第2节：细胞内外的物质交换

正是细胞膜的存在，才保证细胞这个开放系统正常运转
二、物质跨膜运输的方式
1.海带细胞内碘的浓度比周围海水中高200 万倍。 2.轮藻细胞中的K+的浓度比它所生存的环境 中的K+的浓度高63倍。 3.大多数动物细胞内K+的浓度都高于细胞外 液，而Na+的浓度却低于细胞外液。 细胞与外界物质进行交换，不 同物质进出细胞的数量和跨膜 运输方式不一样。
自由扩散
外 细胞膜 内
二、协助扩散
1.概念：指离子和一些较大的分子不能自由地通 过细胞膜，它们需要细胞膜上跨膜蛋白的协助， 顺浓度梯度进出细胞的扩散方式。 2.特点：借助载体蛋白的扩散，不消耗能量。 3.影响因素：细胞膜内外物 质的浓度差；细胞膜上运载 物质的载体蛋白数量。 4.举例：葡萄糖由血浆进 入红细胞。
正常细胞
发生质壁分离的细胞
探究：探究细胞质壁分离和复原与外界溶液浓度的关系 探究一
提出问题：外界溶液达到多大浓度时，细胞会发 生质壁分离？
探究二
提出问题：质壁分离后的细胞都能复原吗？
技能卡
将一定量的不同浓度梯度的蔗糖溶液分别加入不同 的培养皿中，然后把剥离好的洋葱鳞片叶表皮2~3块浸 入各个培养皿的蔗糖溶液中，10min后，取出洋葱鳞片 叶表皮，制作临时装片，进行观察。为了保证各浓度处 理均达到10min，可将处理的开始时间错开。
第4章 细胞的物质代谢
第2节:细胞内外的物质交换
一 、细胞是一个开放的生命系统
1、细胞是一个充满活力的开放性系统。 生活的细胞能与外界环境进行物质交换、 能量转换和信息交流。
2、细胞壁和细胞膜的结构和功能决定了 细胞是一个开放的生命系统。
模拟实验：模拟膜的通透性
15%硫酸铜溶液
玻璃纸 清水
30%蔗糖溶液+ 少许红墨水 玻璃纸 清水
结论

生活状态下的细胞膜具有半透膜的特点，细胞膜对细胞 内外的物质具有选择透过性，细胞膜和其他生物膜(除 核膜)都是选择透过性膜。
现代细胞分子生物学研究表明：细胞膜有维持相对稳定 的细胞内部环境、保护细胞、调节细胞内外物质转运、 进行细胞识别，细胞免疫、分裂、分化、调节等各种生 命活动中发挥着重要作用。
消化后的食物残渣排出细胞外 ，分泌蛋白的排出。
胞吐（外排作用）
物质进出细胞
小分子物质和离子
大分子物质
被动运输
主动运输 协助扩散
胞吞
胞吐
自由扩散
把红细胞看作一个渗透装置
细胞膜 （半透膜）
细胞质 （蔗糖溶液） 清水 （清水）
原生质层示意图
探究：探究细胞质壁分离和复原与 外界溶液浓度的关系
原生质层：主要包括细胞膜、液泡膜和这两 层膜之间的细胞质。
原生质层的特性：①具有选择透过性，相当 于半透膜；②伸缩性大。 原生质层不包括细胞液和细胞核， 仅存在于成熟的植物细胞中。
胞吞和胞吐作用
胞吞（内吞作用）
1.概念：要吞噬的物质附着在细胞膜上，细胞膜 内陷形成小泡，将生物大分子或颗粒物质包裹在 其中，然后脱离细胞膜进入到细胞中。 2.结构基础：细胞膜的流动性 3.特点：需要消耗能量 4.分类：①胞饮作用；②吞噬作用 5.实例：变形虫、草履虫吞噬食物颗粒，白细胞 吞噬病菌
2.特点：需要载体蛋白的协 助，同时需要能量。 3.影响因素：载体的特异性 和饱和性；能量（细胞呼吸 提供）。
4.作用：活细胞能够按照生命活动的需要，主动 地吸收所需要的营养物质，排出新陈代谢产生的 废物和对细胞有害的物质。
5.举例：植物根细胞对 矿质元素（Na+、K+ 、I-等）的吸收，氨基 酸和葡萄糖进入小肠绒 毛上皮细胞。
实验原理：植物细胞的原生质层相当于半透膜， 把液泡里面的细胞液与外界溶液隔离开来，加上 细胞液与外界溶液之间具有浓度差，就构成了渗 透系统
(1)细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞吸水
(2)细胞液浓度小于外界溶液浓度时，细胞失水
(3)细胞液浓度等于外界溶液浓度时，细胞保持原态
现象：用较高浓度的蔗糖溶液处理植物细胞时， 细胞中的水分会向外渗透。细胞失水后，原生质 层会发生收缩，与细胞壁分离，这就是质壁分离 现象，如果用水代替蔗糖，发生质壁分离的细胞 又会恢复正常。
应用
判断细胞的生活状态：
①发生质壁分离和复原——活细胞
