資源簡介

物質(zhì)出入細(xì)胞的方式
考點一：細(xì)胞的吸水和失水
1. 滲透作用：
（1）含義：水分子（或其他溶劑分子）通過半透膜的擴(kuò)散。
（2）方向：從水相對含量高的一側(cè)向相對含量低的一側(cè)滲透。
（3）滲透現(xiàn)象：
2. 水進(jìn)出動物細(xì)胞（以哺乳動物紅細(xì)胞為例）
（1）動物細(xì)胞所形成的“滲透裝置”
半透膜：細(xì)胞膜。
濃度差：細(xì)胞質(zhì)與外界溶液之間的濃度差。
（2）現(xiàn)象
當(dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞質(zhì)的濃度時，細(xì)胞失水。
當(dāng)外界溶液濃度等于細(xì)胞質(zhì)的濃度時，水分子進(jìn)出平衡。
當(dāng)外界溶液濃度小于細(xì)胞質(zhì)的濃度時，細(xì)胞吸水。
水進(jìn)出植物細(xì)胞（以成熟植物細(xì)胞為例）
（1）半透膜（原生質(zhì)層）：細(xì)胞膜、液泡膜以及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)。
（2）濃度差：細(xì)胞液與外界溶液之間的濃度差。
外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度時，發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。
外界溶液濃度小于細(xì)胞液濃度時，發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象。
※半透膜、選擇透過性膜以及生物膜的區(qū)別：
概念范疇 特點
半透膜 物理學(xué)上的概念 物質(zhì)能否通過半透膜取決于半透膜孔隙直徑的大小
選擇透過性膜 生物學(xué)上的概念 具有生物活性，即使是小分子，只要不是細(xì)胞選擇吸收的，也不能通過。選擇透過性膜可以看成是功能完善的一類半透膜
生物膜 活的生物膜屬于選擇透過性膜。當(dāng)細(xì)胞死亡后，細(xì)胞膜等生物膜變?yōu)槿感?br/>植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原：
（1）實驗原理：成熟的植物細(xì)胞的原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜，細(xì)胞液具有一定的濃度，能夠滲透失水和吸水。
（2）實驗步驟及現(xiàn)象：
制作裝片：制作洋蔥鱗片葉外表皮的臨時裝片。
低倍鏡觀察：有一個紫色的中央大液泡，原生質(zhì)層緊貼細(xì)胞壁。
滴加蔗糖溶液：在蓋玻片的一側(cè)滴加蔗糖溶液，在另一側(cè)用吸水紙吸引。
低倍鏡觀察：觀察液泡大小和原生質(zhì)層的位置。
滴加清水：在蓋玻片的一側(cè)滴加清水，在另一側(cè)用吸水紙吸引。
低倍鏡觀察：觀察液泡大小和原生質(zhì)層的位置。
（3）發(fā)生質(zhì)壁分離的原因
外因：外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度。
內(nèi)因：原生質(zhì)層比細(xì)胞壁的伸縮性大。
對滲透現(xiàn)象的解釋：
如圖為研究滲透作用的實驗裝置，漏斗內(nèi)溶液（S1）和漏斗外溶液（S2）為兩種不同濃度的蔗糖溶液，漏斗內(nèi)外起始液面一致。滲透平衡時液面差為△h。
（1）漏斗內(nèi)液面上升的原因：S1溶液濃度大于S2溶液濃度，單位時間內(nèi)由S2溶液進(jìn)入S1溶液的水分子數(shù)多于由S1溶液進(jìn)入S2溶液的水分子數(shù)，導(dǎo)致S1溶液增多，漏斗內(nèi)液面上升。即水分子從水的相對含量高的一側(cè)向相對含量低的
一側(cè)滲透。
漏斗內(nèi)液面停止升高的原因：隨著液面差△h不斷增大，漏斗內(nèi)液體壓強(qiáng)不斷增大，使水分子流出漏斗的速度加快，同時半透膜兩側(cè)溶液的濃度差不斷減小，使水分子流入漏斗的速度減慢，最終導(dǎo)致水分子進(jìn)出漏斗的運動達(dá)到平衡，漏斗內(nèi)液面停止升高。
