细胞的物质输入和输出教学案.docx

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细胞的物质输入和输出教学案

第四章细胞的物质输入和输出

复习教学案

第一节物质跨膜运输的实例

一、细胞的吸水和失水

（一）原理：

发生了渗透作用，该作用必须具备两个条件：

1、具有半透膜。

2、膜两侧溶液具有浓度差。

（二）动物细胞的吸水和失水（以红细胞为例：

红细胞膜相当于一层半透膜）：

1、当外界溶液浓度＜细胞质浓度时，细胞吸水。

2、当外界溶液浓度＞细胞质浓度时，细胞失水。

3、当外界溶液浓度＝细胞质浓度时，水分进出平衡。

（三）植物细胞的吸水和失水

1、在成熟的植物细胞中，原生质层（细胞膜＋液泡膜＋二者之间的细胞质）相当于一层半透膜。

2、成熟植物细胞发生质壁分离的条件是外界溶液浓度＞细胞液浓度，发生质壁分离复原的条件是外界溶液浓度＜细胞液浓度。

二、渗透系统的组成分析及应用

（一）渗透系统的组成（如图）及特点

1、半透膜，可以是生物性的选择透过性膜，如细胞膜，也可以是物理性的过滤膜，如玻璃纸。

2、半透膜两侧的溶液具有浓度差。

（二）渗透作用的发生

1、若S1溶液浓度大于S2，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2，外观上表现为S1液面上升；若S1溶液浓度小于S2，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。

2、在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差Δh，则S1溶液浓度仍大于S2。

（三）渗透作用的应用

漏斗内

烧杯内

溶液浓度

M

N

现象及结论

①若漏斗内液面上升，则M＞N

②若漏斗内液面不变，则M＝N

③若漏斗内液面下降，则M＜N

1、比较不同溶液浓度大小

2、验证渗透作用发生的条件

（1）具半透膜。

（2）具有浓度差。

三、物质跨膜运输的其他实例

（一）对无机盐的吸收实例

1、水稻和番茄对同一离子的吸收量不同。

2、水稻或番茄对不同离子的吸收量不同。

3、人体甲状腺滤泡上皮细胞可以主动地从血液中吸收碘。

4、不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。

（二）生物膜的特性

细胞膜和其他生物膜可以让水分子自由通过，一些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，因此它们都是选择透过性膜。

第二节生物膜的流动镶嵌模型

一、生物膜的探索历程

（一）19世纪末，欧文顿根据脂溶性物质更容易通过细胞膜，提出膜是由脂质组成的。

（二）20世纪初，化学分析表明，膜的主要成分是脂质和蛋白质。

（三）1925年，荷兰科学家得出结论：

细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层。

（四）20世纪40年代，科学家推测脂质两边各覆盖着蛋白质。

（五）1959年，罗伯特森认为生物膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成。

（六）1970年，人鼠细胞杂交实验表明，细胞膜具有流动性。

（七）1972年，桑格和尼克森提出的生物膜的流动镶嵌模型为大多数人所接受。

二、生物膜流动镶嵌模型

（一）基本内容

1．磷脂双分子层构成膜的基本支架，其结构特点是具有流动性。

2．蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层的表面，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；大多数蛋白质分子是可以运动的。

3．细胞膜表面的糖类可以和蛋白质结合形成糖蛋白，也可以和脂质结合形成糖脂。

（二）组成成分及其在膜的分布（见右图）

（三）结构特点

流动性

1．原因：

膜结构中的蛋白质分子和脂质分子是可以运动的。

2．表现：

变形虫的变形运动、细胞融合、胞吞、胞吐及载体对相应物质的转运等。

3．影响因素：

主要受温度影响，适当温度范围内，随外界温度升高，膜的流动性增强，但温度高出一定范围，则导致膜的破坏。

4．实例：

（1）质壁分离和复原实验；

（2）变形虫捕食和运动时伪足的形成；（3）白细胞吞噬细菌；（4）胞吞与胞吐；（5）受精时细胞的融合过程；（6）动物细胞分裂时细胞膜的缢裂过程；（7）细胞杂交时的细胞融合（如人鼠细胞融合）。

（四）功能特点

选择透过性

1．表现：

植物根对矿质元素的选择性吸收，神经细胞对K＋的吸收和对Na＋的排出，肾小管的重吸收和分泌，小肠的吸收等。

2．原因：

遗传性决定载体的种类和数量，从而也决定了选择性。

（五）细胞膜的流动性和选择透过性：

流动性与选择透过性都是对细胞膜的描述，但两者既有区别又有联系。

1、区别：

流动性是细胞膜结构方面的特性，选择透过性体现了细胞膜功能方面的特性，主动运输能充分说明选择透过性。

2、联系：

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，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，如果细胞膜失去了选择透过性，细胞可能已经死亡了。

