高中生物讲义 细胞与能量 物质运输

讲义（6）细胞与能量2015-8-19
一、能量的转化：
1、是细胞内最主要的能量存在形式
2、生物体以及细胞必须是的系统，必须不断地与外界发生和的交换。

3、维持细胞中的有序状态必须要消耗
二、吸能反应和放能反应：
1、吸能反应：产物分子中的势能比反应物中的势能高。

细胞中的吸能反应：
：绿色植物细胞中的最重要的吸能反应，所需要的能量来自于太阳光
：所需的能量来自于放能反应。

2、放能反应：反应物分子中的势能比生成物高。

所有细胞中最重要的放能反应都是，即。

三：A TP
1、名称：，A TP是三磷酸腺苷的英文缩写，其中，
A代表，T代表，P代表。

2、元素：
3、结构简式：
4、结构式：
可见，一个ATP分子包含腺苷，磷酸基团，一个普通磷酸键，两个键。

特别提醒：ATP中的A代表腺苷，而不是！要辨析好腺苷和腺嘌呤的区别！
判断：A TP和RNA分子都含有核糖这种单糖成分，都是由C、H、O、
N、P这五种元素组成，DNA不含核糖（）
5、功能：ATP是生物体和细胞内的能源物质，是吸能反应和放能反应的纽带，是细胞内的能量货币。

糖类等有机物中的能量只有转化为A TP后才能被细胞所利用。

6、ATP和ADP的转化，即A TP得水解和合成
（1）ATP的合成：酶
ADP + Pi + 能量———→A TP
场所：
生理过程：
能量来源：来自于
能量的去向：储存于远离腺苷的
（2）ATP的水解：
酶
ATP———→ADP + Pi + 能量
场所：
生理过程：的各项生命活动，如光合作用的碳反应、主动转运、蛋白质等大分子的合成、神经冲动的传导、细胞分裂、肌肉收缩。

能量来源：来自于ATP分子中远离腺苷的第二个高能磷酸键
能量的去向：被各项消耗能量的生命活动所利用，转化为机械能、电能、光能、化学能、热能等。

（3）注意：ATP的合成和A TP的水解反应不是可逆反应，原因：
①两个反应发生的均不相同
②催化两个反应的酶种类不同
③两个反应涉及到的均不相同
总结：物质可逆，但能量不可逆，总体。

7、含量：细胞中ATP含量均，依靠和
来给细胞提供能量，即使能量需求比较旺盛的细胞，只是和ADP的转化速度更快更频繁
判断：
细胞内吸能反应往往伴随ATP的水解，放能反应往往伴随ATP的合成（）
8、ATP属于化合物，所含的化学能主要在两个
中。

由于远离腺苷的第二个高能磷酸键
，因此这些化学能也叫活跃的化学能。

、CP（磷酸肌酸）等化合物也是高能磷酸化合物。

2．
易错警示
与ATP有关的5点总结：
(1)ATP在生物体内含量少，但转化十分迅速，从而使细胞中的A TP总是处于一种动
态平衡中。

(2)(2)ATP与ADP的相互转化不是可逆反应。

因为转化过程中所需的酶、能量的来源
和去路及反应场所都不完全相同，但是物质是可循环利用的。

(3)(3)ATP的形成需要满足4个条件：2种原料(ADP和Pi)、能量和酶。

另外合成ATP
的过程中有水生成。

(4)(4)ATP并不都是能用于各项生命活动，光合作用光反应产生的ATP只能用于暗反
应，转化成有机物中的能量。

(5)(5)生物体进行生命活动主要由ATP直接提供能量。

但A TP并非新陈代谢所需能量
的唯一直接来源，其他核苷的三磷酸酯也可以直接为生命活动提供能量。

1．判断下列与ATP有关的叙述：
(1)ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求
(2)ATP由3个磷酸基团和1个腺嘌呤构成
(3)ATP脱去两个磷酸基团后是RNA的基本组成单位
(4)ATP水解为ADP释放的能量来自于高能磷酸键
(5)ATP的合成与分解都需要酶的催化，但不都需要水作为反应底物
(6)ATP和葡萄糖都含有能量但不都是有机物
(7)ATP的合成不都需要有机物的氧化分解但都需要氧气
2．将萤火虫腹部末端的发光器切下，干燥后研成粉末。

