透性有关 通常用不同浓度的nacl溶液来测定红细胞膜的渗透性 红细胞膜渗透性大的 则对低渗nacl溶液的抵抗力小 nacl溶液的渗透压稍有降低 此类红细胞便发生破裂而溶血 反之 渗透性小的则对nacl溶液的抵抗力大 nacl溶液的渗透压降到很低时才使这些红细胞破裂溶血 刚能引起一部分红细胞溶解的低渗nacl的浓度可以代表最小抵抗值 使全部红细胞溶解的nacl浓度为最大抵抗值 通常就以抵抗值表示红细胞的渗透性 刚成熟的红细胞 其膜的渗透性较小 而衰老的红细胞膜的渗透性较大 第6讲 要点探究 探究点二探究植物细胞的吸水和失水的实验 植物细胞的质壁分离和复原 1 实验原理 1 成熟植物细胞的原生质层相当于一层半透膜 2 细胞液具有一定的浓度 能够渗透失水和吸水 3 原生质层比细胞壁的伸缩性大 2 实验材料 紫色的洋葱鳞片叶 质量浓度为0 3g l的蔗糖溶液 1 注意材料的选择 选择材料必须是活细胞 因为只有活细胞的原生质层才具有选择透过性 否则将不会出现质壁分离及其复原现象 除此之外还要用含有大型液泡的植物细胞 其中洋葱鳞片叶表皮细胞的细胞液为紫色 易于观察 是最佳的实验材料 第6讲 要点探究 2 使用蔗糖溶液的浓度要适宜 浓度过小 质壁分离现象不明显 影响观察 浓度过大 会使细胞在短时间内因失水过多而死亡 无法观察质壁分离复原 3 实验流程图示 第6讲 要点探究 第6讲 要点探究 4 质壁分离的原因分析 第6讲 要点探究 第6讲 要点探究 5 实验结论 成熟植物细胞能与外界溶液发生渗透作用 当外界溶液浓度大于细胞液浓度时 细胞失水 当外界溶液浓度小于细胞液浓度时 细胞吸水 6 植物细胞质壁分离与复原实验的应用 1 判断细胞的死活 第6讲 要点探究 实验单一变量 待测细胞的生活状态 2 测定细胞液浓度范围 第6讲 要点探究 第6讲 要点探究 第6讲 要点探究 第6讲 要点探究 说明 1 观察植物细胞膜 光镜下 由于植物细胞的细胞膜与细胞壁紧贴在一起 用普通的光学显微镜不能观察到细胞膜 但发生质壁分离的细胞 其细胞膜与细胞壁之间发生不同程度的分离 此时用光学显微镜依然观察不到细胞膜 因为细胞膜太薄 2 动物细胞能发生渗透作用 但因无细胞壁 故动物细胞不会发生质壁分离现象 第6讲 要点探究 例2从同一个新鲜洋葱上取鳞片叶 细胞液浓度相同 放入不同浓度的溶液中 结果如图甲所示 请据图6 4回答 第6讲 要点探究 1 图甲中各细胞所处溶液的浓度从大到小依次是 2 将a细胞放在蒸馏水中 会发生 3 图甲 中的水分子要渗出细胞壁需穿过 层磷脂分子 4 图乙是图甲c中 填序号 的部分亚显微模式图 该结构的结构特点是 5 如果图乙表示的是人的小肠上皮细胞的一部分 消化道中的葡萄糖进入小肠上皮细胞是从 填字母 侧到 填字母 侧 这种运输方式要正常进行 除了图上所示结构外 还需要 第6讲 要点探究 1 cab 2 质壁分离复原 3 4 4 具有一定的流动性 5 ed能量 或atp 解析 由于细胞液浓度相同 而细胞质壁分离的程度不同 故外界溶液的浓度有差别 当外界溶液浓度大时 发生的质壁分离现象明显 否则不明显 所以c的外界溶液浓度最大 b的外界溶液浓度最小 如果将a放在蒸馏水中 细胞会通过吸水而使其复原 但由于细胞壁的保护作用而不会使细胞破裂 细胞液中的水分子 存在于液泡中 依次通过液泡膜 细胞膜渗出细胞 故穿过四层磷脂分子 乙是细胞膜的亚显微结构 葡萄糖进入小肠上 第6讲 要点探究 皮细胞从细胞的外侧 e 到内侧 d 内外侧的判定应根据糖蛋白 有糖蛋白的一侧为外侧 由于葡萄糖进入小肠是主动运输 还需要消耗图中未标出的能量 点评 