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第二单元 细胞的代谢
０２
专题三 细胞的物质输入和输出
基础篇
考点 一 细胞的吸水与失水 二、水进出细胞的原理
1.
植物细胞的吸水和失水
一、细胞吸水与失水的原理———渗透作用
植物细胞的渗透系统
1.
概念：水分子 或其他溶剂分子 通过半透 １)
( )
膜的扩散过程
ꎮ
2.
产生条件：具有半透膜 且半透膜两侧溶液
ꎬ
有浓度差
ꎮ
3.
渗透方向：水分子的移动方向是双向的 但
ꎬ
最终呈现的结果是从相对含量高 即低浓度 现象 浓度在一定范围内
( ２) ( )
溶液 的一侧向相对含量低 即高浓度溶液
) ( )
浓度(ｃ)关系 现象
一侧渗透 以溶剂为水分子为例
( )ꎮ ｃ 外> ｃ 内 细胞失水ꎬ出现质壁分离现象
4.
渗透装置
细胞吸水ꎬ正常细胞发生一定膨胀(但
常见的渗透装置图 ｃ ｃ 不破裂)ꎬ发生质壁分离的细胞出现
１) 外< 内
❹ 质壁分离复原
易混易错
( )原生质层 原生质体(植物细胞去细胞壁可形成原
１ ≠
生质体)ꎬ半透膜 选择透过性膜(半透膜往往只允许离
≠
结果与分析
２) 子或小分子物质透过ꎬ而大分子物质不能透过ꎬ透过的
条件 结果 依据是分子或离子的大小ꎬ不具有选择性)ꎮ ( )植物
２
单位时间内 的水分子数多于 具有中央液泡说明该细胞已高度分化ꎬ为成熟植物细
Ｓ２→Ｓ１ Ｓ１→Ｓ２
Ｓ１>Ｓ２ 的ꎬ 液面上升ꎬ直至渗透平衡 胞ꎬ一般失去了分裂能力ꎮ
Ｓ１
单位时间内 的水分子数少于 2.
Ｓ２→Ｓ１ Ｓ１→Ｓ２ 动物细胞的吸水和失水
Ｓ１<Ｓ２ 的ꎬ 液面下降ꎬ直至渗透平衡
Ｓ１ 动物细胞的渗透系统 动物❺ 细胞膜 相当
１) :
疑难突破 于半透膜 细胞质和外界溶液间具有浓
ꎻ
( )达到渗透平衡后ꎬ若存在如图所示的液面差 ｈꎬ则
１ Δ 度差
ꎮ
半透膜两侧溶液的渗透压(溶液中溶质微粒对水的吸引
现象 浓度在一定范围内
力)仍然不相等ꎬ且液面高的溶液浓度高ꎬ渗透压大ꎮ ２) ( )
浓度(ｃ)关系 现象
( )达到渗透平衡时ꎬ半透膜两侧仍有水分子进出ꎬ且水
２
专
分子进出数量相等ꎮ (
３
)渗透作用中膜两侧溶液的浓度 ｃ 外> ｃ 内 细胞❻ 失水皱缩 题
三
指的是物质的量浓度ꎬ而不是质量分数浓度ꎬ等质量分 ｃ ｃ 细胞吸水膨胀(甚至涨破)
外< 内
细
数的葡萄糖溶液和蔗糖溶液相比ꎬ葡萄糖溶液的渗透压 ｃ ｃ 细胞形态不变 胞
外＝ 内 的
较大ꎬ因为其相对分子质量小ꎬ物质的量浓度大ꎮ 物
质
输
入
和
输
出
１１
考点训练(请判断下列说法是否正确) 知识归纳
将动物细胞放入等渗溶液中 水分子不会进 ( )转运蛋白分为通道蛋白和载体蛋白ꎮ 载体蛋白只
１ ①
１. ꎬ
容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过ꎬ且每次
出细胞膜
ꎮ ( )
转运时都会改变自身构象ꎮ 通道蛋白只容许与自身
细胞膜可以看作半透膜 半透膜就是一种选 ②
２. ꎬ
通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子
择透过性膜
ꎮ ( ) 或离子通过ꎮ 分子或离子通过通道蛋白时ꎬ不需要与
植物细胞的原生质层包括细胞膜 液泡膜以
３. 、 通道蛋白结合ꎮ 通道蛋白运输物质的方式为协助
及两者之间的细胞质
ꎮ ( ) 扩散ꎮ
１ 将细胞放在等渗溶液中 水分子进出
.✕ ꎬ
细胞膜达到动态平衡 ２ 半透膜没有选择透
ꎮ .✕
过性 ３
ꎮ .√
考点 二 物质进出细胞的方式
( )主动运输的意义是能选择吸收所需要的物质ꎬ排出
一、物质进出细胞的方式 ２
代谢废物和对细胞有害的物质ꎬ从而保证细胞和个体生
命活动的需要ꎮ
二、物质跨膜运输的影响因素
自由扩散 协助扩散 协助扩散
考点训练(请判断下列说法是否正确)
物质出入细胞的方式中 需要消耗能量的一
１. ꎬ
定是主动运输
ꎮ ( )
主动运输 胞吞 胞吐
主动运输使膜内外物质浓度趋于一致 维持
２. ꎬ
了细胞的正常代谢
ꎮ ( )
同一种物质进出不同细胞时 运输方式相同
３. ꎬ ꎮ
( )
１ 需要消耗能量的运输方式包括主动
.✕
运输 胞吞 胞吐 ２ 主动运输会维持 而非减
、 、 ꎮ .✕ (
小 膜两侧物质的浓度差 ３ 同一种物质进出
) ꎮ .✕
不同细胞时 运输方式可能不同 如葡萄糖进入小肠
ꎬ ꎬ
5
年 上皮细胞时是主动运输 进入哺乳动物成熟红细胞时
ꎬ
高
考 是协助扩散
ꎮ
3
年
模
拟
A
版
高
考
生
物
１２
综合篇
提升 一 探究植物细胞的吸水和失水 生质壁分离 当外界溶液浓度小于细胞液浓
)ꎻ
度时 细胞吸水 可发生质壁分离复原
1.
