《被動運輸》細胞的物質輸入和輸出PPT
第一部分內容：必備知識·素養奠基
一、水進出細胞的原理
1.滲透作用:
(1)含義:水分子(或其他溶劑分子)通過_______的擴散。
(2)方向:從_____________的一側向___________的一側滲透。
2.水進出動物細胞(以哺乳動物紅細胞為例):
(1)動物細胞所形成的“滲透裝置”。
①半透膜:_______。
②濃度差:_____________________________。
(2)現象。
①當外界溶液濃度_____細胞質的濃度時,細胞失水。
②當外界溶液濃度_____細胞質的濃度時,水分進出平衡。
③當外界溶液濃度_____細胞質的濃度時,細胞吸水。
【激疑】
動物細胞長時間處于低滲溶液中細胞形態會發生什么變化?
提示:細胞膨脹,有可能漲破。
3.水進出植物細胞(以成熟植物細胞為例):植物細胞所形成的“滲透裝置”。
(1)半透膜(原生質層):_____________________________________。
(2)濃度差:細胞液與外界溶液之間的濃度差。
二、探究植物細胞的吸水和失水
1.探究過程:
提出問題→_________→實驗設計思路→_________→記錄結果→分析結果,得出結論→___________→進一步探究。
2.實驗原理:
3.材料分析:
(1)選擇材料必須是活細胞,因為___________________________________________________________________________。
(2)要用含有_________的成熟植物細胞。
(3)洋蔥鱗片葉外表皮細胞的液泡為_____,易于觀察。
4.實驗過程:
三、被動運輸——自由擴散和協助擴散
1.特點:物質進出細胞時,___濃度梯度進行的擴散。
2.兩種被動運輸的方式:
(1)自由擴散與協助擴散的圖形。
①甲屬于_________,也叫_________。
判斷理由:___________________________。
②乙屬于_________,也叫_________。
判斷理由:_________________________。
(2)自由擴散與協助擴散的比較。
下列屬于自由擴散的是_______,屬于協助擴散的是_______。
①順濃度運輸
②逆濃度運輸
③需要轉運蛋白
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被動運輸PPT，第二部分內容：關鍵能力·素養形成
知識點一 滲透現象及原理分析
1.滲透作用與擴散作用的比較:
2.滲透作用的對象、實質:
(1)滲透對象:滲透作用的對象是指溶劑分子,而不是溶質分子。
(2)擴散方向:滲透時溶劑分子的擴散是雙向的。
(3)平衡實質:滲透平衡是指半透膜兩側的水分子移動到達平衡狀態。
【思考·討論】
1.半透膜兩側溶劑分子的擴散方向取決于一種溶質濃度還是取決于溶質的總濃度?(科學思維)
提示:取決于半透膜兩側溶質的總濃度,也就是所有溶質的物質的量濃度。
2.教材中滲透裝置漏斗液面達到平衡狀態時,試比較漏斗內外側液體濃度的高低,并分析原因。(科學思維)
提示:(1)漏斗內是蔗糖溶液,燒杯中是清水,蔗糖溶液濃度>清水。
(2)漏斗內的液體濃度高,保持向上的吸水力,當吸水力與液柱的重力相等時達到平衡。
【素養案例】
某同學為探究膜的通透性而設計了如圖所示的滲透裝置,開始時燒杯內的液面和長頸漏斗內的液面相平。在長頸漏斗內液面上升的過程中 ( )
A.液面上升的速率先加快后減慢,最終維持穩定
B.水分子通過半透膜從清水向蔗糖溶液擴散的速率逐漸增大
C.當半透膜兩側液體濃度相等時,水分子不再通過半透膜擴散
D.當半透膜兩側水分子進出速率相等時,長頸漏斗內液面最高
【解題導引】
(1)回憶關鍵知識點:水分子擴散的速率與濃度差大小的關系:濃度差越大,擴散的越快。
(2)認清滲透平衡的本質:滲透壓(長頸漏斗的吸水力)=液柱的重力。
【解析】選D。液面上升的速率開始時最快,隨后逐漸減慢,A項錯誤;水分子通過半透膜由清水向蔗糖溶液擴散的速率逐漸減小,B項錯誤;半透膜兩側液體濃度相等時,水分子進出的速率相等,而不是不再通過半透膜擴散,C項錯誤;當半透膜兩側水分子進出速率相等時,達到動態平衡,長頸漏斗內液面達到最高,D項正確。
【素養·探究】——母題追問
(1)科學思維——演繹與推理
若要使漏斗液面上升的更高,可采取什么措施?
提示:向漏斗中添加一些蔗糖或其他不能通過半透膜的溶質。
(2)科學思維——演繹與推理
若在平衡狀態下向燒杯中添加少量葡萄糖(不能通過半透膜),漏斗液面會有什么變化?為什么?