本题意在提高学生对质壁分离与细胞膜的结构及识图能力 发生质壁分离的细胞的细胞液浓度由于大量失水而增大 液泡体积会缩小 由糖链判断细胞膜的内外侧 膜外有糖链 膜内无糖链 注 其他细胞器膜上无糖链或很少 第6讲 要点探究 第6讲 要点探究 第6讲 要点探究 1 由b c的过程中 细胞应处于哪种试剂中 细胞液的浓度变化是 2 若b a过程发生后可自动发生a b过程 应怎样完成实验操作 第一步 将小块紫色洋葱表皮平展在载玻片中央的清水中 盖上盖玻片 在显微镜下观察 可看到原生质层紧紧地贴着细胞壁 第6讲 要点探究 第二步 说明选择该试剂的原理是 3 若选择一种试剂在完成b a过程后 无论再用哪种试剂 a b过程都不能发生 则所选择的试剂是 第6讲 要点探究 1 清水逐渐变小 2 在盖玻片一侧滴入质量浓度为0 1g ml的kno3溶液 另一侧用吸水纸吸引 这样重复几次 使洋葱表皮浸入到kno3溶液中 用显微镜观察质壁分离发生 一段时间后会自动复原k 和no 3会通过主动运输进入细胞内 使细胞液浓度逐渐升高后 外界的水会自动进入细胞内 质壁分离会自动复原 3 0 5g ml的蔗糖溶液 第6讲 要点探究 解析 本题考查了细胞在溶液中的吸水和失水 而发生的质壁分离和复原 及浓度过高导致细胞失水过多而死亡 1 清水中 b c过程中细胞吸水能力降低 说明细胞液浓度降低了 细胞正在吸水状态 因此是清水 2 质量浓度为0 1g ml的kno3溶液开始时细胞失水 之后细胞膜主动吸收k离子和no3根离子进入细胞 细胞液浓度变大 可以吸水恢复 3 浓度为0 5g ml蔗糖溶液因为蔗糖浓度过大 细胞失水达到一定程度后死亡 细胞质层不再是半透膜 细胞丧失了吸水的能力 第6讲 要点探究 探究点三有关生物膜分子结构模型的探究 1 生物膜分子结构模型的探究过程 1 化学成分 1859年 欧文顿选用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次的实验 探究细胞膜含有脂质成分 科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来 然后用蛋白酶处理 已知蛋白酶能专一性地催化蛋白质水解 发现细胞膜被破坏 探究细胞膜上有蛋白质 膜主要由蛋白质分子和脂类分子组成 各种膜所含的蛋白质和脂类的比例同膜的功能有关 机能活动较旺盛的膜 其蛋白质含量较高 因为膜的功能活动主要由蛋白质来承担 第6讲 要点探究 2 空间结构 1925年 两位荷兰的科学家通过一定的技术手段抽提红细胞膜脂质并将抽提出的脂质置于空气 水界面上铺成单分子层 测得其表面积 是原来红细胞膜表面积的两倍 探究细胞膜上磷脂是双层 磷脂双分子层是细胞膜的基本骨架 在骨架的内 外侧有许多球形蛋白质分子镶嵌 贯穿或覆盖在表面 具体说来 在膜的中间是磷脂双分子层 实际上包括两层磷脂分子 这是细胞膜的基本骨架 由它支持着许多蛋白质分子 第6讲 要点探究 1959年罗伯特森用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片 显示暗 明 暗三层结构 形成蛋白质 磷脂 蛋白质的三层结构 称之为单位膜 单位膜模型的主要不足在于 把生物膜的结构描述成静止的 不变的 3 结构特点 人 鼠细胞融合实验 荧光标记法 探究1970年larryfrye 膜具有一定的流动性 构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是可以运动的 而不是静止的 这对于细胞膜完成各种生理功能是非常重要的 第6讲 要点探究 细胞膜的流动镶嵌模型1972年桑格和尼克森 