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高中生物苏教版 (2019)必修1《分子与细胞》第三节 物质进出细胞的运输方式备课ppt课件
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这是一份高中生物苏教版 (2019)必修1《分子与细胞》第三节 物质进出细胞的运输方式备课ppt课件，共37页。
1.渗透吸水和失水(1)当细胞内液体渗透压大于外界溶液的渗透压时,细胞① 。(2)当细胞内液体渗透压小于外界溶液的渗透压时,细胞② 。(3)当细胞内液体渗透压与外界溶液的渗透压相等,即细胞在等渗溶液中时,进出 细胞的水分子处于③ 状态。
1 |细胞质膜具有选择透过性
2.植物细胞的质壁分离和复原现象 (1)选择透过性膜:对物质进出具有选择作用的膜。(2)原生质层:④ 和⑤ 以及两层膜之间的细胞质称为原生质 层。与半透膜类似,能选择性地控制物质的进出。(3)细胞内的液体环境主要是指液泡中的细胞液,细胞液的渗透压能随⑥ 渗透压的变化而变化。(4)质壁分离现象:当植物细胞的细胞液渗透压⑦ 外界溶液渗透压时,细 胞液中的水分子会透过原生质层进入外界溶液,细胞不断失水,就会发生质壁分 离现象。(5)质壁分离复原现象:当已经发生质壁分离的植物细胞处于渗透压⑧
细胞液渗透压的外界溶液中时,外界溶液中的水分子会透过原生质层进入细胞 液,细胞不断吸水,就会发生质壁分离复原现象。(6)质壁分离与复原的原因a.原生质层具有⑨ 。b.细胞液和外界溶液之间的渗透压差。c.原生质层和细胞壁的伸缩性不同(原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大)。3.观察植物细胞的质壁分离和复原现象(1)实验材料:成熟的活的植物细胞(如紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞)。(2)实验试剂:质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液、清水。
1.一般来说, 分子(如O2、CO2、N2)、相对分子质量小的不带电的极性分子(如尿素、乙醇)、脂溶性分子等容易通过细胞质膜。2.离子(如Na+、K+)因与水的结合而脂溶性大大降低。3.相对分子质量大的不带电的极性分子(如葡萄糖)和各种带电的极性分子都难 以 通过细胞质膜。4.细胞内的其他细胞器膜和细胞质膜一样,都是 。
2 |细胞质膜对不同物质的通透性不同
特别提醒 质壁分离的“质”指的是原生质层,而不是细胞质,原生质层由细胞 质膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质组成。
1.简单扩散或自由扩散(1)定义:细胞质膜是选择透过性膜,当物质通过细胞质膜进出细胞时,会 浓度梯度从高浓度一侧向低浓度一侧移动,像这样的过程称为简单扩散或自由扩 散。(2)扩散趋势:半透膜两侧的浓度最终达到平衡。(3)限制因素a.物质的脂溶性。b.相对分子质量大小。c.所带电荷的种类和数量。(4)水的渗透过程:水作为溶剂,表现为从溶质分子相对少的部位向溶质分子相对 多的部位流动。
3|被动运输不需要细胞供能
(5)简单扩散过程:溶质往往是从浓度高的部位向浓度低的部位流动。(6)渗透与扩散是两个不完全相同的物质运动过程。2.依赖通道蛋白的协助扩散(1)定义:一些物质借助于细胞质膜上的 ,不需要细胞代谢供能,顺浓度梯度进出细胞质膜的被动运输方式,属于协助扩散。(2)通道蛋白:主要是离子通道蛋白。它们在生物膜中主要有开与关两种构型,相 当于“门”。这种“门”的开与关被不同的因子所诱导。3.依赖载体蛋白的协助扩散(1)定义:一些物质依赖细胞质膜上的 进出细胞,也不需要细胞代谢供能,顺浓度梯度通过细胞质膜,这种被动运输方式也属于协助扩散。
