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第四章细胞的物质输入和输出第1节物质跨膜运输的实例一、渗透作用半透膜：半透膜是一类可以让小分子物质通过而大分子物质不能通过的一类薄膜的总称渗透作用装置分析实验现象1.第一组装置的漏斗管内液面为什么会升高？2.第二组装置，用纱布代替玻璃纸，漏斗管内液面还会升高吗？由于单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量多于从长颈漏斗渗出的水分子数量，使得管内液面升高。用纱布替代玻璃纸时，因纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通透，因而液面不会升高。分析实验现象4.水分子只能从烧杯中扩散到漏斗中吗？（友情提醒）半透膜，水分子可以自由通过。不是的，水分子既可以从烧杯中扩散到漏斗中，也能从漏斗中扩散到烧杯中，只不过，在单位时间内，从烧杯中扩散到漏斗中的水分子数量比较多。3.第三组装置，清水换成同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量，液面也不会升高。得出结论水渗入漏斗内使液面上升必须具备两个条件半透膜半透膜两侧溶液浓度差渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散，称为渗透作用条件①具有半透膜（主要）②半透膜两侧的溶液浓度不同课题一水分子的跨膜运输问题：细胞是否会发生渗透作用呢？（一）动物细胞的吸水和失水红细胞置于清水中分析右图，一段时间后红细胞会发生什么变化？放到清水中，细胞不断吸水膨胀直至胀破。疑问？红细胞是否也是发生渗透作用呢？【探究】红细胞是否具有发生渗透作用的条件问题一红细胞的相当于半透膜，为什么？因为，细胞膜同样具有有些物质可以通过，而有些物质不能通过的特点。问题二什么情况下，红细胞会发生吸水或失水？课题一水分子的跨膜运输细胞膜当外界溶液浓度＞细胞质基质浓度时，红细胞失水；当外界溶液浓度＜细胞质基质浓度时，红细胞吸水。课题一水分子的跨膜运输1.细胞膜相当于半透膜2.外界溶液与细胞质基质存在浓度差【总结】红细胞发生渗透作用的条件1．红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？不可以，因为血红蛋白是大分子，不能透过细胞膜。2．当外界溶液浓度过低时，红细胞会发生什么变化？原因会发生吸水并且胀破，因为外界溶液浓度过低，红细胞不断吸水，而细胞膜的伸缩性是一定的，超过了这个限度，细胞就会破裂。3．红细胞吸水或失水的多少与什么有关？红细胞吸水或失水的多少主要取决于红细胞内外的浓度差，一般差值越大，吸水或失水越多。课题一水分子的跨膜运输【思考】红细胞不吸水也不失水，保持细胞原有的形态。因为外界溶液浓度=细胞内浓度，所以单位时间渗入的水分子数量等于渗出的水分子数量，水分子的运动达到动态平衡，因此表现细胞既不吸水也不失水。4.如果将红细胞放置于生理盐水中呢，细胞有什么变化？原因？课题一水分子的跨膜运输问题1.植物细胞会出现失水的情况吗？2.植物细胞在什么情况下会失水？3.原生质层是否相当与半透膜？当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时2.植物细胞的吸水与失水【探究】植物细胞相当于半透膜原生质层探究实验：植物细胞的吸水和失水提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果表达与交流（原生质层是一层半透膜吗？）（原生质层相当于一层半透膜）设计方案（按预定方案进行实验）（分析实验结果，得出结论：……）（总结，写实验报告并适当交流）预期结果将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其大小的变化；再将细胞浸润在清水中，观察其大小的变化。在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，细胞皱缩；在清水中植物细胞的中央液泡会变大，细胞膨胀。植物细胞的质壁分离及复原实验现象：中央液泡大小原生质层的位置细胞大小蔗糖溶液清水变小逐渐恢复原来大小原生质层恢复原来位置原生质层脱离细胞壁基本不变基本不变得出结论植物细胞原生质层相当于一层半透膜,成熟的植物细胞靠渗透作用吸水。细胞液与细胞外界溶液发生了渗透作用。2.