磷脂分子是可以运动的 具有流动性 大多数的蛋白质也是可以运动的 也体现了膜的流动性 第6讲 要点探究 磷脂双分子层是生物膜的基本支架 其中磷脂分子的亲水性头部朝向两侧 疏水性的尾部相对朝向内侧 第6讲 要点探究 蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面 有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中 有的贯穿整个磷脂双分子层 这里体现了膜结构内外的不对称性 第6讲 要点探究 在细胞膜的外侧 有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白 叫做糖被 糖被与细胞识别 细胞间的信息交流有密切联系 2 细胞膜的结构特点和功能特性的区别和联系 1 含义不同 细胞膜的结构特点是指细胞膜具有一定的流动性 细胞膜的功能特性是指细胞膜具有选择透过性 2 结构基础不同 磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架 蛋白质分子镶嵌 贯穿 覆盖其间 磷脂分子的流动性和蛋白质分子的运动性导致细胞膜的结构具有一定的流动性 例如细胞的胞吞和胞吐以及载体蛋白的运动等 第6讲 要点探究 细胞膜具有调控物质出入细胞的功能 物质出入细胞有扩散和渗透 被动转运 主动转运以及胞吞和胞吐等方式 而膜上载体蛋白的种类和数量不同 决定了出入细胞的物质的种类和数量不同 因此使得许多分子和离子不能随意出入细胞 只有细胞所需要的分子和离子才能进入细胞 所以细胞膜的功能特性是选择透过性 3 两者关系 流动性是选择透过性的基础 因为只有细胞膜具有流动性 细胞才能完成其各项生理功能 才能表现出选择透过性 相反 细胞膜失去了选择透过性 也就意味着细胞死亡 总之 膜的组成 结构和功能可表示为图 第6讲 要点探究 易错点 细胞膜上蛋白质含量的高低与种类的多少能反映其功能的复杂程度 根据细胞膜上糖蛋白的位置可以判断细胞膜的内侧和外侧 糖蛋白位于细胞膜外侧 第6讲 要点探究 例3 2011 深圳月考 磷脂是组成细胞膜的重要成分 这与磷脂分子的头部亲水 尾部疏水的性质有关 某研究小组发现植物种子细胞以小油滴的方式贮存油 每个小油滴都由磷脂膜包被着 该膜最可能的结构是 a 由单层磷脂分子构成 磷脂的尾部向着油滴内b 由单层磷脂分子构成 磷脂的头部向着油滴内c 由两层磷脂分子构成 结构与细胞膜完全相同d 由两层磷脂分子构成 两层磷脂的头部相对 第6讲 要点探究 a 解析 根据磷脂分子的特性 磷脂的头是亲水的 应该在油滴外侧 磷脂的尾是疏水的 应该在内侧与油滴接触 所以该膜最可能是单层的 点评 磷脂双分子层构成了膜的基本支架 磷脂分子不溶于水 构成细胞膜的磷脂分子的亲水性部分位于膜的内外两侧 而疏水性的部分位于两层磷脂分子之间 因细胞内外环境含有较多的水 决定了亲水性的头部和疏水性的尾部的分布 第6讲 要点探究 第6讲 要点探究 即 蛋白质 脂质 蛋白质 三层结构构成 20世纪60年代以后 人们对生物膜是静态的观点提出一些质疑 并随新技术手段的应用 科学家发现膜蛋白不是全部平铺在脂质表面 有的镶嵌在脂质双分子层中 1970年科学家通过一些实验证明 细胞膜具有流动性 1972年 桑格和尼克森提出 流动镶嵌模型 1 简述科学家获取纯净细胞膜的方法 第6讲 要点探究 细胞膜中含有蛋白质 除了用化学分析法 还可用酶解法 可用 处理神经细胞等 然后观察细胞活性 如失去活性则证明含有蛋白质 2 磷脂分子是构成细胞膜的脂质分子 磷酸 头 部是亲水的 