(2)载体蛋白a.作用方式:先与被运输的离子或分子结合,然后通过 的变化或移动完成物质运输。b.特点:具有高度的 ,即载体蛋白上的结合位点只与某种或某类溶质(如一种分子或离子)进行暂时性、可逆性的结合和分离,完成物质的被动运输。4.被动运输的结果:被动运输将物质顺着浓度梯度从高浓度向低浓度方向运输,其 结果是 细胞内外物质浓度趋同。
1.定义:离子或小分子物质 浓度梯度进出细胞,不仅需要膜上载体蛋白的参与,还需要细胞代谢供能的物质运输方式。2.特点:不仅依赖细胞质膜上特定的载体蛋白,还需要细胞代谢供能。3.实例:Na+-K+泵是活细胞中由ATP(供能物质)驱动的将Na+输出细胞外,同时将K+ 输入细胞内的运输泵,是维持细胞内外K+和Na+浓度差的结构和功能基础。4.意义(1)通过细胞质膜的主动运输,物质逆浓度梯度进出细胞,这对形成和维持细胞内 外物质的浓度差具有特别重要的意义。(2)主动运输能保证细胞按照生命活动的需要, 地选择吸收营养物质,排出代谢废物和对细胞有害的物质。因此,主动运输对于活细胞完成各项生命活 动具有重要意义。
4 |主动运输需要细胞供能
1.运输的物质:蛋白质、多核苷酸、多糖等大分子以及部分颗粒性物质。2.特点:胞吞和胞吐涉及细胞内多种膜的破裂与融合,是一个需要细胞代谢 的过程。3.胞吞(1)定义:胞吞是通过质膜的 运动将细胞外物质转运进细胞的过程。(2)类型划分依据:物质大小及其入胞机制的不同。a.吞噬:细胞以大囊泡内吞较大固体颗粒的过程。b.胞饮:细胞通过小囊泡将细胞周围的微滴状液体摄入细胞的过程。4.胞吐:一般是指细胞将要外排的大分子形成囊泡,囊泡移动到细胞质膜处并与之 结合,再将大分子排出细胞的过程。
5 |细胞的胞吞和胞吐
5.意义(1)胞吐使质膜表面积 ,而胞吞则会 质膜表面积,质膜表面积的这种动态平衡过程对细胞质膜成分的更新和细胞的生存与生长非常必要。(2)胞吞参与了细胞信号的传导,还能整合多种信号,在细胞的生长、发育、代谢 以及增殖中发挥重要作用。
1.在半透膜两侧的水分子会从溶质相对较少的区域向溶质相对较多的区域扩 散。 ( )2.在质量分数大于0.9%的NaCl溶液中,红细胞因渗透作用失水皱缩并发生质壁分 离。 ( )提示:在质量分数大于0.9%的NaCl溶液中,红细胞因渗透作用失水皱缩,红细胞不 含细胞壁,不会发生质壁分离现象。3.物质被动运输进出细胞时与细胞质膜的流动性无关。 ( )提示:物质被动运输进出细胞时与细胞质膜的流动性有关。4.红苋菜的叶肉细胞的原生质层由细胞质膜和液泡膜组成。 ( )提示:植物细胞的原生质层包括细胞质膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。
5.物质跨膜运输都是顺浓度梯度进行的。 ( )提示:物质跨膜运输可以逆浓度梯度进行。6.相对分子质量小的物质或离子都可以通过简单扩散进入细胞内。 ( )提示:一些离子进入细胞的方式是主动运输。7.主动运输过程中,需要载体蛋白的协助和消耗能量。 ( )8.细胞胞吞、胞吐大分子物质不消耗能量。 ( )提示:胞吞、胞吐过程需要消耗能量。
不同渗透装置中水分子运动情况及液面变化(1)溶质不能通过半透膜(图A)①若S1溶液浓度大于S2溶液浓度,则单位时间内S2→S1的水分子数多于S1→S2的,外
1 |渗透作用的原理和应用的分析
观上表现为S1溶液液面上升;若S1溶液浓度小于S2溶液浓度,则情况相反,外观上表 现为S1溶液液面下降。②在达到渗透平衡后,若存在如图所示的液面差Δh,则此时S1溶液浓度仍大于S2溶 液浓度。因为液面高的一侧形成的压强会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧 渗透。(2)溶质能通过半透膜(图B)若S1溶液浓度大于S2溶液浓度,则最初单位时间内S2→S1的水分子数多于S1→S2的, 随着溶质的扩散,最终S1和S2溶液浓度相等,外观上表现为S1溶液液面先上升后下 降,最终S1和S2溶液液面持平;若S1溶液浓度小于S2溶液浓度,则情况相反。