将粉末装入试管，滴加蒸馏水，使之混合，则有淡黄色荧光出现，2 min后荧光消失了。

接着若在试管中滴加葡萄糖溶液，荧光不能恢复，如果滴一点ATP溶液，荧光将恢复。

下列相关叙述中，错误的
是()
A．滴入蒸馏水发出荧光，是由于试管内有荧光物质和ATP
B．荧光消失是由于A TP水解酶的活性降低所致
C．滴加ATP溶液，荧光恢复，说明萤火虫发出荧光需要消耗A TP
D．滴加葡萄糖溶液，荧光不能恢复，说明葡萄糖不是直接能源物质
7．A TP是细胞的能量通货，是生命活动的直接能源物质，下图为ATP的结构和ATP与ADP相互转化的关系式。

下列说法不正确的是()
A．图1中的A代表腺苷，b、c为高能磷酸键
B．图2中反应向右进行时，图1中的c键断裂并释放能量
C．图2中酶1和酶2是两种不同的酶，两者的不同是由于组成它们的氨基酸种类·数目和排列顺序不同导致的
D．ADP也含有高能磷酸建，也能为生命活动提供能量
第13课时物质出入细胞的方式
一、扩散和渗透：
1、扩散：分子或离子从高浓度处向低浓度处运动的现象。

扩散的结果：使该分子分布均匀，直到平衡。

平衡后分子仍在继续运动，维持着平衡状态。

2、渗透：水分子的扩散现象称为渗透。

（1）渗透属于扩散的一种
（2）渗透的原理：略
（3）渗透的方向：水分子由低浓度一侧进入高浓度一侧。

即高浓度一侧（或高渗透压）表现为，低浓度一侧（或低渗透压）表现为。

（4）渗透系统的组成：渗透系统的组成如图所示
若S1溶液浓度大于S2，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2，外观上表现为S1液面上升；若S1溶液浓度小于S2，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。

在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差Δh，则S1溶液浓度仍大于S2。

◆有一层
◆半透膜两侧溶液有
（5）半透膜与选择透过性的膜的关系区别：
半透膜强调小分子能够通过（如葡萄糖、氨基酸、各种无机盐离子等），较大分子不
能通过（如蛋白质、淀粉、蔗糖等）。

决定因素是。

选择透过性膜强调根据细胞需求，允许通过的分子才能通过，不允许通过的分子，即使是小分子，往往也不能通过。

物质基础是生物膜上的，决定因素是细胞需求。

选择透过性膜肯定是半透膜，但半透膜不一定是选择透过性膜，两者是包含关系。

1．如图表示一中间隔以半透膜(只允许水分子通过)的水槽，两侧分别加入等物质的量浓度的葡萄糖溶液和麦芽糖溶液。

然后在半透膜两侧加入等质量的麦芽糖酶，在加入麦芽糖酶前后a、b两侧液面的变化是
()
A．加酶前a侧液面上升，加酶后b侧液面上升并高于a侧液面
B．加酶前a侧液面上升，加酶后b侧液面上升并等于a侧液面
C．加酶前后a、b两侧液面不变
D．加酶前a、b两侧液面不变，加酶后b侧液面上升并高于a侧液面
二、植物细胞的质壁分离：
1、填表：
失水后吸水后
植物细胞
动物细胞
2、一个原生质体就相当于一个渗透系统：
◆原生质层相当于一层半透膜：由以及两层膜之间的细胞溶胶组成；
◆细胞内外溶液有浓度差
（质壁分离的“质”是指，“壁”是指细胞壁。

）
3、发生质壁分离的内因和外因：
（1）外因：细胞外液浓度（渗透压）细胞内液浓度（渗透压），细胞表现为。

（2）内因：原生质体的伸缩性较大而细胞壁的伸缩性较小。

4、质壁分离的过程中：
细胞液的浓度（渗透压）逐渐，吸水能力逐渐，失水能力逐渐，失水速率逐渐；细胞外液浓度（渗透压）逐渐，直至。

5、与质壁分离关系最密切的细胞器：
只有的植物细胞（有）才能发生质壁分离，才能发生渗透作用而失水，植物细胞（只有的液泡）不能发生渗透作用，不能发生质壁分离。

决定植物细胞内液渗透压的不是细胞溶胶，而是大液泡中的。

理解好原生质体和原生质层的概念
6、不能发生质壁分离的细胞：
没有细胞壁的细胞，如细胞、支原体；
没有半透膜的细胞，如细胞；
没有大液泡的细胞，如的植物细胞、细胞，它们不能发生渗透作用，依靠蛋白质等亲水物质吸水。