实验原理 ꎬ ( )ꎮ
6.
植物质壁分离及复原的应用
判断成熟植物细胞是否有生物活性
１)
2.
实验材料：常用紫色洋葱鳞片叶外表皮
ꎮ
3.
发生质壁分离需具备的条件：活的 前提条
(
件 成熟 具有中央液泡 植物细胞 具有细
) ( ) ( 测定细胞液浓度范围
胞壁 ２)
)ꎮ
疑难突破
思考 洋葱鳞片叶内表皮细胞是否可用于本实验? 若
可以ꎬ应如何操作?
提示 洋葱鳞片叶内表皮细胞有中央液泡ꎬ可用于本实
比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
３)
验ꎬ实际操作中可以用与细胞液有颜色区分的外界溶液
(如红墨水)浸泡洋葱鳞片叶内表皮细胞ꎬ或提前使用适
宜染色剂对洋葱鳞片叶内表皮活细胞进行染色ꎬ以便观
察实验现象ꎮ
比较未知浓度溶液的浓度大小
4.
实验步骤及现象 ４)
注 也可通过同一植株的相同成熟细胞在不同未知浓
:
度的溶液中发生质壁分离所需时间长短来判断 时间
ꎬ
越短 未知溶液浓度越大
ꎬ ꎮ
例 科研人员将 、 两种植物的成熟叶片置
Ａ Ｂ
于不同浓度的蔗糖溶液中ꎬ培养相同时间后检
测其质量变化ꎬ结果如图所示ꎮ 种溶液浓度
疑难突破 ５
的大小关系为 ꎬ
( )蔗糖溶液浓度不能过高ꎬ过高会导致细胞失水过多
１
细胞液浓度 (填“ ”“ ”或“ ”)
而死亡ꎬ不能发生质壁分离ꎻ蔗糖溶液浓度也不能过低ꎬ
Ａ > ＝ <
专
低于细胞液浓度则细胞吸水ꎬ不能发生质壁分离ꎮ 细胞液浓度ꎮ 题
Ｂ 三
( )本实验中ꎬ实验组和对照组在同一装片上先后进行ꎬ
２ 细
属于自身对照ꎮ 胞
的
物
5. 实验分析和结论：活的成熟植物细胞能与外 质
输
入
界溶液构成渗透系统 发生渗透作用 当外
和
ꎬ ꎮ
输
界溶液浓度大于细胞液浓度时 细胞失水 发 出
ꎬ (
１３
解题导引 分析 植物ꎬ将其置于丙溶液中细 2. 根据物理模型判断物质运输方式
Ｂ
胞吸水最多ꎬ其次是戊溶液ꎻ甲溶液中 植物
Ｂ
细胞既不吸水也不失水ꎬ说明甲溶液与 植物
Ｂ
细胞液浓度相等ꎻ乙、丁溶液中 植物细胞失
Ｂ
水ꎬ则乙、丁溶液浓度大于 植物细胞液浓度ꎬ
Ｂ
且乙溶液中细胞失水最多ꎬ则乙溶液的浓度最
大ꎻ因此 种蔗糖溶液浓度的大小关系为丙
５ <
戊 甲 丁 乙ꎮ 以丁溶液为例ꎬ处于丁中的
< < < Ａ
植物失水量多于 植物ꎬ因此两种植物细胞液
Ｂ
浓度的大小关系为 ꎮ
Ａ<Ｂ
答案 丙 戊 甲 丁 乙
< < < < <
鉴别不同种类的溶液 以一定浓度的
５) ( ＫＮＯ３
溶液和蔗糖溶液为例
)
易混易错
( )某些小分子物质也能以胞吐的形式排出细胞ꎬ如
１
神经递质ꎮ ( )被动运输和主动运输都体现了细胞膜
２
的选择透过性ꎮ ( )胞吞、胞吐可体现细胞膜的流
３
动性ꎮ
疑难突破
3.
