第4章 细胞的物质输入和输出(教案)

.一、细胞的吸水和失水（一）细胞吸水和失水的原理细胞吸水和失水的原理——渗透作用。（二）渗透作用发生的条件在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸（一种半透膜，水分子可以透过，而蔗糖分子则不能），往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外的液面高度保持相等。一段时间后，漏斗管内的液面会升高。漏斗管内液面升高的原因：由于单位体积清水中的水分子数比单位体积蔗糖溶液中的水分子数多，在单位时间内，水分子由烧杯透过半透膜进入漏斗内的数量多于水分子由漏斗透过半透膜进入烧杯内的数量，因此漏斗管内的液面升高了。渗透作用的发生必须具备以下两个条件：一是具有一层半透膜；二是半透膜两侧的溶液（三）细胞的吸水和失水由于动物细胞的细胞膜相当于一层半透膜，细胞质有一定的浓度，因此当动物细胞处于外界溶液中时就可能因为存在浓度差而发生渗透作用。（2）动物细胞的吸水和失水当外界溶液的浓度小于细胞质的浓度时，细胞吸水膨胀；当外界溶液的浓度大于细胞质的浓度时，细胞失水皱缩；当外界溶液的浓度等于细胞质的浓度时，水分子进出细胞处于动（1）成熟植物细胞的结构伸缩性：大精品.（2）植物细胞的吸水和失水当外界溶液浓度大于细胞液浓度→细胞失水，并逐渐发生质壁分离现象；当外界溶液浓度小于细胞液浓度→细胞吸水，并逐渐发生质壁分离复原现象。二、物质跨膜运输的其他实例（一）细胞对无机盐离子的吸收实例4实例1：某科学家将番茄和水稻幼苗分别放入含有Ca2+、Mg2+和SiO4-的相同培养液中进行4人工培养。一段时间以后检测发现，番茄培养液中Ca2+和Mg2+的浓度明显下降，而水稻培养液4中Ca2+和Mg2+的浓度明显增高，SiO4-的情况刚好相反。即水稻吸收SiO4-多，吸收Ca4较少；番茄吸收Ca2+和Mg2+较多，但几乎不吸收SiO4-。实例2：人体甲状腺滤泡上皮细胞摄取碘的能力很强。血液中碘的浓度为250mg/L，而甲状腺滤泡上皮细胞内碘的浓度比血液高20~25倍。实例3：不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。（二）物质跨膜运输的特点由以上实例分析可知：物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的，而且细胞对物质的输入和输出具有选择性。可以说细胞膜和其他生物膜都是一种选择透过性膜，这种膜可以让水分子自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分一、渗透作用及其原理水分子或其他溶剂分子通过半透膜，从低浓度溶液进入高浓度溶液叫做渗透作用。渗透装置半透膜的两侧必须均为液体，据此可判断某些现象是否为渗透现象，如鲜白菜放入盐水中失水属于渗透现象，而放在空气中失水则不属于渗透现象。渗透作用的发生必须具备以下两个条件：一是具有一层半透膜；二是半透膜两侧的溶液精品.当溶液浓度A>B时，由B流向A的水分子多于由A流向B的水分子，整体上水分子由B流向A；当溶液浓度A<B时，由A流向B的水分子多于由B流向A的水分子，整体上水分由A流向B；当溶液浓度A=B时，水分子通过半透膜的移动处于动态平衡状态。（1）漏斗管内的液面上升到水分子通过半透膜达到动态平衡时便不再上升。（2）在漏斗管内液面上升的过程中，整体上水分不断由烧杯进入漏斗，漏斗中蔗糖溶液的浓度会持续降低，但始终大于清水的浓度，水分子通过玻璃纸的进出还能达到动态平衡是漏斗中高出液柱产生的静水压阻止水分由烧杯进入漏斗、促进水分由漏斗进入烧杯所致。