1、高考生物,新高考专用,第二单元细胞的代谢专题三细胞的物质输入和输出,考点一细胞的吸水与失水,一、细胞吸水与失水的原理渗透作用1.概念:水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散过程。2.产生条件:具有半透膜,且半透膜两侧溶液有浓度差。3.渗透方向:水分子的移动方向是双向的,但最终呈现的结果是从相对含量高(即低浓度溶液)的一侧向相对含量低(即高浓度溶液)一侧渗透(以溶剂为水分子为例)。,4.渗透装置1)常见的渗透装置图,2)结果与分析,疑难突破(1)达到渗透平衡后,若存在如图所示的液面差h,则半透膜两侧溶液的渗透压(溶液中溶质微粒对水的吸引力)仍然不相等,且液面高的溶液浓度高,渗透压大。(2)达到
2、渗透平衡时,半透膜两侧仍有水分子进出,且水分子进出数量相等。(3)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是物质的量浓度,而不是质量分数,等质量分数的葡萄糖溶液和蔗糖溶液相比,葡萄糖溶液的渗透压较大,因为其相对分子质量小,物质的量浓度大。,二、水进出细胞的原理1.植物细胞的吸水和失水1)植物细胞的渗透系统,2)现象(浓度在一定范围内),易混易错(1)原生质层原生质体(植物细胞去细胞壁可形成原生质体),半透膜选择透过性膜(半透膜往往只允许离子或小分子物质透过,而大分子物质不能透过,透过的依据是分子或离子的大小,不具有选择性)。(2)植物具有中央液泡说明该细胞已高度分化,为成熟植物细胞,一般失去了分裂能力。
3、,2.动物细胞的吸水和失水1)动物细胞的渗透系统:动物细胞膜相当于半透膜;细胞质和外界溶液间具有浓度差。2)现象(浓度在一定范围内),考点训练(请判断下列说法是否正确),1.将动物细胞放入等渗溶液中,水分子不会进出细胞膜。()2.细胞膜可以看作半透膜,半透膜就是一种选择透过性膜。()3.植物细胞的原生质层包括细胞膜、液泡膜以及两者之间的细胞质。(),答案1.将细胞放在等渗溶液中,水分子进出细胞膜达到动态平衡。2.半透膜没有选择透过性。3.,考点二物质进出细胞的方式,一、物质进出细胞的方式,知识归纳(1)转运蛋白分为通道蛋白和载体蛋白。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,且每次转
4、运时都会改变自身构象。通道蛋白只容许与自身通道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。分子或离子通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合。通道蛋白运输物质的方式为协助扩散。,(2)主动运输的意义是能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、物质跨膜运输的影响因素,考点训练(请判断下列说法是否正确),1.物质出入细胞的方式中,需要消耗能量的一定是主动运输。()2.主动运输使膜内外物质浓度趋于一致,维持了细胞的正常代谢。()3.同一种物质进出不同细胞时,运输方式相同。(),答案1.需要消耗能量的运输方式包括主动运输、胞吞、胞吐。2.主动
5、运输会维持(而非减小)膜两侧物质的浓度差。3.同一种物质进出不同细胞时,运输方式可能不同,如葡萄糖进入小肠上皮细胞时是主动运输,进入哺乳动物成熟红细胞时是协助扩散。,提升一探究植物细胞的吸水和失水,1.实验原理,2.实验材料:常用紫色洋葱鳞片叶外表皮。3.发生质壁分离需具备的条件:活的(前提条件)成熟(具有中央液泡)植物细胞(具有细胞壁)。,疑难突破思考洋葱鳞片叶内表皮细胞是否可用于本实验?若可以,应如何操作?提示洋葱鳞片叶内表皮细胞有中央液泡,可用于本实验,实际操作中可以用与细胞液有颜色区分的外界溶液(如红墨水)浸泡洋葱鳞片叶内表皮细胞,或提前使用适宜染色剂对洋葱鳞片叶内表皮活细胞进行染色,
6、以便观察实验现象。,4.实验步骤及现象,疑难突破(1)蔗糖溶液浓度不能过高,过高会导致细胞失水过多而死亡,不能发生质壁分离;蔗糖溶液浓度也不能过低,低于细胞液浓度则细胞吸水,不能发生质壁分离。(2)本实验中,实验组和对照组在同一装片上先后进行,属于自身对照。,5.实验分析和结论:活的成熟植物细胞能与外界溶液构成渗透系统,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(发生质壁分离);当外界溶液浓度小于细胞液浓度时,细胞吸水(可发生质壁分离复原)。,6.植物质壁分离及复原的应用1)判断成熟植物细胞是否有生物活性2)测定细胞液浓度范围,3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度4)比较未知浓度溶
