导图社区 高中 生物 人教版 必修一 第四章 细胞的物质输入与输出
此为高中生物人教版必修一第四章细胞的物质输入与输出,内容主要有第一节被动运输、总结、第二节主要运输与胞吞胞吐。
编辑于2022-12-17 09:36:59 山东省第四章 细胞的物质输入和输出
第一节 被动运输
零、问题探讨
示意图
1.实验内容:在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸,往漏斗内注入蔗糖溶液,然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中,使漏斗管内外的液面高度相等。过一段时间后,会出现该现象(如图)。玻璃纸是一种半透膜,水分子可以自由透过它,而蔗糖分子则不能。
2.半透膜:半透膜只允许离子和小分子(如水分子、单糖分子等)通过,较大的分子不能通过。水分子通过半透膜发生了渗透作用。
3.水面上升的原因:单位时间内,由清水进入蔗糖溶液的水分子数大于由蔗糖溶液进入清水的水分子数。
4.管内液面不能一直增高的原因:管内的液面上升到一定高度时,水柱会产生一定的压力,将加快漏斗中水分子向外面移动的扩散速度,最终水分子的运动达到一个动态的平衡。
*
1.当液面高度不再变化时,水分子仍进出半透膜,但进出达到平衡。
2.两溶液间的水分能进行双向运动,实际上看到的是水分子双向运动差异所导致的液面变化。
3.半透膜两侧的浓度依旧不同。
一、渗透现象及原理分析
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。如果半透膜的两侧存在浓度差,渗透方向就是水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。
*
渗透作用≠扩散作用
渗透作用是一种特殊的扩散作用。
2.渗透作用具备的两个条件
(1)具有半透膜。
(2)膜两侧具有浓度差。
*指物质的数量浓度,而不是质量浓度,实质上指渗透压。
二、水进出细胞的原理
1.动物细胞的吸水和失水
(1)动物细胞的细胞膜相当于半透膜。
(2)条件及现象
❶外界溶液浓度<细胞质浓度,细胞吸水膨胀或涨破。
❷外界溶液浓度>细胞质浓度,细胞失水皱缩。
❸外界溶液浓度=细胞质浓度,细胞保持正常形态。
*
溶质:从低浓度到高浓度。
溶剂:从高浓度到低浓度。
示意图
2.植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构
细胞壁:全透性。
细胞膜
细胞质
液泡膜
原生质层
具有选择透过性,相当于半透膜。
*只有成熟植物细胞才具有原生质层。
细胞液:具有一定浓度。
(2)植物细胞内的液体环境主要是指液泡里面的细胞液。
(3)条件及现象
❶外界溶液浓度<细胞质浓度,细胞吸水,中央液泡体积变大,细胞坚挺。
❷外界溶液浓度>细胞质浓度,细胞失水,中央液泡体积变小,发生质壁分离。
❸外界溶液浓度=细胞质浓度,细胞保持正常形态。
示意图
(4)植物细胞发生质壁分离的原因
❶外界溶液浓度大于细胞液浓度(外因)。
❷原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性(内因)。
(5)只有活的、具有中央大液泡的成熟植物细胞才会发生质壁分离,动物细胞和根尖分生区细胞不能发生质壁分离。
*死细胞的原生质层会变得具有全透性。
三、探究植物细胞的吸水和失水的实验操作
1.实验流程
*
(1)该实验属于自身前后对照实验。
(2)都在低倍镜下观察,选定一个视野后,不能再移动装片。
(3)由于蔗糖溶液浓度过高而无法实现质壁分离的原因:蔗糖溶液浓度过高,细胞过度失水而死亡,不能再发生质壁分离的复原。
(4)第一次观察的目的:是为了观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的形态,以便于与处理后的细胞形态来形成对照。
*质壁分离及复原现象的应用
(1)判断细胞的活性
待测细胞+蔗糖溶液→镜检→。
发生质壁分离和复原→活细胞。
不发生质壁分离→死细胞。
(2)测定细胞液浓度的范围
待测细胞+一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别镜检,细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的两种外界溶液浓度之间。
(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度
