4.1 被動運輸-高一上學(xué)期生物人教版必修一

1.細胞膜的成分主要由_________和______組成，有少量的_______。蛋白質(zhì)糖類脂質(zhì)(磷脂)

2.細胞膜的功能將細胞與外界環(huán)境分隔開控制物質(zhì)進出細胞進行細胞間的信息交流復(fù)習(xí)提問:思考：為什么細胞膜具有選擇透過性？

細胞膜怎樣控制物質(zhì)輸入和輸出？糖鏈膜蛋白細胞質(zhì)新課導(dǎo)入細胞的物質(zhì)輸入和輸出第4章第1節(jié)被動運輸本節(jié)目標1.滲透現(xiàn)象及原理分析01022.水進出動物細胞的原理033.水進出植物細胞的原理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，使漏斗內(nèi)外的液面高度相等。過一段時間后，會出現(xiàn)如圖所示現(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。蔗糖溶液玻璃紙（半透膜）清水Q:漏斗管內(nèi)的液面為什么會升高？半透膜：是一類可以讓小分子物質(zhì)通過（如水分子），而較大分子物質(zhì)（如蔗糖）不能通過的一類多孔性膜。問題探討蔗糖溶液玻璃紙（半透膜）清水Q:漏斗管內(nèi)的液面為什么會升高？半透膜蔗糖分子水分子水分子是雙向運動的。問題探討燒杯中的水分子進入漏斗中導(dǎo)致漏斗液面升高。進入漏斗的水分子數(shù)>漏斗滲出的水分子數(shù)。溶液濃度低溶液濃度高含水量高含水量低滲透作用：水分子或（其它溶劑分子）通過半透膜的擴散。水分子滲透方向：半透膜順相對含量梯度的跨膜運輸滲透壓：是指溶液中溶質(zhì)微粒對水的吸引力。溶液滲透壓的大小取決于單位體積溶液中溶質(zhì)微粒的數(shù)目。一、滲透現(xiàn)象及原理分析滲透壓高滲透壓低滲透作用中溶液濃度是指物質(zhì)的量濃度而非質(zhì)量濃度:如質(zhì)量分數(shù)為10%的葡萄糖溶液和質(zhì)量分數(shù)為10%的蔗糖溶液，質(zhì)量濃度相同,但葡萄糖溶液的物質(zhì)的量濃度大，即單位體積中溶質(zhì)分子的數(shù)目多，溶劑分子的數(shù)目少,故水分子由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移動。擴散：分子從高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)運動直到均勻分布的現(xiàn)象。圖1擴散一、滲透現(xiàn)象及原理分析（將一滴紅墨水滴入一杯清水中，清水很快就變成了紅色，這是溶質(zhì)分子在水中擴散的結(jié)果。Q:如果漏斗管足夠長，管內(nèi)的液面會無限升高嗎？為什么？不會。管內(nèi)液面上升到一定高度后，管內(nèi)水柱產(chǎn)生的靜水壓將加快漏斗中水分子向外擴散的速度，同時阻止膜外水分子擴散進入膜內(nèi)，水分子的擴散速率最終達到動態(tài)平衡（此時通過半透膜進入漏斗的水分子數(shù)等于滲出的水分子數(shù)）。一、滲透現(xiàn)象及原理分析Q:當漏斗管內(nèi)的液面不再上升時，半透膜兩側(cè)的溶液濃度是否相同？不相同，漏斗內(nèi)溶液濃度仍然高。膜外溶液的滲透壓=膜內(nèi)溶液的滲透壓-靜水壓(即液面不再變化時,其膜內(nèi)的溶液濃度仍大于膜外溶液濃度,滲透壓大小取決于溶液濃度的大小,且成正相關(guān).)b溶液濃度高拓展：液面升高的程度受什么因素影響？半透膜兩側(cè)溶液的濃度差。濃度差越大，高度差就越大。Q:如果用一層紗布代替玻璃紙，還會出現(xiàn)原來的現(xiàn)象嗎？不會。因為紗布不是半透膜，孔隙很大，可溶于水的物質(zhì)都能夠自由通過，包括水分子和蔗糖分子都能通過。Q:如果燒杯中不是清水，而是同樣濃度的蔗糖溶液，結(jié)果會怎樣？漏斗液面不會升高,膜兩側(cè)溶液濃度相同，水分子進出平衡。滲透作用發(fā)生條件：（2）半透膜兩側(cè)溶液具有濃度差。（1）具有半透膜。請總結(jié)滲透作用發(fā)生的條件一、滲透現(xiàn)象及原理分析條件一：半透膜條件二：濃度差水分子（或其它溶劑分子）透過半透膜從低濃度溶液向高濃度溶液的擴散。3、發(fā)生條件①具有半透膜②半透膜兩側(cè)的溶液具有濃度差2、滲透作用:4、水分子滲透方向:順相對含量梯度的跨膜運輸。滲透作用與擴散作用：滲透作用強調(diào)水等溶劑分子透過半透膜的擴散，是擴散作用的一種特殊形式。小結(jié)1、擴散：分子從高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)運動直到均勻分布

