必修1 第四章细胞的物质输入和输出第一节物质跨膜运输的实例细胞与环境进行物质交换必须经过细胞膜。

一、渗透作用1、渗透系统的组成条件①具有半透膜种类：可以是生物性的选择透过性膜；也可以是物理性的过滤膜。

特性：允许水分子及小分子通过，不允许蔗糖等大分子通过。

②半透膜两侧为溶液体系（S1，S2)，且两侧溶液具有浓度差。

2、渗透作用的发生①若S1浓度 > S2浓度，单位时间内由S2 → S1的水分子数多于S1→ S2 的水分子数，外在表现为S1液面上升。

②若S1浓度 < S2浓度，则情况相反，外在表现为S1液面下降。

③Δh到达一定高度后，由半透膜进出漏斗的水分子数相等，渗透系统达到平衡，液面不再变化。

注：在达到平衡后，只要存在液面差Δh，则S1溶液浓度仍然大于S2溶液浓度，且Δh的高低决定于S1与S2的浓度差。

水分子不但从低浓度溶液向高浓度溶液移动，同时从高浓度溶液向低浓度溶液移动，只是由低溶度溶液向高浓度溶液移动的水分子数量相对较多。

二、细胞的吸水和失水1、动物细胞的吸水和失水（以红细胞为例）红细胞的膜相当于一层半透膜。

动物细胞的吸水相当于成熟植物细胞的渗透吸水。

①当外界溶液浓度 < 细胞质浓度时，细胞吸水膨胀。

②当外界溶液浓度 > 细胞质浓度时，细胞失水皱缩。

③当外界溶液浓度 = 细胞质浓度时，水分进出平衡。

2、植物细胞的吸水和失水吸水的原理：细胞壁、细胞质中含大量的亲水性物质（蛋白质、淀粉、纤维素等），这些物质能从外界吸水。

细胞结构特点及实例：●没有液泡的细胞，如干种子。

干种子吸水膨胀●有小液泡单未形成中央大液泡的细胞，如根尖、茎尖分生区的细胞，茎形成层细胞，燕麦胚芽鞘细胞。

成熟植物细胞的吸水和失水：（渗透作用）①植物细胞的结构与动物细胞有明显的区别，成熟的植物细胞由于中央液泡占据了细胞的大部分空间，将细胞质挤成一薄层，所以细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液。

细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。

水分进出细胞要经过原生质层，原生质层相当于一层半透膜。

②当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞液中的水分就透过原生质层进入外界溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。

由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，也就是逐渐发生了质壁分离。

③当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水分就透过原生质层进入细胞液中，整个原生质层就会慢慢恢复成原来的状态，使植物细胞逐渐发生质壁分离的复原。

3、植物细胞质壁分离和复原现象的应用① 判断细胞的死活② 测定细胞液浓度范围 待测细胞 +一系列浓度梯度的分离剂 细胞浓度范围等于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的外界溶液的浓度范围。

（单一变量：不同浓度的分离剂）③ 比较不同植物细胞的细胞液浓度 不同植物细胞 + 刚发生质壁分离时所需时间比较—判断质壁分离速度（或细胞液浓度）。

（单一变量：不同植物细胞）④ 比较未知浓度的溶液浓度大小同一植物的成熟细胞 + 未知浓度的溶液刚刚发生质壁分离所需时间→比较所用时间长短—判断溶液浓度的大小（时间越短，位置溶液的浓度越大）。

（单一变量：未知浓度的溶液）⑤ 验证原生质层和细胞壁伸缩性大小（单一变量：植物细胞结构特性）分别镜检分别镜检分别镜检⑥鉴别不同种类的溶液4、实验探究：植物细胞的吸水和失水①实验原理●成熟植物细胞的原生质层具有选择透过性，细胞壁和原生质层具有一定的伸缩性，但原生质层的伸缩性大于细胞壁。

●细胞液浓度 < 外界溶液浓度→细胞液中水分经原生质层进入外界溶液→质壁分离。

●质壁分离细胞的细胞液浓度 > 外界溶液浓度→外界溶液中的水分经原生质层进入细胞液→质壁分离复原。

②材料质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液、紫色的新鲜洋葱鳞片叶。

③实验步骤●制作洋葱鳞片叶表皮临时装片。

↓●低倍显微镜下观察：有一个紫色的中央大液泡。

原生质层紧贴细胞壁。

↓●一侧3g/mL的蔗糖溶液→临时装片→另一侧吸水纸吸引。

↓●低倍显微镜下观察：中央液泡逐渐变小（紫色加深）。

原生质层与细胞壁逐渐分离。

↓●一侧滴入清水→临时装片→另一侧吸水纸吸引。

↓●低倍显微镜下观察：中央液泡逐渐胀大（紫色变浅）。

原生质层逐渐贴近细胞壁。

④质壁分离的原因分析⑤实验结论●成熟植物细胞能与外界溶液发生渗透作用；●当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水；●当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水；⑥注意事项实验试剂：质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液。

●若使用质量浓度为0.5g/mL的蔗糖溶液，则质壁分离现象明显，但不能复原。

因为溶液浓度过高，则细胞失水，导致死亡。

●若使用质量浓度为1mol/L的KNO3溶液，则细胞能发生质壁分离，并能自动复原。

因为K+和NO3-可被细胞吸收，使细胞液浓度增大，细胞渗透吸水。

●若使用质量浓度为1mol/L的醋酸溶液，则不发生质壁分离复原现象。

因为醋酸能杀死细胞，使原生质层失去选择透过性。

三、物质跨膜运输的其他实例细胞的吸水和失水是水分子顺相对含量的梯度跨膜运输的过程，物质的运输并不都是顺相对含量梯度的，而且细胞对物质的输入和输出有选择性，可以说细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。