思考 将成熟植物细胞置于适宜浓度的 溶液中ꎬ 根据数学模型判断物质运输方式（在一定范
ＫＮＯ３
为什么会发生质壁分离后自动复原? 围内）
提示 溶液中的 ＋和 －可通过主动运输进入
ＫＮＯ３ Ｋ ＮＯ３
细胞液ꎬ使细胞液浓度升高ꎬ细胞吸水而发生质壁分离
后自动复原现象ꎮ
甲 乙
提升 二 物质进出细胞方式的判断
1.
熟记法直接判断物质运输方式
类型 实例
自由 、 和甘油、脂肪酸、性激素、乙醇等脂溶 丙 丁
Ｏ２ ＣＯ２
扩散 性小分子、水(不通过水通道蛋白) 若横坐标为物质浓度 通常运输速率有饱和
１) ꎬ
哺乳动物成熟的红细胞吸收葡萄糖ꎻ水分子通 点的曲线表示协助扩散或主动运输 如图
5 协助 ꎬ
年 过水通道蛋白运输ꎻ ＋和 ＋通过通道蛋白 乙 运输速率无饱和点的表示自由扩散 如
高 扩散 Ｎａ Ｋ ꎻ ꎬ
考 运输
图甲
3
ꎮ
年
小肠上皮细胞等逆浓度梯度吸收无机盐离子 若横坐标为 浓度 运输速率与 浓度有
模
拟
主动 ２) Ｏ２ ꎬ Ｏ２
及氨基酸、葡萄糖等小分子ꎻ ＋ ＋泵运输 关且有饱和点的可表示主动运输 如图丁
A 运输 Ｎａ －Ｋ ꎬ ꎻ
版 Ｎａ ＋和 Ｋ ＋ 运输速率与 浓度无关的一般表示被动运
Ｏ２
高 胞吞、 分泌蛋白(如抗体)的分泌、吞噬细胞吞噬抗 输 如图丙
考
ꎬ ꎮ
生 胞吐 原、神经递质出细胞
物 点后的限制因素 图乙为转运蛋白的数量
３)Ｐ :
１４
及能量有限 主动运输 或转运蛋白数量有限 图丁中 点所需能量可由无氧呼吸供应
( ) Ｑ ꎮ
协助扩散 图丁为转运蛋白的数量有限
( )ꎻ ꎮ
专
题
三
细
胞
的
物
质
输
入
和
输
出
１５
创新篇
创新 一 离子泵 从结构与功能的角度思考 乌本苷为什么
(４) ꎬ
例1 ＋ ＋泵又称 ＋ ＋ 位于动 能作为 Ｎａ ＋ －Ｋ ＋泵的抑制剂 ?
Ｎａ －Ｋ Ｎａ －Ｋ ＡＴＰａｓｅꎬ
解题思路
物细胞的细胞膜上 其结构如图 所示 其转
ꎬ Ａ ꎬ
( )由 可知ꎬ水分子通过水通道蛋白顺浓度
运机制如图 所示 动物细胞内含有多种溶 １ ①
Ｂ ꎮ
梯度运输ꎬ属于协助扩散ꎮ
质 如果没有 ＋ ＋泵将 ＋泵出细胞 那么
ꎬ Ｎａ －Ｋ Ｎａ ꎬ
( )由图 可知ꎬ ＋ 和 ＋ 均逆浓度梯度通过
水分子将因渗透压而顺浓度梯度通过水通道 ２ Ｂ Ｎａ Ｋ
载体蛋白(
＋ ＋
泵)进行跨膜运输ꎬ且此过
蛋白 ① 大量进入细胞 引起细胞吸水膨胀 人 Ｎａ －Ｋ
ꎬ ꎮ
程需要消耗 ꎬ因此
＋ ＋
泵参与的运输
的红细胞膜上含有丰富的水通道蛋白 如果用 ＡＴＰ Ｎａ －Ｋ
ꎬ
方式是主动运输ꎮ
＋ ＋泵的抑制剂乌本苷对其进行处理 红细
Ｎａ －Ｋ ꎬ
( )如果抑制 ＋ ＋ 泵的活性ꎬ会使胞外 ＋
胞将吸收大量水分子 ３ Ｎａ －Ｋ Ｎａ
ꎮ
浓度降低ꎬ则水分子会通过水通道蛋白等顺浓
度梯度进入红细胞ꎬ红细胞会因不断吸水而发
生膨胀ꎬ甚至破裂ꎮ
( )由图 可知ꎬ载体蛋白上 ＋ 和乌本苷的结
４ Ａ Ｋ
合位点相同ꎬ乌本苷会与
＋
竞争结合位点ꎬ导
Ｋ
致
＋