质壁分离及复原现象初始浓度0Mg2＋Ca2+Si4+离子培养液中的离子浓度水稻番茄物质跨膜运输的其他实例实例一1.水稻培养液中的钙、镁两种离子浓度为什么会增高？是不是水稻不吸收反而向外排出呢？2.不同作物对无机盐离子的吸收有差异吗？4.细胞对物质的吸收有选择吗?如果有，这种选择性有普遍性吗？3.水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其他物质的跨膜运输也是这样吗？水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其他物质的跨膜运输并不都是这样，这取决于细胞生命活动的需要。细胞对物质的吸收是有选择的。这种选择性具有普遍性。1.以下可以发生渗透作用的是（）A.煮熟的马铃薯条放入水中B.把干种子放在清水中C.烈日下菠菜叶子下垂D.放在盐水中的萝卜变软D巩固练习2.a、b、c是三个相邻的细胞，已知a细胞液浓度b细胞液浓度c细胞液浓度,如图所示，能正确表示水分在三者之间关系的是（）CacbacbacbacbABCD3.田间一次施肥过多，作物变得枯萎发黄，俗称“烧苗”。其原因是（）A.根细胞从土壤中吸收的养分过多B.根细胞不能从土壤中吸水C.根系不能将水向上运输D.根系被肥料分解释放的热能烧毁B4.利用高浓度盐水（NaCl溶液）杀菌防腐的原理是（）A.盐水中的Cl－有杀菌防腐的作用B.盐水中的Na＋不利于细菌的生活C.盐水是中性的，不适于细菌的生活D.由于渗透作用使细菌细胞内的水分渗出而死亡D1.剥取洋葱鳞茎的鳞片叶，外表皮紫色较浓的更好。用解剖刀或刀片在叶片外表皮划一0.5cm见方的“井”字。2.用尖嘴镊从“井”字中央的一角小心地将洋葱鳞片叶外表皮撕下，平铺在载玻片中央。3.用小滴管在表皮上滴一滴质量分数为30%的蔗糖溶液，盖上盖玻片。用吸水纸吸去多余液体。4.在显微镜下观察，可见原生质缓慢收缩，逐渐出现与细胞壁分离的现象，直到原生质收缩成球状小团，与细胞壁完全分开。5.在盖玻片的一侧滴加清水，用吸水纸在盖玻片的另一侧吸收，使清水置换蔗糖溶液。6.在显微镜下观察，可见质壁分离现象缓慢复原。进行实验1.实验结果与你与预期相吻合吗？它是否支持你所作出的假设？如果有的结果与预期有所不同，你认为应当作怎样的解释？2.如果没有细胞壁，实验结果会有什么不同？3.如果滴加的是0.5克ml的蔗糖溶液，实验结果会有什么不同？交流不会发生质壁分离现象，只发生渗透作用的吸水或失水高浓度的蔗糖溶液导致植物细胞严重失水而死亡，不可能发生质壁分离复原讨论1.正常生活着的红细胞内的血红蛋白等有机物能过细胞膜外吗？2.根据现象判断红细胞的细胞膜相当与什么膜？红细胞内的血红蛋白等有机物一般不能透过细胞膜。红细胞的细胞膜相当于“问题探讨”中的半透膜。3.当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会吸水而涨破吗？当外界溶液的浓度低于红细胞内部的浓度时，红细胞一般会因持续吸水而涨破。4.红细胞吸水或失水的多少取决与什么？红细胞吸水或失水的多少主要取决于红细胞内外浓度的差值。一般情况下，差值较大时吸水或失水较多。讨论细胞膜的主要成分脂质（磷脂最丰富）大约占50%蛋白质大约占40%糖类大约占2%—10%动动脑筋细胞膜的组成成分中含有脂质材料一①1859年，E.Oerton选用500多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行了上万次的研究。发现凡是易溶于脂质的物质，也容易穿过膜，反之，不容易溶于脂质的物质，也不容易穿过膜。②1897年，Crijins和Hedin用红细胞做实验，同样也证明分子的通透性与其在脂质中的溶解度有关,且溶解度越大越容易通过。你从以上实验中能得出什么结论？并说明理由。1925年荷兰科学家Gorter和Grendel从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面积是细胞膜的2倍结论：细胞膜中的磷脂是双层的磷脂分子材料二电镜下观察细胞膜有“暗-亮-暗”结构图像你从以上实验中能得出什么结论？动动脑筋科学家对细胞膜化学成分深层分析发现，细胞膜会被蛋白酶分解（提示：蛋白酶是生物体内普遍存在的只对蛋白质分解起催化作用的物质）。猜想：细胞膜的组成成分中还含有其它物质细胞膜的组成成分中还含有蛋白质材料三材料四蛋白质分子磷脂双分子层糖类细胞膜结构示意图亲水头部疏水尾部磷脂是一种由甘油，脂肪酸和磷酸所组成的分子，“头”部是亲水的，“尾”部是疏水的。