的現(xiàn)象水分子通過細胞膜進出細胞也是同樣的原理嗎？細胞膜是否相當于一層半透膜呢？液體環(huán)境二、水進出細胞的原理正常哺乳動物紅細胞的形態(tài)外界溶液細胞膜半透膜蔗糖溶液細胞質(zhì)相當于相當于①紅細胞與外界溶液組成了一個滲透系統(tǒng)。②紅細胞的細胞膜相當于一層半透膜，水分通過滲透作用進出細胞。二、水進出細胞的原理當外界溶液濃度比細胞質(zhì)濃度低時外界溶液濃度<細胞質(zhì)濃度細胞吸水膨脹當外界溶液濃度比細胞質(zhì)濃度高時外界溶液濃度>細胞質(zhì)濃度細胞失水皺縮當外界溶液濃度與細胞質(zhì)濃度相同時外界溶液濃度=細胞質(zhì)濃度細胞保持原形態(tài)不變二、水進出細胞的原理1、動物細胞的失水與吸水水進出哺乳動物紅細胞的原理

思考·討論1.紅細胞內(nèi)的血紅蛋白等有機物能夠透過細胞膜嗎？這些有機物相當于“問題探討”所示裝置中的什么物質(zhì)？

2.紅細胞的細胞膜是否相當于一層半透膜？

紅細胞中的血紅蛋白是大分子有機物，不能透過細胞膜，它相當于“問題探討”中的蔗糖分子。是（是“相當于”，不是“等同”）。二、水進出細胞的原理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？

4.紅細胞吸水或失水取決于什么條件？

5.想一想臨床上輸液為什么要用生理鹽水？

不一定。如果外界溶液濃度不是很低，細胞內(nèi)液濃度下降后與外界溶液的濃度達到平衡，此時，紅細胞將不再吸水。取決于紅細胞內(nèi)外溶液的濃度差，一般情況下，濃度差越大時，細胞吸水或失水越多。因為生理鹽水的濃度與血漿的濃度基本一致，血細胞不會因為過度吸水或失水而出現(xiàn)形態(tài)和功能上的異常。二、水進出細胞的原理其他動物細胞的吸水和失水的原理與紅細胞是一樣的。

1.

蔫了的青菜放入清水中浸泡一會兒，菜葉變得硬挺起來。2.將白菜剁碎做餡時,常常放一些鹽,一會兒后就可看到有水滲出

3.對農(nóng)作物施肥過多，會造成“燒苗”現(xiàn)象。1、植物細胞會出現(xiàn)失水的情況嗎？2、植物細胞在什么情況下會吸水和失水？

3、什么結(jié)構(gòu)相當于一層半透膜？提出問題：水又是如何進出植物細胞的呢？二、水進出細胞的原理液泡膜細胞質(zhì)細胞膜

細胞壁原生質(zhì)層（細胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細胞質(zhì)）（1）植物細胞的結(jié)構(gòu)特性：a.具有選擇透過性相當于半透膜

b.伸縮性大?細胞液特性：全透性，即水分子可以自由地

通過細胞壁，

伸縮性比較小二、水進出細胞的原理2、植物細胞的吸水和失水成熟的植物細胞由于中央液泡占據(jù)了細胞的大部分空間，將細胞質(zhì)擠成一薄層，所以植物細胞內(nèi)的液體環(huán)境主要指的是液泡里的細胞液

探究·實踐——探究植物細胞的吸水和失水提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進行實驗，觀察并記錄結(jié)果分析結(jié)果，得出結(jié)論表達與交流進一步探究原生質(zhì)層是否相當于一層半透膜？水分進出植物細胞是通過滲透作用嗎？原生質(zhì)層相當于一層半透膜，水分進出植物細胞是通過滲透作用?？茖W(xué)探究的一般過程提出問題作出假設(shè)探究·實踐——探究植物細胞的吸水和失水提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進行實驗，觀察并記錄結(jié)果分析結(jié)果，得出結(jié)論表達與交流進一步探究原生質(zhì)層是否相當于一層半透膜？水分進出植物細胞是通過滲透作用嗎？原生質(zhì)層相當于一層半透膜，水分進出植物細胞是通過滲透作用。科學(xué)探究的一般過程提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗1.如果假設(shè)是正確的，當外界溶液的濃度高于細胞液的濃度時，細胞就會

