2024届高三生物一轮复习课件 第5讲 物质的输入与输出

这是一份2024届高三生物一轮复习课件 第5讲 物质的输入与输出，共60页。PPT课件主要包含了问题探讨，细胞膜，细胞外，细胞内，⑤温度，生物膜的流动性，酶活性，呼吸速率，物质运输速率，大分子物质的运输等内容，欢迎下载使用。
第6讲 物质的输入与输出
细胞的分子组成、结构及物质运输
（观察植物细胞的质壁分离和复原）
所以蛋白质含量高的细胞或组织,吸胀作用吸收水分的能力比淀粉含量高的要强,含脂肪较多的细胞或组织通过吸胀作用吸水的能力最弱.没有 的植物细胞主要以吸胀作用方式吸收水分。
一.植物吸收水分的方式有两种
1.吸胀作用和渗透作用
是具有液泡的成熟 的吸水方式,也是植物体吸水的主要方式。一个有液泡的成熟植物细胞是一个渗透系统。
吸收水分主要是依赖于细胞内的亲水性物质,如蛋白质、淀粉、纤维素等,蛋白质的亲水能力最强。
半透膜：是指某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜。它往往是只能让小分子物质透过，大分子物质不能透过。肠系膜、蛋壳膜、膀胱膜、鱼鳔等都属于半透膜。
思考1.漏斗管内的液面为什么会升高？如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？
两溶液的水分子双向运动，但由于蔗糖溶液渗透压越大，对水的吸引力越强，因此单位时间内，由清水进入蔗糖溶液的水分子数多于从蔗糖溶液进入清水的分子数，最终使漏斗管内的液面升高。
蔗糖溶液对清水的渗透压（F1)
水柱产生的静水压（F2)
随着液面上升，水柱产生的静水压F2逐渐增大，当F2=F1时,该渗透系统（即该装置）达到渗透平衡，此时半透膜两侧水分子交换速率相等，液面不再升高。
思考2：当漏斗中的液面不再升高（即渗透平衡）时，还有水分子进出吗？此时，漏斗内外溶液浓度一定相同吗？如果不同，浓度较高的是?
①具有半透膜②半透膜两侧的溶液具有浓度差
思考：B和C的液面会升高吗？
半透膜两侧的溶液具有浓度差
指水分子(或其他溶剂分子)通过________的扩散，称为渗透作用。
②膜两侧溶液具有浓度差。
渗透作用所指的溶液浓度为溶质物质的量浓度而非质量浓度。
(4) 渗透作用中水的运输方向
水分子可以通过半透膜进行双向扩散，直到水分子进出速率达到动态平衡
低浓度溶液→高浓度溶液
②从水分子自身的角度分析：
水分子数多 → 水分子数少
渗透平衡时水分子进出速率相等
注意：只比较单位体积内的微粒数，与微粒的大小与种类无关。
3.渗透装置及现象分析
①若溶液浓度S1＞S2，则单位时间内水分子由S2→S1 由S1→S2，此时 液面上升。②若溶液浓度S1＜S2，则情况相反，外观上表现为 液面上升。③在达到 后，若存在上图所示的液面差Δh，此时溶液浓度S1 S2。
(△h的液体重力=漏斗中溶液的吸水力)
渗透平衡 两侧溶液浓度相等
(1)溶质不能通过半透膜的情况
提醒　①渗透≠扩散：渗透作用必须通过半透膜，扩散则不一定需要；扩散适用于各种物质，渗透仅指溶剂分子。渗透是一种特殊的扩散。②渗透平衡≠两侧溶液浓度相等：渗透平衡时半透膜两侧液面仍存在液面高度差，则半透膜两侧溶液就存在浓度差，且液面高的一侧溶液浓度高。
（2）溶质能通过半透膜的渗透装置
S1和S2是两种不同的溶质且只有水和S1能透过半透膜
① S1的物质的量浓度大于S2的物质的量浓度 S1液面升高 S1中的溶质透过半透膜进入S2 S2液面升高，最终高于S1② S1的物质的量浓度小于S2的物质的量浓度 S1液面始终低于S2液面
S1和S2是同种溶质，且能透过半透膜，S1溶液浓度大于S2溶液浓度
①由于半透膜两侧存在浓度差，由S2 →S1的水分子数多于S1 →S2的。导致 。②随后S1中的溶质透过半透膜进入S2 ，浓度差逐渐减小，S1和S2的溶液浓度 ，液面 。
溶液体积大，吸收水多，液面高度大
A、B两个漏斗中液体体积和浓度相同，所以最终液面高度 ，但是A漏斗的半透膜面积大，吸水 。到达平衡时 。
1.U型管问题，判断液面变化
