物质跨膜运输的实例和方式

第3讲物质跨膜运输的实例和方式知识点一细胞的吸水和失水1．渗透作用2．动物细胞的吸水和失水3．植物细胞的吸水和失水知识点二物质进出细胞的方式1．巧记细胞吸水和失水的“一、二、三”2．一个实验：质壁分离和复原实验3．辨析有关渗透作用的“三”个易错点(1)渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液其质量浓度相等，但质量分数为10%的蔗糖溶液的渗透压小，故水分子可通过半透膜由10%蔗糖溶液向10%葡萄糖溶液移动。

(2)水分子双向移动，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。

(3)渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度相等。

4．物质跨膜运输的三种方式(1)自由扩散：高浓度→低浓度；不需载体蛋白；不需能量。

(2)协助扩散：高浓度→低浓度；需载体蛋白；不需能量。

(3)主动运输：低浓度→高浓度；需载体蛋白；需能量。

5．必记物质运输的三个“不一定”(1)小分子物质的运输方式不一定都是跨膜运输，如神经递质的释放是胞吐作用。

(2)生物大分子不一定都是以胞吞、胞吐方式运输的，如RNA和蛋白质可通过核孔出入细胞核。

(3)消耗能量的运输方式并不一定就是主动运输，胞吞和胞吐也消耗能量。

6．细胞发生质壁分离的四个条件(1)具有细胞壁，如动物细胞不能发生质壁分离。

(2)具有大液泡，如根尖分生区细胞可以观察有丝分裂，但不能观察到质壁分离。

(3)必须是活细胞，无论质壁分离还是质壁分离复原，细胞都必须是活的。

(4)外界溶液浓度大于细胞液浓度。

细胞的吸水和失水[过程体验]A 、B 分别表示渗透作用装置，据图回答下列问题(1)水分子的流动方向：①当溶液浓度S 1＞S 2时，水分子通过半透膜由S 2流向S 1；②当溶液浓度S 1＜S 2时，水分子通过半透膜由S 1流向S 2。

(2)渗透达到平衡，半透膜两侧的水分子是静止不动的。

(×)(3)Δh 不变时，S 1、S 2的大小关系为S 1＞S 2(填“＞”“＜”或“＝”)(S 1、S 2中溶质不能通过半透膜)。

(4)在图B 所示的U 形玻璃管内，左右管内分别装入质量分数相等的葡萄糖、麦芽糖溶液。

初始时两管中液面相平，假设溶质分子不能透过半透膜。

①一段时间后，两管中液面的变化为：左管液面升高，右管液面降低。

(均填“升高”“降低”或“不变”)②如同时向两管内加入等量的麦芽糖酶，两管中液面的变化分别为：左管液面先升高，后下降，右管液面先下降，再升高，最后稳定在一定高度。

[系统认知]1．渗透系统的组成分析 项目渗透作用模型植物细胞渗透系统图解组成条件半透膜一些物质可以透过，另一些物质不能透过的多孔性薄膜(如玻璃纸)原生质层相当于半透膜浓度差半透膜两侧的溶液体系(S 1，S 2)细胞液(S 1)与外界溶液(S 2)之间 渗透作用发生S 1＜S 2 漏斗内液面下降 细胞失水；可发生质壁分离 S 1＞S 2 漏斗内液面上升 细胞吸水；可发生质壁分离复原S 1＝S 2 水分进出平衡，液面不变细胞既不吸水也不失水2．渗透作用原理的应用 (1)验证渗透作用发生的条件：(2)比较不同溶液浓度的大小：1．半透膜对淀粉和葡萄糖的通透性不同(如图1)，预测图2的实验结果(开始时漏斗内外液面相平)最可能的是( )A ．图甲中水柱a 将持续上升B ．图甲中水柱a 将保持不变C ．图乙中水柱b 将保持不变D ．图乙中水柱b 将先上升后下降解析：选D 淀粉不能透过半透膜，故图甲中的水柱a 上升到最大高度后将静止；葡萄糖可以透过半透膜，故图乙漏斗内液体先吸水，水柱b 上升，因葡萄糖的外渗，最终扩散平衡时漏斗内外葡萄糖浓度相等，即内外液面相平。