；當外界溶液的濃度低于細胞液的濃度時，細胞就會

。2.如何使細胞外溶液的濃度提高或降低？3.如何看到細胞？需要用到什么材料和器具？4.對實驗結(jié)果做出預(yù)測——細胞失水或吸水后可能出現(xiàn)哪些可觀察的變化？失水吸水探究·實踐——探究植物細胞的吸水和失水

提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進行實驗，觀察并記錄結(jié)果分析結(jié)果，得出結(jié)論表達與交流進一步探究原生質(zhì)層是否相當于一層半透膜？水分進出植物細胞是通過滲透作用嗎？原生質(zhì)層相當于一層半透膜，水分進出植物細胞是通過滲透作用。實驗思路：將植物細胞分別浸潤在較高濃度的蔗糖溶液

和清水中，用顯微鏡觀察液泡、原生質(zhì)層、細胞大小的變化。科學(xué)探究的一般過程提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗1、制作洋蔥鱗片葉外表皮的臨時裝片2、用低倍鏡觀察洋蔥鱗片葉外表皮細胞中紫色的中央液泡的大小，以及原生質(zhì)層的位置3、從蓋玻片的一側(cè)滴入蔗糖溶液，在另一側(cè)用吸水紙引流。重復(fù)幾次，使洋蔥鱗片葉表皮浸潤在蔗糖溶液中4、低倍鏡觀察：細胞的大小、液泡、原生質(zhì)層的變化5、從蓋玻片的一側(cè)滴入清水，在另一側(cè)用吸水紙引流。重復(fù)幾次，使洋蔥鱗片葉表皮浸潤在清水中6、低倍鏡觀察：細胞的大小、液泡、原生質(zhì)層的變化洋蔥鱗片葉外表皮紫色吸水紙吸水紙原生質(zhì)層液泡（引流法）蓋上蓋玻片，制成洋蔥鱗片葉外表皮臨時裝片31滴清水2撕取洋蔥鱗片葉外表皮4低倍鏡觀察6低倍鏡觀察5在蓋玻片的一側(cè)滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，在另一側(cè)用吸水紙引流7在蓋玻片的一側(cè)滴加清水，在另一側(cè)用吸水紙引流8低倍鏡觀察探究·實踐——探究植物細胞的吸水和失水——低倍物鏡

提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進行實驗，觀察并記錄結(jié)果分析結(jié)果，得出結(jié)論表達與交流進一步探究科學(xué)探究的一般過程現(xiàn)象試劑中央液泡原生質(zhì)層的位置細胞大小蔗糖溶液

清水

逐漸變小，顏色變深逐漸變大，顏色變淺逐漸恢復(fù)原來位置基本不變逐漸脫離細胞壁基本不變?nèi)斡^察兩次對照探究·實踐——探究植物細胞的吸水和失水提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進行實驗，觀察并記錄結(jié)果分析結(jié)果，得出結(jié)論表達與交流進一步探究科學(xué)探究的一般過程結(jié)論：(1)植物細胞的原生質(zhì)層相當于一層半透膜；(2)植物細胞也是通過滲透作用吸水和失水的。細胞失水，原生質(zhì)層與細胞壁分離開來細胞吸水，與細胞壁分離的原生質(zhì)層慢慢恢復(fù)原來的狀態(tài)當外界溶液濃度>細胞液濃度當外界溶液濃度<細胞液濃度質(zhì)壁分離質(zhì)壁分離復(fù)原探究·實踐——探究植物細胞的吸水和失水提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進行實驗，觀察并記錄結(jié)果分析結(jié)果，得出結(jié)論表達與交流進一步探究科學(xué)探究的一般過程(1)質(zhì)壁分離的內(nèi)因和外因：(2)觀察質(zhì)壁分離和復(fù)原，對材料的要求：(3)介于細胞膜與細胞壁之間的溶液：內(nèi)因：原生質(zhì)層具有選擇透過性