①1ml/LNaCl溶液和1ml/L蔗糖溶液的渗透压相等 （ ） ②质量分数为10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液渗透压相等 （ ） ③在渗透装置中，当液面不再升高时，水分子不再通过半透膜 （ ） ④渗透平衡时，半透膜两侧浓度一定相等（ ）⑤在渗透作用中，当半透膜两侧溶液浓度相等时，水分子不再通过半透膜 （ ）
3.(2022·济南模拟)下图所示为平衡时的渗透装置，烧杯内的液面高度为 a ，漏斗内的液面高度为 b，液面高度差m=b−a。在此基础上继续实验，以渗透平衡时的液面差为观测指标，正确的是( )。
A.若吸出漏斗中高出烧杯内的液面的溶液，则平衡时m减少B.若向漏斗中加入少量蔗糖，平衡时m将不变C.若向漏斗中加入适量且与漏斗内的蔗糖溶液浓度相等的蔗糖溶液，则平衡时m不变D.向烧杯中加入适量清水，平衡时m将增大
4．(2023·广东六校联考)某兴趣小组用图甲研究渗透作用，a和b均为蔗糖溶液，c允许单糖通过。图乙为实验结果。下列说法正确的是(　　)A．烧杯中蔗糖溶液浓度大于漏斗中蔗糖溶液浓度B．若t2时刻烧杯中加入蔗糖酶，则Δh最终将变小C．t2时刻半透膜两侧蔗糖溶液浓度相同D．若t2时刻漏斗中加入蔗糖酶，则Δh将先变大后变小
5.如图中的渗透装置，若每次停止上升后都将玻璃管中高出液面的部分吸出，则ab液面间的高度差与吸出蔗糖溶液的次数之间的关系是(　　)
6.酶的特性可通过实验进行验证。现有质量分数为10%的淀粉溶液、质量分数为10%的蔗糖溶液、质量分数为10%的麦芽糖溶液、蔗糖酶溶液、清水、半透膜(只允许水分子通过)，长颈漏斗、烧杯、底部中央可放置半透膜的U形管各一个。请根据渗透作用的原理，选用一套装置设计实验，实验现象能支持酶的催化作用具有专一性，要体现等量原则等实验设计的基本原则。请写出最合理的实验思路及实验预期。
实验思路： 在底部中央放置半透膜的U形管两侧分别加入等量的蔗糖溶液和麦芽糖溶液，再在两侧各加入等量的蔗糖酶溶液，适宜温度下放置一段时间后，观察两侧液面的变化。
实验预期： 蔗糖溶液一侧液面明显升高，则支持酶的催化作用具有专一性(或麦芽糖溶液一侧液面明显降低，则支持酶的催化作用具有专一性)
动植物细胞的吸水和失水
讨论1.红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？细胞膜可否相当于半透膜？
讨论2.当外界溶液溶质的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
讨论3.红细胞吸水或失水取决于什么条件？
讨论4.想一想临床上输液为什么要用生理盐水？
①红细胞与外界溶液组成了一个 。
②红细胞的细胞膜相当于一层 ，水分通过渗透作用进出红细胞。
1.动物细胞的吸水和失水
(2)现象：①当外界溶液浓度＞细胞质浓度时，细胞 ；②当外界溶液浓度＜细胞质浓度时，细胞 ；③当外界溶液浓度=细胞质浓度时
水分进出平衡，细胞形态不变
1．(必修1 P61“思考·讨论”)当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？试说明原因。
提示：不一定。因为红细胞吸水膨胀后细胞质的浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，细胞质的浓度下降后与外界溶液的浓度可能达到平衡，此时，红细胞将不再吸水。
1、在青菜上放一些盐,一会儿后就可看到水分渗出。 2、对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。3、放蔫的青菜用清水浸泡一会儿后，又恢复新鲜 。
思考：植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？
植物细胞吸水和失水是否也是发生了渗透作用呢？
是否满足发生渗透作用的条件：①具有半透膜 ②半透膜两侧的溶液具有浓度差
已知：细胞膜和液泡膜都是生物膜，都具 有选择透过性。
整个原生质层相当于一层 。
水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是不是相当于一层半透膜？