2．(2017·泰安一模)图甲为两个渗透装置，溶液a 、b 为不同浓度的同种溶液，且a 溶液浓度＜b 溶液浓度，c 为清水，图乙为显微镜下观察到的某植物表皮细胞，下列叙述错误的是( )A．图甲中装置2的液面一段时间后会高于装置1的液面B．图乙中的⑤④⑥相当于图甲中的②C．若图乙所示为某农作物根毛细胞，此时应及时灌溉D．图乙中的⑦与图甲中的②通透性不同解析：选B根据题干“a溶液浓度＜b溶液浓度，c为清水”可推断一段时间后装置2的液面高于装置1的液面；图乙细胞中含有大液泡，因此可以构成渗透系统，其中原生质层相当于图甲中的②半透膜，图乙中⑥为细胞膜，⑦为液泡膜，以及两者之间的细胞质即⑧共同构成原生质层；若图乙所示为某农作物根毛细胞，上述图中细胞发生了质壁分离，应及时灌溉；图乙中⑦的膜具有选择透过性，图甲中的②没有选择透过性，只要微粒大小小于膜上的孔均可以通过。

[探规寻律]“U”形管中水分子移动方向的分析(1)膜两侧溶液中浓度高的一侧渗透压高，浓度低的一侧渗透压低，水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散快。

(2)两侧溶液中的溶质是否能通过半透膜，若不能，则只是高浓度一侧液面升高；若能，则先是高浓度一侧液面升高，随后另一侧液面升高，最后两侧液面持平。

(3)如果溶质分子不能透过半透膜，在达到渗透平衡时，一般两侧溶液的浓度并不相等，因为液面高的一侧形成的静水压，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。

物质运输的方式[过程体验]1．物质出入细胞方式的判断A．水B．O2、CO2C．红细胞吸收葡萄糖D．甘油、脂肪酸、性激素、乙醇等脂溶性物质E．小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖F．无机盐、葡萄糖等逆浓度进出细胞G．神经细胞静息状态下K＋外流和兴奋时Na＋内流H．人红细胞吸收K＋排出Na＋I ．胰岛B 细胞分泌胰岛素 J ．神经细胞分泌神经递质 K ．吞噬细胞吞噬抗原(1)以上属于自由扩散的是A 、B 、D 。

(2)以上属于协助扩散的是C 、G 。

(3)以上属于主动运输的是E 、F 、H 。

(4)以上属于胞吞的是K ，属于胞吐的是I 、J 。

2．模式图和曲线中物质运输方式的判断[系统认知]1．物质跨膜运输的方式高浓度→ 高浓度→低浓度→2．影响物质跨膜运输的因素(1)物质浓度：①自由扩散时运输速率与物质浓度呈正相关，而协助扩散和主动运输由于有载体蛋白的参与，有饱和点的出现。

②载体蛋白的两大特点a．具有特异性：运输不同物质的载体蛋白不同，不同细胞膜上载体蛋白的种类和数量也不同。

b．具有饱和性：当细胞膜上的载体蛋白达到饱和时，细胞吸收该运载物质的速率不再随物质浓度的增大而增大。

(2)O2浓度：①由于自由扩散和协助扩散不需要消耗能量，因此其运输速率与氧气浓度、能量的释放量、细胞呼吸强度无关。

②有氧呼吸和无氧呼吸都可以为主动运输提供能量，因此，氧气浓度为0时，可由无氧呼吸为其提供能量，故图示中曲线的起点不在原点。

但当以细胞呼吸强度为自变量时，曲线的起始点应在原点。

(3)温度：3．探究物质的运输方式(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：[题点全练]1．物质的跨膜运输对细胞的生存和生长至关重要。

下面为几种物质跨膜运输方式的示意图，据图判断下列叙述错误的是()A．组成细胞膜的M、N两种物质通常不是静止的B．葡萄糖进入红细胞以图中甲物质跨膜运输方式进行C．丙物质跨膜运输方式对于维持活细胞正常的生命活动具有重要意义D．胆固醇跨膜运输以甲的方式进行是因为M物质的缘故解析：选B由题意可知，M表示磷脂，N表示蛋白质，甲表示自由扩散，乙表示协助扩散，丙表示主动运输。

