高一生物必修一知識點:第四章物質跨膜運輸的方式
高一生物必修一知識點:第四章物質跨膜運輸的方式
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物質跨膜運輸的方式(一)
思考:漏斗管內液面為什么會升高?
由于單位時間內透過玻璃紙進入長頸漏斗的水分子數量多于從長頸漏斗滲出的水分子數量,使得管內液面升高.
半透膜:半透膜是一類可以讓某些小分子離子的物質通過而大分子的物質不能通過的一類薄膜的總稱。 一.滲透作用
1、水分子(或其他溶劑分子)透過半透膜的擴散,稱為滲透作用 實質:(即順著水的相對含量梯度的擴散) 2、條件;(1)半透膜(2)膜兩側的溶液具有濃度差
3、原理:溶液A濃度大于溶液B,水分子從B A移動 溶液A濃度小于溶液B,水分子從A B移動
在滲透作用中,水分是從溶液濃度 低 的一側向溶液濃度 高 的一側滲透。 擴散:物質從高濃度到低濃度的運動
滲透:水及其他溶劑分子通過半透膜的擴散
區(qū)別:滲透與擴散的不同在于滲透必須有滲透膜(半透膜)。 二、動物細胞的吸水和失水
外界溶液的濃度= 細胞質的濃度 水分子進出細胞達到動態(tài)平衡 外界溶液的濃度 〉細胞質的濃度 失水皺縮 外界溶液的濃度〈細胞質的濃度 吸水漲破
把紅細胞看作一個滲透裝置 細胞膜相當于半透膜 細胞質與外界溶液存在濃度差 細胞吸水或失水的多少取決于什么條件?
取決于細胞內外濃度的差值,一般情況下,差值較大時吸水或失水較多. 三、植物細胞的吸水和失水 細胞吸水的方式 (1)吸漲吸水
機理:靠細胞內的親水性物質(蛋 白質﹥淀粉﹥纖維素)吸收水分 實例:未成熟植物細胞、干種子 (2)滲透吸水(主要的吸水方式) 實例:成熟的植物細胞 條件:有中央液泡
細胞膜;液泡膜;兩層膜之間的細胞質統稱原生質層 把成熟的植物細胞看作一個滲透裝置
原生質層(選擇性透過膜)相當于半透膜,細胞內有細胞液與外界溶液具有濃度差 當外界溶液濃度 ﹥ 細胞液的濃度 ,細胞失水,發(fā)生質壁分離現象
外界溶液濃度 ﹤ 細胞液的濃度,細胞吸水,發(fā)生質壁分離復原現象
質壁分離外因:當外界溶液濃度 ﹥ 細胞液的濃度 ,細胞失水,發(fā)生質壁分離現象 質壁分離內因:細胞壁伸縮性﹤原生質層的伸縮性 探究、植物細胞的吸水和失水問題
1.提出問題:原生質層相當于半透膜么? 2.作出假設:原生質層相當于半透膜 3.設計方案:
實驗原理:將植物細胞浸潤在較高濃度的蔗糖溶液中,觀察大小的變化;再浸潤在清水中,觀察其大小的變化。原生質層相當于半透膜,蔗糖溶液濃度大于細胞液的濃度細胞失水發(fā)生質壁分離;清水小于細胞液濃度,細胞吸水發(fā)生質壁分離的復原。 4.預期實驗的結果 :
由于原生質層相當于一層半透膜,水分子可以自由通過,而蔗糖分子則不能通過,因此在蔗糖溶液中,植物細胞的中央液泡會縮小,細胞皺縮;在清水中植物細胞的液泡又會變大,細胞膨脹。
5、設計實驗:
(1.)制作洋蔥鱗片葉外表皮的臨時裝片。
(2.)用低倍顯微鏡觀察洋蔥鱗片葉外表皮細胞中紫色的中央液泡的大小,以及原生質層的位置,并記錄。
(3.)從蓋玻片的一側滴入蔗糖溶液,在蓋玻片的另一側用吸水紙吸引。這樣重復幾次,蓋玻片下面的洋蔥鱗片葉外表皮就浸潤在蔗糖溶液中。
(4)用低倍顯微鏡觀察,看細胞的中央液泡是否逐漸變小,原生質層在什么位置,細胞大小是否變化。
(5)在蓋玻片的一側滴入清水,在蓋玻片的另一側用吸水紙吸引。這樣重復幾次,洋蔥鱗片葉表皮又浸潤在清水中。
(6)用低倍顯微鏡觀察,看中央液泡是否逐漸變大,原生質的位置有沒有變化,細胞的大小有沒有變化。 6、進行實驗:(按預定方案進行實驗) 記錄現象,
蔗糖溶液中,中央液泡變小,原生質層脫離細胞壁,細胞大小基本不變
清水中,中央液泡逐漸恢復原來大小,原生質層恢復原來位置,細胞大小基本不變 8、分析實驗結果,得出結論:
當細胞液的濃度<外界溶液濃度 (細胞失水)質壁分離 當細胞液的濃度>外界溶液濃度 (細胞吸水)質壁分離復原 水的進出方向——順相對含量的梯度進出植物細胞 注意:1.滲透作用原理的運用
物質跨膜運輸的方式(二)
被動運輸
自由擴散(簡單擴散)
定義:物質通過簡單擴散作用(simple transport)進出細胞,叫做自由擴散.
