4.1质膜参与物质交换和信息交流

质膜
载体蛋白 +
能量
顺浓度梯度
第1步
第2步
细胞通过主动运输的方式有选择地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，保证了生命活动的正常进行。
阅读活动:水通道蛋白和离子通道蛋白
质膜上的转运蛋白除载体蛋白外还有通道蛋白。通道蛋白主要包括 水通道蛋白和离子通道蛋白，通过形成亲水性通道使得某些分子或 离子极易顺浓度梯度通过质膜，但不消耗能量。在肾小管、唾液腺 和泪腺细胞的质膜上有大量水通道蛋白，保证了水分子能快速地穿 膜运输。离子通道蛋白普遍存在于真核细胞质膜上，如神经元轴突 质膜上的K*、Na通道蛋白。离子通道蛋白比任何一种载体蛋白的最 快转运速率还要高1000倍以上。
细胞分泌活动的最后一步就是胞吐。
拓展延伸
内吞作用=胞吞 大分子物质和颗粒性物质附
着在细胞膜上，由细胞膜内陷形 成小囊，这些物质就被包入小囊 内，然后，小囊从细胞膜上脱离 下来形成小囊泡，进入细胞内部， 这种现象叫做内吞作用。
接触 凹陷 包围 分离
举例拓展： 变形虫吞噬草履虫
讲授新课
细胞通过质膜进行信息交流
单个肾上腺素分子便可促使很多糖原分解，生成成千上万个葡萄糖分子， 最终提高了血液或肌细胞内的葡萄糖浓度。这种“雪崩式”连锁反应，迅 速满足了脑组织和肌肉活动对葡萄糖的需要，从而使人体能够采取行动以 应对突发事件。
细胞对信号分子作出响ຫໍສະໝຸດ 的主要方式包括调节细胞代谢、改变细胞形状和运动 以及调节基因的表达等。
课堂练习
2.下列关于物质跨膜运输的叙述，错误的是（ B ）
A．人体红细胞能吸收葡萄糖与细胞膜上的载体蛋白有关 B．若黑藻细胞被放人某低浓度溶液中不发生质壁分离，则说明细胞已死亡 C．细胞通过被动运输吸收物质时，需要膜两侧具有浓度差 D．某些小分子物质也会通过消耗能量的方式运出细胞
课堂练习
3.将处于高浓度蔗糖溶液中的紫色洋葱表皮细胞a放到清水中，
信息交流 受体只识别特定的信号分子
物质交换
能量
细胞的物质交换和信息交流示意图
多细胞生物体内存在着多种多样的信号分子。相邻的细胞 通过直接接触传递信息，但在多数情况下，这些信号分子 被传递到远处的特定细胞，与质膜上的特定糖蛋白等受体 （receptor）特异性地结合，再将信息传递到细胞内部。
举例拓展：
质膜
自由扩散
有些离子和小分子不能自由地通过质膜，需要质膜上载体蛋白的 协助，才能顺浓度梯度进出细胞，这种物质进出细胞的方式叫作 协助扩散（facilitated diffusion）。
协助扩散
顺浓度梯度
正常生理条件下，神经元或肌肉细胞内K浓度约为胞外的30倍，胞外Na浓度约为胞内的10倍， 但细胞仍能积累K、排出Na。同样，某些海藻细胞的胞内碘浓度比周围海水中的碘浓度高得 多，但仍在摄入碘。K、Na、碘等物质能逆浓度梯度进出细胞，不仅需要质膜上载体蛋白的 协助，还需要细胞代谢提供能量，这种运输方式称为主动运输（active transport）。
讲授新课 离子和小分子以穿膜运输方式进出细胞
新鲜的蔬菜放置一段时间后会萎蔫，喷洒清水后，又会变得硬挺， 这与植物细胞的失水和吸水有关。
外界溶液浓度 低于
细胞质浓度
细胞吸水膨胀
外界溶液浓度 高于
细胞质浓度
细胞失水皱缩
外界溶液浓度 等于
细胞质浓度
动态平衡
离子和小分子物质以被动运输或主动运输方式穿过质膜进出细胞， 称为穿膜运输（transmembrane transport），也称跨膜运输。
细胞的信息交流不仅依赖信号的传递与响应，也依赖于信号的及时解除与终止。
意义
细胞通过质膜以穿膜运输和囊泡转运方式控制着物质进出细胞， 这种选择透过性保证了细胞按照生命活动的需要与周围环境进行 物质交换；细胞之间通过频繁的信息交流，及时调整各项生命活 动的强度和频度，使细胞的代谢过程精准和谐。
