4_专题3 物质进出细胞的方式(讲解部分)

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知能拓展
提升一 物质进出细胞方式的分析与探究
1.“归纳法”记忆同一物质的不同运输方式
物质 葡萄糖
Na+
K+
相应过程 进入哺乳动物成熟红细胞 进入小肠上皮细胞;肾小管重吸收葡萄糖 进入神经细胞 运出神经细胞 进入神经细胞 运出神经细胞
运输方式 协助扩散 主动运输 协助扩散(离子通道) 主动运输(Na+-K+泵) 主动运输(Na+-K+泵) 协助扩散(离子通道)
1.物质浓度(在一定浓度范围内)
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(1)图1表示的运输方式为自由扩散,该方式只受膜内外物质浓度差的影响, 浓度差越大,自由扩散的速率越大。 (2)图2表示的运输方式是协助扩散或主动运输,这两种方式都受膜内外物 质的浓度差和载体数量的影响。图中P点之后,物质运输速率不再增加的 限制因素是载体的数量。
(1)
(2)现象 a.外界溶液浓度<细胞质浓度⇒细胞② 吸水膨胀 b.外界溶液浓度>细胞质浓度⇒细胞③ 失水皱缩 c.外界溶液浓度=细胞质浓度⇒④ 水分进出平衡 2.植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例) (1)条件:成熟植物细胞具有中央(大)液泡。
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(2)原理
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(3)现象 a.当外界溶液的浓度大于细胞液浓度时,细胞就通过渗透作用失水,植物细 胞就发生⑥ 质壁分离 现象。 b.将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中,此时细胞液的浓度高于外界 清水,植物细胞吸水,发生⑦ 质壁分离复原 现象。
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三、被动运输 1.概念:物质通过扩散方式进出细胞,不需要消耗细胞内化学反应所释放的 能量,这种物质跨膜运输方式称为被动运输。 2.类型
方式
自由扩散(也叫简单扩散)
① 协助 扩散(也叫易化扩散)
特点 实例
物质通过简单的② 扩散 作用 借助膜上的转运蛋白(可分为载体蛋白和通道蛋白)
进出细胞
进出细胞的扩散
2.氧气浓度
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(1)图3表示的运输方式为自由扩散或协助扩散,这两种运输方式都不消耗 能量,不受O2浓度的影响。 (2)图4表示的运输方式为主动运输。图中O2浓度为0时,离子吸收速率不为 0,其原因是细胞通过无氧呼吸提供能量,P点之后运输速率不变的限制因 素是载体的数量。
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3.温度 温度主要是通过影响酶的活性及膜的流动性进而影响物质的运输速率。
O2、CO2、甘油、乙醇、苯等
葡萄糖进入红细胞、水分子借助③ 水通道蛋 白 进出细胞
3.影响因素 (1)被动运输的速率直接受膜内外物质④ 浓度梯度 大小的影响。 (2)协助扩散的速率还与载体的数量有关。
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考点二 主动运输与胞吞、胞吐
一、主动运输 1.运输方向:① 逆 浓度梯度。 2.基本条件 (1)细胞膜上相应载体的协助。 (2)消耗细胞内化学反应所释放的能量。 3.生理意义:通过主动运输来选择吸收所需要的物质,排出② 代谢废物和 对细胞有害的物质 ,保证细胞和个体生命活动的需要。 4.实例:囊性纤维病患者肺部上皮细胞表面转运氯离子的载体蛋白功能异 常,导致支气管中黏液增多,造成细菌感染。 二、胞吞与胞吐 1.运输的物质:主要是① 大分子物质或颗粒性物质 。
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提升三 探究植物细胞的吸水与失水
1.实验原理:成熟的植物细胞与外界溶液构成渗透系统,可发生渗透作用。
2.实验步骤
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3.实验结论 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;当外界溶液浓度小于细胞液浓度时,细胞吸 水。 易错易混 关于质壁分离和复原实验的4个注意点 (1)将发生质壁分离的植物细胞置于低浓度的溶液或蒸馏水中,植物细胞会 发生质壁分离复原,但如果所用溶液为葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙 二醇等,发生质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质而使细胞液浓度增大, 植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。
2.渗透作用 (1)渗透作用指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。 (2)渗透作用产生的条件
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3.渗透作用发生条件的验证 (1)方案设计