原核细胞不能发生质壁分离。

◆能发生质壁分离的细胞：
有大液泡的成熟植物细胞，如细胞、细胞、
细胞等。

7、质壁分离的复原和自动复原：
（1）把发生质壁分离的植物细胞放入到环境中（如清水），则细胞会因吸水而发生质壁分离的复原。

（2）把植物细胞放入浓度较高的KNO3溶液或尿素溶液中，细胞首先会因失水而发生质壁分离，但同时细胞会选择性吸收溶液中的K+、NO3-、尿素分子等，从而使细胞液浓度越来越大，同时细胞外液的浓度不断下降，细胞失水速率越来越慢。

当细胞液浓度超过细胞外液浓度时，细胞会因为吸水而发生质壁分离的自动复原。

要点：
①细胞外液浓度不能过大，过大植物细胞可能因而死亡
②溶质中必须含有植物细胞的溶质
8、能够发生质壁分离以及质壁分离的自动复原，是植物细胞有生命活力的标志之一。

思考：至少列举出三种判断细胞是否有活力的方法。

①法利用质膜是否具有选择透性
②观察是否有法
③能否发生法原理也是利用质膜是否具有选择透性
9、观察植物细胞质壁分离以及质壁分离的复原的实验：
选材：
◆成熟的（有大液泡）植物细胞，如叶肉细胞、表皮细胞、根毛细胞；
◆液泡内有色素的细胞，以便于观察。

因此，以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞为最好，因为其大液泡中含紫色色素。

判断：根尖成熟区细胞（根毛细胞）不能发生质壁分离，不适合作为
观察植物细胞质壁分离以及复原的材料（）
1．用紫色洋葱鳞片叶外表皮作为实验材料的原因
紫色洋葱外表皮细胞的细胞液中有花青素，使液泡中的细胞液呈紫色，有利于观察。

2．本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，若浓度过高或过低对实验造成的影响是：选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，既明显出现质壁分离，又不会杀死细胞。

若浓度过高，质壁分离速度快，细胞会因失水过多而死亡，不能再进行质壁分离复原；若浓度过低，不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。

3．发生质壁分离的洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间的物质分析
因为细胞壁是全透性的，所以洋葱表皮细胞原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。

4．从细胞角度分析能否发生质壁分离及复原
(1)死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不能发生质壁分离及复
原现象。

(2)具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。

5．从溶液的角度分析：(1)在一定浓度(溶质不能透膜)的溶液中只会发生质壁分离现象，不能自动复原。

(2)在一定浓度(溶质可透膜)的溶液(如KNO3、甘油等)中可发生质壁分离后自动复原
现象。

(3)在高浓度溶液中可发生质壁分离现象，但不会发生质壁分离复原现象。

易错警示关于质壁分离和复原的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)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。

三、物质出入细胞的运输方式：
1、被动转运：
（1）简单扩散：由于质膜的基本支架是脂双层，因此，凡
物质均可直接通过质膜，如氧气等气体分子、、脂肪酸、、维生素D、胆固醇、酒精、苯、尿素等分子。

（以上例子必须全部记住并理解为什么！！）（2）易化扩散：
◆为什么不能简单扩散：
①有些物质因为分子体积较大不能直接通过脂双层简单扩散，如葡萄糖等；
②有些物质因为分子为极性分子而不溶于质膜的脂双层，如各种离子。

以上两种情况的分子运输，必须借助质膜中的一类载体蛋白的协助。

◆易化扩散的特点：
①依靠载体蛋白的协助
②只能从高浓度到低浓度运输，也属于的一种
③消耗能量
（3）易化扩散举例：红细胞吸收葡萄糖
2、主动转运：
（1）能根据细胞的需要转运分子或离子，是细胞物质运输的主要方式。

（2）主动转运的特点：
①需要载体蛋白的协助
②可以逆浓度梯度运输
③需要消耗能量（ATP，来自于细胞呼吸）
（3）与主动转运有关的细胞器：
凡是能够影响细胞能量供应（细胞呼吸）的因素都能影响主动转运，如、、呼吸酶抑制剂等。