成熟植物细胞和外界溶液形成的渗透系统与渗透作用模型的比较
发生质壁分离及复原的条件(1)活细胞。(2)有细胞壁和大液泡。(3)细胞液与外界溶液有浓度差。 质壁分离及复原实验的注意事项(1)本实验存在两组对照实验
2 |观察植物细胞的质壁分离和复原现象
(2)发生质壁分离及复原的原因①发生质壁分离的原因a.内因:质膜及其以内部分伸缩性大于细胞壁的伸缩性。b.外因:细胞液浓度小于外界溶液浓度,细胞失水。②发生质壁分离复原的原因a.内因:质膜及其以内部分伸缩性大于细胞壁的伸缩性。b.外因:细胞液浓度大于外界溶液浓度,细胞吸水。
细胞是否发生质壁分离及复原的判断方法(1)从细胞角度分析①具有中央大液泡的成熟植物细胞才可发生质壁分离及复原现象。②死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离 及复原现象。(2)从溶液角度分析①在溶质可穿膜的溶液(如KNO3、甘油等)中细胞可发生先质壁分离后自动复原 的现象。②在溶质不能穿膜的溶液中细胞只会发生质壁分离现象,不能发生自动复原现 象。③在高浓度溶液中细胞可发生质壁分离现象,但很可能会因过度失水而死亡,不 能再自动复原。
质壁分离与复原实验的应用(1)判断成熟植物细胞的死活(2)测定细胞液浓度范围
(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
为研究成熟植物细胞的渗透吸水现象,设计简易渗透吸水装置如图甲所示, 图甲中液面上升的高度与时间的关系如图乙所示。将一个成熟植物细胞放在某 外界溶液中发生的一种状态(此时细胞有活性)如图丙所示。下列相关叙述中错 误的是 ( )
甲 乙 丙
A.由图甲中漏斗液面上升可知,实验开始时b中液体的浓度大于a中液体的浓度B.由图乙可知,图甲中漏斗里溶液的吸水速率在下降C.图丙中相当于图甲中c结构的是③④⑤D.图丙所示状态的细胞正在发生质壁分离思路点拨熟悉水渗透方向、渗透作用与浓度的关系,细胞质壁分离状态的判断。解析 由图甲中漏斗液面上升可知,实验开始时b中液体的浓度大于a中液体的浓 度,A正确;由图乙可知,图甲中漏斗液面上升的速率(单位时间内上升的高度)在减 慢,直至不再上升,说明漏斗里溶液的吸水速率在下降,B正确;图丙中相当于图甲 中c半透膜结构的是原生质层,由③④⑤组成,即由细胞质膜、细胞质和液泡膜构成,C正确;图丙所示状态的细胞可能正在发生质壁分离或正在发生质壁分离复原 或处于动态平衡状态,D错误。
3 |物质跨膜运输的区别和联系
原尿中氨基酸、Na+等物质的浓度与血浆中的基本相同。位于肾小管管腔内的 原尿经肾小管和集合管选择性重吸收后形成尿液。科学家在肾小管上皮细胞的 细胞质膜上发现了水通道蛋白(一类跨越细胞质膜磷脂双分子层的蛋白质)。正 常情况下尿液中不含氨基酸。(图1为肾小管壁及相关结构示意图,图2表示部分 物质进出肾小管上皮细胞,其中氨基酸与Na+协同运输。)
问题1.水、氨基酸、Na+进出肾小管上皮细胞的方式分别是什么?提示:水进出肾小管上皮细胞的方式是被动运输。氨基酸进入肾小管上皮细胞的方式为主动运输,出肾小管上皮细胞的方式为协助扩散。Na+进入肾小管上皮细 胞的方式为协助扩散,出肾小管上皮细胞的方式为主动运输。2.一种物质跨膜运输是否只能采取一种跨膜运输方式?一种载体蛋白是否只能运 输一种物质?提示:水可进行自由扩散,也可通过水通道蛋白进行协助扩散,故一种物质跨膜运 输不是只能采取一种跨膜运输方式。载体蛋白具有高度的特异性,即载体蛋白上 的结合位点只与某种或某类溶质进行暂时性、可逆性的结合和分离。