课堂练习
小结
1.渗透作用：细胞是一个渗透系统。 2.细胞膜不仅仅是半透膜，还是选择透过性膜 3.动物细胞的吸水和失水：取决于细胞质的浓度和外界溶液的浓度。 4.植物细胞的吸水和失水。
课堂练习
1.下列关于物质进出细胞的相关叙述，正确的是（ B ）
A．性激素进入靶细胞的过程需要载体蛋白的协助 B．神经细胞受到刺激时，Na+的内流属于被动运输 C．氧气浓度为零时，K+不能通过主动运输的方式进入细胞 D．吞噬细胞摄入病原体的过程属于主动运输
➢ 安全警示： 使用刀片时要小心，以免受伤
植物细胞——质壁分离复原
浓度比细胞液 低的蔗糖溶液
吸水
外界溶液浓度
细胞液的浓度，细胞吸水
分析讨论：
1.本实验为什么要设置3次观察？ 2.能否根据质壁分离和复原的实验现象来判断植物细胞的生理活性？ 3.不同植物的细胞吸水能力不同。根据质壁分离复原的实验原理，尝 试设计实验比较当地水生植物和陆生植物细胞的细胞液浓度大小。
细胞表面受体
细胞质膜
亲水的信号分子
神经细胞之间的联系
高等植物细胞之间通过胞间 连丝进行信息交流
细胞之间的信号分子含量极低，但是细胞接收信号后通过一系列处理和转 化，微弱的化学信号可以被逐级放大。
例如，当人受到惊吓或突然遇到紧急情况时，肾上腺会分泌肾上腺素。 肾上腺素随血液到达肝或骨骼肌，作为信号分子与质膜表面的受体相互 识别并结合，导致受体被激活，进一步启动细胞内的一系列反应。
细胞膜的化学成分主要是（C ）
A、磷脂、蛋白质、多糖
B、蛋白质、多糖
C、磷脂、蛋白质
D、蛋白质、核酸
4.细胞膜上与细胞识别、免疫反应、信息传递和血型决定有密切
关系的化学物质是（ A ）
A、糖蛋白
B、磷脂 C、脂肪
D、核酸
谢谢
质壁分离前
2.观察质壁分离现象 （1）从盖玻片的一侧滴加质量浓度为的蔗糖溶液，在盖玻片另一侧用吸水纸 吸引，重复几次，使洋葱表皮细胞浸入蔗糖溶液中。 （2）用显微镜观察，注意洋葱表皮细胞液泡的变化。
质壁分离后
植物细胞——质壁分离
浓度比细胞液 高的蔗糖溶液
失水
外界溶液浓度
细胞液的浓度，细胞失水
3.观察质壁分离复原现象 （1）观察到洋葱表皮细胞发生质壁分离后，从盖玻片的一侧滴加清水，在盖 玻片另一侧用吸水纸吸引，重复几次，使细胞浸入清水中。 （2）用显微镜观察洋葱表皮细胞液泡的变化。
1.红细胞吸收甘油与吸收葡萄糖的相同点是（ C）
A.低浓度→高浓度 B.载体蛋白质协助 C.高浓度→低浓度 D.消耗能量
2.下列物质中不能横穿细胞膜进出细胞的是（D ）
A.维生素D和性激素 B.水和尿素 C.氨基酸和葡萄糖 D.酶和胰岛素
课堂练习
3.细胞膜常常被脂类溶剂和蛋白酶处理溶解，由此可以推断
依次成为b、c所示状态（如图）。下列叙述错误的是（ A ）
A．液泡中色素含量：a＞b＞c B．细胞液浓度：a＞b＞c C．细胞的吸水能力：a＞b＞c D．原生质体体积：a＜b＜c
质膜参与物质交换和信息交流
第二课时
导入
蛋 白 质
糖蛋白
磷 脂 分 子
细胞膜亚显微结构模式图
导入
氧气，二氧化碳 氮气，水,尿素
苯，甘油，乙醇
氨基酸 葡萄糖 核苷酸
H+、 Na+、 K+、 Ca2+、 Mg2+、
_
HCO3
人工合成的无蛋白 质的磷脂双层膜对 不同分子的通透性
讲授新课 大分子以囊泡转运方式进出细胞
大分子和颗粒物质不能以穿膜运输的方式进出细胞，而是借助于细胞代 谢提供的能量，通过胞吞和胞吐两种囊泡转运（vesicle transport） 的方式进出细胞。
发生质壁分离的原因
外因： 外界溶液浓度 ＞ 细胞液浓度
细胞
原生质层相当于一层半透膜
渗透
内因：
失水
细胞壁的伸缩性 ＜ 原生质层的伸缩性