(2)结论 a.甲、乙对比可说明渗透作用发生必须具有⑤ 半透膜 。 b.甲、丙对比可说明渗透作用发生必须具有⑥ 浓度差 。
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二、动植物细胞的吸水和失水 1.动物细胞的吸水和失水
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高考生物
第二单元 细胞的生存与增殖
专题3 物质进出细胞的方式
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考点清单
考点一 被动运输
一、水分进出细胞的原理 1.渗透系统 (1)组成:一个完整的渗透系统,由两个溶液体系(S1、S2)以及两者中间的 ① 半透膜 组成,如图。
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(2)水分的流动判断: a.水分的流动方向的判断:当溶液浓度S1>S2时,水分就通过半透膜由 ② S2流向S1 ;当溶液浓度S1<S2时,水分就通过半透膜由S1流向S2。 b.在达到渗透平衡后,若存在如图所示的液面差Δh,则S1溶液浓度仍 ③ 大于(或>) S2。因为液面高的一侧形成的压强,会阻止溶剂由低浓度 一侧向高浓度一侧扩散。 名师点拨 (1)渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度,实质是 指渗透压,如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液 的质量浓度相等,但质量分数为10%的蔗糖溶液的渗透压小,故水可通过半 透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。 (2)水分子的移动方向是双向的,但最终结果是由低浓度溶液流向高浓度溶 液的水分子数较多。
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图A
图B
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(1)Na+-K+泵参与的运输方式属于哪一种? (2)若用乌本苷处理人体红细胞后,会出现什么现象? (3)乌本苷为什么能作为Na+-K+泵的抑制剂? 解析 (1)由Na+-K+泵转运机制图可以判断,Na+-K+泵泵出3个 Na+和泵入2 个K+,伴随着ATP的水解供能,而主动运输是需要耗能的,因此,Na+-K+泵参 与的运输方式是主动运输。 (2)水孔蛋白是一种水通道蛋白,其介导的水分子跨膜运输属于协助扩散, 即由水分子多(低浓度)一侧向水分子少(高浓度)一侧运输。乌本苷抑制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。
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要点点拨 (1)液泡膜上的Na+载体蛋白能将细胞质基质中的Na+逆浓度梯 度运入液泡,这说明细胞质基质中的Na+逆浓度梯度进入液泡的方式为主 动运输。 (2)液泡膜上的Na+载体蛋白可使细胞液浓度增大,细胞吸水能力增强,从而 提高植物的耐盐性。 (3)松土可增加土壤中O2含量,促进根细胞有氧呼吸,有利于植物主动吸收 无机盐离子。
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(3)由图A中Na+-K+泵结构示意图可以看出,K+和乌本苷的结合位点相同,乌 本苷会与K+竞争结合位点,从而抑制Na+-K+泵的活性。 答案 (1)主动运输。 (2)不断吸水发生膨胀,甚至破裂。 (3)乌本苷会 与K+竞争结合位点,从而抑制Na+-K+泵的活性。 命题评述 由于水通道蛋白和离子通道蛋白的发现,美国科学家阿格雷与 麦金农曾获得诺贝尔化学奖。水通道蛋白是细胞的给水和排水系统;Na+K+泵是一种载体蛋白,既具有ATP水解酶的活性,还具有载体的功能。高考 常以此为命题角度,引导学生关注生物科技前沿的发展,提升社会责任感。
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创新思维
创新 Na+-K+泵的结构特点及其运输转运机制
例题 Na+-K+泵又称Na+-K+ATPase,位于动物细胞的细胞膜上,其结构如图 A所示。其运输机制如图B所示。动物细胞内含有多种溶质,如果没有Na+K+泵的工作将Na+泵出细胞,那么水分子将因渗透压而顺浓度梯度通过水 孔蛋白(水分子的通道蛋白)大量进入细胞,引起细胞吸水膨胀。人的红细 胞含有丰富的水孔蛋白,如果利用Na+-K+泵的抑制剂乌本苷处理,红细胞将 吸收大量水分子。
4.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
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(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
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实践探究
应用 盐碱地植物的抗盐生理
情境材料 生活在盐碱地上的植物,其体内必须保持一定的盐分浓度,盐分 浓度过低则不能从土壤中吸收水分,过高则对植物体本身有害。研究发现, 盐碱地植物细胞的液泡膜上有一种载体蛋白,能将细胞质基质中的Na+逆 浓度梯度运入液泡。 问题探究 (1)Na+进入液泡的方式为哪种? (2)盐碱地植物液泡膜上的Na+载体蛋白有什么作用? (3)请解释在农业生产中为什么要给作物松土?
