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第4 章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输
1.渗透作用
（1）实验装置：下图为渗透现象示意图，在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸，玻
璃纸(又叫赛璐玢)是一种半透膜，水分子可以自由透过它，而蔗糖分子则不能。往漏斗内注
入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外的液面高度相等，这时，玻
璃纸两侧的蔗糖溶液和水存在浓度差。
（2）实验现象及分析
①过一段时间后，会出现如上图所示现象，既：漏斗管内的液面升高，这是由于烧杯中的水
分子进入漏斗中导致的。事实上半透膜两侧的水分子都能够通过扩散作用自由进出,但由于蔗
糖溶液中水的相对含量(水的相对含量是指：单位体积中的水分子数)比烧杯中的水的相对含
量低,因此烧杯中的水扩散到漏斗中的速度比漏斗中的水扩散到烧杯中的速度相对更快些,导致
漏斗中水量增加,液面上升。如果漏斗管足够长,当管内的液面上升到一定高度之后,液面将不
再上升，这是因为：管中的水柱产生的压力将加快漏斗中水分向外扩散的速度最终达到平衡。
液面高度差与半透膜两侧溶液浓度差呈正比。
②如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，漏斗管中的液面将保持不变（不会升
高）。
如果用一层纱布代替玻璃纸，因为纱布不是半透膜,孔隙很大,可溶于水的物质都可能自由通过,
包括水分子和蔗糖分子都能通过，因而液面不会升高。
（3）渗透作用：水分子
( 或其他溶剂分子
) 通过半透膜的扩散
，称为渗透作用。如果半透膜两
侧存在浓度差，渗透的方向就是水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。
2.细胞的吸水和失水：
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①以哺乳动物成熟红细胞为例：
a.哺乳动物的红细胞特点：红细胞中的血红蛋白是有机大分子物质, 不能
（能、不能）透过细
胞膜,它相当于“渗透现象示意图”中的蔗糖分子。
b.实验现象：
清水中： 外界溶液浓度＜细胞质浓度：细胞吸水；细胞吸水膨胀；
高浓度盐水中： 外界溶液浓度＞细胞液(质)浓度细胞失水皱缩；
0.9%的 NaCl 溶液中：外界溶液浓度＝细胞液(质)浓度：水分进出平衡，细胞维持正常形态。
c.结论：水进出其他动物细胞的原理与进出红细胞的原理是一样的，都是通过渗透作用。
②植物细胞的质壁分离与复原：
植物细胞的结构：植物细胞的细胞膜外面有一层细胞壁，对于水分子来说，细胞壁是全透性
的，即水分子可以自由地通过细胞壁，细胞壁的作用主要是保护和支持细胞，伸缩性比较小。
成熟的植物细胞由于中央液泡占据了细胞的大部分空间，将细胞质挤成一薄层，所以细胞内
的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液，细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原
生质层。水进出成熟的植物细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡。
（1）材料：活的成熟的植物细胞，液泡有颜色便于观察，如紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞。黑藻是高等植
物细胞，含有大液泡和大而清晰的叶绿体，也能观察到质壁分离及复原现象。
（2）条件： ①原生质层(由细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质组成)具有选择透过性，相当于半透膜；
②细胞液与外界溶液有浓度差。
（3）内因：原生质层伸缩性大于细胞壁；原生质层有 选择透过性，细胞壁为全透性。
(4)实验现象(低倍镜观察，细胞须保持活性)
①初始状态：原生质层紧贴细胞壁。
②0.3g/mL 蔗糖溶液处理：细胞失水，发生质壁分离现象，观察到原生质层与细胞壁逐渐分离形成球形小
团，液泡体积逐渐变小、颜色变深。原生质层与细胞壁间的间隙中充满了蔗糖溶液。
③清水处理：细胞吸水，发生质壁分离复原现象，观察到液泡体积逐渐变大、颜色变浅。
（5）实验拓展
①若使用 90%的蔗糖溶液(溶质不可跨膜)：细胞会发生质壁分离现象，但不会发生质壁分离复原现象，原
2
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因是外界溶液浓度过高，导致细胞失水过多而死亡。
②若使用 KNO3、葡萄糖、尿素等溶液(溶质可跨膜)： 细胞发生质壁分离后又自动复原。
2.被动运输
(1)物质以扩散方式进出细胞，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)特点:①顺浓度梯度跨膜运输物质。②不消耗能量。因此膜内外物质浓度梯度的大小会直接影响物质
运输的速率，但协助扩散需要转运蛋白，因而某些物质运输的速率还与转运蛋白的数量有关。
（3）类型：
方式
自由扩散又叫简单扩散
协助扩散又叫易化扩散
概念
物质通过简单的扩散作用进出细胞
物质顺浓度梯度跨膜运输借助膜上的转运蛋白进出
细胞的物质扩散方式
实例
水、O2、CO2、甘油、乙醇、苯、性激素
等
葡萄糖进入红细胞
水、某些离子或分子
如上图中的①
如上图中的②③
协助扩散需要转运蛋白，其包括载体蛋白和通道蛋白。
(4)转运蛋白:上图中的④表示载体蛋白，⑤表示通道蛋白。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，而且每次转运时都会发生自身构象的改变；通道蛋白只容许与自身