不同植物细胞+同一浓度的蔗糖溶液镜检,比较刚发生质壁分离时所需要时间的长短,以此判断植物细胞液浓度的大小(时间越短,细胞液浓度越小)。
2.若用适宜浓度的KNO₃溶液进行实验,结果发现细胞质壁分离后,没有滴加清水,自动出现了质壁分离复原现象。
原因:开始外界溶液浓度较大,细胞发生质壁分离;细胞主动吸收K⁺和NO₃⁻后,随着细胞液浓度增大,细胞吸水,发生质壁分离后自动复原。
*
(1)较高浓度的葡萄糖溶液、KNO₃溶液、甘油、尿素等。
(2)细胞会主动或被动地吸收外界溶液的溶质。
(3)无法判断静态的处于质壁分离状态的细胞的细胞液浓度与外界溶液的浓度大小。
原因:并不知道该细胞是正进行质壁分离或正进行质壁分离复原。
四、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。这种物质的跨膜运输方式称为被动运输。
2.类型
(1)自由扩散(简单扩散):物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式。如气体:O₂、CO₂、NH₃等;甘油、乙醇、苯等脂溶性小分子有机物;少部分水;尿素。
(2)协助扩散(易化扩散):借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质的扩散方式。如离子和一些小分子有机物,如葡萄糖进入红细胞;大部分水。
*少数动物细胞吸收葡萄糖为协助扩散,肾小管细胞、小肠上皮细胞吸收葡萄糖为主动运输。
3.影响因素
(1)膜内外物质浓度梯度的大小。
(2)某些物质的运输速率还与转运蛋白的数量有关。
(3)温度变化会影响物质运输速率。
4.被动运输的特点
(1)顺浓度梯度。
(2)不消耗能量。
共同点
(3)自由扩散不需要转运蛋白,而协助扩散需要转运蛋白。
不同点
*转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。
示意图
❶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。
*载体蛋白具有高度选择性,一种特定的载体只能运输一种类型的分子或离子。
*其自身构象的改变只是暂时的、可分离的。
❷通道蛋白只容许与自身通过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。分子或离子通过时不与通道蛋白结合。通道蛋白分为水通道蛋白和离子通道蛋白。
*通道蛋白具有选择性和专一性,但他的选择性是相对的,不是绝对的。如钠通道蛋白在特殊情况下可允许NH₄⁺通过。
*两者的区别:离子或分子是否与通道蛋白结合。
*被动运输的影响因素及相关曲线分析
示意图
(1)自由扩散的影响因素:主要取决于膜内外物质浓度梯度的大小,也与物质分子大小与脂溶性有关。
(2)协助扩散的影响因素:除了膜内外物质浓度梯度的大小外,也与膜上转运蛋白的数量有关。当转运蛋白达到饱和时,物质浓度再增加,运输速率也不再增加
(3)被动运输不需要能量,所以物质运输速率和细胞能量供应无关。
*总结
影响物质跨膜运输的因素及曲线分析
❶物质浓度
示意图
图一中物质的运输速率只与物质浓度有关,运输方式为自由扩散。
图二中物质的运输速率不仅与物质浓度有关,还受膜上转运蛋白数量等的影响,运输方式为协助扩散或主动运输。
❷氧气浓度
示意图
*亦可称为提供能量的多少。
图三中物质的运输速率与氧气浓度的大小无关,运输方式为自由扩散或协助扩散。
图四中物质的运输速率与氧气的浓度大小相关,其中b点后运输速率不再增大的原因是膜上载体蛋白的数目有限,运输方式为主动运输。
❸温度
*此处酶作为生物催化剂。
第二节 主要运输与胞吞胞吐
零、问题探讨
碘是合成甲状腺激素的重要成分。
一、主动运输
示意图
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,同时消耗细胞内化学反应所释放的能量,这种方式叫作主动运输。
2.特点
(1)运输方向:逆浓度梯度。
(2)条件:需要载体蛋白的协助,需要消耗能量。
3.实例
K⁺、Ca²⁺、Na⁺等离子逆浓度梯度进行跨膜运输;小肠上皮细胞从小肠液中吸收氨基酸、葡萄糖。
4.意义
主要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。
二、胞吞与胞吐(*能够体现膜的流动性)
示意图
1.胞吞
大分子与膜上的蛋白质结合引起这部分细胞膜内陷形成小囊,包围着大分子。然后小囊从细胞上分离下来,形成囊泡,进入细胞内部的现象。
*胞吞具有选择性
*吞噬泡或吞引泡一般要与溶酶体融合,逐步将吞进的物质进行消化分解。