判斷細(xì)胞能否發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原：
從細(xì)胞角度分析：活的、有大液泡和細(xì)胞壁的細(xì)胞能發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象，而死細(xì)胞或動物細(xì)胞不能發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象。
※成熟且有中央大液泡的植物細(xì)胞更容易發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象，未成熟的植物細(xì)胞因沒有大液泡而不能發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，例如根尖分生區(qū)細(xì)胞。
（2）從溶液角度分析：細(xì)胞放人能保持細(xì)胞活性且與細(xì)胞液存在濃度差但溶質(zhì)不能被細(xì)胞吸收的溶液中，只能發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象；細(xì)胞放入能保持細(xì)胞活性、與細(xì)胞液存在濃度差且溶質(zhì)能被細(xì)胞吸收的溶液中，則能發(fā)生質(zhì)壁分離及自動復(fù)原，例如溶質(zhì)為葡萄糖、KNO3、尿素、乙二醇等的溶液。
※溶液濃度過高會導(dǎo)致細(xì)胞因失水過多而死亡，不能發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原；鹽酸、酒精、醋酸等能殺死細(xì)胞，使原生質(zhì)層失去選擇透過性，不能作為探究植物細(xì)胞吸水與失水實驗的溶液。
例題1：紅細(xì)胞在高滲NaCl溶液（濃度高于生理鹽水）中體積縮小，在低滲NaCl溶液（濃度低于生理鹽水）中體積增大。下列有關(guān)該滲透作用機(jī)制的敘述，正確的是（ ）
A.細(xì)胞膜對Na＋和Cl﹣的通透性遠(yuǎn)高于水分子，水分子從低滲溶液擴(kuò)散至高滲溶
B.細(xì)胞膜對水分子的通透性遠(yuǎn)高于Na＋和Cl﹣，水分子從低滲溶液擴(kuò)散至高滲溶液
C.細(xì)胞膜對Na＋和Cl﹣的通透性遠(yuǎn)高于水分子，Na＋和Cl﹣從高滲溶液擴(kuò)散至低滲溶液
D.細(xì)胞膜對水分子的通透性遠(yuǎn)高于Na＋和Cl﹣，Na＋和Cl﹣從高滲溶液擴(kuò)散至低滲溶液
【答案】B
【解析】由于Na＋和Cl﹣進(jìn)出細(xì)胞需要載體協(xié)助，而水分子主要通過水通道蛋白進(jìn)出細(xì)胞，所以細(xì)胞膜對水分子的通透性高于Na＋和Cl﹣。又因為滲透作用是指水分子等溶劑分子由低濃度的溶液向高濃度的溶液擴(kuò)散，所以水分子從低滲溶液擴(kuò)散至高滲溶液，B正確。
例題2：質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復(fù)原是某些生物細(xì)胞響應(yīng)外界水分變化而發(fā)生的滲透調(diào)節(jié)過程。下列敘述錯誤的是（ ）
A.施肥過多引起的“燒苗”現(xiàn)象與質(zhì)壁分離有關(guān)
B.質(zhì)壁分離過程中，細(xì)胞膜可局部或全部脫離細(xì)胞壁
C.質(zhì)壁分離復(fù)原過程中，細(xì)胞的吸水能力逐漸降低
D.1 mol/L NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液的滲透壓大小相等
【答案】D
【解析】施肥過多，土壤中的溶液滲透壓增大，植物根細(xì)胞失水發(fā)生質(zhì)壁分離而造成植株萎蔫的“燒苗”現(xiàn)象，A正確；質(zhì)壁分離過程中，由于原生質(zhì)體體積逐漸縮小，會導(dǎo)致細(xì)胞膜局部或全部脫離細(xì)胞壁，B正確；質(zhì)壁分離復(fù)原過程中，隨著細(xì)胞吸水，細(xì)胞液滲透壓逐漸下降，吸水能力逐漸降低，C正確；溶液滲透壓的大小取決于單位體積溶液中溶質(zhì)微粒的數(shù)目，溶質(zhì)微粒越多，即溶液濃度越高，對水的吸引力越大，1mol/L的NaCI溶液中，NaCl電離出的離子濃度為2mol/L，