其特點是:①沿濃度梯度(或電化學梯度)擴散;
②不需要提供能量;
?、蹧]有膜蛋白的協助。
某種物質對膜的通透性(P)可以根據它在油和水中的分配系數(K)及其擴散系數(D)來計算:
P=KD/t,t為膜的厚度。
脂溶性越高通透性越大,水溶性越高通透性越小;非極性分子比極性容易透過,小分子比大分子容易透過。具有極性的水分子容易透過是因水分子小,可通過由膜脂運動而產生的間隙。
非極性的小分子如O2、CO2、N2可以很快透過脂雙層,不帶電荷的極性小分子,如水、尿素、甘油等也可以透過人工脂雙層,盡管速度較慢,分子量略大一點的葡萄糖、蔗糖則很難透過,而膜對帶電荷的物質如:H+、Na+、K+、Cl—、HCO3—是高度不通透的
事實上細胞的物質轉運過程中,透過脂雙層的簡單擴散現象很少,絕大多數情況下,物質是通過載體或者通道來轉運的。離子、葡萄糖、核苷酸等物質有的是通過質膜上的運輸蛋白的協助,按濃度梯度擴散進入質膜的,有的則是通過主動運輸的方式進行轉運。
舉例:氧氣,二氧化碳,水,甘油,乙醇,苯,脂肪酸,尿素,膽固醇,脂溶性維生素,氣體小分子等
協助擴散
也稱促進擴散、易化擴散(faciliatied diffusion),其運輸特點是: ①比自由擴散轉運速率高; ②存在最大轉運速率; 在一定限度內運輸速率同物質濃度成正比。如超過一定限度,濃度不再增加,運輸也不再增加。因膜上載體蛋白的結合位點已達飽和; ③有特異性,即與特定溶質結合。這類特殊的載體蛋白主要有離子載體和通道蛋白兩種類型。④不需要提供能量。
舉例:紅細胞攝取葡萄糖
載體蛋白:能夠與溶劑結合,通過對自身構象的改變而介導該溶質跨膜運輸。
具有高度特異性(其上有結合點,只能與某種物質進行結合)
通道蛋白:能形成貫穿膜兩層的充滿液體的通道,孔開放時溶質通過孔道運輸。
主動運輸
其概念是:主動運輸涉及物質輸入和輸出細胞和細胞器,并且能夠逆濃度梯度或電化學梯度。
主動運輸是指物質逆濃度梯度,在載體的協助下,在能量的作用下運進或運出細胞膜的過程。
植物對水分的吸收和對無機鹽的吸收是兩個相對獨立的過程;同種植物對不同種類無機鹽的吸收具有選擇性;不同植物對同一種無機鹽的吸收具有選擇性;不同微生物對無機鹽的吸收具有選擇性;物質的跨膜運輸既有順濃度的又有逆濃度的;從而認識細胞膜和其他生物膜都具有選擇透過性,即水分子可以自由通過,有些離子和小分子也可以通過,一些離子、小分子和任何大分子則不能通過?!a+、K+和Ca2+等離子,都不能自由地通過磷脂雙分子層,它們從低濃度一側運輸到高濃度一側, 需 要載體蛋白的協助,同時還需要消耗細胞內化學反應所釋放的能量,這種方式叫做主動運輸
其特點是:
?、倌鏉舛忍荻?逆化學梯度)運輸(小腸運輸葡萄糖時也有順濃度梯度的特例);
②需要能量(由ATP直接供能)或與釋放能量的過程偶聯(協同運輸),并對代謝毒性敏感;
?、鄱加休d體蛋白,依賴于膜運輸蛋白;
④具有選擇性和特異性。
舉例:小腸吸收K+、Na+、Ca2+等離子,葡萄糖,氨基酸,無機鹽,核苷酸,帶電荷離子等。
偶聯轉運蛋白
協同運輸,例如:小腸吸收葡萄糖
反向運輸,例如:Na+-Ca2+交換機、Na+-H+交換機
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