3.物质跨膜运输的判断方法有哪些?提示:四看法判断物质跨膜运输的方式:一看浓度,若逆浓度梯度运输,则为主动运 输;若顺浓度梯度运输,则为被动运输。二看通道蛋白或载体蛋白,不需要通道蛋 白或载体蛋白参与的为自由扩散或胞吞、胞吐,需要通道蛋白或载体蛋白参与的 为协助扩散或主动运输。三看能量,不消耗能量的为被动运输,消耗能量的为主动运输或胞吞、胞吐。四看物质种类,小部分水、脂溶性物质、气体为自由扩 散,大部分水、氨基酸、葡萄糖等为协助扩散或主动运输,大分子物质通常为胞 吞、胞吐。
有关物质出入细胞的几个“不要漏掉”(1)需要载体蛋白协助的运输方式除主动运输外不要漏掉协助扩散。(2)消耗能量的运输方式除主动运输外不要漏掉胞吞和胞吐。(3)从高浓度到低浓度的运输方式除自由扩散外不要漏掉协助扩散。(4)影响协助扩散运输速率的因素除通道蛋白或载体蛋白数量外不要漏掉浓度 差。(5)与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外不要漏掉载体蛋白的合成场所— —核糖体。(6)运输速率与O2浓度无关的运输方式除自由扩散外不要漏掉协助扩散。(7)胞吞(吐)的大分子物质穿过细胞质膜的层数为0,因为该过程是通过膜的融合 将物质转入或转出细胞的。(8)RNA和蛋白质等大分子物质进出细胞核,是通过核孔,而不是通过胞吞、胞吐。
物质跨膜运输有如图所示三种方式,相关叙述错误的是 ( )
A.氧气以方式1进入细胞B.物质以方式3进入细胞的过程需要消耗细胞代谢提供的能量C.方式1和方式2两种方式都属于被动运输D.蛋白质分子可以通过方式3进入细胞
解析 据图分析,方式1中物质运输通过细胞质膜,且方向是从高浓度到低浓度,表 示自由扩散;方式2中物质的运输方向是从高浓度到低浓度,需要蛋白质协助,不需 要能量,表示协助扩散;方式3中的物质运输方向是从低浓度到高浓度,需要载体蛋 白和能量,表示主动运输。氧气以自由扩散的方式进入细胞,即图中的方式1,A正 确;根据以上分析,物质以方式3进入细胞的过程需要消耗细胞代谢提供的能量,B 正确;方式1为自由扩散,方式2为协助扩散,二者都属于被动运输,C正确;蛋白质分 子属于大分子物质,大分子物质进入细胞的方式是胞吞,不是主动运输,D错误。
载体蛋白数量对跨膜运输速率的影响
4 |影响被动运输和主动运输速率相关因素的曲线分析
自由扩散过程与载体蛋白无关,故其物质运输速率不受载体蛋白数量的影响。协 助扩散过程中,在其他条件适宜的情况下,载体蛋白数量越多,运输速率越大。在 主动运输的过程中,物质运输速率除受载体蛋白数量的影响外,还受能量供应等 的影响。
细胞质膜两侧物质浓度差影响物质跨膜运输速率(1)自由扩散顺浓度梯度进行,其运输动力是膜两侧物质浓度差。物质运输速率 与膜两侧物质浓度差成正比。
(2)协助扩散需要载体蛋白或通道蛋白的协助。在一定范围内,随膜两侧物质浓 度差的增大,物质运输速率也逐渐增大;当膜两侧物质浓度差达到一定值时,受膜 上载体蛋白或通道蛋白数量的限制,物质运输速率不再随膜两侧物质浓度差的增 大而增大。
ATP浓度(能量)影响物质跨膜运输速率(1)自由扩散和协助扩散的动力都来自膜两侧物质的浓度差。自由扩散和协助扩
散过程不需要消耗能量,所以ATP浓度不影响它们的运输速率。(2)主动运输过程需要消耗能量,所以ATP浓度可以影响主动运输的运输速率。如 图,Q点之前,随ATP浓度的增大,运输速率越来越大;Q点及以后(ATP浓度达到一 定程度后),随ATP浓度的增大,运输速率不再增大,此时物质运输速率受载体蛋白 数量及其他因素限制。
温度温度可通过影响生物质膜的流动和细胞呼吸来影响物质运输速率。
如图中曲线a、b表示物质跨膜运输的两种方式,下列表述正确的是 ( )
