人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第3章 细胞的基本结构综合与测试达标测试

第4章   细胞的物质输入和输出

第1节   被动运输

一、水进出细胞的原理 

1.渗透作用的概念：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散，称为渗透作用。

2.渗透作用发生的条件： ①具有半透膜       ②半透膜两侧具有浓度差

3.渗透平衡状态分析 

①发生渗透平衡时，只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，并非不移动。

②达到渗透平衡时，膜两侧的浓度并不相同，仍是原浓度大的浓度大。

③动、植物细胞均可构成渗透系统，动物细胞中细胞膜相当于半透膜，植物细胞中原生质层相当于半透膜。

4.植物细胞壁是全透性的，伸缩性较小。细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。

5.当细胞液浓度小于外界溶液浓度时，细胞液的水透过原生质层进入外界溶液中，细胞不断失水，由于原生质层比细胞壁伸缩性大，植物细胞逐渐发生质壁分离。

6.当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，外界溶液的水透过原生质层进入细胞液中，细胞不断吸水，植物细胞逐渐发生质壁分离复原。

二、探究植物细胞的吸水和失水 

1.实验原理：

①原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大         ②植物细胞的细胞液与外界溶液存在浓度差

2.实验材料：

实验中选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，因为其细胞液中含有色素，使液泡呈现一定的颜色，有利于观察。

3.实验思路：

①将植物细胞浸润在质量浓度0.3g∕mL的蔗糖溶液中，观察其液泡、细胞大小，以及原生质层的位置变化。           

②再将植物细胞浸润在清水中，再次观察其液泡、细胞大小，以及原生质层的位置变化。

4.注意：

①在盖玻片的一侧滴入蔗糖溶液或清水，在盖破片的另一侧用吸水纸引流，这样重复几次即可。           

②本实验在低倍镜下设置了三次观察，形成了两个自身对照实验。

③若用质量浓度0.5g∕mL的蔗糖溶液进行实验，则植物细胞能快速地发生质壁分离，但因失水过多不能发生质壁分离复原。       

④若用适宜浓度的尿素、乙二醇或KNO3溶液进行实验，则植物细胞将会发生质壁分离，然后自动复原。

5.实验拓展应用

①判断细胞的死活       

②测定细胞液的浓度范围

③比较不同植物细胞的细胞液浓度

④比较未知浓度溶液的浓度大小

⑤鉴定溶液的溶质能否通过细胞膜

三、被动运输 

1.概念：

物质以扩散方式进出细胞，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被动运输。

被动运输又分为自由扩散和协助扩散。

2.自由扩散：

①概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，也叫简单扩散。

②方向：高浓度——→低浓度

③特点：不需要转运蛋白、不消耗能量

④实例：水、CO2、O2、甘油、乙醇、苯等脂溶性小分子有机物

3.协助扩散：

①概念：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式。

转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变；通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过，分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合。

②方向：高浓度——→低浓度

③特点：需要转运蛋白、不消耗能量

④实例：葡萄糖进入红细胞、通过水通道蛋白吸收水、通过Na＋通道蛋白和K＋通道蛋白吸收离子 

4.影响运输速率的条件

①自由扩散和协助扩散——膜内外的物质浓度梯度的大小会直接影响物质运输速率。           

②协助扩散——膜内外的物质浓度梯度的大小会直接影响物质运输速率；还与转运蛋白的数量有关

第2节   主动运输

一、主动运输

1.概念：

物质逆浓度梯度进行跨膜运输，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，这种物质跨膜运输方式称为主动运输。

2.方向：低浓度——→高浓度

3.特点：需要载体蛋白、消耗能量

4.影响因素：①能量     ②载体蛋白的种类和数量    ③温度

5.实例：小肠绒毛上皮细胞吸收氨基酸、葡萄糖等

6.意义：细胞选择性吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，

从而保证细胞和个体生命活动的需要。

二、胞吞、胞吐

1.特点：

①胞吞和胞吐是细胞摄入或排出大分子物质的方式。           

②胞吞和胞吐不需要转运蛋白，但需要消耗能量。

③胞吞和胞吐过程中，大分子物质不穿过磷脂双分子层。

④胞吞和胞吐过程中伴随着膜面积的变化，其原理是生物膜的流动性。

★小结1：

1.物质出入细胞的方式——自由扩散、协助扩散、主动运输、胞吞、胞吐

2.物质跨膜运输方式——自由扩散、协助扩散和主动运输 

3.不带电荷的小分子进出细胞——自由扩散

4.离子和较小的有机分子——协助扩散、主动运输

5.生物大分子进出细胞的方式——胞吞、胞吐

6.物质从高浓度到低浓度（顺浓度梯度）的跨膜运输方式——自由扩散和协助扩散

不需要能量的运输方式（与氧气浓度无关的运输方式）——自由扩散和协助扩散

7.物质从低浓度到高浓度（逆浓度梯度）的跨膜运输方式——主动运输

8.需要载体蛋白的运输方式——协助扩散和主动运输

9.需要消耗能量的运输方式——主动运输和胞吞、胞吐

10.胞吞、胞吐体现了细胞膜的结构特点——流动性，主动运输体现了细胞膜的功能特性——选择透过性。

★小结2：

1.四种物质运输方式概念图

2.影响物质跨膜运输方式的因素 

（1）物质浓度

自由扩散中，随物质浓度的增大，运输速率也逐渐增大。

协助扩散和主动运输中，在一定的浓度范围内，随物质浓度的增大，运输速率也逐渐增大；浓度差达到一定程度后（P点），其物质运输速率还受载体蛋白数量的限制。

主动运输可以逆浓度梯度运输物质，所以当细胞内浓度大于细胞外浓度时，物质仍可以被吸收进入细胞。

（2）载体数量

自由扩散不受载体蛋白数量的影响。协助扩散和主动运输都受载体蛋白数量的影响，在其他条件适宜的情况下，载体蛋白数量越多，其运输速率越大。

（3）氧气含量（能量）

自由扩散和协助扩散属于被动运输，不需要能量，其物质运输速率与氧气浓度无关。氧气含量通过影响细胞呼吸进而影响主动运输和胞吞、胞吐的运输速率。

P点时，无氧呼吸为主动运输提供能量。

PQ段：随着氧气含量增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率也越大。

Q点以后：当氧气含量达到一定程度后，受载体蛋白数量以及其他因素的限制，其运输速率不再增加。

（4）温度 

温度通过影响分子运动而影响自由扩散和协助扩散，还可直接影响呼吸作用中酶的活性而影响主动运输。

总结：

①影响自由扩散的因素——细胞膜内外的浓度差

②影响协助扩散的因素——细胞膜内外的浓度差、细胞膜上载体蛋白的种类和数量

③影响主动运输的因素——细胞膜上载体蛋白的种类和数量、能量