胆固醇跨膜运输以甲的方式进行是M(磷脂)物质的缘故(相似相溶)，葡萄糖分子进入红细胞的方式是协助扩散。

2．受体介导的胞吞是一种特殊类型的胞吞作用，主要用于摄取特殊的生物大分子，其过程如图所示。

下列有关叙述错误的是()A．该过程以膜的流动性为基础B．该过程不能体现细胞膜的选择透过性C．Na＋、K＋等无机盐离子也可通过此方式跨膜转运D．受体介导的胞吞过程存在细胞识别并需要内部供能解析：选C胞吞与胞吐均以膜的流动性为基础，不能体现细胞膜的选择透过性，A、B正确；Na＋、K＋等无机盐离子进行跨膜转运，C错误；受体介导的胞吞过程消耗能量，且依赖细胞识别来实现，D正确。

3．如图表示与自由扩散、协助扩散和主动运输有关的图例及曲线。

下列选项对应正确的是()A．肺泡上皮细胞吸收氧气——①⑤B．红细胞吸收葡萄糖——③⑥C．根尖细胞吸收矿质离子——③⑥D．肌肉细胞吸收水——②④解析：选C①②③分别表示自由扩散、协助扩散和主动运输，④⑤⑥表示三种影响因素曲线，分别对应自由扩散、协助扩散或主动运输、主动运输。

肺泡上皮细胞吸收氧气和肌肉细胞吸收水的方式均是自由扩散，对应①④；红细胞吸收葡萄糖属于协助扩散，对应②⑤；根尖细胞吸收矿质离子属于主动运输，对应③⑥或③⑤。

[探规寻律]物质出入细胞方式的判断(1)判断方法：①根据分子的大小、是否需要能量和载体蛋白进行判断②根据物质运输方向判断：顺浓度梯度的跨膜运输方式是自由扩散或协助扩散，逆浓度梯度的跨膜运输方式一定是主动运输。

③根据物质运输达到平衡时的浓度判断：若达到平衡时细胞内外仍存在浓度差，则是主动运输；自由扩散和协助扩散达到平衡时细胞内外浓度相等。

(2)无机盐离子的运输方式：无机盐离子的运输方式并非都是主动运输，在顺浓度梯度情况下，也可通过被动运输方式进出细胞，如在神经冲动传导过程中Na＋、K＋的运输，在兴奋时Na＋内流和在恢复静息状态时K＋外流都是协助扩散。

1．实验原理(1)成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。

(2)细胞液具有一定的浓度，能渗透吸水和失水。

(3)原生质层比细胞壁的伸缩性大。

2．实验步骤[系统认知]1．关于细胞质壁分离和复原实验的三个注意点(1)本实验存在两组对照实验：(2)引发质壁分离的两种原因：(3)本实验是教材中涉及“显微观察”实验中唯一的一个“只在低倍镜下”观察(不曾换“高倍镜”)的实验。

2．植物细胞质壁分离及质壁分离复原的拓展应用(1)判断成熟植物细胞是活细胞还是死细胞：(2)测定细胞液浓度范围：(3)比较不同植物成熟细胞的细胞液浓度：(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)：[题点全练]1．下列关于“探究植物细胞质壁分离和复原实验”的叙述，正确的是()A．该实验只是观察了质壁分离和复原现象，没有设计对照实验B．在逐渐发生质壁分离的过程中，细胞的吸水能力逐渐增强C．用龙胆紫溶液对细胞进行染色后，观察到的质壁分离现象一定更明显D．在不同浓度蔗糖溶液中发生质壁分离的细胞，滴加清水后均能复原解析：选B在“探究植物细胞质壁分离和复原实验”中，植物细胞质壁分离过程的前后可以对照，质壁分离过程和质壁分离的复原过程也可以对照，所以本实验有对照，A 错误；在逐渐发生质壁分离的过程中，细胞液的浓度增加，细胞液的渗透压升高，细胞的吸水能力逐渐增强，B正确；用龙胆紫溶液对细胞进行染色后，细胞已经死亡，细胞膜失去选择透过性，观察不到质壁分离现象，C错误。