A.脂溶性小分子物质不通过方式a运输B.与方式a有关的载体蛋白覆盖于细胞质膜表面C.方式b的最大转运速率可能与载体蛋白数量有关D.抑制细胞呼吸对方式a和b的转运速率均有影响
1.渗透吸水和失水(1)当细胞内液体渗透压大于外界溶液的渗透压时,细胞① 。(2)当细胞内液体渗透压小于外界溶液的渗透压时,细胞② 。(3)当细胞内液体渗透压与外界溶液的渗透压相等,即细胞在等渗溶液中时,进出 细胞的水分子处于③ 状态。
1 |细胞质膜具有选择透过性
2.植物细胞的质壁分离和复原现象 (1)选择透过性膜:对物质进出具有选择作用的膜。(2)原生质层:④ 和⑤ 以及两层膜之间的细胞质称为原生质 层。与半透膜类似,能选择性地控制物质的进出。(3)细胞内的液体环境主要是指液泡中的细胞液,细胞液的渗透压能随⑥ 渗透压的变化而变化。(4)质壁分离现象:当植物细胞的细胞液渗透压⑦ 外界溶液渗透压时,细 胞液中的水分子会透过原生质层进入外界溶液,细胞不断失水,就会发生质壁分 离现象。(5)质壁分离复原现象:当已经发生质壁分离的植物细胞处于渗透压⑧
细胞液渗透压的外界溶液中时,外界溶液中的水分子会透过原生质层进入细胞 液,细胞不断吸水,就会发生质壁分离复原现象。(6)质壁分离与复原的原因a.原生质层具有⑨ 。b.细胞液和外界溶液之间的渗透压差。c.原生质层和细胞壁的伸缩性不同(原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大)。3.观察植物细胞的质壁分离和复原现象(1)实验材料:成熟的活的植物细胞(如紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞)。(2)实验试剂:质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液、清水。
1.一般来说, 分子(如O2、CO2、N2)、相对分子质量小的不带电的极性分子(如尿素、乙醇)、脂溶性分子等容易通过细胞质膜。2.离子(如Na+、K+)因与水的结合而脂溶性大大降低。3.相对分子质量大的不带电的极性分子(如葡萄糖)和各种带电的极性分子都难 以 通过细胞质膜。4.细胞内的其他细胞器膜和细胞质膜一样,都是 。
2 |细胞质膜对不同物质的通透性不同
特别提醒 质壁分离的“质”指的是原生质层,而不是细胞质,原生质层由细胞 质膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质组成。
1.简单扩散或自由扩散(1)定义:细胞质膜是选择透过性膜,当物质通过细胞质膜进出细胞时,会 浓度梯度从高浓度一侧向低浓度一侧移动,像这样的过程称为简单扩散或自由扩 散。(2)扩散趋势:半透膜两侧的浓度最终达到平衡。(3)限制因素a.物质的脂溶性。b.相对分子质量大小。c.所带电荷的种类和数量。(4)水的渗透过程:水作为溶剂,表现为从溶质分子相对少的部位向溶质分子相对 多的部位流动。
3|被动运输不需要细胞供能
(5)简单扩散过程:溶质往往是从浓度高的部位向浓度低的部位流动。(6)渗透与扩散是两个不完全相同的物质运动过程。2.依赖通道蛋白的协助扩散(1)定义:一些物质借助于细胞质膜上的 ,不需要细胞代谢供能,顺浓度梯度进出细胞质膜的被动运输方式,属于协助扩散。(2)通道蛋白:主要是离子通道蛋白。它们在生物膜中主要有开与关两种构型,相 当于“门”。这种“门”的开与关被不同的因子所诱导。3.依赖载体蛋白的协助扩散(1)定义:一些物质依赖细胞质膜上的 进出细胞,也不需要细胞代谢供能,顺浓度梯度通过细胞质膜,这种被动运输方式也属于协助扩散。
(2)载体蛋白a.作用方式:先与被运输的离子或分子结合,然后通过 的变化或移动完成物质运输。b.特点:具有高度的 ,即载体蛋白上的结合位点只与某种或某类溶质(如一种分子或离子)进行暂时性、可逆性的结合和分离,完成物质的被动运输。4.被动运输的结果:被动运输将物质顺着浓度梯度从高浓度向低浓度方向运输,其 结果是 细胞内外物质浓度趋同。