原生質(zhì)層的伸縮性>細胞壁的伸縮性外因：外界溶液濃度>細胞液濃度活細胞（原生質(zhì)層才具有選擇透過性）細胞有大液泡外界溶液濃度>細胞液濃度外界溶液探究·實踐——探究植物細胞的吸水和失水提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進行實驗，觀察并記錄結(jié)果分析結(jié)果，得出結(jié)論表達與交流進一步探究科學(xué)探究的一般過程2.如果滴加的是0.5g/ml的蔗糖溶液，實驗結(jié)果如何？1.植物細胞會由于過多吸水而漲破嗎？發(fā)生質(zhì)壁分離，但不能質(zhì)壁分離復(fù)原。（因為細胞已經(jīng)嚴重失水而死亡了)不會。（因為細胞壁具有保護和支持的作用）3.可以選用黑藻或者洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細胞進行實驗嗎？也可以使用黑藻葉片等通過觀察葉綠體的分布范圍，來觀察植物細胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原從蓋玻片的一側(cè)滴加含有紅墨水的30%蔗糖溶液，另一側(cè)用吸水紙吸引，使含有紅墨水的蔗糖溶液慢慢進入到蓋玻片下4.質(zhì)壁分離的細胞中“質(zhì)”和“壁”分別指什么？質(zhì)指原生質(zhì)層，壁指細胞壁5.將0.3g/ml的蔗糖溶液換成適宜濃度的KNO3，實驗結(jié)果如何？先質(zhì)壁分離，后質(zhì)壁分離自動復(fù)原。（因為細胞能主動吸收KNO3分子）（如KNO3、尿素、甘油、乙二醇等溶液）6.解釋滴加0.3g/mL的蔗糖溶液后液泡變小的原因。細胞外蔗糖溶液的濃度高于細胞液，水從細胞液透過原生質(zhì)層進入到蔗糖溶液中，使細胞壁和原生質(zhì)層出現(xiàn)一定程度的收縮，由于原生質(zhì)層比細胞壁伸縮性大，原生質(zhì)層就會與細胞壁逐漸分離開來，也就是逐漸發(fā)生了質(zhì)壁分離。質(zhì)壁分離：植物細胞由于液泡失水，而使原生質(zhì)層與細胞壁分離的現(xiàn)象。質(zhì)壁分離復(fù)原：當細胞液濃度高于外界溶液濃度時，細胞吸水使整個原生質(zhì)層恢復(fù)成原來的狀態(tài)。注意：質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象發(fā)生的條件(1)從細胞角度分析①死細胞、動物細胞及未成熟的植物細胞(如根尖分生區(qū)細胞)不發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象。②具有中央大液泡的成熟植物細胞可發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象。(2)從溶液角度分析①在一定濃度的溶液(溶質(zhì)不能透過膜)中只發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象,不能發(fā)生自動復(fù)原現(xiàn)象(只有用清水或低滲溶液處理，方可復(fù)原)。②在一定濃度的溶液(溶質(zhì)可透過膜)中發(fā)生質(zhì)壁分離后可自動復(fù)原，如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等。③在高濃度溶液中質(zhì)壁分離現(xiàn)象明顯，但溶液濃度過高時不能發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原，因為溶液濃度過高,細胞會因過度失水而死亡。④鹽酸、酒精、醋酸等溶液能殺死細胞，不適于做質(zhì)壁分離實驗的溶液。質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象的拓展應(yīng)用(1)判斷細胞的活性

(2)測定細胞液濃度的范圍待測細胞十一系列濃度梯度的蔗糖溶液分別鏡檢,細胞液濃度介于未發(fā)生質(zhì)壁分離和剛剛發(fā)生質(zhì)壁分離的兩種外界溶液的濃度之間。(3)比較不同植物細胞的細胞液濃度不同植物細胞+同一濃度的蔗糖溶液鏡檢，比較剛發(fā)生質(zhì)壁分離時所需時間的長短→判斷細胞液濃度的大小(時間越短，細胞液濃度越小)。(4)鑒別不同種類的溶液(如KNO3，和蔗糖溶液)

待測細胞+蔗糖溶液鏡檢發(fā)生質(zhì)壁分離和復(fù)原→活細胞

不發(fā)生質(zhì)壁分離→死細胞成熟植物細胞十不同種類溶液鏡檢只發(fā)生質(zhì)壁分離→蔗糖溶液質(zhì)壁分離后自動復(fù)原→KNO3溶液滲透裝置滲透作用原理動物細胞植物細胞細胞膜原生質(zhì)層半透膜實例：洋蔥細胞滲透吸水或失水實例：哺乳動物紅細胞濃度差半透膜蔗糖溶液清水三、自由擴散和協(xié)助擴散1.被動運輸：

