被動運輸課件 【知識建構(gòu)+精準突破】高一上學期生物人教版必修1

4.1被動運輸1988年，美國科學家阿格雷從紅細胞和腎小管中分離出一種未知功能的新的膜蛋白。1991年，經(jīng)過N-端肽鏈測序和整個cDNA序列測定，阿格雷獲得了蛋白氨基酸序列結(jié)構(gòu)，此時的他敏銳地意識到，這很可能就是大家一直在尋找的“水通道”。并由此贏得了2003年的諾貝爾化學獎。教學重點和難點(1)被動運輸?shù)脑砗吞攸c(2)探究植物細胞的吸水和失水(1)探究植物細胞的吸水和失水(2)轉(zhuǎn)運蛋白種類和作用教學難點教學重點問題探討

在一個長頸漏斗的漏斗口外密封上一層玻璃紙，往漏斗內(nèi)注入蔗糖溶液，然后將漏斗浸入盛有清水的燒杯中，使漏斗管內(nèi)外的液面高度相等。過一段時間后，會出現(xiàn)如右圖所示現(xiàn)象。

玻璃紙（又叫賽璐玢）是一種半透膜，水分子可以自由透過它，而蔗糖分子則不能。蔗糖分子水分子半透膜的透過原理：根據(jù)膜上孔的大小來選擇分子是否能通過滲透現(xiàn)象演示單位時間內(nèi)進入漏斗的水分子數(shù)量多于從漏斗滲出的水分子數(shù)量，漏斗內(nèi)溶液體積增大，液面上升。不會，當管內(nèi)的液面上升到一定高度之后，管中的水柱產(chǎn)生的壓力將加快漏斗中水分子向外擴散的速度，最終水分子進出達到平衡，液面將不再上升。討論1.漏斗內(nèi)的液面為什么會升高？如果漏斗管足夠長，管內(nèi)的液面會無限升高嗎？為什么？滲透現(xiàn)象擴散：分子從高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)運動的現(xiàn)象。滲透作用:指水分子（或其他溶劑分子）透過半透膜，從水多(低濃度溶液)向水少（高濃度溶液）的擴散，即水分子數(shù)多向水分子數(shù)少。10%蔗糖10%葡萄糖滲透的溶液濃度：①若半透膜兩側(cè)分別為質(zhì)量分數(shù)10%蔗糖、

10%葡萄糖溶液，會發(fā)生滲透作用嗎？②當燒杯中溶液為清水時，△h是否一直增大？

當液面靜止時，S1濃度是否等于S2濃度?指摩爾濃度而非質(zhì)量濃度，只比較單位體積內(nèi)的微粒數(shù)，與微粒的大小與種類無關(guān)。會，因為10%蔗糖溶液摩爾濃度

小于葡萄糖溶液摩爾濃度

，蔗糖溶液中的水多于葡萄糖溶液。10342——10180——不會一直增大。

S1>S2否。10%葡萄糖10%蔗糖高濃度一側(cè)(右側(cè))液面升高；滲透平衡時，一般兩側(cè)溶液的濃度并不相等。右側(cè)液面先上升后下降，最終左側(cè)液面高于右側(cè)液面。①

溶質(zhì)不能通過半透膜②

葡萄糖能通過半透膜，蔗糖不能通過半透膜③

加蔗糖酶，溶質(zhì)不能通過半透膜蔗糖被水解為兩分子單糖，導致左側(cè)濃度升高，水分子由葡萄糖溶液→蔗糖溶液透過較多，則左側(cè)液面升高，最終高于右側(cè)。2.如果用用一層紗布代替玻璃紙，漏斗管的液面還會升高嗎？3.如果燒杯中不是清水，而是同樣濃度的蔗糖溶液，液面高度如何變化？不會,因為紗布的孔隙很大,蔗糖分子也可以自由透過。漏斗管內(nèi)的液面不會升高,單位時間內(nèi)透過玻璃紙的水分子數(shù)等于滲出玻璃紙的水分子數(shù)量。發(fā)生滲透作用的條件一：半透膜發(fā)生滲透作用的條件二：膜兩側(cè)的溶液具有濃度差動物細胞的吸水和失水外界溶液濃度=細胞質(zhì)濃度外界溶液濃度<細胞質(zhì)濃度外界溶液濃度>細胞質(zhì)濃度細胞失水皺縮保持正常形態(tài)細胞吸水膨漲高濃度溶液生理鹽水蒸餾水思考·討論1.紅細胞內(nèi)的血紅蛋白等有機物能透過細胞膜嗎？這些有機物相當于