这种膜可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他离子，小分子和大分子则不能通过。

生物膜的这种特性，是活细胞的重要特征，与细胞的生命活动密切相关。

第二节生物膜的流动镶嵌模型一、对生物膜结构的探究历程1、探究历程二、流动镶嵌模型的基本内容1、生物膜的流动镶嵌模型认为：①磷脂双分子层构成了膜的基本支架：这个支架不是静止的，磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性。

②蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部镶入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。

大多数蛋白质分子也是可以运动的。

③细胞膜外表面有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，叫做糖被。

主要有保护和润滑（消化道和呼吸道上皮细胞）、识别作用。

注：核膜、细胞器膜不含糖蛋白。

④细胞膜表面还有糖类和脂质分子结合成的糖脂。

2、生物膜的空间结构磷脂分子相互平行排列、与膜的表面垂直，上下两排形成了磷脂双分子层，所以亲水性的头部都朝向膜的内外两表面，疏水性的尾部在中间。

如果只看磷脂分子的排列，细胞膜是对称的。

①生物膜的结构特点：⏹镶嵌性：膜的基本结构是由磷脂双分子层镶嵌蛋白质构成的。

⏹流动性：膜结构中的蛋白质和脂质分子在膜中可做多种形式的移动，膜整体结构也具有流动性。

流动性具有重要的生理意义，物质运输、细胞识别、细胞融合、细胞表面受体功能调节等均与之有关。

（膜的流动性受温度的影响，在一定温度范围内，随温度升高，膜的流动性加快）⏹不对称性：膜两侧的分子性质和结构不相同，如糖蛋白只分布于细胞膜的外表面，在细胞膜的内表面没有发布。

②生物膜的功能特点：生物膜是一种选择性透过膜，可以让水分子自由通过，细胞要选择吸收的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。

3、生物膜的成分及功能①脂质⏹含量：约占膜重的50%⏹功能：磷脂构成生物膜的基本支架⏹膜脂的主要成分：磷脂和胆固醇②蛋白质⏹含量：约占膜重的40%⏹功能：在机械支持、物质运输等方面均起重要作用⏹分布：不对称③糖类⏹含量：约占膜重的2% -- 10%⏹功能：主要与蛋白质结合形成糖蛋白，位于膜外侧，起识别、保护、润滑等作用注：各种膜所含的蛋白质与脂质的比例同膜的功能有关，相对活动较旺盛的膜，其蛋白质含量较高，因为膜的功能活动主要由蛋白质来承担。

通过糖蛋白的位置可判断膜的内侧和外侧。

4、细胞膜的流动性和选择透过性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。

5、细胞膜的成分与其结构、功能特性的关系第三节物质跨膜运输的方式将两种溶液连通时，溶质分子会从高浓度一侧向低浓度一侧扩散。

物质进出细胞，既有顺浓度梯度的扩散，成为被动运输。

也有逆浓度梯度的运输，称为主动运输。

一、被动运输1、自由扩散定义：物质通过简单的扩散作用进出细胞，叫做自由扩散。

举例：水、氧气、二氧化碳方向：高浓度→低浓度2、协助扩散定义：进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散，叫做协助扩散。

举例：葡萄糖方向：高浓度→低浓度二、主动运输定义：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，这种方式叫主动运输。

举例：Na+、K+、Ca2+三、自由扩散、协助扩散和主动运输的比较物质出入细胞的方式被动运输主动运输自由扩散协助扩散运输方向高浓度→低浓度高浓度→低浓度低浓度→高浓度载体不需要需要需要能量不消耗不消耗消耗图例举例O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、笨等出入细胞红细胞吸收葡萄糖小肠吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等表示曲线(一定范围内)O2浓度判断技巧1、是否消耗能量：消耗能量为主动运输，即使由高浓度→低浓度运输；2、是否顺浓度梯度：只要是从低浓度→高浓度，就是主动运输；3、是否需要载体：不需要载体就是自由扩散，需要载体再根据浓度、能量进一步判断。

注：1、细胞膜以磷脂双分子层为基本支架，确保了溶脂性物质以简单扩散方式通过细胞膜。

2、载体是细胞膜上一种蛋白质，不同物质分子的载体不同，即载体具有专一性，不同生物细胞膜上的载体的种类和数量不同。

3、在低浓度时，物质运输通过细胞膜的速度，协助扩散要比自由扩散快得多，这是由于细胞膜上的载体蛋白能与特异的物质结合，将物质运到细胞膜内或外。

4、主动运输能保证按照生命活动的需要，主动地选择吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，是一种对生命活动最重要的物质运输方式。

四、胞吞和胞吐载体蛋白能够帮助许多离子和小的分子通过细胞膜，但对于像蛋白质这样的大分子的运输却无能为力，大分子的运输？1、胞吞当细胞摄取大分子时，首先大分子附着在细胞膜表面，这部分细胞膜内凹形成小囊，包围着大分子。

然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部，这种现象叫胞吞。

2、胞吐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，这种现象叫胞吐。

五、重点和难点1、自由扩散中物质运输速度和浓度梯度的关系① A图中物质从浓度高的一侧通过细胞膜向浓度低的一侧转运，不消耗能量也不需要载体协助，次图是物质通过细胞膜时的自由扩散过程。

② A图中随着细胞膜外物质浓度的降低，自由扩散的速度会越来越慢。

③ B图中表示物质的运输速度与物质浓度呈正比关系，说明自由扩散过程只受物质浓度的影响。