1.定义:离子或小分子物质 浓度梯度进出细胞,不仅需要膜上载体蛋白的参与,还需要细胞代谢供能的物质运输方式。2.特点:不仅依赖细胞质膜上特定的载体蛋白,还需要细胞代谢供能。3.实例:Na+-K+泵是活细胞中由ATP(供能物质)驱动的将Na+输出细胞外,同时将K+ 输入细胞内的运输泵,是维持细胞内外K+和Na+浓度差的结构和功能基础。4.意义(1)通过细胞质膜的主动运输,物质逆浓度梯度进出细胞,这对形成和维持细胞内 外物质的浓度差具有特别重要的意义。(2)主动运输能保证细胞按照生命活动的需要, 地选择吸收营养物质,排出代谢废物和对细胞有害的物质。因此,主动运输对于活细胞完成各项生命活 动具有重要意义。
4 |主动运输需要细胞供能
1.运输的物质:蛋白质、多核苷酸、多糖等大分子以及部分颗粒性物质。2.特点:胞吞和胞吐涉及细胞内多种膜的破裂与融合,是一个需要细胞代谢 的过程。3.胞吞(1)定义:胞吞是通过质膜的 运动将细胞外物质转运进细胞的过程。(2)类型划分依据:物质大小及其入胞机制的不同。a.吞噬:细胞以大囊泡内吞较大固体颗粒的过程。b.胞饮:细胞通过小囊泡将细胞周围的微滴状液体摄入细胞的过程。4.胞吐:一般是指细胞将要外排的大分子形成囊泡,囊泡移动到细胞质膜处并与之 结合,再将大分子排出细胞的过程。
5 |细胞的胞吞和胞吐
5.意义(1)胞吐使质膜表面积 ,而胞吞则会 质膜表面积,质膜表面积的这种动态平衡过程对细胞质膜成分的更新和细胞的生存与生长非常必要。(2)胞吞参与了细胞信号的传导,还能整合多种信号,在细胞的生长、发育、代谢 以及增殖中发挥重要作用。
1.在半透膜两侧的水分子会从溶质相对较少的区域向溶质相对较多的区域扩 散。 ( )2.在质量分数大于0.9%的NaCl溶液中,红细胞因渗透作用失水皱缩并发生质壁分 离。 ( )提示:在质量分数大于0.9%的NaCl溶液中,红细胞因渗透作用失水皱缩,红细胞不 含细胞壁,不会发生质壁分离现象。3.物质被动运输进出细胞时与细胞质膜的流动性无关。 ( )提示:物质被动运输进出细胞时与细胞质膜的流动性有关。4.红苋菜的叶肉细胞的原生质层由细胞质膜和液泡膜组成。 ( )提示:植物细胞的原生质层包括细胞质膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。
5.物质跨膜运输都是顺浓度梯度进行的。 ( )提示:物质跨膜运输可以逆浓度梯度进行。6.相对分子质量小的物质或离子都可以通过简单扩散进入细胞内。 ( )提示:一些离子进入细胞的方式是主动运输。7.主动运输过程中,需要载体蛋白的协助和消耗能量。 ( )8.细胞胞吞、胞吐大分子物质不消耗能量。 ( )提示:胞吞、胞吐过程需要消耗能量。
不同渗透装置中水分子运动情况及液面变化(1)溶质不能通过半透膜(图A)①若S1溶液浓度大于S2溶液浓度,则单位时间内S2→S1的水分子数多于S1→S2的,外
1 |渗透作用的原理和应用的分析
观上表现为S1溶液液面上升;若S1溶液浓度小于S2溶液浓度,则情况相反,外观上表 现为S1溶液液面下降。②在达到渗透平衡后,若存在如图所示的液面差Δh,则此时S1溶液浓度仍大于S2溶 液浓度。因为液面高的一侧形成的压强会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧 渗透。(2)溶质能通过半透膜(图B)若S1溶液浓度大于S2溶液浓度,则最初单位时间内S2→S1的水分子数多于S1→S2的, 随着溶质的扩散,最终S1和S2溶液浓度相等,外观上表现为S1溶液液面先上升后下 降,最终S1和S2溶液液面持平;若S1溶液浓度小于S2溶液浓度,则情况相反。
