名师讲堂细胞与外界物质的交换

精析“细胞与外界环境的物质交换”

山东省茌平第一中学王德顺

细胞是最基本的生命系统，是生物体进行新陈代谢的基本单位，要不断地与周围环境进行物质交换，物质交换的方式、动力和过程也常常是生物命题的知识点。

单细胞生物可以直接从生活的水中获取生存所必需的养料和氧气，并把废物直接排入水中，而多细胞生物的大部分细胞没有与外界环境接触，只有通过内环境才能与外界环境进行物质交换。下面我们就多细胞生物与外界环境之间进行物质交换的过程进行精辟的分析。

一、气体（O2、CO2等）进出细胞的方式、动力和过程

O2、CO2都属于小分子物质，进出细胞的方式是自由扩散，动力是分压差（相当于液体的浓度差）。组织细胞呼吸作用所需要的氧气来源于外界的空气，扩散过程为：外界空气中的氧气通过呼吸道到达肺泡（不需要穿过膜结构），然后穿过肺泡到达细胞间的组织液（因为要穿过肺泡壁细胞，所以穿过2层生物膜），接着通过毛细血管壁细胞进入血浆（因为要穿过毛细血管壁细胞，所以穿过2层生物膜），再进入红细胞才能与血红蛋白结合，随血液被运输到全身各处；到达组织细胞处后，氧气与血红蛋白分离，进入血浆(穿过1层生物膜)，然后通过毛细血管壁细胞进入组织液（穿过2层生物膜），通过细胞膜进入细胞质基质，最后进入线粒体，参与氧化分解有机物（至少要穿过11层生物膜）。因扩散的动力是分压差，从外界环境到细胞内的线粒体过程中，氧气的浓度应越来越低。对于细胞经呼吸作用产生的CO2来说，也是经扩散作用被逐步排出体外：在线粒体内部产生CO2经扩散作用进入细胞质基质，然后扩散进入组织液（需要穿过3层生物膜），再通过毛细血管壁细胞进入血浆（穿过2层生物膜），随血液循环运输到肺部。在肺部CO2首先穿过毛细血管壁细胞扩散到组织液（穿过2层生物膜），然后穿过肺胞壁细胞进入肺泡（穿过2层生物膜），最后通过呼吸运动排出体外（共需穿过9层生物膜）。从线粒体向外，CO2的浓度越来越低。

二、其它物质进出细胞的过程

食物中的有机物多数要经过消化后，才能被吸收进入体内。小肠是高等动物体内消化和吸收的主要场所，有机小分子物质（如氨基酸、葡萄糖等）、无机盐等以主动运输的方式被吸收进入小肠绒毛内的毛细胞血管，水则以自由扩散的形式被吸收进入毛细血管，而脂类小分子物质则以自由扩散的方式大部分首先进入毛细胞淋巴管，然后再进入血液循环。这些物质随血液循环被运输到全身各处；在各组织细胞处，有机小分子物质和无机盐以主动运输的方式通过毛细血管壁细胞，然后进入细胞内部，水分子和脂类小分子物质以自由扩散的方式进入细胞内部。外界有机小分子物质进入细胞内至少穿过生物膜的层数：（2+2+2+1=7层）。糖类如果是彻底氧化分解还需要再通过2层生物膜进入线粒体。

大部分的水分和尿素分别以自由扩散的形式通过循环系统的运输作用，通过沁尿系统以尿液的形式排出体外或通过皮肤的排泄作用以汗液的形式排出体外。少部分的水分通过呼吸系统以水蒸气的形式呼出体外。

三、与之有直接关系的系统有：消化、呼吸、循环和泌尿四大系统，相互关系见下图：

体内细胞与外界环境进行物质交换的过程(图解)

四、本部分内容中常见的易考易错问题：

1血浆中水的来源有组织液、淋巴和消化道

2与人体细胞直接进行物质交换的液体只能是细胞外液（内环境）

3人体组织液中的O2若要进入组织细胞中参与氧化有机物，这些氧分子要通过几层由磷脂分子和蛋白质分子组成的膜[ 3层]。做这类题目时，首先要看清起点和终点，其次是要看清问的是生物膜的层数还是磷脂分子的层数。

4高等动物体内的细胞从外界获得营养物质的过程是①外界物质②消化系统③循环系统④内环境⑤细胞。

5在正常情况下，动物组织细胞从组织液中吸收O2的数量，主要决定于（组织液中O2的浓度）。要会应用气体分子进出生物膜的动力是浓度差，并能在复杂的情景中识别出来。

6有机小分子物质进出细胞的方式主要是主动运输，需要载体，消耗能量。