通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过。分子或离子通过通道蛋白
时，不需要（需要、不需要）与通道蛋白结合。水分子能以自由扩散进出细胞，但水分子更
多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的。
知识辨析：
1．如果半透膜两侧是等质量浓度的蔗糖溶液和葡萄糖溶液，则单位时间内进出半透膜的水分子数目相等。
(×)
2．在渗透作用中，当半透膜两侧溶液浓度相等时，水分子不再通过半透膜。( × )
3．在一定范围内，随着紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞失水的进行，细胞的吸水能力逐渐增强。( √ )
4．当细胞内外存在浓度差时，细胞就会发生质壁分离或复原。( × )
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5．水分子主要是通过自由扩散进出细胞的。( × )
6．植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。( √ )
7．在一定条件下，活的、成熟的植物细胞发生渗透失水或吸水。( √ )
8．动物细胞细胞质浓度升高可促进水分渗出。( × )
第2 节 主动运输与胞吞、胞吐
1.主动运输
（1）实例：Na+、K+和Ca2+等离子和其他物质在逆浓度梯度跨膜运输时，首先要与膜上载体蛋白
的特定部位结合。然后在细胞内化学反应释放的能量推动下，载体蛋白的空间结构发生变化，
就将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧并释放出来，载体蛋白随后又恢复原状，
又可以去转运同种物质的其他离子或分子。
（2）概念：物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释
放的能量，这种方式叫作主动运输。如下图所示，图中①②③依次表示：被运输的离子或分子
、
载体
蛋白
、
ATP
，其中序号③代表的物质水解为ADP
和
Pi
时放能，供主动运输利用。
（3）意义：主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，通过主动运输来选择吸收所需要的物质，排出
代谢废物和对细胞有害的物质，从而保证细胞和个体生命活动的需要。
2.胞吞与胞吐：
（1）结构基础：依赖于膜的流动性。
（2）胞吞：细胞外→细胞内，消耗能量。如变形虫摄食、白细胞吞噬病原体等。
（3）胞吐：细胞内→细胞外，消耗能量。如胰岛素、抗体等分泌蛋白的分泌。
（4）特点：在物质的跨膜运输过程中，胞吞、胞吐是普遍存在的现象，它们需要消耗细胞呼吸所
释放的能量。
3.细胞膜的选择透过性和物质跨膜运输的结构基础
（1）细胞膜的选择透过性的结构基础：细胞膜上转运蛋白的种类和数量，或转运蛋白空间结构
的变化，对许多物质的跨膜运输起着决定性的作用，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。
（2）物质跨膜运输的结构基础：除一些不带电荷的小分子可以自由扩散的方式进出细胞外，
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离子和较小的有机分子(如葡萄糖和氨基酸等)的跨膜运输必须借助于转运蛋白；像蛋白质这样
的生物大分子，通过胞吞或胞吐进出细胞，其过程也需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷
脂双分子层的流动性。
4. 模型图分析(会分析，理解不死记)
（1）图①表示： 自由扩散 图②表示： 协助扩散 图③表示： 主动运
输 。
（2）图④表示： 自由扩散 图⑤表示： 协助扩散 图⑥表示： 主动运
输 。
5. 曲线图分析(会分析，理解不死记)
（1）图⑦表示自由扩散，运输速率与物质浓度呈正比。
（2）图⑧可表示协助扩散或主动运输，若表示前者（协助扩散），OP 段限制因素是物质浓度，
P 点后限制因素是载体数量；若表示后者（主动运输），OP 段限制因素是物质浓度，P 点后限
制因素是 载体数量或能量。
（3）图⑨曲线运输速率与O2浓度无关，说明不消耗能量，曲线表示被动运输。
（4）图⑩表示主动运输，OP 段限制因素是O2浓度，P 点后限制因素是载体数量。
（5）图
曲线运输速率与载体数量无关，说明不需要载体，曲线表示 自由扩散 。
（6）图
可表示协助扩散或主动运输，若表示前者（协助扩散），OP 段限制因素是载体数量，
P 点后载体达到饱和状态，运输速率达最大值；若表示后者（主动运输），OP 段限制因素是
载体数量，P 点后限制因素是能量。
（7）图
表示主动运输，虚线下表示物质从高浓度到低浓度运输，虚线上表示物质从低浓度到
高浓度运输，P 点后限制因素是载体数量或能量。
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知识辨析：
1．小分子物质以自由(简单)扩散方式通过细胞膜。( × )
2．以胞吞或胞吐形式进出细胞的均为大分子物质。( × )
3．同一种物质进入不同细胞的运输方式可能不同。( √ )
4．以主动运输方式进入细胞的物质都依赖于载体蛋白。( √ )
5．置于清水中一段时间后的洋葱鳞片叶表皮细胞不再吸水与细胞壁的作用有关。( √ )
6．无机盐离子的跨膜运输不一定需要消耗能量。( √ )
7．酒精进入胃黏膜细胞是协助扩散。(√ )
8．原尿中的葡萄糖进入肾小管上皮细胞是主动运输。( √ )
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