总之，膜的组成、结构和功能可表示为下图：

小结

1.细胞膜结构：

磷脂蛋白质糖类

↓↓↓

磷脂双分子层“镶嵌蛋白”糖被（与细胞识别有关）

（膜基本支架）

2．生物膜特点

结构特点：

具有一定的流动性

细胞膜

（生物膜）功能特点：

选择透过性

第三节物质跨膜运输的方式

一、物质跨膜运输的方式

（一）被动运输

1.自由扩散：

不需要载体和能量，如水、CO2、O2、甘油、乙醇等。

2.协助扩散：

需要载体，但不需要能量，如红细胞吸收葡萄糖。

（二）主动运输

既需要载体协助，又需要消耗能量，如细胞吸收K＋、Na＋、Ca2＋、氨基酸等。

（三）物质跨膜运输的方式说明生物膜结构特征是流动性，功能特性是选择透过性。

（四）大分子物质以胞吞和胞吐方式进出细胞，这与细胞膜的流动性有关，但不属于跨膜运输。

二、三种物质出入细胞方式的图例比较

三、主动运输的意义

在细胞的生命活动过程中，主动运输起到了重要作用，它使细胞能主动地从外界吸收被选择的物质，供生命活动利用。

同样，细胞也能利用主动运输把新陈代谢产物排出细胞外。

总之，细胞通过主动运输，摄取、积累物质以及不断排出代谢废物，从而维持细胞组成成分的动态稳定，保证生命活动的正常进行。

四、影响跨膜运输的因素

（一）影响自由扩散的因素

细胞膜内外物质的浓度差。

（二）影响协助扩散的因素

1.细胞膜内外物质的浓度差。

2.细胞膜上运载物质的载体数量。

（三）影响主动运输的因素

1.载体：

是细胞膜上的一类蛋白质

（1）载体具有特异性，不同物质的载体不同，不同生物细胞膜上载体的种类和数目也不同

（2）载体具有饱和现象，当细胞膜上的载体全部参与物质的运输时，细胞吸收该载体运载的物质的速度不再随物质浓度的增大而增大。

2.能量

凡能影响细胞内产生能量的因素，都能影响主动运输，如氧气浓度、温度等。

（四）影响物质运输速度的曲线分析

1.物质浓度（在一定浓度范围内）对运输速率的影响曲线

（1）自由扩散的运输方向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，随物质浓度的增大，其运输速率与物质浓度成正比。

（2）协助扩散或主动运输的共同点是都需要载体协助，在物质浓度较低时，随物质浓度的增大，运输速率也逐渐增大，到达一定物质浓度时，由于受膜上载体数量的限制，运输速率不再随浓度增大而增大。

2.氧气浓度对物质运输速率的影响曲线

（1）自由扩散和协助扩散统称为被动运输，其运输方向都是从高浓度一侧到低浓度一侧，其运输的动力都是浓度差，不需要能量，因此与氧气浓度无关，运输速率不随氧气浓度增大而改变。

（2）主动运输方式既需要载体协助又需要消耗能量。

在氧气浓度为零时，通过细胞无氧呼吸供能，但无氧呼吸产生能量较少所以运输速率较低，在一定范围内随氧气浓度升高，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，当氧气浓度足够高时，能量供应充足，但由于受到载体数量的限制，运输速率不再随氧气浓度增大而加快。

四、小结

1.相关概念：

自由扩散：

物质通过简单的扩散作用进出细胞。

协助扩散：

进出细胞的物质要借助载体蛋白的扩散。

主动运输：

物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。

2.自由扩散、协助扩散和主动运输的比较：

比较项目

运输方向

是否要载体

是否消耗能量

代表例子

自由扩散

高浓度→低浓度

不需要

不消耗

O2、CO2、H2O、乙醇、甘油等

协助扩散

高浓度→低浓度

需要

不消耗

葡萄糖进入红细胞等

主动运输

低浓度→高浓度

需要

消耗

氨基酸、各种离子等

3.离子和小分子物质主要以被动运输（自由扩散、协助扩散）和主动运输的方式进出细胞；大分子和颗粒物质进出细胞的主要方式是胞吞作用和胞吐作用。

基本知识梳理

1．细胞与环境进行物质交换必须经过细胞膜。

植物细胞中原生质层是指细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质，它相当于一层半透膜，当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞失水，由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，就逐渐发生了质壁分离，而当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，细胞吸水，又逐渐发生质壁分离复原。

2．物质的跨膜运输则并不是顺相对含量梯度的，说明细胞对于物质的输入和输出有选择性，所以细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。

3．欧文顿经过实验发现，凡是能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞，于是提出：

膜是由__脂质_组成的；荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，测得结果发现脂质分子在细胞膜中的排列方式是连续的两层；科学家用不同荧光染料标记小鼠细胞和人细胞表面的蛋白质分子，将其融合时发现荧光标记均匀分布，实验表明细胞膜具有流动性。

4．1972年桑格和尼克森提出了生物膜的流动镶嵌模型。

此模型认为：

磷脂双分子层构成了膜的基本骨架，具有流动性性；蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面或磷脂分子层中，有的嵌在整个磷脂双分子层，大多数蛋白质也是可以运动的。

