高中生物必修一第四章细胞的物质输入和输出

这是一篇关于第四章细胞的物质输入和输出的思维导图，主要内容包括：水进出细胞的原理，被动运输，胞吞胞吐，主动运输。

第四章 细胞的物质输入和输出

• 水进出细胞的原理
  • 渗透作用
    • 概念：水分子或其他溶剂分子透过半透膜的扩散
    • 发生条件：①具有半透膜；②半透膜两侧溶液存在浓度差
    • 结果：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
    • 渗透作用中水的运输方向
      • 从溶质的角度分析：低浓度溶液→高浓度溶液【水往浓处流】
      • 从水分子自身的角度分析：高含量一侧→低含量一侧【水多往水少流】
      • 从渗透压角度分析：渗透压低→渗透压高【渗透压是指溶质微粒对水的吸引力，溶液浓度越高，渗透压越大】
  • 水进出动物细胞
    • 原理：渗透作用
    • 动物细胞与外界溶液构成一个渗透系统
      • ①半透膜：细胞膜
      • ②浓度差：细胞质与外界溶液
    • 动物细胞的失水和吸水
      • ①外界溶液溶质的浓度 < 细胞质浓度，细胞吸水膨胀，甚至吸水胀破
      • ②外界溶液溶质的浓度 > 细胞质浓度，细胞失水皱缩
      • ③外界溶液溶质的浓度 = 细胞质浓度，细胞形态不变
  • 水进出植物细胞
    • 原理：渗透作用
    • 植物细胞与外界溶液构成一个渗透系统
      • ①半透膜：原生质层
      • ②浓度差：细胞液与外界溶液
    • 实验：探究植物细胞的吸水和失水
      • 原理
        • 内因：①成熟植物细胞的原生质层相当于一层半透膜；②原生质层比细胞壁的伸缩性大（结构特点）
        • 外因：细胞液与外界溶液之间存在浓度差
      • 选材：成熟植物细胞（如紫色洋葱鳞片叶外表皮）
      • 步骤：3次观察（均用低倍镜），2次滴加（第一次加蔗糖溶液，第2次加清水）
      • 分析
        • 当细胞液浓度<外界溶液浓度时，细胞失水，发生质壁分离。【此过程中细胞液渗透压增大，细胞吸水能力增强】
        • 当细胞液浓度>外界溶液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。【此过程中细胞液渗透压降低，细胞吸水能力减弱】
      • 注意事项
        • 选择有中央液泡且液泡带颜色的细胞作为实验材料，或者选有叶绿体的细胞作为实验材料，便于观察。【若选择含有透明的中央液泡的材料，如洋葱内表皮细胞，则需要染色后，再进行实验】
        • 选材必须是活细胞
        • 蔗糖溶液浓度适当，一般用质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液。浓度过高，细胞会失水过多死亡
        • 本实验存在两组自身对照实验
      • 应用
        • 判断成熟植物细胞是否是活细胞【死细胞不能发生质壁分离及质壁分离复原】
        • 判断细胞液的浓度范围【用一系列浓度梯度的蔗糖溶液测定某植物细胞，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】
        • 比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度【用同一浓度蔗糖溶液测定不同植物细胞，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】
        • 鉴别不同种类的溶液【不同种类溶液（蔗糖溶液和KNO3）测定同一成熟植物细胞，只发生质壁分离的说明溶质不能透过半透膜，是蔗糖溶液；发生了质壁分离后自动复原的说明溶质能透过半透膜，是KNO3溶液】
• 被动运输
  • 概念：物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学物质所释放的能量，这种物质跨膜运输的方式称为被动运输。
  • 分类
    • 自由扩散（简单扩散）
      • 概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式
      • 特点：①顺浓度梯度运输；②不需要转运蛋白协助；③不需要消耗能量
      • 实例：气体、水、甘油、乙醇、苯等脂溶性小分子
      • 影响因素
        • 温度
        • 浓度差：
    • 协助扩散（易化扩散）
      • 概念：物质借助膜上的转运蛋白进出细胞的扩散方式
      • 特点：①顺浓度梯度运输；②需要转运蛋白协助；③不需要消耗能量
      • 实例：①葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞；②钠钾离子通过离子通道蛋白运输；③水分子通过水通道蛋白运输