蔗糖溶液浓度一定小于漏斗中蔗糖溶液浓度。（4）若将浓度均为0.5g/mL的麦芽糖溶液和淀粉溶液分别注入漏斗和烧杯中（假设麦芽糖和淀粉均不能透过半透膜），漏斗中的液面将会上升。在研究渗透作用结果时，应以物质的量浓度为依据进行分析，而不是质量浓度。二、植物细胞吸水和失水的实验探究（1）成熟植物细胞的原生质层具有选择透过性（相当于半透膜细胞壁和原生质层具有一定的伸缩性，但原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性；（2）当细胞液浓度<外界溶液浓度时→细胞液中水分经原生质层进入外界溶液→质壁分离；（3）当质壁分离细胞的细胞液浓度>外界溶液浓度时→外界溶液中的水分经原生质层进入细胞液→质壁分离复原。（1）实验材料必须选择具有中央大液泡且具有颜色的植物细胞，便于观察实验现象。造成植物细胞失水过多、过快而死亡。死亡的细胞既不会发生质壁分离，也不会发生质壁分（3）若采用葡萄糖、NaCl、KNO3、尿素、乙二醇、甘油等溶液做实验，发生质壁分离后可能会自动复原，原因是上述物质均可转运到细胞内，使细胞液浓度升高重新吸水所致。精品.（1）判断成熟植物细胞的死活；（2）测定植物细胞液浓度的范围；（胞的细胞液浓度大小；（4）比较未知浓度溶液的浓度大小；（5）防腐杀菌；（6）判断细胞壁和原生质层绅缩性的大小；（7）光镜下观察植物细胞的细胞膜。①质壁分离与质壁分离复原是植物细胞才具有的现象，动物细胞因没有细胞壁不会发生质壁分离现象，动物细胞只会发生渗透失水皱缩或渗透吸水膨胀（或涨破）现象。②植物细胞质壁分离中的“质”是指原生质层、“壁”是指细胞壁。③在质壁分离过程中，外界溶液浓度大于细胞液浓度，随着质壁分离程度增大，植物细胞的吸水力逐渐增强；在质壁分离复原过程中，外界溶液浓度小于细胞液浓度，随着质壁分离复原的进行，植物细胞的吸水力逐渐减弱。④半透膜与选择透过性膜的区别：半透膜没有生物活性，物质能否通过半透膜取决于半透膜孔隙直径的大小，没有选择性。选择透过性膜具有生物活性，即便是小分子，若不是细胞选择吸收的，也不能通过。⑤由于植物细胞有细胞壁的保护，因此植物细胞吸水时不会发生涨破现象、质壁分离复原的细胞不能无限吸水。三、物质跨膜运输的其他实例1.植物对水分和无机盐离子的吸收是两个相对独立的过程，而不是同一生理过程。2.生物膜的选择透过性是活细胞的一个重要特征，细胞死亡后生物膜将变为全透性。吸收，无就不能吸收；运载某种离子的载体多吸收速率就快，少吸收速率就慢；吸收的总量与其在细胞中的含量有关。连年种植同一种农作物会导致产量下降。1.在右下图所示实验装置中，玻璃槽中是蒸馏水，半透膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液，一段时间后再加入蔗糖酶溶液。下列有关叙述正确的是（D）长颈漏斗A.在玻璃槽中能够检测到蔗糖和蔗糖酶的存在长颈漏斗B.在玻璃槽中能够检测到葡萄糖、果糖和蔗糖酶玻璃槽C.漏斗中的液面先下降，加酶后一直持续上升玻璃槽D.漏斗中液面先上升，加酶后再上升，最后又下降2.下列有关在不同环境中正常生长的植物，其根毛细胞的细胞液浓度最大的是（D）A.在农田中生长的农作物B.在森林中生长的植物C.大型湖泊岸边生长的植物D.在荒漠中生长的植物3.将洋葱表皮细胞放入一定浓度的KNO3溶液中会发生质壁分离，不久这些细胞又逐渐发生质壁分离复原。下列有关其原因的叙述中正确的是（C）A.细胞液中的溶质透出细胞外所致B.质壁分离后的细胞只允许水分进入C.K+和NO3-通过细胞膜进入细胞液D.水分子和溶质分子自由地进出细胞精品.4.