第二单元课时4物质跨膜运输的实例和方式

,2020新亮剑高考总复习,课时4物质跨膜运输的实例和方式,第二单元,细胞的基本结构,目录CONTENTS,3,磨剑：课前自学,悟剑：课堂精讲,磨剑：课前自学,考点1物质跨膜运输的实例1.渗透作用的条件(1)有一层半透膜。(2)膜两侧溶液具有浓度差。2.动物细胞的吸水和失水(1),(2)细胞吸水或失水的多少取决于细胞膜两侧溶液中水的相对含量的差值。3.植物细胞的吸水和失水(1)(2)现象,4.与渗透作用模型对比分析成熟植物细胞是一个渗透系统,(续表),5.质壁分离的原因外因:外界溶液浓度细胞液浓度。内因:原生质层相当于一层半透膜,细胞壁的伸缩性小于原生质层。宏观表现:坚挺萎蔫,渗透失水。微观表现:液泡由大到小,细胞液颜色由浅至深;原生质层与细胞壁分离。,考点2物质跨膜运输的方式1.物质出入细胞方式的比较,2.影响跨膜运输的因素(1)物质浓度差(在一定的浓度范围内),(2)氧气浓度(3)温度,1.渗透装置易错点辨析(1)混淆半透膜和选择透过性膜区别:半透膜是无生命的物理性膜,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。共性:都允许水分子自由通过,而不允许大分子物质通过。,(2)误认为渗透系统中的溶液浓度是指质量浓度渗透系统的溶液浓度是指物质的量浓度而非质量浓度,实质是指渗透压,如10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液的质量浓度相等,但10%蔗糖溶液的渗透压小,故通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动的水分子数多。(3)误认为达到渗透平衡后不再有水分子移动发生渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态,而不能看作没有水分子移动也不能看作两侧溶液浓度相等。,2.质壁分离及复原实验易错警示(1)不是所有植物细胞都适合作“观察质壁分离及复原”实验的材料的,用活的、成熟的植物细胞作材料才容易观察到质壁分离和复原现象。(2)植物细胞壁具有伸缩性植物细胞发生质壁分离的外因:细胞外溶液浓度细胞液浓度。内因:原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。植物细胞的细胞壁不是没有伸缩性,只是很小,当植物细胞少量失水,原生质层体积略微缩小细胞壁可同步收缩时,植物细胞不会出现质壁分离,当植物细胞大量失水,原生质层体积明显缩小细胞壁不能同步收缩时,才出现质壁分离。,(3)并非所有溶液都能使植物细胞发生质壁分离及复原处于溶质不能透过膜的溶液(如0.3g/mL的蔗糖溶液)中的植物细胞只会发生质壁分离,而不能自动复原;处于溶质可透过膜的溶液(如KNO3溶液、甘油等)中的植物细胞可发生质壁分离后自动复原;在高浓度溶液(如0.5g/mL的蔗糖溶液)中植物细胞可发生质壁分离,但因细胞过度失水死亡不能发生质壁分离复原。,(4)液泡中不含色素也可用作观察质壁分离和复原实验的材料要观察到质壁分离,要求细胞液与原生质层之间存在明显的颜色差,细胞液含有色素,如紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞液泡中含紫色色素呈紫色,原生质层无色,是很好的实验材料;黑藻叶肉细胞的原生质层因含叶绿体而呈绿色,液泡无色,也可用于实验现象的观察。即使不含叶绿体、液泡中不含色素的植物细胞,若用有颜色的外界溶液诱导发生质壁分离,可通过观察有色的细胞外溶液和无色的液泡体积或原生质层体积的变化观察质壁分离和复原。(5)质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间的是浓度降低了的外界溶液,这是由于细胞壁是全透性的且有水分子从原生质层渗出来。,3.有关物质出入细胞的易错点(1)自由扩散和协助扩散都是顺浓度跨膜运输,协助扩散和主动运输都需借助载体蛋白完成物质跨膜运输,主动运输和胞吞、胞吐都需要消耗能量;运输速率与O2浓度无关的运输方式有自由扩散和协助扩散。(2)水分子的跨膜运输除了自由扩散这一方式外,还与水通道蛋白有关。(3)从高浓度到低浓度的运输方式除自由扩散外还有协助扩散。(4)同一种物质可能以不同方式跨膜运输;有些载体蛋白具有物质转运和ATP水解酶活性双重功能;载体蛋白可随细胞所处环境条件的变化而改变其转运物质的方向。,19,悟剑：课堂精讲,磨剑：课前自学,悟剑：课堂精讲,考点1水和无机盐的跨膜运输1.渗透作用(1)水分子或其他溶剂分子通过半透膜从低浓度往高浓度的扩散。(2)发生条件:膜的两侧具有浓度差。,(3)常见渗透装置图形分析,渗透装置中,吸水的动力来自半透膜两侧溶液的渗透压差,渗透压是溶液中溶质微粒对水的吸引力,蔗糖溶液的渗透压大于清水,故蔗糖溶液吸水,液面上升,其微观实质是:单位时间内由清水蔗糖溶液的水分子数目多于由蔗糖溶液清水的水分子数目。达到渗透平衡后,半透膜两侧的溶液浓度差虽仍然存在,但液面高度差(h)形成的压强,会阻止蔗糖溶液继续吸水。