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一、渗透作用:水分子(溶剂分子)通过半透膜的扩散作用。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二、动物细胞的吸水和失水当外界溶液浓度细胞质浓度时,细胞吸水胀破;当外界溶液浓度细胞质浓度时,细胞失水皱缩;当外界溶液浓度=细胞质浓度时,水分子进出细胞处于动态平衡。三、植物细胞的质壁分离和复原1.成熟植物细胞具有中央大液泡,细胞内的液体环境主要是指液泡中的细胞液。2.原生质层:细胞膜+液泡膜+两层膜之间的细胞质。3.原生质层相当于一层半透膜,细胞壁具有全透性。当外界溶液的浓度细胞液浓度时,细胞将失水,原生质层和细胞壁都会收缩,但原生质层伸缩性比细胞壁大,所以原生质层就会与细胞壁分开,发生“质壁分离”;当外界溶液的浓度细胞液浓度时,细胞将吸水,原生质层会慢慢恢复原来状态,使细胞发生“质壁分离复原”。即:细胞液浓度<外界溶液浓度细胞失水(质壁分离)细胞液浓度>外界溶液浓度细胞吸水(质壁分离复原)注意:当溶质分子为葡萄糖、KNO3、乙二醇时,细胞会缓慢吸收溶质而使细胞液的浓度升高,从而使细胞发生质壁分离后自动复原。四、物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度,细胞对物质的输入、输出具有选择性。细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜,可以让水分子自由通过,一些离子和小分子也可以通过,而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。第二节生物膜的流动镶嵌模型一、探索历程1.细胞膜对于不同物质的通透性不一样,溶于脂质的物质比不溶于脂质的物质更易通过细胞膜——膜由脂质组成;2.分离哺乳动物红细胞细胞膜进行化学分析——膜的主要成分是脂质和蛋白质;3.从红细胞提取脂质,在空气-水界面铺展成单分子层,面积是红细胞表面积的2倍——细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层;4.电镜下看到细胞膜“暗-亮-暗”三层结构——假说:生物膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构组成,为静态统一结构。静态结构不能解释细胞的生长、变形虫的变形运动、白细胞吞噬细菌、细胞融合等现象。5.小鼠细胞与人细胞融合实验——细胞膜具有流动性;6.目前主流观点:流动镶嵌模型(1)磷脂双分子层构成膜的基本支架,具有流动性;(2)蛋白质分有的镶在磷脂双分子层表面,有的部分或全部嵌入磷脂双分子层;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)在细胞膜的外表,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,具有保护、润滑作用以及和细胞表面的识别有关;细胞膜表面还有糖类和脂质结合成的糖脂。注意:磷脂双分子层亲水的头部向外,疏水的尾部向内;选择透过性依赖的物质:蛋白质,生物膜功能不同的主要原因是不同膜上蛋白质的种类和数量不同;生物膜的识别功能依赖糖蛋白,有糖蛋白的一侧是膜外。第三节物质跨膜运输的方式一、相关概念:1.被动运输:物质进出细胞顺浓度梯度的扩散(高浓度-低浓度)。(1)自由扩散:物质通过简单的扩散作用进出细胞。(如水、氧、二氧化碳、甘油、乙醇、苯等)(2)协助扩散:进出细胞的物质要借助载体蛋白的扩散。(如红细胞吸收葡萄糖)2.主动运输:物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧,需要载体蛋白协助,同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。(如小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸和无机盐等;钠离子、钾离子的吸收)意义:保证活细胞按照生命活动需要主动选择吸收所需要的营养物质,排出代谢废物和对细胞有害的物质。3.胞吞和胞吐胞吞:大分子附着在细胞膜表面,这部分细胞膜内陷形成小囊,包围着大分子,然后小囊从细胞膜上分离下来,形成囊泡进入细胞(如:白细胞吞噬细菌、变形虫吞噬有机颗粒)胞吐:细胞需要外排的大分子,先在细胞内形成囊泡,囊泡移动到细胞膜外,与细胞膜融合,将大分子排出细胞外。(如胰岛B细胞分泌胰岛素)胞吞胞吐的结构基础:生物膜具有流动性自由扩散协助扩散主动运输胞吞胞吐物质运输方向高浓度-低浓度高浓度-低浓度一般:低浓度-高浓度是否需要载体蛋白不需要需要需要不需要是否需要能量不需要不需要需要需要动力来源浓度差浓度差能量(ATP)能量(ATP)在一定浓度范围内的曲线注意:1.载体蛋白具有特异性:不同物质运输需要不同的载体蛋白,不同生物膜上的载体蛋白的种类和数量不同,运输不同物质的速率也不尽相同。2.载体蛋白数量有限,因此当生物膜上的载体蛋白已经全部参与运输时,该种载体蛋白运输的物质的运输速率不再随运输物质的增大而增大。影响物质跨膜运输的因素:自由扩散:膜两侧的浓度差协助扩散:膜两侧的浓度差;载体蛋白的数量主动运输:能量(包括氧气浓度、温度等);载体蛋白的数量细胞膜→结构特点:具有一定的流动性(胞吞和胞吐)生物膜→功能特点:选择透过性(主动运输)