无法正常进入细胞ꎬ所以乌本苷可作为
Ｋ
图
Ａ ＋ ＋
泵的抑制剂ꎮ
Ｎａ －Ｋ
创新 二 协同转运蛋白的运输机制
例2 协同转运蛋白包括同向协同转运蛋白
和反向协同转运蛋白 这两类转运蛋白使一
ꎮ
种离子或分子逆浓度梯度的转运与另一种或
多种其他溶质顺电化学梯度或浓度梯度的转
图 运偶连起来 协同转运蛋白所利用的能量储
Ｂ
ꎮ
基础设问 存在其中一种溶质的电化学梯度中
ꎮ
水分子通过水通道蛋白进入细胞的运输方 在动物细胞膜上 ＋是常用的协同转运
(１) ꎬＮａ
式属于哪一种 离子 它的电化学梯度为另一种分子 如葡萄
? ꎬ (
＋ ＋泵参与的运输方式属于哪一种 糖 的主动运输提供了驱动力 如图为小肠上
(２)Ｎａ －Ｋ ? ) ꎮ
创新设问 皮细胞吸收并运输葡萄糖的示意图
ꎮ
如果 ＋ ＋泵活性被抑制 红细胞会出现
(３) Ｎａ －Ｋ ꎬ
什么现象
?
白 的协助、不消耗能量的协助扩散ꎻ
＋
运出
Ｓ Ｎａ
细胞为由低浓度到高浓度、需要
＋ ＋
泵的
Ｎａ －Ｋ
协助、消耗 的主动运输ꎮ
ＡＴＰ
( )蛋白 为 ＋ 驱动的葡萄糖同向协同转运
４ Ｓ Ｎａ
蛋白ꎬ葡萄糖借助蛋白 并且利用蕴藏在
＋
Ｓ Ｎａ
电化学梯度中的能量进入小肠上皮细胞ꎬ而
的电化学梯度需要 消耗 进行主动
＋ ＋
Ｎａ Ｎａ ＡＴＰ
运输来维持ꎬ因此葡萄糖进入细胞需 间接
ＡＴＰ
供能(而非直接供能)ꎮ
知识拓展
主动运输的能量来源分为 直接供能
基础设问 ＡＴＰ 、
间接供能和光驱动 如图所示
＋ ＋泵能降低化学反应的活化能吗 ＡＴＰ ꎬ ꎮ
(１)Ｎａ －Ｋ ?
D
低温会影响葡萄糖运出细胞吗 O"
(２) ? "51 D;+ 6
该细胞吸收与运出 ＋的跨膜运输方式均 O" 1
*
(３) Ｎａ
为主动运输吗 6
?
创新设问 P
1J 2
葡萄糖进入该细胞需要蛋白 协助 该过
(４) Ｓ ꎬ "51"%1 1J
程直接消耗 水解释放的能量吗
ＡＴＰ ? 驱动泵既可转运物质 又可催化
(１)ＡＴＰ ꎬ ＡＴＰ
解题思路
水解供能
( )由图可知ꎬ ＋ ＋ 泵既能运输 ＋、 ＋ꎬ也 ꎮ
１ Ｎａ －Ｋ Ｎａ Ｋ 协同转运蛋白介导物质 跨膜运输时所需
能作为酶催化 的水解ꎬ故其可降低化学反 (２) Ｐ
ＡＴＰ 要的能量来自同时顺浓度梯度运输的物质
应的活化能ꎮ Ｑ
的电化学梯度 物质 需要消耗 先进行
( )葡萄糖运出细胞需要蛋白 的协助ꎬ为高 ꎮ Ｑ ＡＴＰ
２ Ｇ 逆浓度梯度运输形成电化学梯度 故物质
浓度到低浓度的协助扩散ꎬ低温会影响分子的 ꎮ Ｐ
跨膜运输由 间接供能
运动ꎬ进而影响葡萄糖运出细胞ꎻ此外ꎬ低温也 ＡＴＰ ꎮ
光合自养型细菌可将光能转化为自身生命
会影响 ＋、 ＋ 进出细胞ꎬ不利于葡萄糖浓度梯 (３)
Ｎａ Ｋ 活动可以利用的能量 能利用光能驱动物质运
度的建立和维持ꎬ进而影响葡萄糖运出细胞ꎮ ꎬ
输的细菌为光合自养型的细菌
( ) ＋ 进入细胞为由高浓度到低浓度、需要蛋 ꎮ
３ Ｎａ
5
年
高
考
3
年
模
拟
A
版
高
考
生
物
１６