（一定范围内，氧气浓度越高，则需氧呼吸速率越快，能量供应越充足）
（5）关于载体蛋白：（包括易化扩散、主动转运两种方式的载体蛋白）
①载体蛋白在转运物质过程中有过程，最后又。

②来自于核糖体的合成，符合前面所学的蛋白质一切知识体系，如单位、元素、结构多样性、脱水缩合、肽键等。

③载体蛋白具有性，即一种载体蛋白只能运输一种特定的物质
④载体蛋白具有性，即当质膜上运输某种物质的载体蛋白全部都动员起来后，被运输的物质浓度再提高，运输速率也不会再加快，此时的限制因素是载体蛋白的数量。

⑤某细胞的质膜上运输某种物质的载体蛋白的有无以及数量的多少，决定了该细胞能不能吸收该物质以及吸收量的大小。

如人体小肠上皮细胞的质膜上没有运输蔗糖的载体蛋白，人体就不能吸收蔗糖，蔗糖必须被消化为葡萄糖和果糖才能被吸收，但是植物细胞就可以直接吸收利用蔗糖，因为其细胞膜上有运输蔗糖的载体蛋白。

⑥载体蛋白不是通道蛋白，两者不要等同。

了解：载体蛋白一般为贯穿类蛋白质。

（6）主动转运举例：
、氨基酸、细胞和肾小管细胞吸收
3、胞吞作用和胞吐作用：
（1）物质进出细胞的方式
（2）特点：
①不属于跨膜运输，经过膜的层数为
②需要消耗能量
③利用、体现了膜的，但不能体现。

（3）举例：
巨噬细胞吞噬病原体、变形虫吞噬水中食物颗粒、分泌蛋白的分泌过程等
4、运输方式总结：
用序号填空：
①简单扩散②易化扩散③主动转运④胞吞作用和胞吐作用
（1）能体现质膜选择透性的运输方式：
（2）不能体现质膜选择透性的运输方式：
（3）属于跨膜运输的方式：
（4）不属于跨膜运输的方式：
（5）能逆浓度梯度运输的方式：
（6）顺浓度梯度运输的方式：
（7）消耗能量的运输方式：
（8）不消耗能量的运输方式：
（9）需要载体蛋白协助的运输方式：
（10）不需要载体蛋白协助的运输方式：
（11）利用膜流动性的运输方式：
（12）大分子、颗粒性物质的运输方式：
（13）小分子、离子的运输方式：
（14）脂溶性小分子的运输方式：
（15）细胞最重要的物质运输方式：
5、曲线分析：
图一表示，转运速率和物质浓度成正比
图二表示的运输方式，包括。

b点后转运速率的限制因素是。

（）
图三表示的运输方式，如；也可以表示异化作用类型为的细胞的运输方式，如哺乳动物的成熟红细胞、乳酸菌等。

图四表示，a点时运输所需能量由提供，b点后需氧呼吸达到，或者载体蛋白饱和。

物质跨膜运输的方式[连线]
1．根据图解确定物质跨膜运输方式2．探究物质运输方式的异同点
物质种类运输
方式
方向
载体
蛋白
能量实例
小分子物质
被动
运输
自由
扩散
由高浓度
向低浓度
不需要
不需要
水、O2、CO2、甘
油、乙醇、苯等协助
扩散
由高浓度
向低浓度
需要不需要
葡萄糖进入红
细胞主动
运输
由低浓度
向高浓度
需要需要
无机盐离子、氨
基酸等
大分子物质胞吐
胞吞
由膜内
到膜外
不需要需要分泌蛋白等由膜外
到膜内
不需要需要
变形虫吞食绿脓
杆菌
3．根据影响跨膜运输因素的曲线确定运输方式
(1)物质浓度
(2)氧气浓度
4．探究物质跨膜运输的方式
(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
易错警示有关物质出入细胞的8个“不要漏掉”：
(1)需要载体蛋白协助的运输方式除主动运输外不要漏掉协助扩散。

(2)(2)消耗能量的运输方式除主动运输外不要漏掉胞吞和胞吐。

(3)(3)从高浓度到低浓度的运输方式除自由扩散外不要漏掉协助扩散，有些主动运输也
可以从高浓度到低浓度运输。

(4)(4)影响协助扩散运输速率的因素除载体蛋白数量外不要漏掉浓度差。

(5)(5)与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外不要漏掉载体蛋白的合成场所——
核糖体。