“問題探討”所示裝置中的什么物質(zhì)？不能，蔗糖分子2.紅細胞的細胞膜是不是相當于“問題探討”中所說的半透膜？相當3.當外界溶液的濃度低時，紅細胞一定會由于吸水而漲破嗎？不一定，濃度差很大時會漲破，濃度差較小時不會漲破。4.紅細胞吸水或失水的多少取決于什么條件？5.想一想臨床上輸液為什么要用生理鹽水？濃度差。濃度差越大細胞吸水或失水越多。防止血細胞失水或吸水，細胞形態(tài)改變影響細胞的功能。水進出哺乳動物紅細胞的原理水進出動物細胞的原理外界溶液半透膜蔗糖溶液細胞質(zhì)基質(zhì)相當于相當于細胞膜實驗說明：動物細胞可通過滲透作用吸水和失水社會實踐聯(lián)系（吸水）燒苗（失水）植物細胞吸水和失水是否也是發(fā)生了滲透作用呢？植物細胞的吸水和失水細胞液外界溶液具有濃度差細胞膜細胞質(zhì)液泡膜原生質(zhì)層細胞壁選擇透過性膜特點：作用：保護和支持細胞成熟植物細胞內(nèi)主要的液體環(huán)境(相當于一層半透膜)伸縮性比較大全透性（水分子可以自由通過）伸縮性比較小注意：水分子進出成熟植物細胞，主要指水經(jīng)過原生質(zhì)層進出液泡。植物細胞的吸水和失水可通過質(zhì)壁分離及復原的實驗驗證二、探究·實踐：探究植物細胞的吸水和失水探究植物細胞的吸水和失水水分進出細胞是通過滲透作用嗎？原生質(zhì)層是否相當于一層半透膜？水分通過滲透作用進出植物細胞，原生質(zhì)層相當于一層半透膜探究·實踐探究水分是否通過滲透作用進出植物細胞提出問題：做出假設(shè)：實驗目的：實驗材料選擇：活細胞、有細胞壁、有大液泡,如：紫色洋蔥鱗片葉（液泡中有紫色花青素，便于觀察）、黑藻(有大液泡和大而清晰的葉綠體，便于觀察)等。黑藻(2)實驗步驟：制作洋蔥鱗片葉外表皮臨時裝片低倍鏡下觀察液泡大小和原生質(zhì)層位置低倍鏡下觀察液泡大小和原生質(zhì)層位置滴蔗糖溶液制片觀察觀察滴清水觀察滴加清水，吸水紙引流一側(cè)滴加0.3g/mL蔗糖溶液，另側(cè)用吸水紙引流低倍鏡下觀察（紫色的中央液泡大小，原生質(zhì)層位置）滴加蔗糖溶液質(zhì)壁分離滴加清水質(zhì)壁分離復原液泡大小液泡顏色原生質(zhì)層的位置細胞大小0.3g/ml蔗糖溶液清水變小逐漸恢復原來大小原生質(zhì)層恢復原來位置原生質(zhì)層脫離細胞壁基本不變基本不變變深重新變淺(4)結(jié)果分析：---質(zhì)壁分離與復原1.取材是什么？為什么？2.用什么顯微鏡觀察？3.滴0.3g/ml的蔗糖溶液時，看到什么現(xiàn)象？液泡的體積與顏色有什么變化？原因是什么？4.再滴清水時，看到什么現(xiàn)象？液泡的體積與顏色有什么變化？原因是什么？5.若放入0.5g/ml的蔗糖溶液時，會怎樣？再放清水中如何？為什么？6.此實驗要求細胞始終處于什么狀態(tài)？紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞，有顏色、易觀察光學、低倍鏡觀察質(zhì)壁分離液泡變小，顏色加深；細胞因為滲透作用失水。質(zhì)壁分離復原液泡變大，顏色變淺；細胞因為滲透作用吸水。嚴重質(zhì)壁分離不會復原；過度失水死亡?；罴毎A(chǔ)問答7.植物細胞的哪個結(jié)構(gòu)可相當于半透膜？它由什么組成？