2.胞吐
细胞需要外排的大分子,在细胞内形成囊泡,然后移动到细胞膜处,并与之融合将大分子排出细胞的现象。
*特点
(1)主要运输大分子物质,如蛋白质,多糖等。某些小分子物质也可以通过胞吞胞吐进行运输。
(2)不需要载体蛋白,但需要特定膜蛋白参与。
(3)需要消耗能量。
(4)需要依赖膜的流动性。
*胞吞胞吐过程中物质穿过0层细胞膜。
3.细胞物质输入和输出的基础
(1)转运蛋白的种类和数量或空间结构的变化,对许多物质的跨膜运输起着决定性作用,这也是细胞膜具有选择透过性的基础。
(2)胞吞或胞吐过程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。
背诵版
被动运输示意图
示意图
第四章 细胞的物质输入和输出
第一节 被动运输
零、问题探讨
示意图
1.实验内容:在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸,往漏斗内注入蔗糖溶液,然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中,使漏斗管内外的液面高度相等。过一段时间后,会出现该现象(如图)。玻璃纸是一种半透膜,水分子可以自由透过它,而蔗糖分子则不能。
2.半透膜:半透膜只允许▁▁▁▁和▁▁▁▁▁▁(如水分子、单糖分子等)通过,较大的分子不能通过。水分子通过半透膜发生了▁▁▁▁作用。
3.水面上升的原因:单位时间内,由▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁的水分子数大于由▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁的水分子数。
4.管内液面不能一直增高的原因:管内的液面上升到一定高度时,水柱会产生一定的压力,将加快漏斗中水分子向外面移动的扩散速度,最终水分子的运动达到一个动态的平衡。
*
1.当液面高度不再变化时,水分子(填“仍会”或“不会”)▁▁进出半透膜,但▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁。
2.两溶液间的水分能进行▁▁▁▁运动,实际上看到的是水分子双向运动差异所导致的液面变化。
3.当液面不再发生变化时,半透膜两侧的浓度(填“不同”或“相同”)▁▁▁▁▁▁。
一、渗透现象及原理分析
1.渗透作用的概念
水分子(或其他溶剂分子)通过▁▁▁▁▁的▁▁▁,称为渗透作用。如果半透膜的两侧存在▁▁▁▁▁,渗透方向就是水分子从水的▁▁▁▁▁▁▁▁▁的一侧向▁▁▁▁▁▁▁▁的一侧渗透。
*
渗透作用(填“=”或“≠”)▁▁扩散作用
渗透作用是一种特殊的▁▁▁▁▁▁。
2.渗透作用具备的两个条件
(1)▁▁▁▁▁▁▁▁。
(2)▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁。
*指物质的▁▁▁▁▁▁,而不是▁▁▁▁▁▁,实质上指▁▁▁▁▁。
二、水进出细胞的原理
1.动物细胞的吸水和失水
(1)动物细胞的▁▁▁▁▁相当于半透膜。
(2)条件及现象
❶外界溶液浓度<细胞质浓度,细胞▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁。
❷外界溶液浓度>细胞质浓度,细胞▁▁▁▁▁▁▁。
❸外界溶液浓度=细胞质浓度,细胞▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁。
*
溶质:(都填“低浓度”或“高浓度”)从▁▁▁▁▁到▁▁▁▁▁。
溶剂:(都填“低浓度”或“高浓度”)从▁▁▁▁▁到▁▁▁▁▁。
示意图
2.植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构
细胞壁:▁▁▁▁性。
细胞膜
细胞质
液泡膜
▁▁▁▁▁▁▁
具有▁▁▁▁▁▁性,相当于▁▁▁▁▁。
*只有▁▁▁▁▁▁细胞才具有原生质层。
细胞液:具有一定浓度。
(2)植物细胞内的液体环境主要是指液泡里面的▁▁▁▁▁。
(3)条件及现象
❶外界溶液浓度<细胞质浓度,细胞▁▁▁▁,中央液泡体积变大,细胞坚挺。
❷外界溶液浓度>细胞质浓度,细胞▁▁▁▁,中央液泡体积变小,发生▁▁▁▁▁▁。
❸外界溶液浓度=细胞质浓度,细胞▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁。
示意图
(4)植物细胞发生质壁分离的原因