提示:漏斗液面下降。因為半透膜兩側的濃度差降低了。
【素養·遷移】
向豬膀胱內注入一半質量分數為30%的蔗糖溶液,扎緊入口,然后將其浸入質量分數為5%的蔗糖溶液中,每隔10 min稱一次豬膀胱的重量,能正確表示測定結果的是圖中的( )
【解析】選B。豬膀胱是半透膜,蔗糖不能通過,水能通過。外界蔗糖溶液濃度小于豬膀胱中蔗糖溶液的濃度,水分子從低濃度溶液通過半透膜進入高濃度溶液,即水從5%的蔗糖溶液流向注有質量分數為30%的蔗糖溶液的豬膀胱中,膀胱中溶液的重量不斷增加,直到膀胱兩側溶液濃度相當時,水分進出處于相對平衡狀態,故膀胱的重量不發生變化,即B正確。
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知識點二 探究細胞的吸水和失水
1.實驗過程分析:
(1)細胞變化:
(2)兩組對照:
(3)操作細節:
①滴加蔗糖溶液或清水時,應在實驗臺上操作,滴加液體不要太多,避免污染物鏡鏡頭。
②觀察質壁分離的時間不宜過長,以免細胞因長時間處于失水狀態而死亡,影響對復原現象的觀察。
2.質壁分離及復原實驗的應用:
(1)可確定植物細胞膜的存在。
正常生理狀態下,植物的細胞膜與細胞壁緊貼在一起。通過光學顯微鏡,只能看到細胞壁。當質壁分離時,由于原生質層的收縮,光學顯微鏡下會在細胞壁內側觀察到一個邊界。邊界的存在,間接證明了細胞膜的存在。
(2)判斷細胞的死活。
在一定濃度的蔗糖溶液中,植物細胞若發生質壁分離,則證明細胞處于存活狀態。
(3)測量細胞液的濃度。
①測量原理:植物細胞在低滲溶液和等滲溶液中均不會發生質壁分離,只有在高滲溶液中才會發生質壁分離的現象。
②測量關鍵:配制一系列濃度梯度的溶液,分別鏡檢。
【思考·討論】
1.將植物細胞放在清水中,當細胞表現為不再吸水時,細胞內外濃度是否相等?為什么?(科學思維)
提示:不相等。因為細胞外是清水,濃度為零,肯定是細胞內濃度高。細胞不再吸水的原因是細胞壁的束縛造成的。
2.參照動物細胞在低濃度溶液中吸水漲破,若將植物細胞放入清水中是否也會發生吸水漲破?(科學思維)
提示:植物細胞在清水中不會漲破,細胞壁起到保護和支持作用。
【素養案例】
(2017·全國卷Ⅱ)將某種植物的成熟細胞放入一定濃度的物質A溶液中,發現其原生質體(即植物細胞中細胞壁以內的部分)的體積變化趨勢如圖所示,下列敘述正確的是( )
A.0～4 h內物質A沒有通過細胞膜進入細胞內
B.0～1 h內細胞體積與原生質體體積的變化量相等
C.2～3 h內物質A溶液的滲透壓小于細胞液的滲透壓
D.0～1 h內液泡中液體的滲透壓大于細胞質基質的滲透壓
【解題導引】
(1)獲取關鍵信息:根據曲線變化正確判斷原生質體處于失水(體積縮小)還是吸水(體積增大)狀態。
(2)分析濃度變化對吸水、失水的影響:外界溶液濃度>細胞液濃度,細胞失水;反之,吸水。
(3)關鍵知識點:理解質壁分離后自動復原的原因:外界溶液進入細胞內,導致細胞內溶液濃度大于外界溶液濃度,細胞吸水。
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知識點三 自由擴散和協助擴散
1.被動運輸兩種形式比較:
2.轉運蛋白的特性:
(1)專一性:一種轉運蛋白在對細胞內外物質進行運輸時只能對應地運送唯一的一種或性質非常相近的一類物質。
(2)飽和性:細胞膜上的轉運蛋白數量有限,在運輸過程中當所有轉運蛋白都已承擔相應的運輸任務時,運輸的速度不再因其他條件而加快。
【思考·討論】
協助擴散的速率跟什么有關?(科學探究)
提示:協助擴散的速率跟膜內外的濃度梯度和轉運蛋白的數量有關。
【素養案例】
如圖表示物質出入細胞膜的兩種方式,從圖解可以看出 ( )
A.甲、乙兩種物質都能夠自由出入細胞膜
B.細胞對甲物質的吸收也可以用蛋白質作載體
C.甲、乙兩種物質都能從高濃度向低濃度運輸
D.甲、乙兩種物質都是細胞代謝所必需的物質
【解題導引】(1)審題關鍵:甲、乙兩種物質分別被細胞以自由擴散和協助擴散的方式吸收。
(2)判斷技巧:順濃度梯度:不需要轉運蛋白→自由擴散;需要轉運蛋白→協助擴散。
【解析】選C。細胞膜具有選擇透過性,甲、乙兩種物質不能夠自由出入細胞,A錯誤; 細胞吸收甲物質的方式是自由擴散,不需要用蛋白質作載體,B錯誤; 甲、乙兩種物質都能從高濃度向低濃度運輸,屬于被動運輸,C正確; 甲物質以自由擴散的方式進入細胞,乙物質以協助擴散的方式進入細胞,但不能說明兩種物質是細胞代謝所必需的物質,D錯誤。
【素養·探究】——母題追問
(1)生命觀念——結構與功能觀
上題中的轉運蛋白的合成與運輸與什么細胞器有關?
提示:膜上的轉運蛋白的合成與運輸過程與核糖體、內質網、高爾基體、線粒體有關。
(2)科學思維——演繹與推理
溫度能影響題目中的哪種物質的運輸速率?
提示:溫度能夠影響膜上磷脂和蛋白質分子的運動,從而影響物質轉運速率,因此甲、乙兩種物質的運輸速率都受影響。
【素養·遷移】
比較生物膜和人工膜(雙層磷脂)對多種物質的通透性,結果如圖。據此不能得出的推論是 ( )
A.H2O通過生物膜不需要蛋白質的協助
B.生物膜對K+、Na+、Cl-的通透具有選擇性
C.甘油以自由擴散的方式通過人工膜
D.分子的大小影響其通過人工膜的擴散速率
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