而1 mol/L的蔗糖溶液中，蔗糖分子幾乎不電離，即蔗糖分子濃度為l mol/L，比較它們?nèi)苜|(zhì)微粒數(shù)就可以判斷出l mol/L的NaCl溶液滲透壓更大，D錯誤。
考點二：物質(zhì)出入細(xì)胞的方式
一、自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散
1. 概念：物質(zhì)以擴(kuò)散方式進(jìn)出細(xì)胞，不需要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量，這種物質(zhì)跨膜運輸方式稱為被動運輸。
2. 類型：
（1）自由擴(kuò)散：
概念：物質(zhì)通過簡單的擴(kuò)散作用進(jìn)出細(xì)胞。
特點：順濃度梯度；不需要載體；不需要能量。
舉例：氣體、脂質(zhì)小分子等。
（2）協(xié)助擴(kuò)散：
概念：借助膜上的轉(zhuǎn)運蛋白進(jìn)出細(xì)胞的物質(zhì)擴(kuò)散方式。
特點：順濃度梯度；需要載體；不需要能量。
舉例：鉀離子通過通道蛋白進(jìn)出細(xì)胞。
影響因素：
（1）被動運輸?shù)乃俾手苯邮苣?nèi)外物質(zhì)濃度梯度大小的影響。
（2）協(xié)助擴(kuò)散的速率還與轉(zhuǎn)運蛋白的數(shù)量有關(guān)。
4. 轉(zhuǎn)運蛋白：
（1）分類：載體蛋白和通道蛋白。
（2）特點：具有特異性。
載體蛋白：只容許與自身結(jié)合部位相適應(yīng)的分子或離子通過，且每次轉(zhuǎn)運時都會發(fā)生自身構(gòu)象的改變。
通道蛋白：只容許與自身通道的直徑和形狀相適配，大小和電荷相適宜的分子或離子通過。分子或離子不需要與通道蛋白結(jié)合。
（3）實例
水分子的運輸更多的是借助細(xì)胞膜上的水通道蛋白以協(xié)助擴(kuò)散方式進(jìn)出細(xì)胞。還可以以自由擴(kuò)散方式進(jìn)出細(xì)胞。
細(xì)胞膜上還存在一些無機(jī)鹽離子的通道蛋白。（例如：Na＋通道、K＋通道）
二、主動運輸
1. 概念：物質(zhì)逆濃度梯度進(jìn)行跨膜運輸，需要載體蛋白的協(xié)助，同時還需要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量，這種方式叫做主動運輸。
2. 過程：
（1）K＋、Na＋和Ca2＋等離子和其他物質(zhì)在逆濃度梯度跨膜運輸時，首先與載體蛋白的特定部位結(jié)合，一種載體蛋白通常只與一種或一類離子或分子結(jié)合。
（2）離子或分子與載體蛋白結(jié)合后，在細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)釋放的能量推動下，載體蛋白的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，就將它所結(jié)合的離子或分子從細(xì)胞膜一側(cè)轉(zhuǎn)運到另一側(cè)并釋放出來。
（3）載體蛋白隨后又恢復(fù)原狀，又可以去轉(zhuǎn)運同種物質(zhì)的其他離子或分子。
3. 特點：
（1）逆濃度梯度運輸。
（2）需要能量。
（3）需要載體蛋白的協(xié)助。
4. 實例：小腸絨毛上皮細(xì)胞對Na＋、K＋、葡萄糖、氨基酸等的吸收。
5. 生理意義：通過主動運輸來選擇吸收所需要的物質(zhì)，排出代謝廢物和對細(xì)胞有害的物質(zhì)，從而保證活細(xì)胞和個體生命活動的需要。
6. 影響因素：
（1）細(xì)胞外物質(zhì)。
（2）濃度。
（3）載體蛋白。
（4）能量
三、胞吞與胞吐
1. 胞吞和胞吐的定義：
（1）胞吞：大分子與膜上的蛋白質(zhì)結(jié)合，從而引起這部分細(xì)胞膜內(nèi)陷形成小囊，包圍著大分子。然后小囊從細(xì)胞膜上分離下來，形成囊泡，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。