将某动物细胞浸入物质的量浓度为3%的蔗糖溶液中发生了膨胀破裂，下列有关该动物细胞内液物质的量浓度的叙述中正确的是（C）A.小于物质的量浓度为3%的蔗糖溶液B.等于物质的量浓度为3%的蔗糖溶液C.大于物质的量浓度为3%的蔗糖溶液D.不能确定该动物细胞内液的浓度5.当用植物细胞做质壁分离实验时，若未发生质壁分离现象，原因可能是（A）①实验材料是死亡的细胞②细胞还没有形成中央大液泡③外界溶液的浓度小于细胞液的浓度④细胞壁的伸缩性大于原生质层的绅缩性A.a>b，细胞正处于渗透吸水状态B.a=b，渗透系统正处于动态平衡状态C.a<b，细胞正处于渗透失水状态D.上述A、B、C三种情况都有可能6.在观察植物细胞质壁分离和复原的实验过程中，某同学显微观察到生活着的某洋葱表皮细A.a>b，细胞正处于渗透吸水状态B.a=b，渗透系统正处于动态平衡状态C.a<b，细胞正处于渗透失水状态D.上述A、B、C三种情况都有可能aab7.在质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，下列能够发生质壁分离的细胞是（D）A.人体的口腔上皮细胞B.大熊猫成熟的红细胞C.洋葱根尖分生区细胞D.洋葱的鳞片叶表皮细胞二、（二）并不顺选择选择透过性水分子选择吸收不能精品.一、对生物膜结构的探索历程质二、流动镶嵌模型的基本内容生物膜主要由脂质分子和蛋白质分子组成，此外还有少量的糖类。有的只参与生物膜的构成；有的起着载体的作用，精品.一、细胞膜的分子结构糖类糖蛋白（糖被）：细胞识别、保护、润滑、免疫等磷脂双分子层：构成膜的基本支架蛋白质分子：膜功能的主要承担者①细胞膜的化学组成：主要由脂质分子和蛋白质分子构成，此外还有少量的糖类。②磷脂分子以双分子层的形式构成了生物膜的基本支架，这也是脂质和脂溶性物质更容易通过细胞膜的原因所在。③磷脂分子的头部因具有亲水性而排在外侧，尾部因具有疏水性而排在内侧。④在细胞膜的外表（判断细胞内外的依据之一），有一层由蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白（糖被），它在细胞生命活动中具有保护、润滑、细胞识别等作用。二、细胞膜的结构特点——具有一定的流动性1.结构基础：构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大多不是静止的，而是可以运动的。2.生理意义：对于细胞完成物质运输、细胞识别、细胞融合等生理功能有重要作用。3.实验验证：胞吞和胞吐、白细胞吞噬病菌、主动运输、变形虫变形、细胞融合、动物细胞分裂时细胞膜的缢裂、精子细胞变形成为精子、植物细胞的质壁分离和复原、动物细胞吸水膨胀（失水皱缩）、受精作用等。三、生物膜的功能特性——选择透过性1.结构基础：生物膜上具有载体蛋白，载体具有专一性，这在一定程度上决定了细胞膜的四、流动性与选择透过性的关系具有一定的流动性是细胞膜的结构特点，即磷脂分子是运动的，大多数蛋白质分子也是运动的。选择透过性是细胞膜的功能特性，即水分子可以自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。细胞膜的流动性是表现其选择透过性的结构基础。因为只有细胞膜具有流动性，才能表现出选择透过性。例如，细胞膜中的部分蛋白质充当了载体，运输物质进出细胞，只有它是运动的才能运输物质。组成中可能含有的化学成分是（B）A.磷脂和蛋白质B.脂质和蛋白质C.蛋白质和核酸D.磷酸和蛋白质胞才能够结合。下列与这种现象密切相关的细胞膜成分是（C）精品.3.人的红细胞没有细胞内膜，在溶血后只剩下一层细胞膜外壳称为血影。