      • 影响因素
        • 温度、浓度差、转运蛋白种类和数量
• 胞吞胞吐
  • 胞吞
    • 过程：
    • 特点：①不需要载体蛋白；②需要细胞膜上特定蛋白质的识别；③需要细胞呼吸所释放的能量
    • 实例：白细胞吞噬病菌、变形虫吞食食物颗粒等
  • 胞吐
    • 过程：
    • 特点：①不需要载体蛋白；②需要细胞膜上特定蛋白质的识别；③需要细胞呼吸所释放的能量
    • 实例：内分泌腺细胞合成的蛋白质类激素、消化腺细胞分泌的消化酶等
  • 相同点： ①都产生小囊泡, 都体现细胞膜的流动性 ②运输分子一般为大分子 ③都需要消耗细胞代谢所释放的能量 ④都不需要载体 ⑤穿越膜层数都为0 不同点： 胞吞：进入细胞；胞吐：排出细胞
• 主动运输
  • 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，这种方式叫做主动运输。
  • 特点：①逆浓度梯度运输；②需要载体蛋白；③需要消耗能量
  • 相关细胞器：①核糖体；②线粒体
  • 影响因素：温度、物质浓度、载体蛋白数量、能量
  • 主动运输实例：①细胞（除红细胞）吸收葡萄糖；②小肠上皮细胞吸收氨基酸、核苷酸等营养物质；③吸收无机盐离子(逆/顺浓度梯度运输) ；④植物细胞吸收矿质元素等；⑤肾小管对葡萄糖的重吸收
  • 意义：普遍存在于动植物和微生物细胞中，通过主动运输来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，从而保证细胞和个体生命活动的需要。
• 影响因素常考点
  • 1.物质浓度（在一定的浓度范围内）
    • • 1）自由扩散不需要转运蛋白和能量，所以物质运输速率与物质浓度成正比。
    • • 2）协助扩散需要转运蛋白和主动运输需要载体蛋白，所以当转运蛋白或载体蛋白达到饱和时，物质运输速率达到最大（P点），此时限制物质运输的因素是转运蛋白或载体蛋白的数量。
  • 2.氧气浓度
    • • 1）自由扩散和协助扩散不需要能量，故不受氧气浓度影响。
    • • 2）氧气浓度通过影响细胞呼吸产生能量的多少而影响物质运输。
      • 3）主动运输需要消耗能量。Q点：当氧气浓度为0时，细胞可以进行无氧呼吸产生少许能量，故此时的运输速率不为0；QP：随着氧气浓度的增加，呼吸产生的能量增多，主动运输速率增大；P点以后：当氧气浓度达到一定程度后，受载体蛋白数量的限制，运输速率不再增加。
  • 3.温度
    • 影响
      • 生物膜的流动性
      • 酶活性
        • 影响
          • 细胞呼吸
      • 影响物质运输速率
• • A：两种转运蛋白【左：通道蛋白；右：载体蛋白】 B：磷脂双分子层 D：糖蛋白（位于膜外侧） a：主动运输（运进膜内） b：自由扩散 c：协助扩散（通过通道蛋白） d：协助扩散（通过载体蛋白） e：主动运输（运出膜外）
• 注意： 1.神经递质大部分是小分子物质，但释放的方式也是胞吐。 【即，胞吞胞吐不仅仅运输大分子，还可以运输某些小分子物质；小分子不一定是通过主动或被动运输，大分子一定是通过胞吞胞吐】 2.通过核孔运输的大分子物质有mRNA、蛋白质等。 3.需要膜上蛋白质的参与，离不开膜上磷脂双分子层的流动性。
• 主动运输的两类能量来源
  • 第一类：直接消耗ATP的主动运输,通常称为泵（ATP驱动泵）。ATP驱动泵既是载体同时也是催化ATP水解的酶。
  • 第二类：间接消耗ATP的主动运输。小肠上皮细胞逆浓度吸收葡萄糖时，没有直接消耗ATP，而是利用Na+浓度差的能量。但是Na+浓度差的建立是依靠Na+-K+泵的，而Na+-K+需要消耗ATP。
• 细胞膜结构的流动性是胞吞、胞吐的基础;该过程中膜的变形也体现了膜的流动性。
• • 1：细胞壁 2：细胞膜 3：细胞核 4：液泡膜 5：细胞质 6：外界溶液 7：液泡
    • 2、4、5组成原生质层
• 转运蛋白
  • 定义：镶嵌在膜上的一些特殊蛋白质，能够协助离子和一些小分子有机物跨膜运输。
  • 种类
    • 通道蛋白
      • 概念：只容许与自身通道直径或形状想适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过
      • 特点：分子或离子通过时，不需要与通道蛋白结合
      • 种类：离子通道蛋白、水通道蛋白等
    • 载体蛋白
      • 概念：只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过
      • 特点：每次转运时都会发生自身构象的改变
      • 种类：葡萄糖载体、钠钾泵等
• 原生质体
  • 植物细胞中特指除去细胞壁后剩余部分（包括细胞膜、细胞质和细胞核）
  • 一个动物细胞即一团原生质体
• 原生质层
  • 细胞膜
  • 细胞质
  • 液泡膜
  • 仅存在于成熟的植物细胞中，不包括细胞核和液泡中的细胞液