（2）胞吐：細(xì)胞需要外排的大分子，先在細(xì)胞內(nèi)形成囊泡，囊泡移動到細(xì)胞膜處，與細(xì)胞膜融合，將大分子排出細(xì)胞。
2. 胞吞和胞吐的實例：
（1）胞吞：變形蟲攝食、吞噬細(xì)胞吞噬細(xì)菌等。
（2）胞吐：乳腺細(xì)胞合成蛋白質(zhì)、內(nèi)分泌腺分泌細(xì)胞合成蛋白質(zhì)類激素、消化腺細(xì)胞分泌消化酶的過程。
3. 特點：需要消耗細(xì)胞呼吸所釋放的能量。
4. 細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出的基礎(chǔ)：
（1）轉(zhuǎn)運蛋白的種類和數(shù)量或空間結(jié)構(gòu)的變化對物質(zhì)跨膜運輸起決定性作用，這也是細(xì)胞膜具有選擇透過性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
（2）胞吞或胞吐過程需要膜上蛋白質(zhì)的參與，更離不開膜上磷脂雙分子層的流動性。
※物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞運輸方式的比較：
方式 被動運輸 主動運輸 胞吞、胞吐
自由擴(kuò)散 協(xié)助擴(kuò)散
運輸方向 高濃度→低濃度 低濃度→高濃度 細(xì)胞內(nèi)（外）→細(xì)胞外（內(nèi)）
是否需要 載體蛋白 不需要 需要 需要 不需要
能量 不消耗 不消耗 消耗 消耗
模型
舉例 O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯 紅細(xì)胞吸收葡萄糖 小腸吸收葡萄糖、無機(jī)鹽等 胞吞：變形蟲攝取單細(xì)胞生物 胞吐：分泌蛋白的釋放
物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞方式的判斷
（1）通過物質(zhì)的種類，判斷物質(zhì)跨膜運輸方式
分子很小的物質(zhì)和脂溶性物質(zhì)的跨膜運輸一般都是自由擴(kuò)散，常見的如：小分子物質(zhì)：水、氧氣、氮氣、二氧化碳等；脂溶性物質(zhì)：甘油、性激素、維生素D等。
分子稍大一些的物質(zhì)（如氨基酸和葡萄糖）和離子，它們的跨膜運輸需要載體，它們的運輸方式是協(xié)助擴(kuò)散或主動運輸。
大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)、淀粉等可通過胞吞、胞吐的形式通過細(xì)胞膜。
（2）根據(jù)膜兩側(cè)的物質(zhì)濃度，判斷物質(zhì)跨膜運輸方式
由高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)的運輸為被動運輸，其中需要載體的是協(xié)助擴(kuò)散。
由低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)的運輸為主動運輸。
（3）根據(jù)載體和能量判斷物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞?br/>主動運輸需要載體蛋白和能量，協(xié)助擴(kuò)散需要載體蛋白。
（4）根據(jù)曲線判斷物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞?br/>曲線①表示物質(zhì)運輸速率與細(xì)胞內(nèi)外濃度差呈正相關(guān)，不受其他因素的影響，應(yīng)為自由擴(kuò)散。
曲線②表示在一定濃度范圍內(nèi)，隨細(xì)胞內(nèi)外濃度差的增大，物質(zhì)運輸速率加快，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)外濃度差達(dá)到一定值后，物質(zhì)運輸速率不再增加，說明這種運輸需要載體蛋白，且受載體蛋白數(shù)量的限制，故可表示協(xié)助擴(kuò)散。
因為O2濃度的高低可影響細(xì)胞呼吸，進(jìn)而影響能量的供應(yīng)，曲線③表示物質(zhì)運輸速率與O2濃度無關(guān)，說明這種運輸方式不需要能量，應(yīng)為被動運輸。