成熟植物细胞和外界溶液形成的渗透系统与渗透作用模型的比较
发生质壁分离及复原的条件(1)活细胞。(2)有细胞壁和大液泡。(3)细胞液与外界溶液有浓度差。 质壁分离及复原实验的注意事项(1)本实验存在两组对照实验
2 |观察植物细胞的质壁分离和复原现象
(2)发生质壁分离及复原的原因①发生质壁分离的原因a.内因:质膜及其以内部分伸缩性大于细胞壁的伸缩性。b.外因:细胞液浓度小于外界溶液浓度,细胞失水。②发生质壁分离复原的原因a.内因:质膜及其以内部分伸缩性大于细胞壁的伸缩性。b.外因:细胞液浓度大于外界溶液浓度,细胞吸水。
细胞是否发生质壁分离及复原的判断方法(1)从细胞角度分析①具有中央大液泡的成熟植物细胞才可发生质壁分离及复原现象。②死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离 及复原现象。(2)从溶液角度分析①在溶质可穿膜的溶液(如KNO3、甘油等)中细胞可发生先质壁分离后自动复原 的现象。②在溶质不能穿膜的溶液中细胞只会发生质壁分离现象,不能发生自动复原现 象。③在高浓度溶液中细胞可发生质壁分离现象,但很可能会因过度失水而死亡,不 能再自动复原。
质壁分离与复原实验的应用(1)判断成熟植物细胞的死活(2)测定细胞液浓度范围
(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
为研究成熟植物细胞的渗透吸水现象,设计简易渗透吸水装置如图甲所示, 图甲中液面上升的高度与时间的关系如图乙所示。将一个成熟植物细胞放在某 外界溶液中发生的一种状态(此时细胞有活性)如图丙所示。下列相关叙述中错 误的是 ( )
甲 乙 丙
A.由图甲中漏斗液面上升可知,实验开始时b中液体的浓度大于a中液体的浓度B.由图乙可知,图甲中漏斗里溶液的吸水速率在下降C.图丙中相当于图甲中c结构的是③④⑤D.图丙所示状态的细胞正在发生质壁分离思路点拨熟悉水渗透方向、渗透作用与浓度的关系,细胞质壁分离状态的判断。解析 由图甲中漏斗液面上升可知,实验开始时b中液体的浓度大于a中液体的浓 度,A正确;由图乙可知,图甲中漏斗液面上升的速率(单位时间内上升的高度)在减 慢,直至不再上升,说明漏斗里溶液的吸水速率在下降,B正确;图丙中相当于图甲 中c半透膜结构的是原生质层,由③④⑤组成,即由细胞质膜、细胞质和液泡膜构成,C正确;图丙所示状态的细胞可能正在发生质壁分离或正在发生质壁分离复原 或处于动态平衡状态,D错误。
3 |物质跨膜运输的区别和联系
原尿中氨基酸、Na+等物质的浓度与血浆中的基本相同。位于肾小管管腔内的 原尿经肾小管和集合管选择性重吸收后形成尿液。科学家在肾小管上皮细胞的 细胞质膜上发现了水通道蛋白(一类跨越细胞质膜磷脂双分子层的蛋白质)。正 常情况下尿液中不含氨基酸。(图1为肾小管壁及相关结构示意图,图2表示部分 物质进出肾小管上皮细胞,其中氨基酸与Na+协同运输。)
问题1.水、氨基酸、Na+进出肾小管上皮细胞的方式分别是什么?提示:水进出肾小管上皮细胞的方式是被动运输。氨基酸进入肾小管上皮细胞的方式为主动运输,出肾小管上皮细胞的方式为协助扩散。Na+进入肾小管上皮细 胞的方式为协助扩散,出肾小管上皮细胞的方式为主动运输。2.一种物质跨膜运输是否只能采取一种跨膜运输方式?一种载体蛋白是否只能运 输一种物质?提示:水可进行自由扩散,也可通过水通道蛋白进行协助扩散,故一种物质跨膜运 输不是只能采取一种跨膜运输方式。载体蛋白具有高度的特异性,即载体蛋白上 的结合位点只与某种或某类溶质进行暂时性、可逆性的结合和分离。