（二）思考与讨论13.提示：因为磷脂分子的“头部”亲水，所以在水—空气界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，尾部则朝向空气一面。科学家因测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。流动镶嵌模型的基本内容：1.磷脂双分子层构成膜的基本支架。（其中磷脂分子的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部朝向内侧）2.蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层。（体现了膜结构内外的不对称性）3.磷脂分子是可以运动的，具有流动性。（其分子的运动有多种形式）4.大多数的蛋白质分子也是可以运动的。（也体现了膜的流动性）5.细胞膜外表，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。（糖被与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系）想象空间发挥空间想象力，想象一个近似球型的细胞，其细胞膜的磷脂双分子层的三维立体结构！胆碱磷酸甘油脂肪酸●●不溶于脂质的物质溶于脂质的物质细胞膜白细胞吞噬病毒的过程附：磷脂（膜脂）的运动有多种形式：1.侧向扩散；2.旋转运动；3.摆动运动；4.伸缩运动；5.翻转运动；6.旋转异构被动运输：物质进出细胞，顺浓度梯度的扩散方式。自由扩散：协助扩散：物质通过简单的扩散作用进出细胞。进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散。一、被动运输1.自由扩散：特征：1.顺浓度梯度运输2.不需要载体3.不需要消耗能量自由扩散2.协助扩散：特征：1.顺浓度梯度运输2.需要载体参与3.不需要消耗能量（二）思考与讨论1.自由扩散和协助扩散都不需要消耗能量。因为二者都是顺物质的浓度梯度进行的。2.自由扩散与协助扩散的共同之处是都不需要细胞消耗能量。不同之处是：前者不需要蛋白质的协助，后者必须有蛋白质的协助才能实现。3.因为自由扩散和协助扩散都是顺物质的浓度梯度进行的，不需要细胞消耗能量，所以统称为被动运输。二、主动运输：物质从低浓度一侧运输到高浓度的一侧，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，这种方式叫做主动运输。主动运输特征：1.逆浓度梯度运输2.需要载体3.需要消耗能量主动运输主动运输的意义：保证了活细胞能够按照生命活动的需要，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。注意：主动运输:能够体现对矿质离子选择性对比比较三种物质运输方式的异同：项目自由扩散协助扩散主动运输运输方向是否需要载体蛋白是否消耗细胞内的能量代表例子顺浓度梯度顺浓度梯度逆浓度梯度不需要需要需要不消耗不消耗需要消耗氧气、水、二氧化碳等通过细胞膜葡萄糖通过红细胞葡萄糖、氨基酸通过小肠上皮细胞膜；离子通过细胞膜等三、胞吞和胞吐一些大分子或物质团块的运输，是通过胞吞和胞吐作用来实现的。胞吞：物质以囊泡包裹的形式通过细胞膜，从细胞外进入细胞内的过程。（如果进入的是固态物质，称为吞噬；如果进入的是液态物质，称为胞饮。）胞吐：物质以囊泡的形式通过细胞膜，从细胞内排到细胞外的过程。运输速率浓度差运输速率耗氧量运输速率浓度差上面几幅坐标图中所表示的分别是哪种物质运输方式？为什么？思考！运输速率浓度差时间细胞内浓度（细胞外浓度）（四）技能训练1.K+和Mg2+是通过主动运输进入细胞的。2.Na+和Cl-是通过主动运输排出细胞的。3.提示：因为以上四种离子细胞膜内外的浓度差较大，细胞只有通过主动运输才能维持这种状况。第一节降低化学反应活化能的酶一酶的作用和本质斯帕兰扎尼实验过程：现象：推测：证明：本实验能证明：问题探讨肉块放入小金属笼内，让鹰吞下肉块消失了是胃内的化学物质将肉块分解了收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解胃具有化学消化的作用一、酶的作用和本质1.细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢是生命活动的基础。2.酶在代谢中的作用合成代谢（同化作用）分解代谢（异化作用）酶在细胞代谢中的作用2H2O2→2H