②不发生质壁分离和复原——死细胞
物质跨膜运输的方式
被动运输
一、自由扩散
1.概念：物质通过简单的扩散作 用进出细胞，叫做自由扩散。 2.特点：简单的扩散，不需要载 体，也不需要能量。 3.影响因素：细胞膜内外物质的浓度差。
4.举例：H2O、O2、CO2、甘油、乙醇、 苯等。（气体分子、脂溶性分子）
实验视频
植物细胞质壁分离现象
外界溶液浓度
细胞液的浓度，细胞失水
植物细胞质壁分离复原现象
外界溶液浓度
细胞液的浓度，细胞吸水
1.细胞在什么条件下会发生质壁分离？在什么条 件下质壁分离又可以复原或不能复原？ 当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞可能发 生质壁分离； 当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞可能发 生质壁分离复原。 发生质壁分离的条件： ①成熟的、活的植物细胞； ②存在浓度差
动物细胞的吸水和失水
细胞膜相当于半透膜
外界溶液浓度 小于 细胞质浓度 (细胞吸水膨胀)
外界溶液浓度 大于 细胞质浓度 (细胞失水皱缩)
外界溶液浓度 等于 细胞质浓度 (细胞保持原状态)
红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？
取决于外界溶液的浓度的大小 浓度差越大，细胞吸水或失水越多 其他动物细胞的吸水或失水与红细胞相似
主动运输
外
细胞膜 ATP 内
比较三种物质跨膜运输方式的异同：
项 目
自由扩散 顺浓度梯度 高→低 是否需要 载体蛋白 是否消耗细 胞内的能量 不需要 协助扩散 顺浓度梯度 高→低 需要
主动运输 逆浓度梯度 低→高 需要
浓度梯度
不消耗
不消耗
需要消耗
物质跨膜运输的方式
物质跨膜运输
物质出入细胞的方式
胞吞和胞吐作用
胞吞（内吞作用）
胞吞作用
变形虫吞噬食物颗粒
胞吞（内吞作用）
胞吐（外排作用）
1.概念：要吐出的物表面，小泡膜与细胞膜融合在一 起，并且向细胞外张开，将小泡内含有的物质排出细胞外 。 2.结构基础：细胞膜的流 动性
3.特点：需要消耗能量 4.实例：变形虫、草履虫将
2.细胞发生质壁分离的原因是什么？质壁分离有 的能复原、有的不能复原，其原因是什么？ 外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水， 引起原生质层与细胞壁分离。
若为活细胞，则可以复原；若细胞死亡或外界 溶液浓度过大时，则不会复原。
3.在农业生产中，为什么会由于施肥不当而产生 “烧苗”现象？为什么干旱情况下作物会发生枯 萎现象，浇水后有时会恢复正常生长，有时候不 能恢复正常生长？ 施肥后导致土壤溶液浓度过大，细胞不能 吸水甚至失水，从而产生烧苗现象。 干旱情况下有的植物已经死亡，浇水仍不能恢 复正常。
协助扩散
载体蛋白：是细胞膜上的一类蛋白质，不同物 质分子的载体不同，即载体具有专一性，不同生 物细胞膜上载体的种类和数量不同。 被动运输：（离子或小分子）物质总是从浓度 高的一侧向浓度低的一侧的一次跨膜运输，不需 要消耗能量。分为自由扩散和协助扩散。
协助扩散
外 细胞膜 内
主动运输 1.概念：物质通过细胞膜从浓度低的一侧向浓度 高的一侧运输时，需要消耗细胞内新陈代谢所释 放出的能量，并且需要载体蛋白的协助，这种方 式叫主动运输。
A
B
渗透现象示意图
半透膜：一 类可以让小 分子物质通 过,而大分子 物质不能通 过的一类薄 膜的总称。
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总结与讨论：
1.A、B两个烧杯中的蒸馏水颜色分别发生了什么变化 ？为什么？
2.如果将B漏斗口的玻璃纸换成塑料膜，蒸馏水的颜色 又会发生怎样的变化？
1、扩散：某物质从浓度高的地方向浓度低的地方移 动的过程，叫做扩散。 2、半透膜：某些物质可以透过，另一些物质不能透 过的多孔性膜，叫半透膜。如：动物的膀胱、肠衣， 鱼鳔，卵壳膜等 3、渗透作用：能像水分子（或其他溶剂分子）通过 半透膜的扩散，叫做渗透作用。 渗透作用产生的条件： ①具有半透膜； ②半透膜两侧的溶液具有 浓度差。