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创新点拨 (1)动物细胞胞外Na+浓度比胞内高,而胞外K+浓度比胞内低,一 般动物细胞要消耗ATP供Na+-K+泵工作以维持细胞内高K+低Na+的环境。 (2)易混淆的载体蛋白、通道蛋白与受体蛋白 a.位于细胞膜上、可以转运物质进出细胞的蛋白质,叫载体蛋白,如主动运 输和协助扩散这两种物质跨膜运输方式中的“载体”。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,且每次转运时会改变自身构 象。 b.通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相匹配、大小和电荷相适宜 的分子或离子通过。分子和离子通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结 合。一般情况下,通道蛋白运输物质的方式为协助扩散。
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2.过程 (1)② 胞吞 :大分子→与膜上的蛋白质结合→细胞膜内陷形成小囊→小 囊从细胞膜上分离下来,形成囊泡→进入细胞内部。 (2)③ 胞吐 :大分子先包裹在细胞内形成的囊泡中→囊泡移动到细胞膜 处→与细胞膜融合→大分子排出细胞。 3.特点:不需要载体,④ 需要 消耗能量。 三、物质跨膜运输的方式与细胞膜结构的关系 1.协助扩散和主动运输依赖于细胞膜上① 蛋白质的种类和数量 ,或蛋 白质空间结构的变化,这也是细胞膜具有② 选择透过 性的结构基础。 2.胞吞和胞吐也需要膜上蛋白质的参与,更离不开磷脂双分子层的流动 性。
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c.位于细胞膜外表面或细胞内,可以接受信号分子的蛋白质,叫受体蛋白,如 激素、神经递质的受体蛋白。 (3)同种物质的跨膜运输方式不一定相同 某物质进出细胞的方式并非固定一种。如葡萄糖进入红细胞是协助扩散, 而葡萄糖通过小肠上皮细胞细胞膜的方式为主动运输,要视具体情况而 定。再如静息电位形成时K+外流与动作电位形成时Na+内流均为协助扩 散;但K+、Na+在其他细胞中的跨膜运输方式一般为主动运输。
2.“四看法”快速判定物质出入细胞的方式
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易错提示 胞吞和胞吐主要运输大分子和颗粒性物质,但并不局限于此,如 乙酰胆碱、去甲肾上腺素等小分子的神经递质也以胞吐形式转运。 3.物质跨膜运输方式的探究 (1)探究是主动运输还是被动运输
(2)探究是自由扩散还是协助扩散
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提升二 影响物质运输的因素分析
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(2)质壁分离过程中,外界溶液浓度大于细胞液浓度,质壁分离程度越大,植 物细胞吸水能力越强;质壁分离复原过程中,外界溶液浓度小于细胞液浓 度。 (3)质壁分离与复原过程中水分子的移动是双向的,总结果是单向的。 (4)本实验用显微镜观察了三次,第一次与第二次形成对照,第三次与第二 次形成对照,该对照方法为自身对照。