❶▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁(外因)。
❷▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁(内因)。
(5)▁▁的、具有中央大液泡的▁▁▁▁▁▁细胞会发生质壁分离,动物细胞和根尖分生区细胞(填“能”或“不能”)▁▁▁▁发生质壁分离。
*死细胞的原生质层会变得具有▁▁▁▁性。
三、探究植物细胞的吸水和失水的实验操作
1.实验流程
*
(1)该实验属于▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁实验。
(2)在▁▁▁▁▁下观察,选定一个视野后,不能再移动装片。
(3)由于蔗糖溶液浓度过高而无法实现质壁分离的原因:▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁。
(4)第一次观察的目的:▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁。
*质壁分离及复原现象的应用
(1)判断细胞的活性
待测细胞+蔗糖溶液→镜检→。
▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁→活细胞。
▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁→死细胞。
(2)测定细胞液浓度的范围
待测细胞▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁分别镜检,细胞液浓度介于(下两空均填“刚刚发生”、“尚未发生”或“完全发生”)▁▁▁▁▁▁质壁分离和▁▁▁▁▁▁质壁分离的两种外界溶液浓度之间。
(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度
不同植物细胞+(填“同一浓度”或“不同浓度”)▁▁▁▁▁▁的蔗糖溶液镜检,比较刚发生质壁分离时所需要时间的长短,以此判断植物细胞液浓度的大小(时间越▁▁,细胞液浓度越▁▁)。
2.若用适宜浓度的KNO₃溶液进行实验,结果发现细胞质壁分离后,没有滴加清水,自动出现了质壁分离复原现象。
原因:开始外界溶液浓度较大,细胞发生质壁分离;细胞(填“主动”、“被动”或“主动或被动”)▁▁▁▁吸收K⁺和NO₃⁻后,随着细胞液浓度增大,细胞吸水,发生质壁分离后自动复原。
*
(1)较高浓度的▁▁▁▁▁▁▁▁、▁▁▁▁▁▁▁▁、▁▁▁▁、▁▁▁▁等。
(2)细胞会(填“主动”、“被动”或“主动或被动”)▁▁▁▁▁▁▁▁地吸收外界溶液的溶质。
(3)静态地处于质壁分离状态的细胞的细胞液浓度大小(填“大于”、“小鱼”或“无法判断”)▁▁▁▁外界溶液的浓度大小,原因:▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁。
四、被动运输
1.概念:物质以▁▁▁▁方式进出细胞,(填“需要消耗”或“不需要消耗”)▁▁▁▁▁▁▁▁细胞内化学反应所释放的能量。这种物质的跨膜运输方式称为被动运输。
2.类型
(1)▁▁▁▁▁▁(简单扩散):物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式。如▁▁▁▁:O₂、CO₂、NH₃等;▁▁▁▁、▁▁▁▁、▁▁等▁▁▁▁▁▁▁▁有机物;▁▁▁▁▁▁;▁▁▁。
(2)协助扩散(▁▁▁▁▁▁):借助膜上的▁▁▁▁▁▁进出细胞的物质的扩散方式。如❶▁▁▁▁和一些▁▁▁▁▁▁▁▁,如葡萄糖进入红细胞;❷▁▁▁▁▁▁。
*少数动物细胞吸收葡萄糖为(填“协助扩散”或“自由扩散”)▁▁▁▁▁▁,▁▁▁▁▁▁、▁▁▁▁▁▁▁▁吸收葡萄糖为主动运输。
3.影响因素
(1)膜内外▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁的大小。
(2)某些物质的运输速率还与▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁有关。
(3)▁▁▁▁▁▁会影响物质运输速率。
4.被动运输的特点
(1)▁▁▁▁▁▁▁▁。
(2)▁▁▁▁▁▁▁▁。
共同点
(3)自由扩散(均填“需要”或“不需要”)▁▁▁▁▁▁转运蛋白,而协助扩散▁▁▁▁转运蛋白。
不同点
*转运蛋白可以分为▁▁▁▁▁▁▁和▁▁▁▁▁▁▁两种类型。
示意图
❶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▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁。