植物细胞质壁分离
氧、二氧化碳等气体分子以及甘油、乙醇、苯、性激素等脂溶性小分 子，也能像水分子一样自由地通过质膜。物质通过简单的扩散顺浓度 梯度进出细胞，不需要额外提供能量，这种物质进出细胞的方式叫作 自由扩散（free diffusion）。
目的要求： 用显微镜观察植物细胞质壁分离和质壁分离复原的过程，理解植物细胞发生 渗透作用的原理，体会植物细胞吸水、失水和外界物质浓度之间的关系。
材料器具： 紫色洋葱或紫鸭跖草，质量浓度为的蔗糖溶液、清水，显微镜、镊子刀片、 载玻片、盖玻片、滴管、吸水纸。
活动程序 1.制作和观察临时装片 （1）在洁净的载玻片中央滴一滴清水。 （2）在洋葱鳞片叶的外表皮上，用刀片划一小正方形，用镊子撕取外表皮放在水 滴上展开，盖上盖玻片。 （3）用显微镜观察细胞的液泡。
胞吞的大致过程是：
大分子或颗粒物质首先与质膜接触 随着质膜内陷
这些物质被包围起来形成小囊泡 然后小囊泡脱离质膜进入细胞
如果细胞吞入的是细菌、细胞碎片等较大的固体颗粒称为吞噬作用。
例如，变形虫等单细胞真核生物通过昋噬作用从周围环境中摄取 营养物质，高等动物的昋噬细胞通过吞噬作用消灭细菌、癌细胞 及衰老的红细胞。
举例拓展： 植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
物质跨膜运输的其他实例： 物质（如碘）的跨膜运输并不都是和水一样顺相对含量 梯度运输的。 细胞对于物质的输出和输入有选择性。
细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。
活动：实验探究
观察植物细胞的质壁分离和复原现象
水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散称为渗透作用。成熟植物细胞的质膜、液泡 膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层，原生质层相当于一层半透膜。当细胞液与 外界溶液之间出现浓度差时，细胞就会吸水或失水。由于原生质层和细胞壁的伸缩性 不同，从而发生质壁分离（plasmolysis）或质壁分离复原（deplasmolysis）。 选择液泡中富含色素的植物细胞，依次浸入蔗糖溶液和清水中，通过观察液泡大小和 颜色的变化，可以推测水进出细胞的情况。
如果细胞吞入的是较小的颗粒或液体物质，则称为胞饮作用。 大多数细胞都能连续进行胞饮作用。
概念：物质被一部 分质膜包起来，然后这 一部分质膜与整个质膜 脱离，裹着该物质运到 细胞的内侧。
像分泌蛋白等一些大分子物质，在细胞内合成后，经过高尔基 体的分类、包装以岀芽方式形成囊泡，移至质膜并与之融合， 继而释放到细胞外，这一过程叫作胞吐。
质膜参与物质交换和信息交流
质膜参与物质交换和信息交流
第一课时
导入
这两道菜的原理是什么？
糖渍西红柿
醋拌黄瓜
导入
当一阵风吹过，或者一滴雨飘落，含羞草的叶 片就自动合拢，宛如一个少女害羞地用手遮住 了脸庞。含羞草的叶柄基部有一个膨大部位叫 叶枕，叶枕内的薄壁细胞对外界刺激很敏感。 一旦叶片受到触动，薄壁细胞内的水立即向细 胞间隙渗透，叶枕下部细胞间的压力降低，从 而出现叶柄下垂的现象。经过1~2min水又逐渐 渗透进入薄壁细胞，于是叶片恢复原状。水和 其他物质是如何进出细胞的？外界刺激是如何 引起细胞响应的？
细胞周围不仅存在着氧气、二氧化碳、水、无机盐和葡萄糖，而且还有激素、 生长因子和神经递质等，这些物质有的参与细胞代谢，有的作为信号分子参与 细胞的信息交流（cell communication）。
一个细胞发出信号传递给特定的细胞，并通过一系列反应引起该细胞作出响应， 这就完成了细胞间的信息交流。
质膜