資源簡介

第四章
細胞的物質輸入和輸出
第一節
被動運輸
一、學習目標\教學目標
1.了解細胞吸水和失水的條件。
2.說明兩種被動運輸方式的異同。
二、教學重難點
1.教學重點
（1）被動運輸的原理和特點。
（2）探究植物細胞的吸水和失水。
2.教學難點
（1）探究植物細胞的吸水和失水。
（2）轉運蛋白的種類和作用。
三、教學方法
講授、演示、視頻播放、小組討論。
四、教學過程
【新課導入：情景設置，導入新課】
觀看視頻《滲透作用》，通過熱點問題激發學生的學習興趣。
【新課講授】
小組討論，問題探究：通過問題探究，分析、推理，培養學生的邏輯推理和想象力，調動學生的積極性和主動性。
在一個長頸漏斗的漏斗口外密封上一層玻璃紙，往漏斗內注入蔗糖溶液，然后將漏斗浸入盛有清水的燒杯中，使漏斗管內外的液面高度相等。過一段時間后，會出現如右圖所示現象。玻璃紙是一種半透膜，水分子可以自由透過它，而蔗糖分子則不能。
1.漏斗內的液面為什么會升高？如果漏斗管足夠長，管內的液面會無限升高嗎？為什么？
提示：單位時間內進入漏斗的水分子數量多于從漏斗滲出的水分子數量，漏斗內溶液體積增大，液面上升。
不會，當管內的液面上升到一定高度之后，管中的水柱產生的壓力將加快漏斗中水分向外擴散的速度，最終達到平衡，液面將不再上升。
2.如果用用一層紗布代替玻璃紙，漏斗管的液面還會升高嗎？
提示：不會；紗布孔隙大，蔗糖分子可自由通過。
滲透作用條件一
：半透膜
3.如果燒杯中不是清水，而是同樣濃度的蔗糖溶液，液面高度如何變化？
提示：液面不會升高，膜兩側濃度相同，水分子進出平衡。
滲透作用條件二：濃度差
知識點梳理：
相對含量：水在單位體積溶液中含量的多少，一般用____相對含量的高低___來表示
濃度：其他物質（溶質），一般用__濃度的高低__來表示。
滲透作用：指水分子等溶劑分子透過___半透膜____，從相對含量多的地方向相對含量少的地方（__低濃度溶液向高濃度溶液___）的擴散。
一、水進出細胞的原理
提問：水分子通過細胞膜進出細胞也是同樣的原理嗎 細胞膜是否相當于一層半透膜呢 （案例：紅細胞吸水）為什么？
學生：滲透作用（半透膜、半透膜兩側具有濃度差）。
提問：紅細胞吸水或失水取決于什么條件？
學生：半透膜（細胞膜）；半透膜兩側具有濃度差（細胞液與細胞外鹽水濃度差）。
小組討論，問題探究
1.紅細胞內的血紅蛋白等有機物能夠透過細胞膜嗎？這些有機物相當于“問題探討”所示裝置中的什么物質？
提示：紅細胞中的有機物有的能通過細胞膜，有的不能。血紅蛋白是有機大分子物質，不能透過細胞膜，它相當于“問題探討”中的蔗糖分子。
2.紅細胞的細胞膜是否相當于一層半透膜？
提示：是。但細胞膜具有生命活性，物質通過細胞膜的方式不只是簡單擴散。
3.當外界溶液溶質的濃度低時，紅細胞一定會由于吸水而漲破嗎？
提示：不一定。因為紅細胞吸水膨脹后細胞內液濃度也會下降，如果外界溶液濃度不是很低，有可能細胞內液濃度下降后與外界溶液的濃度達到平衡，此時，紅細胞將不再吸水。
4.紅細胞吸水或失水取決于什么條件？
提示：取決于紅細胞內外溶液的濃度差，一般情況下，濃度差越大時，細胞吸水或失水越多。
5.想一想臨床上輸液為什么要用生理鹽水。
提示：因為生理鹽水的濃度與血漿的濃度基本一致，血細胞不會因為過度吸水或失水而出現形態和功能上的異常。
提問：水是如何通過植物細胞的？
展示滲透裝置和植物細胞結構模式圖，對植物細胞與滲透裝置進行比較，引導學生填寫空白處內容。
水分進出植物細胞經過細胞壁、____原生質層_____（細胞膜、細胞質、液泡膜）進出細胞，主要是指水經過______原生質層_____進出液泡。