3.物质跨膜运输的判断方法有哪些?提示:四看法判断物质跨膜运输的方式:一看浓度,若逆浓度梯度运输,则为主动运 输;若顺浓度梯度运输,则为被动运输。二看通道蛋白或载体蛋白,不需要通道蛋 白或载体蛋白参与的为自由扩散或胞吞、胞吐,需要通道蛋白或载体蛋白参与的 为协助扩散或主动运输。三看能量,不消耗能量的为被动运输,消耗能量的为主动运输或胞吞、胞吐。四看物质种类,小部分水、脂溶性物质、气体为自由扩 散,大部分水、氨基酸、葡萄糖等为协助扩散或主动运输,大分子物质通常为胞 吞、胞吐。
有关物质出入细胞的几个“不要漏掉”(1)需要载体蛋白协助的运输方式除主动运输外不要漏掉协助扩散。(2)消耗能量的运输方式除主动运输外不要漏掉胞吞和胞吐。(3)从高浓度到低浓度的运输方式除自由扩散外不要漏掉协助扩散。(4)影响协助扩散运输速率的因素除通道蛋白或载体蛋白数量外不要漏掉浓度 差。(5)与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外不要漏掉载体蛋白的合成场所— —核糖体。(6)运输速率与O2浓度无关的运输方式除自由扩散外不要漏掉协助扩散。(7)胞吞(吐)的大分子物质穿过细胞质膜的层数为0,因为该过程是通过膜的融合 将物质转入或转出细胞的。(8)RNA和蛋白质等大分子物质进出细胞核,是通过核孔,而不是通过胞吞、胞吐。
物质跨膜运输有如图所示三种方式,相关叙述错误的是 ( )
A.氧气以方式1进入细胞B.物质以方式3进入细胞的过程需要消耗细胞代谢提供的能量C.方式1和方式2两种方式都属于被动运输D.蛋白质分子可以通过方式3进入细胞
解析 据图分析,方式1中物质运输通过细胞质膜,且方向是从高浓度到低浓度,表 示自由扩散;方式2中物质的运输方向是从高浓度到低浓度,需要蛋白质协助,不需 要能量,表示协助扩散;方式3中的物质运输方向是从低浓度到高浓度,需要载体蛋 白和能量,表示主动运输。氧气以自由扩散的方式进入细胞,即图中的方式1,A正 确;根据以上分析,物质以方式3进入细胞的过程需要消耗细胞代谢提供的能量,B 正确;方式1为自由扩散,方式2为协助扩散,二者都属于被动运输,C正确;蛋白质分 子属于大分子物质,大分子物质进入细胞的方式是胞吞,不是主动运输,D错误。
载体蛋白数量对跨膜运输速率的影响
4 |影响被动运输和主动运输速率相关因素的曲线分析
自由扩散过程与载体蛋白无关,故其物质运输速率不受载体蛋白数量的影响。协 助扩散过程中,在其他条件适宜的情况下,载体蛋白数量越多,运输速率越大。在 主动运输的过程中,物质运输速率除受载体蛋白数量的影响外,还受能量供应等 的影响。
细胞质膜两侧物质浓度差影响物质跨膜运输速率(1)自由扩散顺浓度梯度进行,其运输动力是膜两侧物质浓度差。物质运输速率 与膜两侧物质浓度差成正比。
(2)协助扩散需要载体蛋白或通道蛋白的协助。在一定范围内,随膜两侧物质浓 度差的增大,物质运输速率也逐渐增大;当膜两侧物质浓度差达到一定值时,受膜 上载体蛋白或通道蛋白数量的限制,物质运输速率不再随膜两侧物质浓度差的增 大而增大。
ATP浓度(能量)影响物质跨膜运输速率(1)自由扩散和协助扩散的动力都来自膜两侧物质的浓度差。自由扩散和协助扩
散过程不需要消耗能量,所以ATP浓度不影响它们的运输速率。(2)主动运输过程需要消耗能量,所以ATP浓度可以影响主动运输的运输速率。如 图,Q点之前,随ATP浓度的增大,运输速率越来越大;Q点及以后(ATP浓度达到一 定程度后),随ATP浓度的增大,运输速率不再增大,此时物质运输速率受载体蛋白 数量及其他因素限制。
温度温度可通过影响生物质膜的流动和细胞呼吸来影响物质运输速率。
如图中曲线a、b表示物质跨膜运输的两种方式,下列表述正确的是 ( )
A.脂溶性小分子物质不通过方式a运输B.与方式a有关的载体蛋白覆盖于细胞质膜表面C.方式b的最大转运速率可能与载体蛋白数量有关D.抑制细胞呼吸对方式a和b的转运速率均有影响
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