*载体蛋白具有▁▁▁▁▁▁性,一种特定的载体只能运输▁▁种类型的分子或离子。
*其自身构象的改变只是▁▁▁▁、▁▁▁▁▁▁。
❷通道蛋白只容许与自身通过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。分子或离子通过时不与通道蛋白结合。通道蛋白分为水通道蛋白和离子通道蛋白。
*通道蛋白具有▁▁▁▁性和▁▁▁▁性,但他的选择性是▁▁▁▁的,不是▁▁▁▁的。如钠通道蛋白在特殊情况下可允许▁▁▁▁▁通过。
*两者的区别:▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁。
*被动运输的影响因素及相关曲线分析
示意图
(1)自由扩散的影响因素:主要取决于膜内外物质▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁,也与物质分子大小与脂溶性有关。
(2)协助扩散的影响因素:除了膜内外物质▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁外,也与膜上▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁有关。当转运蛋白达到饱和时,物质浓度再增加,运输速率(填“也会再”或“不会再”)▁▁▁▁增加。
(3)被动运输的物质运输速率和细胞能量供应(填“有关”或“无关”)▁▁▁▁。
*总结
影响物质跨膜运输的因素及曲线分析
❶物质浓度
示意图
图一中物质的运输速率只与物质浓度有关,运输方式为▁▁▁▁▁▁▁。
图二中物质的运输速率不仅与物质浓度有关,还受膜上转运蛋白数量等的影响,运输方式为▁▁▁▁▁▁或▁▁▁▁▁▁。
❷氧气浓度
示意图
*亦可称为▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁。
图三中物质的运输速率与氧气浓度的大小无关,运输方式为▁▁▁▁▁▁或▁▁▁▁▁▁。
图四中物质的运输速率与氧气的浓度大小相关,其中b点后运输速率不再增大的原因是▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁,运输方式为▁▁▁▁▁▁。
❸温度
*此处酶作为▁▁▁▁▁▁▁▁。
第二节 主要运输与胞吞胞吐
零、问题探讨
碘是合成▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁的重要成分。
一、主动运输
示意图
1.概念
物质逆浓度梯度进行跨膜运输,需要转运蛋白的协助,同时消耗细胞内化学反应所释放的能量,这种方式叫作▁▁▁▁▁▁。
2.特点
(1)运输方向:▁▁▁▁▁▁▁▁。
(2)条件:▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁,▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁。
3.实例
K⁺、Ca²⁺、Na⁺等离子▁▁▁▁▁▁▁▁进行跨膜运输;小肠上皮细胞从小肠液中吸收氨基酸、葡萄糖。
4.意义
主要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。
二、胞吞与胞吐(*能够体现▁▁▁▁▁▁▁▁)
示意图
1.胞吞
大分子与▁▁▁▁▁▁▁▁结合引起这部分细胞膜内陷形成小囊,包围着大分子。然后,小囊从细胞上分离下来,形成▁▁▁▁,进入细胞内部的现象。
*胞吞具有▁▁▁▁性
*吞噬泡或吞引泡一般要与▁▁▁▁融合,逐步将吞进的物质进行▁▁▁▁▁▁。
2.胞吐
细胞需要外排的▁▁▁▁,在细胞内形成囊泡,然后移动到细胞膜处,并与之融合将大分子排出细胞的现象。
*特点
(1)主要运输(填“大分子”或“小分子”)▁▁▁▁▁▁物质,如▁▁▁▁▁,▁▁▁▁等。某些(填“大分子”或“小分子”)▁▁▁▁▁▁物质也可以通过胞吞胞吐进行运输。
(2)不需要▁▁▁▁▁▁,需要▁▁▁▁▁▁▁▁参与。
(3)需要▁▁▁▁▁▁。
(4)需要依赖▁▁▁▁▁▁▁▁。
*胞吞胞吐过程中物质穿过▁▁层细胞膜。
3.细胞物质输入和输出的基础
(1)转运蛋白的▁▁▁▁和▁▁▁▁或空间结构的变化,对许多物质的跨膜运输起着决定性作用,这也是细胞膜具有▁▁▁▁▁▁性的基础。
(2)胞吞或胞吐过程需要膜上蛋白质的参与,更离不开膜上磷脂双分子层的▁▁▁▁性。
原版
被动运输示意图
示意图