原生质层相当于一层半透膜
设计方案：将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其大小的变化；再将细胞浸润在清水中，观察其大小的变化。选材特点？
（设计方案、预期结果…）
预期结果 ：由于原生质层相当于一层半透膜，因此在蔗糖溶液中，植物细胞的中央液泡会____，细胞_______；在清水中植物细胞的液泡又会______，细胞 。
1.观察植物细胞吸水和失水
1、原生质层相当于半透膜2、植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的
植物细胞会由于过多吸水而涨破吗？
2. 植物细胞发生质壁分离的内因和外因是什么？
1. 要观察细胞发生质壁分离和复原，对材料有哪些要求？
3. 介于细胞膜与细胞壁之间是什么溶液？
4. 如果滴加的是0.5 g/ml的蔗糖溶液，实验结果会有什么不同？
6. 植物细胞的质壁分离及复原实 验有哪些应用？
5. 将0.3g/ml的蔗糖溶液换成适宜浓度的KNO3，实验结果会有什么不同？
1.植物细胞发生质壁分离的条件：
（1）细胞是活的（2）细胞有大液泡（3）细胞外溶液的浓度大于细胞液浓度。
内因：原生质层伸缩性大于细胞壁伸缩性；外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度。 当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，原生质层比细胞壁的伸缩性大，发生质壁分离。当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。
2.质壁分离产生的原因
3.介于细胞膜与细胞壁之间是什么溶液？
4. 如果滴加的是0.5 g/ml的蔗糖溶液，实验结果会有什么不同？再放清水中如何？为什么？
不会复原。过度失水死亡。
质壁分离后又自动复原，溶质能通过半透膜的溶液（如KNO3、尿素、甘油、乙二醇等溶液）
6.植物细胞放于清水中什么现象？为什么与动物细胞不一样？
略膨胀，但不会胀破。因为有细胞壁的限制。
7.哪些植物细胞能发生质壁分离？
发生质壁分离——活细胞不发生质壁分离—死细胞
判断成熟植物细胞的死活
细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的两蔗糖溶液浓度之间
一系列浓度梯度的蔗糖溶液
质壁分离及其复原的应用
（3）质壁分离及其复原的应用
比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
比较未知浓度溶液的浓度大小
发生质壁分离所需时间越短。未知溶液的浓度越大，反之，未知溶液的浓度越小。
同一植物的相同成熟细胞
发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之则细胞液浓度越大
同一浓度梯度的蔗糖溶液
鉴别不同种类的溶液（如KNO3溶液和蔗糖溶液）
溶液不能透过半透膜（如蔗糖溶液）
溶质能透过半透膜（KNO3溶液）
本实验存在两组对照实验：本实验存在的两组实验均为自身对照，自身对照指对照组和实验组在同一研究对象上进行，是实验前后之间的对照。
思考1：可以选用黑藻或者洋葱鳞片叶内表皮细胞进行实验吗？
考点二：动植物细胞的吸水和失水
提醒：当在显微镜下观察到细胞处于质壁分离状态时，细胞可能正在失水，可能正在吸水，可能处于平衡状态，也可能已死亡。
思考2：如图所示的细胞出现了质壁分离现象，该细胞一定在失水吗？
1. 下列哪一项不是细胞发生质壁分离现象所必需的(　　) A．细胞是活细胞 B．不能是动物细胞 C．外界溶液浓度大于细胞液浓度 D．细胞中必须要有叶绿体2. 一个正在发生质壁分离的细胞，它的吸水能力是逐渐 (　　) A．减少 B．增大 C．不变 D．等于零
3.(2021·江苏卷，12)采用紫色洋葱鳞片叶外表皮进行质壁分离实验，下列相关叙述正确的是(　　)A.用镊子撕取的外表皮，若带有少量的叶肉细胞仍可用于实验B.将外表皮平铺在洁净的载玻片上，直接用高倍镜观察细胞状态C.为尽快观察到质壁分离现象，应在盖玻片四周均匀滴加蔗糖溶液D.实验观察到许多无色细胞，说明紫色外表皮中有大量细胞含无色液泡