,2.质壁分离与复原实验(1)原理:利用渗透装置。(2)选材:活的成熟的植物细胞,最好用液泡中有色素的细胞(洋葱鳞片叶外表皮细胞)或含有叶绿体的细胞(如黑藻、水绵)。(3)实验的操作过程和观察指标,(3)实验中,若适当提高番茄培养环境的湿度,可以使番茄培养液中Mg2+浓度在较短时间内达到图中效果。植物对水的吸收和对无机盐的吸收是两个相对独立的过程,提高环境湿度后蒸腾作用减弱,但不影响对Mg2+的吸收。(4)当植物对水的吸收的相对速率大于对某离子的吸收相对速率时,实验后该离子浓度会升高(不是离子数量增加),反之则降低。,1.溶剂渗透方向的判断:若半透膜两侧是同种溶液,根据质量浓度或物质的量浓度判定;若半透膜两侧是不同的溶液,物质的量浓度才能体现溶质或溶剂分子数的多少,如半透膜两侧为质量分数相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液,则葡萄糖溶液一侧单位体积中葡萄糖分子数多,水分子由蔗糖一侧通过半透膜向葡萄糖溶液一侧扩散。2.渗透扩散,扩散是指物质(包括溶质和溶剂)从浓度高处自发向浓度低处转移的过程,与半透膜的存在与否无关;而渗透是一种特殊的扩散,一是要有溶剂分子,二要存在半透膜和浓度差。3.溶液浓度的判断:若渗透平衡后,半透膜两侧液面仍存在液面高度差,则半透膜两侧溶液就存在浓度差,液面差越大,浓度差就越大,且液面高的一侧溶液浓度高。,例1将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液中,发现其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如图所示。下列叙述正确的是()。A.04h内物质A没有通过细胞膜进入细胞内B.01h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等C.23h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压D.01h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压,C,答案,解析,解析由图可知,原生质体的相对体积先下降后上升,所以该植物细胞发生了质壁分离与复原。04h内细胞发生自动复原,说明物质A能进入细胞,A项错误;01h内细胞发生质壁分离,细胞失水,原生质体伸缩性比细胞壁的伸缩性大,所以细胞体积与原生质体体积的变化量不相等,B项错误;23h内细胞发生质壁分离复原,细胞吸水,物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压,C项正确;01h内细胞发生质壁分离,细胞失水,液泡中液体的渗透压小于细胞质基质的渗透压,D项错误。,例2下图为某同学利用紫色洋葱鳞片叶作为实验材料,观察植物细胞质壁分离与复原的基本操作步骤。下列相关叙述错误的是()。,A.第二次观察(d)和第一次观察(b)形成对照,第三次观察(f)和第二次观察(d)形成对照B.该实验用显微镜主要是观察原生质层和细胞壁的位置、液泡的颜色和大小等C.如果将蔗糖溶液换成浓度适宜的KNO3溶液,则可以省略e过程D.增大蔗糖溶液的浓度实验效果会更明显且不影响细胞的活性,D,答案,解析,解析观察植物细胞的质壁分离和复原实验中,一般需要进行三次显微观察,第一次是正常细胞的观察,第二次是质壁分离细胞的观察,第三次是质壁分离复原细胞的观察,三次观察形成先后对照,A项正确;在质壁分离过程中,原生质层与细胞壁逐渐分开,液泡的体积逐渐变小,液泡的颜色逐渐变深,因此该实验可以观察到的原生质层和细胞壁的位置、液泡的颜色和大小作为判断的依据,B项正确;适宜浓度的KNO3溶液能让细胞发生质壁分离后自动复原,可省略人为滴加清水的操作,C项正确;如果蔗糖溶液浓度过高,则会导致细胞因失水过多而死亡,再滴加清水时细胞不会发生质壁分离复原现象,D项错误。,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两部分,通常为成熟的植物细胞所有;原生质体是去除了植物细胞壁以后所剩下的植物细胞结构。可以认为原生质体与原生质组成相同,只不过在植物细胞工程中称为原生质体。4.质壁分离与复原过程中水分的移动是双向的,总结果是单向的。观察质壁分离及质壁分离复原实验中进行了三次显微镜观察,第一次与第二次形成对照,第三次与第二次形成对照,该对照方法为自身对照。5.胞吞作用与胞吐作用与主动运输一样,也需要能量供应。,例3小肠的吸收是指食物消化后的产物、水和无机盐等通过小肠上皮细胞进入血液和淋巴的过程。0.9%的NaCl溶液是与兔的体液渗透压相等的生理盐水。某同学将处于麻醉状态的兔的一段排空小肠结扎成甲、乙、丙、丁4个互不相通、长度相等的肠袋(血液循环正常),并进行实验,实验步骤和实验结果如表。,请根据实验结果回答问题:(1)实验开始时,水在肠腔和血液之间的移动方向是:甲组从;丙组从。在这一过程中水分子的运动方向是从溶液浓度处流向溶液浓度处。