在细胞膜的外表，有一层蛋白质和糖类结合形成的糖蛋白，叫做糖被，有_保护、润滑、_识别等功能，除糖蛋白外，细胞膜表面还有由糖类和脂质分子结合成的_糖脂。

5．物质的跨膜运输方式有被动运输和主动运输两种。

物质通过简单的扩散作用由高浓度到低浓度的方式叫做自由扩散，如氧、二氧化碳等；有些物质进出细胞需要借助于

载体蛋白的扩散，叫做协助扩散，如_葡萄糖_等。

这两种方式统称为被动运输。

还有些物质从浓度低的一侧运输到高浓度一侧，不仅需要载体蛋白的协助，还需要消耗能量，这种方式叫做主动运输，如__钾离子、钠离子钙离子等。

影响主动运输的因素是载体的种类和数量以及能量供应。

6．当细胞摄入大分子时，首先是大分子附在细胞膜表面，内陷形成小囊，包围着大分子，然后分离下来，进入细胞内部，这种现象叫做胞吞。

细胞需要外排的大分子，先形成囊泡，移动到细胞膜处与之融合，将大分子排出去，这种现象叫做胞吐。

典型例题讲解

例1.a、b、c表示某植物体的三个相邻的细胞，它们的细胞液的浓度为a细胞>b细胞>c细胞，它们之间的水渗透方向应是下列哪种情况…

解析：

本题考查渗透作用的原理。

解此题首先要明确溶液浓度的概念，一般讲的浓度是溶质的浓度，而渗透的是溶剂分子。

溶液浓度越高，相对地说，单位体积内溶剂分子就越少；反之，溶液浓度越低，相对地说单位体积溶剂分子就越多。

而溶剂分子在渗透过程中，由单位体积分子数多的地方向分子数少的地方以扩散方式渗透。

因此，就一般所讲的浓度而言，渗透作用中，溶剂分子是从低浓度向高浓度方向渗透。

答案：

C

例2.生物膜系统在细胞生命活动中的作用主要体现在（多选）（）

A.在细胞内外的物质运输等过程中起决定性作用

B.使核内遗传信息的传递不受细胞质的影响

C.广阔的膜面积为酶提供大量的附着位点

D.使细胞的结构与功能区域化

解析：

细胞膜、核膜以及细胞器膜，在结构和功能上是紧密联系的统一整体，它们形成的结构体系，叫做细胞的生物膜系统。

在题目给出的选项中，除B选项外，其余都是生物膜系统所起的作用。

答案：

ACD

例3．葡萄糖经小肠粘膜上皮进入毛细血管，需透过的磷脂分子层数是（）

A．4层B．6层C．8层D．10层

解析：

小肠粘膜是由单层上皮细胞构成，葡萄糖穿过它时要经过2层细胞膜；进入毛细胞血管时，要经过毛细血管壁（单层上皮细胞）又要经过2层细胞膜；一共4层膜。

而流动镶嵌模型告诉我们，生物膜以磷脂双分子层作为基本支架，因此共需透过8层磷脂分子。

答案：

C

例4.物质进入细胞都要穿过细胞膜，不同物质穿过细胞膜的方式不同。

下图表示在一定范围内细胞膜外物质进入细胞膜内的三种不同情况。

回答下列问题：

⑴据图指出A、B、C所表示的物质运输方式，A是，B是，C是。

⑵上述三种运输方式中，哪一种加入呼吸抑制剂后曲线会发生变化？

为什么？

⑶乙醇、CO2、氨基酸进入细胞的方式分别是、、。

解析：

⑴比较A、B、C三图，易见B、C两图，随时间推移，物质的运输趋于平衡，可见这两种运输方式都受到细胞膜上载体的制约，而A没有这一制约，说明A没有参与，必为自由扩散。

再进一步比较B、C两图，可见C图中当细胞内物质浓度高于虚线部分浓度（即细胞外浓度）时，仍继续吸收一段时间，这段时间为逆浓度梯度运输，是主动运输的特征。

B图无这一特征，所以B图表示的是协助扩散。

⑵自由扩散、协助扩散是顺浓度梯度运输，依靠浓度梯度的“势能”来进行，不需要消耗代谢能量。

主动运输是逆浓度梯度运输，需要消耗代谢能量，由呼吸作用为其供能。

因此，加入呼吸抑制剂后，曲线C会发生变化。

⑶所体物质及脂溶性物质（如甘油、乙醇、胆固醇、苯）进入细胞的方式都是自由扩散，氨基酸进入细胞的方式是主动运输。

答案：

⑴自由扩散协助扩散主动运输⑵主动运输（图C）主动运输需要呼吸作用提供能量⑶自由扩散自由扩散主动运输

内容总结

（1）第四章细胞的物质输入和输出

复习教学案

第一节物质跨膜运输的实例

一、细胞的吸水和失水

（一）原理：

发生了渗透作用，该作用必须具备两个条件：

1、具有半透膜

（2）第二节生物膜的流动镶嵌模型

一、生物膜的探索历程

（一）19世纪末，欧文顿根据脂溶性物质更容易通过细胞膜，提出膜是由脂质组成的

（3）在题目给出的选项中，除B选项外，其余都是生物膜系统所起的作用