曲線④表示物質(zhì)運輸速率與O2濃度有關(guān)，說明這種運輸方式需要能量，達(dá)到一定O2濃度后，運輸速率不再增加，說明受載體蛋白數(shù)量的限制，應(yīng)為主動運輸，曲線起點的含義是無氧呼吸為主動運輸供能。
影響主動運輸?shù)囊蛩兀孩偌?xì)胞外物質(zhì)濃度；②載體蛋白；③能量。
圖A中，P點之前運輸速率主要受物質(zhì)濃度影響，P點之后受膜上載體蛋白數(shù)量或能量的限制。
圖B中，Q點的物質(zhì)運輸由無氧呼吸提供能量，P點之后受膜上載體蛋白數(shù)量的限制。
圖C中，P點之前運輸速率受能量的影響，P點之后受載體蛋白數(shù)量的限制。
易錯辨析
（1）需要載體蛋白協(xié)助的運輸方式不一定是主動運輸，還可能是協(xié)助擴(kuò)散。
（2）消耗能量的運輸方式并不一定就是主動運輸，胞吞和胞吐也消耗能量。
（3）從高濃度到低濃度的運輸方式不一定是自由擴(kuò)散，還可能是協(xié)助擴(kuò)散。
（4）小分子物質(zhì)的運輸方式不一定是主動運輸或被動運輸，如神經(jīng)遞質(zhì)的釋放方式是胞吐。
（5）生物大分子不一定都是以胞吞、胞吐方式運輸?shù)模鏡NA和蛋白質(zhì)可通過核孔出入細(xì)胞核。
（6）同一種物質(zhì)進(jìn)入不同細(xì)胞的跨膜運輸方式可能不同，如人體紅細(xì)胞吸收葡萄糖的方式為協(xié)助擴(kuò)散，而小腸絨毛上皮細(xì)胞可以主動運輸?shù)姆绞轿掌咸烟恰?br/>（7）與主動運輸有關(guān)的細(xì)胞器除供能的線粒體外，還有核糖體（載體蛋白的合成場所）。
例題1：哺乳動物成熟紅細(xì)胞的細(xì)胞膜含有豐富的水通道蛋白，硝酸銀（AgNO3）可使水通道蛋白失去活性。下列敘述錯誤的是（ ）
A.經(jīng)AgNO3處理的紅細(xì)胞在低滲蔗糖溶液中會膨脹
B.經(jīng)AgNO3處理的紅細(xì)胞在高滲蔗糖溶液中不會變小
C.未經(jīng)AgNO3處理的紅細(xì)胞在低滲蔗糖溶液中會迅速膨脹
D.未經(jīng)AgNO3處理的紅細(xì)胞在高滲蔗糖溶液中會迅速變小
【答案】B
【解析】經(jīng)AgNO3處理的紅細(xì)胞，水通道蛋白失去活性，但水可以通過自由擴(kuò)散的形式進(jìn)出細(xì)胞，故其在低滲蔗糖溶液中會吸水膨脹，在高滲蔗糖溶液中會失水變小，A正確，B錯誤；未經(jīng)AgNO3處理的紅細(xì)胞，水可通過水通道蛋白快速進(jìn)出細(xì)胞，也可通過自由擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞，故其在低滲蔗糖溶液中會迅速吸水膨脹，在高滲蔗糖溶液中會迅速失水變小，CD正確。
例題2：水通道蛋白（AQP）是一類細(xì)胞膜通道蛋白。檢測人睡液腺正常組織和水腫組織中3種AQP基因mRNA含量，發(fā)現(xiàn)AQP1和AQP3基因mRNA含量無變化，而水腫組織AQP5基因mRNA含量是正常組織的2.5倍。下列敘述正確的是（ ）
A.人唾液腺正常組織細(xì)胞中AQP蛋白的氨基酸序列相同
B.AQP蛋白與水分子可逆結(jié)合，轉(zhuǎn)運水進(jìn)出細(xì)胞不需要消耗ATP
C.檢測結(jié)果表明，只有AQP5蛋白參與人唾液腺水腫的形成
D.正常組織與水腫組織的水轉(zhuǎn)運速率不同，與AQP蛋白的數(shù)量有關(guān)
【答案】D
【解析】人唾液腺正常組織細(xì)胞中控制AQP蛋白的基因可能有3種，因此其表達(dá)出來的蛋白質(zhì)中氨基酸序列可能不相同，A錯誤；AQP是一類細(xì)胞膜通道蛋白，運輸物質(zhì)時不需要與水分子結(jié)合，B錯誤；由題干信息可知，水腫組織中除了AQP5蛋白，可能含有AQPI和AQP3蛋白，C錯誤；由題干信息“水腫組織AQP5基因mRNA含量是正常組織的2.5倍”，說明正常組織與水腫組織的水轉(zhuǎn)運速率不同，與AQP蛋白的數(shù)量有關(guān)，D正確。

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