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(xué)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。被動運輸分為自由擴散和協(xié)助擴散兩類。有些小分子物質(zhì)，很容易自由地通過細胞膜的磷脂雙分子層，如氧和二氧化碳。當肺泡內(nèi)氧的濃度大于肺泡細胞內(nèi)部氧的濃度時，氧便通過擴散作用進入肺泡細胞內(nèi)部。細胞內(nèi)由于呼吸作用使二氧化碳濃度升高時，二氧化碳便通過擴散作用排出細胞，進入細胞外液。甘油、乙醇、苯等脂溶性的小分子有機物也較易通過自由擴散進出細胞。2.自由擴散：物質(zhì)通過簡單的擴散作用進出細胞的方式。（也叫簡單擴散）(1)實例：

(2)特點：只通過磷脂雙分子層，不需要蛋白質(zhì)

協(xié)助，不需要能量。(3)運輸方向：高濃度→低濃度

（順濃度梯度）

①小分子物質(zhì)，如O2、CO2等②脂溶性小分子，如甘油、脂肪酸、乙醇，苯等②少部分水三、自由擴散和協(xié)助擴散濃度差（Mmol/L）51015202530運輸速度（離子/秒）2.44.77.39.512.214.4結(jié)論：物質(zhì)的運輸速度與物質(zhì)濃度差成______關(guān)系，自由擴散過程只受_________影響。正比濃度差?（4）影響因素：3、協(xié)助擴散：離子和一些小分子有機物等借助膜上的轉(zhuǎn)運蛋白進出細胞的物質(zhì)擴散方式。（也叫易化擴散）(1)特點：需要轉(zhuǎn)運蛋白協(xié)助，不需要能量

注意：①載體蛋白與通道蛋白的比較

②轉(zhuǎn)運蛋白的特性：專一性和飽和性(2)實例：葡萄糖進入紅細胞、鈉鉀離子通道運輸、水通道蛋白運輸。(3)運輸方向：高濃度→低濃度（順濃度梯度）三、自由擴散和協(xié)助擴散細胞膜（1）載體蛋白：只容許與自身結(jié)合部位相適應(yīng)的分子或離子通過，而且每次轉(zhuǎn)運時都會發(fā)生自身構(gòu)象的改變。（主動運輸和協(xié)助擴散）4、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。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。（2）通道蛋白：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離子通過。分子或離子通過通道蛋白時，不需要與通道蛋白結(jié)合。（協(xié)助擴散）載體蛋白通道蛋白轉(zhuǎn)運特點自身構(gòu)象是否與轉(zhuǎn)運的分子結(jié)合是否有特異性實例只容許與自身結(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改變不改變不結(jié)合結(jié)合具有具有葡萄糖通過載體蛋白進入紅細胞水分子通過水通道蛋白進出細胞

K+、Na+、Ca2+載體蛋白的特性：(1)專一性:一種載體蛋白在對細胞內(nèi)外物質(zhì)進行運輸時只能對應(yīng)地運送唯一的一種或性質(zhì)非常相近的一類物質(zhì)。(2)飽和性:細胞膜上的載體蛋白數(shù)量有限，在運輸過程中當所有載體蛋白都已承擔(dān)相應(yīng)的運輸任務(wù)時，運輸?shù)乃俾什辉僖蚱渌麠l件而加快。通道蛋白的特性：(1)具有極高的轉(zhuǎn)運速率。(2)沒有飽和值。(3)并非連續(xù)性開放。濃度差（Mmol/L）1.534.567.59速率（離子/秒）81524303131結(jié)論：在一定濃度范圍內(nèi)，物質(zhì)的運輸速率與物質(zhì)濃度差成______關(guān)系，超過一定的濃度后，協(xié)助擴散中物質(zhì)運輸速率受________________限制正比轉(zhuǎn)運蛋白數(shù)量?二、被動運輸（4）影響因素：比較項自由擴散協(xié)助擴散運輸方向是否需要轉(zhuǎn)運蛋白是否消耗能量舉例影響因素不需要高濃度→低濃度高濃度→低濃度需要O2、CO2、甘油、乙醇、苯等脂溶性物質(zhì)不消耗不消耗離子和一些小分子有機物（葡萄糖、氨基酸等）濃度差濃度差、轉(zhuǎn)運蛋白的數(shù)量

小結(jié)：被動運輸曲線解讀②運輸速率膜兩側(cè)的濃度差運輸速率膜兩側(cè)的濃度差判斷：哪條曲線是自由擴散/協(xié)助擴散？請說出判斷依據(jù)。①通過轉(zhuǎn)運蛋白的協(xié)助擴散具飽和性影響因素影響自由擴散