如果将血影中的脂质抽取出来，在水面上铺展开，并用板条将其推挤到一块，则测得的脂质面积约是红细胞表面积的（C）4.已知透析型人工肾起关键作用的是人工合成的血液透析膜，该透析膜的作用是能够把病人血液中的代谢废物透析掉，这是模拟了生物膜的（C）A.流动性特点B.过滤功能C.选择透过性D.保护功能5.将紫色萝卜的块根切成小块放入清水中，水的颜色无明显变化，但随着水温的升高水的颜色将会逐渐变深。下列有关其原因的叙述中正确的是（D）A.细胞壁在高温中受到了破坏B.高温使细胞内形成了有色物质C.高温使花青素的溶解度加大D.生物膜在高温中失去了选择透过性6.异体器官的移植往往很难成功，最大的障碍就是异体细胞间的排斥，这主要是由于细胞膜具有识别作用。细胞膜这种生理功能的结构基础是（B）A.细胞膜由磷脂和蛋白质构成B.细胞膜表面具有糖蛋白C.细胞膜具有一定的流动性D.细胞膜具有选择透过性一、脂质脂质蛋白质两层蛋白质—脂质—蛋白质精品.一、离子和小分子物质的运输——跨膜运输××水、O2、CO2、甘油、乙醇、√×√√①细胞膜以磷脂双分子层为基本支架，确保了脂质物质（如性激素、维生素D等）和脂溶性物质以自由扩散方式进出细胞。②主动运输的生理意义：保证活细胞能够按照生命活动的需要，主动地选择吸收所需要的营养物质，排出细胞代谢产生的废物和对细胞有害的物质等。二、大分子物质的运输——胞吞和胞吐（非跨膜运输）不需要载体蛋白的协助，但需要消耗细胞代谢提供的能量①物质在通过胞吞或胞吐进出细胞的过程中，穿过生物膜的层数为0层，仍需消耗细胞呼吸提供的能量，不属于跨膜运输。精品.②物质能否通过细胞膜取决于细胞生命活动的需要，并不完全取决于物质分子的大小。一、物质跨膜运输方式的图例及表示曲线载体蛋白载体蛋白主动运输协助扩散细胞内浓度细胞外浓度细胞外浓度细胞外浓度运输速率运输速率外二、物质跨膜运输速率的影响因素1.影响自由扩散、协助扩散和主动运输的因素①细胞膜内外被转运物质的浓度差。②细胞膜上运载有特异性，运输不同物质的载体不同，不同细胞膜上的载体种类和数素都能够影响主动运输，如O2浓度、温度等（1）物质浓度对运输速率的影响曲线运输速率运输速率运输速率运输速率0物质浓度0物质浓度①自由扩散的物质是由高浓度一侧到低浓度一侧，其动力是两侧溶液的浓度差，在一定浓度范围内，随着物质浓度的增大，其运输速率与物质浓度成正相关。②协助扩散的特点是需要载体协助。在物质浓度较低时，随着物质浓度的增大，运输速率也逐渐增大，到达一定物质浓度时，由于受细胞膜上载体数量的限制，运输速率不再随物质浓度的增大而增大。运输速率运输速率（2）氧气浓度对物质运输速率的影响曲线运输速率运输速率自由扩散或协助扩散主动运输①自由扩散和协助扩散的运输方向都是从高浓度一侧到低浓度一侧，其运输的动力都是精品.溶液的浓度差，与细胞提供能量的多少（O2浓度）无关。②主动运输方式既需要载体协助又需要消耗能量。在O2浓度为零时，细胞通过无氧呼吸提供能量，但无氧呼吸产生的能量较少，所以运输速率较慢；在一定范围内随O2浓度升高有氧呼吸加强，产生的能量逐渐增多，所以运输速率不断加快；当O2浓度足够高时，细胞提供的能量充足，但由于受到载体数量的限制，运输速率不再随O2浓度增大而加快。①影响物质跨膜运输的因素应结合物质跨膜运输方式的特点去考虑。②分析坐标曲线图时，应首先明确横、纵坐标及曲线的含义，再结合三种物质跨膜运输方式的特点去分析。1.下列有关选项中，在物质跨膜运输时需要载体协助，但不需要消耗能量的是（A）A.红细胞吸收葡萄糖B.O2进入心肌组织的细胞中C.组织细胞排出Na+D.小肠上皮细胞吸收葡萄糖2.右下图所示为在不同氧气浓度下，某番茄植株从培养液中分别吸收Ca2