濃度差是指哪兩個溶液之間的濃度？8.植物細胞放于清水中什么現(xiàn)象？為什么與動物細胞不一樣？

放于高濃度溶液中什么現(xiàn)象？

質(zhì)壁分離指誰與誰的分離？

再放到清水中會怎樣？9.哪些植物細胞能發(fā)生質(zhì)壁分離？10.質(zhì)壁分離時細胞壁與細胞膜之間是什么？原生質(zhì)層；包括細胞膜、液泡膜及兩層膜之間的細胞質(zhì)。外界溶液和細胞液略微膨脹，但不會漲破，因為有細胞壁的支持和保護。質(zhì)壁分離原生質(zhì)層與細胞壁質(zhì)壁分離復原有中央大液泡的

活的外界溶液“質(zhì)”指原生質(zhì)層，“壁”指細胞壁思考?討論1、你知道質(zhì)壁分離的的“質(zhì)”與“壁”分別指什么嗎？2、在質(zhì)壁分離及復原的過程中，細胞液濃度及細胞吸水力的變化趨勢如何？質(zhì)壁分離——質(zhì)壁分離復原——3、若用KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等溶液做實驗，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

4、本實驗是如何設(shè)置對照的細胞液濃度變大，細胞吸水力變大細胞液濃度變小，細胞吸水力變小KNO3等溶液的濃度大于細胞液的濃度，細胞失水，發(fā)生質(zhì)壁分離，質(zhì)壁分離后因細胞主動吸收K+和NO3_等溶質(zhì)微粒，而使細胞液濃度增大，植物細胞又會吸水，引起質(zhì)壁分離后的自動復原。同一實驗組在實驗前后形成自身對照(5)質(zhì)壁分離與復原實驗的應(yīng)用拓展1、判斷成熟植物細胞的死活2、測定細胞液濃度范圍待測成熟植物細胞一定濃度蔗糖溶液鏡檢發(fā)生質(zhì)壁分離無質(zhì)壁分離活細胞死細胞待測成熟植物細胞一系列濃度梯度的蔗糖溶液鏡檢細胞液濃度介于未發(fā)生質(zhì)壁分離和剛發(fā)生質(zhì)壁分離的兩蔗糖溶液濃度之間3、比較不同植物細胞的細胞液濃度4、比較未知濃度溶液的濃度大小不同植物細胞同一濃度蔗糖溶液鏡檢發(fā)生質(zhì)壁分離所需時間越短，細胞液濃度越小，反之則細胞液濃度越大同一植物的相同成熟細胞未知濃度的溶液鏡檢

發(fā)生質(zhì)壁分離所需時間越短，未知溶液的濃度越大，反之則未知溶液的濃度越小(5)質(zhì)壁分離與復原實驗的應(yīng)用拓展6、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的水肥管理7、生活中殺菌、防腐、腌制食品5、鑒別不同種類的溶液（如KNO3溶液和蔗糖溶液）成熟植物細胞不同種類溶液鏡檢只發(fā)生質(zhì)壁分離質(zhì)壁分離后自動復原溶質(zhì)不能透過半透膜（如蔗糖溶液）溶質(zhì)能透過半透膜（如KNO3溶液）(5)質(zhì)壁分離與復原實驗的應(yīng)用拓展細胞類型動物細胞植物細胞原理條件半透膜半透膜兩側(cè)有濃度差現(xiàn)象a>ba=ba<b滲透作用細胞膜原生質(zhì)層細胞質(zhì)與外界溶液有濃度差（濃度分別為a、b）細胞液與外界溶液有濃度差吸水膨脹甚至漲破吸水膨脹但不會漲破細胞形態(tài)不變（動態(tài)平衡）細胞皺縮知識回顧二、自由擴散和協(xié)助擴散被動運輸：自由擴散協(xié)助擴散2.被動運輸分為自由擴散和協(xié)助擴散兩類。1.像水分子這樣，物質(zhì)以擴散方式進出細胞，不需要消耗細胞內(nèi)化