播放視頻《探究植物細胞的吸水和失水》幫助學生理解實驗的過程和實驗現象的分析。
實驗現象（圖解分析）
液泡大小
液泡顏色
原生質層的位置
細胞大小
0.3
g/ml
蔗糖溶液
清水
小組討論，問題探究：
1.質壁分離復原的“質”與“壁”分別指什么嗎？
提示：“質”指原生質層，“壁”指細胞壁
2.植物細胞發生質壁分離的內因和外因是什么？
提示：外因——外界溶液濃度大于細胞液濃度；內因——由于原生質層比細胞壁的伸縮性大。
3.在質壁分離及復原的過程中，細胞液濃度的變化趨勢如何？
提示：質壁分離——細胞液濃度變大；復原——細胞液濃度變小
4.要觀察細胞發生質壁分離和復原，對材料有哪些要求？
提示：有細胞壁（植物細胞）；有中央大液泡（顏色為深色）；活細胞（原生質層相當于半透膜）。注：根尖分生區等處在發育過程的植物細胞以及動物細胞不能發生質壁分離。
5.實驗中共涉及三次顯微鏡觀察，其中第一次觀察的目的是什么？
提示：觀察正常洋蔥鱗片葉外表皮細胞的狀態，以便與處理后的細胞狀態形成對照。
6.如果沒有細胞壁，實驗結果會有什么不同？
提示：不會發生質壁分離現象，只發生滲透作用，像動物細胞一樣的吸水漲破或失水皺縮。
7.如果滴加的是0.5
g/ml的蔗糖溶液，實驗結果會有什么不同？
提示：細胞過度失水，失去活性，質壁分離后不能發生質壁分離復原
8.植物細胞的質壁分離及復原實驗有哪些作用？
提示：質壁分離及復原實驗可以測定細胞液的濃度范圍；判斷細胞的死活；觀察植物細胞的細胞膜。
知識點梳理：
1.植物細胞發生質壁分離的條件：
提示：（1）細胞是活的；（2）細胞有大液泡；（3）細胞外溶液的濃度大于細胞液濃度。
2.質壁分離產生的原因
提示：內因——原生質層伸縮性大于細胞壁伸縮性；外因——外界溶液濃度大于細胞液濃度。當外界溶液濃度大于細胞液濃度時，細胞失水，原生質層比細胞壁的伸縮性大，發生質壁分離。當外界溶液濃度小于細胞液濃度時，細胞吸水，發生質壁分離復原。
二、被動運輸——自由擴散和協助擴散
視頻播放《被動運輸》，通過視頻初步了解被動運輸的原理、分類及過程，歸納被動運輸的特點。
像水分子這樣，物質以___擴散方式______進出細胞，_____不需要____消耗細胞內化學反應所釋放的_____能量________，這種物質跨膜運輸方式稱為____被動運輸______。被動運輸分為_____自由擴散_______和_____協助擴散_______兩類。
1.自由擴散：
物質通過簡單的______擴散作用________進出細胞，叫做自由擴散，也叫簡單擴散。
知識點梳理：
（1）運輸方向：高濃度向低濃度。
（2）特點：不需要載體，不需要能量。
（3）實例：氣體分子；甘油、乙醇、苯等脂溶性物質。
（4）影響自由擴散的因素：濃度差。
2.協助擴散
借助膜上的_____轉運蛋白_______進出細胞的物質擴散方式叫做協助擴散，也叫易化擴散。
知識點梳理：
（1）運輸方向：高濃度到低濃度。
（2）特點：需膜上轉運蛋白的協助，不需要能量。
（3）實例：紅細胞吸收葡萄糖。
（4）影響協助擴散的因素：濃度差和轉運蛋白數量。
小組討論，問題探究
提問：觀察圖1、2，你能發現什么
資料1：問題探究
1988年，美國科學家阿格雷在分離純化多種紅細胞膜上的蛋白質時，發現了個疏水性跨膜蛋白（命名為“AQP1”），他將含有AQP1蛋白和不含有此蛋白的細胞進行了對比實驗，將這2種細胞放在同一水溶液中，結果如圖。
阿格雷的“水通道驗證實驗”發現了什么？說明了水分子在細胞的運輸還存在怎樣的方式？