(6)(6)运输速率与O2浓度无关的运输方式除自由扩散外不要漏掉协助扩散。

(7)(7)胞吞(吐)的大分子物质穿过细胞膜的层数为0，因为该过程是通过膜的融合将物
质转入或转出细胞的。

(8)(8)RNA和蛋白质等大分子物质进出细胞核，是通过核孔，而不是通过胞吞、胞吐。

1．如图表示物质跨膜运输的一种方式。

据图分析正确的是()
A．这种运输方式可逆浓度梯度进行
B．乙醇分子是以这种方式进入细胞的
C．细胞产生的能量增加会提高这种物质的运输速率
D．载体蛋白在物质运输过程中形状会发生改变
2．据报道，一种称做“瘦素穿肠蛋白”的药物治疗肥胖，可口服使用，以减轻肥胖症患者肌肉注射的痛苦。

小肠上皮细胞吸收该药物最可能的方式为() A．渗透作用B．胞吞
C．协助扩散D．主动运输
3．如图中曲线a、b表示物质跨膜运输(不包括胞吞和胞吐)的方式，下列表述错误的是(双选)
()
A．只有在氧气存在时才会发生方式b所示的物质运输
B．质壁分离过程中，水分子通过方式a进出细胞
C．方式b的最大转运速率与载体蛋白数量有关
D．b运输方式能体现细胞膜的流动性
答案AD
4．下列关于物质X跨膜运输的描述，错误的是() A．如果X跨膜运输的方式是自由扩散，则在一定范围内，其运输速率与物质浓度成正比
B．如果X是葡萄糖，则在顺浓度梯度的情况下可通过协助扩散进入细胞
C．如果X(氧气除外)跨膜运输的方式是被动运输，则其运输速率与氧气浓度无关D．如果X是脂溶性的物质，其跨膜运输的方式一般是协助扩散
6．如图表示细胞膜的结构和物质进出细胞的方式，下列说法不正确的是()
A．在图①a～e过程中，代表细胞分泌Na＋过程的是e
B．在图①所示的结构中，主要由A物质决定着不同生物膜的功能差异
C．与图②中曲线Ⅰ相符的过程是图①中的过程a或e
D．在图①所示的结构中，A和B物质大都不是静止的
7．如图1所示的甲、乙、丙三个渗透装置中，三个漏斗颈的内径相等，漏斗内盛有浓度相同的蔗糖溶液，且漏斗内液面高度相同，漏斗口均封以半透膜，置于同一个水槽的清水中。

三个渗透装置的半透膜的面积和所盛蔗糖溶液的体积不同，如表所示。

装置编号甲乙丙
半透膜面积S S/2 S
蔗糖溶液体积T T 2T
图2中曲线1、2、3表示漏斗液面高度随时间的变化情况。

则曲线1、2、3与甲、乙、丙三个装置的对应关系是() A．1—丙；2—甲；3—乙
B．1—乙；2—甲；3—丙
C．1—甲；2—乙；3—丙
D．1—丙；2—乙；3—甲
8．如图为甲同学进行的一项实验的基本操作步骤，其中叙述错误的是()
A．B步骤是观察细胞质大小及细胞壁的位置
B．E步骤滴加的是清水
C．该实验是观察植物细胞的质壁分离与复原
D．实验前后的处理形成了自身对照
9．现有资料表明：①K＋不能通过双分子层的人工膜，②缬氨霉素是一种脂溶性抗菌素，
与K＋具有特异亲和力，③在人工膜上加少量缬氨霉素，K＋可以通过膜，Na＋仍不能通过膜。

下列关于K＋能通过膜而Na＋不能通过膜的原因的解释中，正确的是()
A．缬氨霉素是细胞膜上的一种载体蛋白
B．K＋能够与缬氨霉素反应，Na＋不能
C．K＋能可逆性地与缬氨霉素结合，Na＋不能
D．K＋以协助扩散方式通过膜，Na＋不能
10．物质的跨膜运输对细胞的生存和生长至关重要。

如图为几种物质跨膜运输方式的示意图，据图判断下列叙述中，不正确的是
()
A．组成细胞膜的A、B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A物质的缘故。