4.下图表示以洋葱表皮为材料及清水、0.3 g/mL蔗糖溶液、0.5 g/mL蔗糖溶液、0.3 g/mL尿素溶液进行相关实验（时间1表示开始用四种溶液分别处理洋葱表皮；时间2表示开始用清水处理洋葱表皮），测得该细胞原生质体体积变化，图中代表尿素溶液处理结果的是（ ） A.a B.b C.c D.d
像水分子这样，物质以 进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为 。
1、自由扩散（简单扩散）：
2、不需要转运蛋白协助
3、不需要消耗细胞能量
物质通过简单的扩散作用进出细胞。
O2、CO2、水、脂溶性小分子（乙醇、甘油、苯）
2、协助扩散（易化扩散）：
水、某些离子、葡萄糖进入红细胞
借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散
两者的区别：是否需要膜转运蛋白。膜转运蛋白包括载体蛋白和通道蛋白
研究表明，水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的。
借助膜上的通道蛋白进出细胞
名师解读 载体与受体的区别载体是协助物质运输的蛋白质，如血红蛋白是运输氧的载体，细胞膜上有运输葡萄糖、Na＋、K＋等的转运蛋白；受体是接受信号分子的蛋白质，如神经递质受体、激素分子受体，其主要作用是实现细胞间信息交流。
【思维拓展】转运蛋白的不同类型比较
载体蛋白，需与运输分子 ，引起载体蛋白 。包括 。
通道蛋白：是在膜上形成跨膜的亲水通道，使离子或水从中通过，不需要与运输分子 。只参与 。
【思维拓展】膜上的两种转运蛋白比较
【思维拓展】转运蛋白的类型
依靠被动运输，能不能建立起细胞内外K+、Na+的浓度差?
Na+-K+泵逆浓度梯度进行Na+和K+的主动运输，以建立膜两侧Na+和K+的浓度差，运输过程中需要消耗能量(ATP)以改变载体蛋白的空间结构。
①能逆相对含量梯度运输
③需要消耗能量（ATP）
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，同时也需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。
小肠上皮细胞吸收无机盐离子、葡萄糖、氨基酸等
能保证活细胞按照生命活动的需要， 吸收所需的营养物质， 代谢废物和对细胞有害的物质，从而保证个体和细胞生命活动的需要。
囊性纤维化病主要源于患者转运氯离子的CFTR蛋白异常，导致患者支气管黏液增多，易发细菌感染。
同向协同转运蛋白和反向协同转运蛋白
所利用的能量储存在一种离子的电化学梯度中
光能—细菌质膜上的H+泵
三种物质运输方式的比较
氧气、水、二氧化碳、乙醇、甘油等通过细胞膜
葡萄糖进入其它细胞。氨基酸，核苷酸，离子等
(1)影响自由扩散速率的因素：
(2)影响协助扩散速率的因素：
(3)影响主动运输速率的主要因素：
5.影响因素影响因素相关曲线分析
注意：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。
①浓度差对物质跨膜运输的影响
a.OA段主要是受 的影响；b.A点后受 的限制。
②氧气含量（能量）对物质跨膜运输的影响
a.A点不进行 呼吸，能量由 呼吸提供；b.AB段主要受 影响；c.B点后受 的限制。
在协助扩散和主动运输中，具有“饱和效应”
③转运蛋白数量对物质跨膜运输的影响
转运蛋白主要影响协助扩散和主动运输。其他条件适宜的情况下,协助扩散中转运蛋白数量越多,运输速率越_____；主动运输中载体蛋白数量达到一定程度后运输速率不再增加,可能是受___________的限制。自由扩散不受转运蛋白数量的影响。
④温度（pH）对物质跨膜运输的影响
a.温度会影响生物膜的 性和酶 ，进而影响运输速率；b.pH会影响 ，进而影响运输速率。
⑥特殊曲线——主动运输
考点三 主动运输与胞吞、胞吐
探究物质跨膜运输的实验设计
(1)探究是主动运输还是被动运输