資料2
為了進一步驗證，科研人員將AQP1導入脂質體中進行重組脂質體實驗，結果發現，重組脂質體對水的轉運活性比普通脂質體高出了10倍。
（脂質體是人工制備的脂雙層的球形脂質小囊。人們利用脂質體為研究模型，將分離純化的膜蛋白重新組裝到脂質體上，形成只含有一種蛋白質的磷脂小泡，用于研究各種膜蛋白的性質和功能）
從重組脂質體實驗，你還能對細胞中水的運輸方式或特點做出什么猜測嗎？
資料3
正常成年人每天產生的原尿約為180
L，最終只有約1.5
L的尿液排出。其他的水去哪了？
被腎小管細胞吸收進入血液了。該過程需要水分子大量、快速通過細胞膜進入腎臟細胞，自由擴散的運輸速率遠不能滿足生命活動的需要，而協助擴散能提高水的轉運速率。
資料4
人胱氨酸尿癥病理分析
正常人尿液形成的過程中，腎小管上皮細胞能從原尿中重新吸收胱氨酸而使之進入血液。胱氨酸尿癥患者的腎臟細胞不能將胱氨酸和半胱氨酸轉運到血液，從而導致這些氨基酸在腎臟中積累并形成結石。研究發現，患者的腎臟細胞中有一種蛋白質發生了遺傳性缺陷。
為什么患者不能吸收胱氨酸？由此可知胱氨酸進入腎臟細胞需要什么條件？
【課堂練習】
1.探究植物細胞的吸水和失水實驗不可以說明或證明的是（　
）
A.植物細胞的死活
B.細胞壁的主要成分是纖維素
C.原生質層的伸縮性比細胞壁的伸縮性大
D.原生質層相當于半透膜
提示：待測細胞若能發生質壁分離和復原，說明細胞是活細胞，A正確；植物細胞的吸水和失水不能證明細胞壁的成分，B錯誤；成熟的植物細胞能發生質壁分離，說明原生質層的伸縮性比細胞壁的伸縮性大，C正確；原生質層包括細胞膜、液泡膜以及兩層膜之間的細胞質，具有選擇透過性，相當于半透膜，可實現植物細胞的質壁分離和復原，D正確。
2.下列關于自由擴散和協助擴散的敘述，正確的是（　
）
①都不消耗能量?、诙疾恍枰D運蛋白　③自由擴散只能順濃度梯度運輸，而協助擴散既可以順濃度梯度也可以逆濃度梯度運輸　④都是被動運輸?、萜咸烟怯袝r可以通過協助擴散順濃度梯度運輸
A.①②④　　
B.①③④　　
C.①④⑤　
　D.①②
C　自由擴散和協助擴散都不消耗能量，都屬于被動運輸，①④正確；自由擴散不需要轉運蛋白協助，協助擴散需要轉運蛋白協助，②錯誤；自由擴散和協助擴散都是順濃度梯度運輸的，③錯誤；葡萄糖有時可以通過協助擴散順濃度梯度運輸，例如人體成熟紅細胞吸收葡萄糖，⑤正確，故選C。
3.甲、乙兩種物質分別依賴協助擴散和自由擴散進入細胞，若用蛋白質變性劑（使蛋白質空間結構被破壞）處理細胞膜，其他條件不變，則（
?。?br/>A.甲的運輸被促進　　
B.甲的運輸被抑制
C.乙的運輸被促進　　
D.乙的運輸被抑制
提示：水分子可以較快通過水通道蛋白出入細胞，而甘油分子難以通過水通道蛋白出入細胞，說明水通道蛋白對物質具有選擇性，A正確。水分子不需要水通道蛋白協助的跨膜運輸方式為自由擴散；水分子需要水通道蛋白協助、不需要消耗能量的跨膜運輸方式為協助擴散，由此可知，一種物質可能有多種跨膜運輸方式，B正確。水分子可以較快通過水通道蛋白出入細胞且不需要消耗能量，C錯誤。蛋白質的功能與結構相適應，則水通道蛋白結構改變后功能也可能發生改變，D正確。
五、板書設計
第一節
被動運輸
一、水進出細胞的原理
1.滲透作用裝置原理
2.紅細胞滲透作用吸水和失水
3.植物細胞滲透作用吸水和失水
二、被動運輸——自由擴散和協助擴散
1.概念
2.自由擴散
3.協助擴散

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