脂肪酸 尾 部是疏水的 如图6 10所示 请尝试画出磷脂分子在空气 水的界面上铺成单分子层的模式图 第6讲 要点探究 3 哪些实例能证明细胞膜具有流动性 请试举两例 4 尝试画出生物膜的流动镶嵌模型示意图 5 分析生物膜模型的建立过程 你受到什么启示 第6讲 要点探究 第6讲 要点探究 第6讲 要点探究 解析 红细胞涨破在蒸馏水中后 细胞膜的质量最大 离心后直接会和其他成分分开 直接快速 磷脂双分子层是双层的 组成那双层结构的就是磷脂 我们可以形象的把它比喻成有两条尾巴的蝌蚪 它们占了磷脂双分子层的50 60 组成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是可以运动的 这种结构特点 使细胞膜具有一定的流动性 主要体现在变形虫捕食和运动时伪足的形成 白细胞能够通过变形运动吞噬病菌 动物细胞分裂时细胞膜的缢裂过程 人 鼠细胞杂交试验 受精时细胞的融合 生物膜的流动镶嵌模型认为 磷脂双分子层构成了膜的基本支架 这个支架不是静止的 第6讲 要点探究 磷脂双分子层是亲油的流体 具有流动性 蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面 有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中 有的横跨整个磷脂双分子层 大多数蛋白质分子也是可以运动的 第6讲 要点探究 探究点四物质跨膜运输的特点和方式 第6讲 要点探究 第6讲 要点探究 第6讲 要点探究 2 影响各种运输方式的因素 1 自由扩散 物质运输的动力就是膜内外的物质浓度差 浓度差越大 自由扩散的速率越大 2 协助扩散 不仅受浓度差影响 还受着载体的数量限制 可以说在一定限度内运输速率同物质浓度成正比 如超过一定限度 浓度再增加 运输也不再增加 因膜上载体蛋白的结合位点已达饱和 第6讲 要点探究 3 主动运输 由于为运输提供动力的不再是浓度差 而是细胞代谢产生的能量 所以主动运输与这个细胞代谢产生的能量有关 能够影响到这个细胞呼吸有关的因素 例如温度 氧气等都可以影响到主动运输过程 另外 主动运输还与运载该物质的载体蛋白的种类和数量有关 一般来说 载体数量越多 运输的这种物质越多 但是膜上载体的数量有限 因此主动运输也会存在最大速率 3 主动运输对细胞的重要意义 第6讲 要点探究 主动运输保证了活细胞能够按照生命活动的需要 主动选择吸收所需的营养物质 主动排出代谢废物和对细胞有害的物质 对活细胞完成各项生命活动具有非常重要的作用 4 有关物质穿膜层数的计算问题和常涉及的知识点 1 常涉及的细胞结构的膜的层数 线粒体和叶绿体均为2层膜 液泡 细胞膜均为1层膜 核糖体 核膜上的核孔均为0层膜等 2 常涉及结构和细胞 红细胞 肺泡壁 毛细血管壁 毛细淋巴管壁 小肠黏膜上皮 肾小囊壁 肾小管壁细胞等均为单层上皮细胞 物质在穿越这些细胞时均穿越了两层细胞膜 第6讲 要点探究 3 常涉及的生理过程 营养物质的吸收 分泌蛋白的合成与分泌 泌尿 血液循环 神经传导 光合作用 呼吸作用等 第6讲 要点探究 例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 需要载体蛋白质协助和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 第6讲 要点探究 b 解析 本题考查物质跨膜运输的相关知识 属于容易题 主动运输需要消耗能量 同时还需要载体的协助 a正确 静息状态是指神经细胞未受刺激时的状态 并不是不进行葡