7、液的浓度大小,注:也可通过同一植株的相同成熟细胞在不同未知浓度的溶液中发生质壁分离所需时间长短来判断,时间越短,未知溶液浓度越大。,例科研人员将A、B两种植物的成熟叶片置于不同浓度的蔗糖溶液中,培养相同时间后检测其质量变化,结果如图所示。5种溶液浓度的大小关系为,A细胞液浓度(填“”“=”或“”)B细胞液浓度。,解题导引分析B植物,将其置于丙溶液中细胞吸水最多,其次是戊溶液;甲溶液中B植物细胞既不吸水也不失水,说明甲溶液与B植物细胞液浓度相等;乙、丁溶液中B植物细胞失水,则乙、丁溶液浓度大于B植物细胞液浓度,且乙溶液中细胞失水最多,则乙溶液的浓度最大;因此5种蔗糖溶液浓度的大小关系为丙戊甲丁乙
8、。以丁溶液为例,处于丁中的A植物失水量多于B植物,因此两种植物细胞液浓度的大小关系为AB。,答案丙戊甲丁乙,5)鉴别不同种类的溶液(以一定浓度的KNO3溶液和蔗糖溶液为例),疑难突破思考将成熟植物细胞置于适宜浓度的KNO3溶液中,为什么会发生质壁分离后自动复原?提示KNO3溶液中的K+和N可通过主动运输进入细胞液,使细胞液浓度升高,细胞吸水而发生质壁分离后自动复原现象。,提升二物质进出细胞方式的判断,1.熟记法直接判断物质运输方式,2.根据物理模型判断物质运输方式,易混易错(1)某些小分子物质也能以胞吐的形式排出细胞,如神经递质。(2)被动运输和主动运输都体现了细胞膜的选择透过性。(3)胞吞、
9、胞吐可体现细胞膜的流动性。,3.根据数学模型判断物质运输方式(在一定范围内)甲 乙 丙 丁1)若横坐标为物质浓度,通常运输速率有饱和点的曲线表示协助扩散或主动运输,如图乙;运输速率无饱和点的表示自由扩散,如图甲。2)若横坐标为O2浓度,运输速率与O2浓度有关且有饱和点的可表示主动运输,如图丁;运输速率与O2浓度无关的一般表示被动运输,如图丙。3)P点后的限制因素:图乙为转运蛋白的数量及能量有限(主动运输)或转运蛋白数量有限(协助扩散);图丁为转运蛋白的数量有限。图丁中Q点所需能量可由无氧呼吸供应。,创新一离子泵,例1Na+-K+泵又称Na+-K+ATPase,位于动物细胞的细胞膜上,其结构如图
10、A所示,其转运机制如图B所示。动物细胞内含有多种溶质,如果没有Na+-K+泵将Na+泵出细胞,那么水分子将因渗透压而顺浓度梯度通过水通道蛋白大量进入细胞,引起细胞吸水膨胀。人的红细胞膜上含有丰富的水通道蛋白,如果用Na+-K+泵的抑制剂乌本苷对其进行处理,红细胞将吸收大量水分子。,图A 图B,基础设问(1)水分子通过水通道蛋白进入细胞的运输方式属于哪一种?(2)Na+-K+泵参与的运输方式属于哪一种?创新设问(3)如果Na+-K+泵活性被抑制,红细胞会出现什么现象?(4)从结构与功能的角度思考,乌本苷为什么能作为Na+-K+泵的抑制剂?,解题思路(1)由可知,水分子通过水通道蛋白顺浓度梯度运输
11、,属于协助扩散。(2)由图B可知,Na+和K+均逆浓度梯度通过载体蛋白(Na+-K+泵)进行跨膜运输,且此过程需要消耗ATP,因此Na+-K+泵参与的运输方式是主动运输。(3)如果抑制Na+-K+泵的活性,会使胞外Na+浓度降低,则水分子会通过水通道蛋白等顺浓度梯度进入红细胞,红细胞会因不断吸水而发生膨胀,甚至破裂。(4)由图A可知,载体蛋白上K+和乌本苷的结合位点相同,乌本苷会与K+竞争结合位点,导致K+无法正常进入细胞,所以乌本苷可作为Na+-K+泵的抑制剂。,创新二协同转运蛋白的运输机制,例2协同转运蛋白包括同向协同转运蛋白和反向协同转运蛋白。这两类转运蛋白使一种离子或分子逆浓度梯度的转
12、运与另一种或多种其他溶质顺电化学梯度或浓度梯度的转运偶连起来。协同转运蛋白所利用的能量储存在其中一种溶质的电化学梯度中。在动物细胞膜上,Na+是常用的协同转运离子,它的电化学梯度为另一种分子(如葡萄糖)的主动运输提供了驱动力。如图为小肠上皮细胞吸收并运输葡萄糖的示意图。,基础设问(1)Na+-K+泵能降低化学反应的活化能吗?(2)低温会影响葡萄糖运出细胞吗?(3)该细胞吸收与运出Na+的跨膜运输方式均为主动运输吗?创新设问(4)葡萄糖进入该细胞需要蛋白S协助,该过程直接消耗ATP水解释放的能量吗?,解题思路(1)由图可知,Na+-K+泵既能运输Na+、K+,也能作为酶催化ATP的水解,故其可降
13、低化学反应的活化能。(2)葡萄糖运出细胞需要蛋白G的协助,为高浓度到低浓度的协助扩散,低温会影响分子的运动,进而影响葡萄糖运出细胞;此外,低温也会影响Na+、K+进出细胞,不利于葡萄糖浓度梯度的建立和维持,进而影响葡萄糖运出细胞。(3)Na+进入细胞为由高浓度到低浓度、需要蛋白S的协助、不消耗能量的协助扩散;Na+运出细胞为由低浓度到高浓度、需要Na+-K+泵的协助、消耗ATP的主动运输。(4)蛋白S为Na+驱动的葡萄糖同向协同转运蛋白,葡萄糖借助蛋白S并且利用蕴藏在Na+电化学梯度中的能量进入小肠上皮细胞,而Na+的电化学梯度需要Na+消耗ATP进行主动运输来维持,因此葡萄糖进入细胞需ATP间接供能(而非直接供能)。,知识拓展 主动运输的能量来源分为ATP直接供能、ATP间接供能和光驱动,如图所示。(1)ATP驱动泵既可转运物质,又可催化ATP水解供能。(2)协同转运蛋白介导物质P跨膜运输时所需要的能量来自同时顺浓度梯度运输的物质Q的电化学梯度。物质Q需要消耗ATP先进行逆浓度梯度运输形成电化学梯度。故物质P跨膜运输由ATP间接供能。(3)光合自养型细菌可将光能转化为自身生命活动可以利用的能量,能利用光能驱动物质运输的细菌为光合自养型的细菌。,