本实验中水分子的这种移动过程称为_。(2)比较乙和丁的实验结果,可推测小肠吸收Na+时,需要_的参与。,Na+载体蛋白,肠腔进入血液,血液进入肠腔,低,高,渗透作用(其他合理答案也可),答案,解析,解析关于动物细胞的吸水与失水的实验,教材中介绍的是哺乳动物成熟的红细胞的渗透吸水和失水。本题以“小肠的吸收”为切入点,以处于麻醉状态的兔的“肠袋”为实验材料,要求考生分析实验结果,得出相应结论,考查动物细胞对水、无机盐的吸收特点,考查考生的实验与探究能力。(1)实验开始时,水分子移动主要与渗透作用有关;“0.9%的NaCl溶液是与兔的体液渗透压相等的生理盐水”,且发生渗透作用时水是由低浓度溶液向高浓度溶液移动,可知甲组水由肠腔进入血液,乙组由肠腔进入血液和由血液进入肠腔的水分子达到动态平衡,丙组水由血液进入肠腔。(2)乙组半小时后,肠袋内NaCl溶液的量减少,是因为小肠通过主动运输吸收Na+,肠袋内溶液渗透压降低,继而发生渗透失水。丁组加入Na+载体蛋白抑制剂后,小肠通过主动运输吸收Na+的过程被抑制,肠袋内溶液渗透压降低不明显,其溶液的量减少不明显,丁组和乙组对照可以得出:小肠吸收Na+时,需要Na+载体蛋白。,考点2物质跨膜运输的方式,物质出入细胞方式的判断1.根据分子大小,对载体、能量的需求,2.根据运输方向逆浓度梯度的是主动运输,顺浓度梯度的是自由扩散或协助扩散。3.探究是主动运输还是被动运输,4.探究是自由扩散还是协助扩散,答案,解析,解析CO2属于小分子,苯分子属于脂溶性物质,二者均以自由扩散的方式进出细胞;蔗糖以扩散的方式通过细胞壁;离子的吸收属于主动运输。,D,例5当人体血糖浓度偏高时,细胞膜中的某种葡萄糖载体可将葡萄糖转运至肝细胞内,血糖浓度偏低时则转运方向相反。下列叙述正确的是()。A.该载体在血糖浓度偏低时的转运需要消耗ATPB.转运速率随血糖浓度升高不断增大C.转运方向不是由该载体决定的D.胰岛素促进葡萄糖运出肝细胞,C,答案,解析,解析本题主要考查物质跨膜运输和血糖调节等知识点。血糖浓度偏高不是细胞内与细胞外比,而是与正常血糖浓度相比,在葡萄糖载体的参与下,葡萄糖进入细胞的方式一般为协助扩散,不需要消耗ATP;在一定浓度范围内,随着血糖浓度的增大转运速率不断增大,但因载体数量有限转运速率又会达到最大值;由题意知,转运方向是由胞内外的葡萄糖浓度决定的;胰岛素的作用是促进细胞摄取、利用和贮存葡萄糖。,例6离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白,能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子。下列叙述正确的是()。A.离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散B.离子通过离子泵的跨膜运输是顺着浓度梯度进行的C.动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率D.加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率,C,答案,解析,解析本题的新颖之处在于以“离子泵”这一具有ATP水解酶活性和转运物质双重功能的膜蛋白为命题切入点,考查考生知识的运用能力。离子通过离子泵的跨膜运输消耗ATP释放的能量,因此属于主动运输;主动运输为逆浓度梯度运输;动物一氧化碳中毒导致红细胞运输氧气的能力下降,影响细胞有氧呼吸,因而会降低离子泵跨膜运输离子的速率;蛋白质变性剂会导致离子泵的结构改变,进而降低离子泵跨膜运输离子的速率。,答案,解析,A,解析植物细胞不能直接吸收利用N2,A项错误;农田适时松土有利于农作物根细胞的有氧呼吸,从而促进农作物根细胞对矿质元素的吸收,B项正确;植物秸秆经土壤微生物降解产生的无机离子可被根系吸收,C项正确;施肥过多,会导致土壤溶液浓度过高,根系细胞渗透失水引起“烧苗”现象,D项正确。,2.(2018年全国高考)下列有关物质跨膜运输的叙述,正确的是()。A.巨噬细胞摄入病原体的过程属于协助扩散B.固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输C.神经细胞受到刺激时产生的Na+内流属于被动运输D.护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输,答案,解析,C,解析巨噬细胞摄入病原体的过程属于胞吞,A项错误;固醇类激素的化学本质是脂质,脂溶性物质以自由扩散的方式进入靶细胞,B项错误;神经细胞内的Na+浓度比细胞膜外低,受刺激时,Na+内流是顺浓度梯度进行的,属于被动运输,C项正确;甘油是脂溶性小分子物质,以自由扩散的方式进入细胞,D项错误。,3.(2018年浙江高考)在观察某植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验中,依次观察到的结果示意图如下,其中、指细胞结构。下列叙述正确的是()。A.甲状态时不