(2)探究是自由扩散还是协助扩散
三种（类）常考物质进出细胞的方式
关键：是否需要水通道蛋白
关键：转运蛋白类型、 浓度梯度
大分子物质的运输
吞噬细胞吞噬细菌、病毒等
细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞，这种现象叫作胞吐
分泌蛋白的分泌，如抗体、胰岛素、消化酶等
要消耗能量，不需要载体蛋白。
（1）小分子物质的运输方式一定不是胞吞或胞吐 （ ）
（2）大分子物质的运输方式一定是胞吞或胞吐 （ ）
（3）物质运输过程中的囊泡只能来自于内质网和高尔基体（ ）
（4）被动运输都是顺浓度梯度运输，主动运输都是逆浓度梯度进行的（ ）
（5）分子或离子通过通道蛋白时，需要与通道蛋白结合(　　)（6）少数水分子借助水通道蛋白进出细胞，更多的水分子以自由扩散方式进出细胞(　　)（7）Na＋与有关载体蛋白结合排出神经细胞属于主动运输(　　)（8）细胞外液中的K＋进入神经细胞属于自由扩散(　　)（9）同种物质进出同一细胞的方式一定相同(　　)
（10）以胞吐的方式排出细胞的物质不一定都是生物大分子(　　)（11）主动运输使膜内外物质浓度趋于一致，维持了细胞的正常代谢(　　)（12）过胞吞或胞吐方式进出细胞，需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性(　 　)
2.主动运输消耗的能量可来自ATP或离子电化学梯度等.如图为Na＋、葡萄糖进出小肠上皮细胞的示意图。下列关于图中物质跨膜运输过程的分析错误的是（ ）
A.葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞是不需耗能的主动运输B.Na＋从小肠上皮细胞进入组织液是需要消耗ATP的主动运输C.葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞与Na＋从肠腔进入小肠上皮细胞相伴随D.Na＋从肠腔到小肠上皮细胞以及葡萄糖从小肠上皮细胞到组织液均为被动运输
3.（2018全国Ⅱ卷）下列有关物质跨膜运输的叙述，正确的是（ 　）A.巨噬细胞摄入病原体的过程属于协助扩散B.固醇类激素进入靶细胞的过程属于主动运输C.神经细胞受到刺激时产生的Na+内流属于被动运输D.护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于主动运输
像蛋白质这样的生物大分子，通过胞吞或胞吐进出细胞，其过程也需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性。 综上所述，除一些不带电的小分子是自由扩散外，离子和小分子的跨膜运输都要借助于转运蛋白，体现了蛋白质是生命活动的承担者。一种转运蛋白往往只适合转运特定的物质，因此膜上转运蛋白的种类和数量，对物质的跨膜运输起着决定作用，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。
1、在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程，某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于图示状态，a、b表示两处溶液的浓度，由此可推测（ ）A.此时a＞b，细胞渗透吸水B.此时a=b，渗透系统保持动态平衡C.此时a＜b，细胞渗透失水D.上述三种情况都可能
2.(2021·湖南，3)质壁分离和质壁分离复原是某些生物细胞响应外界水分变化而发生的渗透调节过程。下列叙述错误的是（ ）A.施肥过多引起的“烧苗”现象与质壁分离有关B.质壁分离过程中，细胞膜可局部或全部脱离细胞壁C.质壁分离复原过程中，细胞的吸水能力逐渐降低D.1 ml/L NaCl溶液和1 ml/L蔗糖溶液的渗透压大小相等
3.将不同植物的三个未发生质壁分离的细胞置于同一蔗糖溶液中，形态不再变化后的细胞图像如下图。则有关各细胞实验前细胞液浓度的判断，正确的是( ) A.甲>乙>丙　　　　　　 B.乙>甲>丙 C.乙>丙>甲　　　　　　 D.丙>甲>乙