學反應(yīng)所釋放的能量，這種物質(zhì)跨膜運輸方式稱為被動運輸。觀察物質(zhì)進入細胞的方式的相同和差異？(一）自由擴散物質(zhì)通過簡單擴散作用進出細胞，叫做自由擴散，也叫簡單擴散。順濃度梯度運輸（高→低）不需要轉(zhuǎn)運蛋白協(xié)助不消耗細胞代謝的能量濃度差擴散速率

①

氣體分子，如O2、CO2、N2等②

水等小分子③

脂溶性小分子，如甘油、脂肪酸、乙醇，

苯、尿素、固醇等2.特點：1.概念：3.實例：4.影響因素

:細胞內(nèi)外濃度差擴散速率

O2濃度/氧分壓以自由擴散的方式1.O2是怎樣進入血液以及組織細胞？2.O2從肺泡腔進入血液需要穿過幾層生物膜？3.O2從肺泡腔進入組織細胞需要穿過幾層生物膜？9層生物膜、磷脂分子層、磷脂雙分子層思考?討論（肺泡壁、毛細血管壁為單細胞層）4層肺泡O2O2協(xié)助擴散離子和一些小分子有機物如葡萄糖、氨基酸等，不能自由地通過細胞膜，需要借助膜上的轉(zhuǎn)運蛋白進出細胞擴散，叫做協(xié)助擴散，也叫易化擴散。Na+內(nèi)流葡萄糖進入普通細胞神經(jīng)纖維上Na+內(nèi)流或K+外流轉(zhuǎn)運蛋白鑲嵌在膜上的一些特殊的蛋白質(zhì)，能夠協(xié)助離子和一些小分子有機物順濃度梯度跨膜運輸，這些蛋白質(zhì)稱為轉(zhuǎn)運蛋白。載體蛋白通道蛋白轉(zhuǎn)運特點只容許與自身結(jié)合部位相適應(yīng)的分子或離子通過只容許與自身通道的直徑和形狀相適配，大小和電荷相適宜的分子或離子通過自身構(gòu)象是否與轉(zhuǎn)運的分子結(jié)合有無特異性實例改變結(jié)合具有不改變不結(jié)合具有葡萄糖進入紅細胞水分子通過水通道蛋白進出細胞（二）協(xié)助擴散2.特點：3.實例：1.概念：借助膜上的轉(zhuǎn)運蛋白進出細胞的物質(zhì)擴散方式。順濃度梯度運輸需要轉(zhuǎn)運蛋白協(xié)助不消耗能量葡萄糖進入紅細胞，鈉鉀離子通道運輸，水通道蛋白運輸0濃度差運輸速度A曲線分析

(1)OA段：限制因素為濃度差。(2)A點以后：達到飽和，此時

限制因素為轉(zhuǎn)運蛋白的數(shù)量?！举Y料1】水分子比較小，在活細胞中含量最多，人們曾經(jīng)認為它們以自由穿過細胞膜磷脂分子的間隙而進出細胞。后來的研究發(fā)現(xiàn)，水分子在通過細胞膜時的速率高過人工膜。由此推斷細胞膜上可能存在特殊的輸送水分子的通道。關(guān)于水分子過膜方式問題的討論：過去人們普遍認為，水分子都是通過自由擴散進出細胞的，但后來的研究表明，水分子更多的是借助細胞膜上的水通道蛋白以協(xié)助擴散方式進出細胞的。

本節(jié)內(nèi)容中水分子進出紅細胞和成熟植物細胞的方式當以自由擴散為主，對于腎小管重吸收及小腸上皮細胞吸水等則以協(xié)助擴散為主。水通道蛋白在不同細胞含量不同，吸水方式必然不同，不應(yīng)一概而論。阿格雷的實驗：用爪蟾屬卵母細胞放入低滲溶液中觀察被動運輸自由擴散協(xié)助擴散圖例運輸方向特點影響因素舉例高濃度→低濃度(順濃度梯度)不需要載體，不消耗能量需要載體，不消耗能量膜兩側(cè)的濃度差、溫度膜兩側(cè)的濃度差、轉(zhuǎn)運蛋白的數(shù)量、溫度O2,CO2,H2O,甘油，乙醇，苯等水通道運輸水、紅細胞吸收葡萄糖神經(jīng)