水分子跨膜运输
人教版教学课件第一节 物质跨膜运输
3）选择透过性膜： 水分子自由通过； 一些离子和小分子也可以通过； 其他离子、小分子和大分子不能通过 。
提示3：当外界溶 液的浓度低于红 细胞内部的浓度 时，红细胞一般 会因持续吸水而 涨破。
问题：水进出动物细胞的方向？ 提示：顺相对含量的梯度进出动物细胞的 (溶质的低浓度向溶质的高浓度扩散)
2、植物细胞的吸水和失水
一个活的成熟的植物细胞可以看作一个渗透装置 细胞膜 细 胞 壁 细胞质 液泡膜 1、原生质层相当于半透膜 2、原生质层两侧具有浓度差 原生质层
实验原理：
渗透作用： 水分子透过半透膜，从低浓度溶液向高浓 度溶液的扩散 渗透装置的条件： 半透膜、膜两侧具有浓度差
一、细胞的吸水和失水
1、动物细胞的吸水和失水
提示1：红细胞内的血红蛋白等有 机物一般不能透过细胞膜。
提示2：红细胞的细胞膜相当 于“问题探讨”中的半透膜。
思考与讨论
提示4：红细胞吸水或失水的多 少主要取决于红细胞内外浓度 的差值。一般情况下，差值较 大时吸水或失水较多。
第一节 物质跨膜运输的实例
1.学习小组演示实验 第一组实验:玻璃纸、30%蔗糖溶液、清水 第二组实验：纱布、30%蔗糖溶液、清水 第三组实验：玻璃纸、30%蔗糖溶液
问题探讨
提示1：由于单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的 水分子数量多于从长颈漏斗渗出的水分子数量，使得 管内液面升高。
提示2：用纱布替代玻璃纸时，因纱布的孔隙很大， 蔗糖分子也可以自由通透，因而液面不会升高。 提示3：玻璃纸两侧溶液的浓度相等时，单位时间内 透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水 分子数量，液面也不会升高。
提示2：原生质层比细胞壁的伸缩性大
提示3：当外界溶液的浓度比细胞液浓度大时，细胞 失去水分，发生质壁分离现象； 当外界溶液的浓度比细胞液浓度小时，细胞吸收水分， 发生质壁分离复原现象；
物质跨膜运输的方式及其实例
物质跨膜运输的方式及其实例物质跨膜运输的方式及其实例》摘要：本文介绍了物质跨膜运输的各种方式，对载体的种类和作用，供能的方式以及水分子、葡萄糖分子、Na+ 和K+等物质的跨膜方式进行了分析和介绍，并对高中教学中的相关疑问进行了说明。
关键词：载体；协助扩散；主动动输；能量；浓度梯度物质跨膜运输的方式有三种，被动运输、主动运输、胞吞和胞吐。
被动运输只依据于膜两侧的浓度梯度（如果是带电离子，除浓度梯度外，还存在跨膜电压，这两种净驱动力称为该溶质的电化学梯度）来进行，根据运输过程中是否需要载体，被动运输又可分为自由扩散（不需要载体）和协助扩散（需要载体）；主动运输是指在逆浓度梯度（或电化学梯度）下的运输，它既需要载体又需要能量，是物质跨膜运输的主要方式，细胞所需要的一些重要的物质都涉及到这种运输方式；大分子如蛋白质等物质进行跨膜运输的方式是通过胞吞和胞吐的作用，这种运输方式也需要消耗能量。
一、载体的种类及其作用协助扩散、主动运输与载体的种类和作用有很大的关系。
载体的化学本质主要是蛋白质，根据运输的方式和载体的空间结构，可将载体分为三种基本类型：通道蛋白、载体蛋白和离子载体（见图1 ）。
图1 三种不同载体的结构模式图1.通道蛋白。
通道蛋白是一类跨膜蛋白，它能形成亲水的通道，与所转运物质的结合较弱，当通道打开时能允许水、小的水溶性分子和特定的离子被动地通过。
通道蛋白分为水通道和离子通道两种类型。
（1）水通道（又称水孔）水分子通过水通道从水势较高的地方向水势较低的地方进行扩散。
水通道是连续开放的通道。
实验证明，水分子既可通过自由扩散的方式从质膜磷脂的双分子层中间的间隙通过，也可从水通道中以协助扩散的方式通过。
（2）离子通道。
因为该通道仅能通过无机离子而得名。
离子通道上有控制物质进出的门，因此又被称为门通道。
离子通道的特点是：? 对离子具有选择性和专一性。
即一种通道只允许一种类型的离子通过。
这与离子通道的大小、形状和内部的带电荷氨基酸的分布有关。
2-4物质跨膜运输的实例和方式
2-4物质跨膜运输的实例和方式【阅读教材,完成基础知识的归纳与整理】一、渗透作用原理（一）渗透作用的概念：水或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。
要点：①针对对象为水或其他溶剂②需要半透膜③本质上是一种自由扩散(顺含量梯度)（二）渗透作用发生的条件：①__________——具有分隔作用※特别提醒※☆半透膜：物质的透过与否取决于半透膜孔隙直径的大小（如：动物膀胱、玻璃纸、肠衣、鸡蛋的卵壳膜等）☆选择透过性膜：细胞膜上具有载体，且不同生物的细胞膜上载体种类和数量不同，构成了对不同物质吸收与否和吸收多少的选择性。
（如：细胞膜等各种生物膜）②__________——保证两侧水分子扩散的速度不均等※特别提醒※①决定渗透方向：低浓度→高浓度（此浓度为物质的量浓度，相同质量浓度条件下，物质的量浓度未必相同）②渗透作用发生过程中，半透膜两侧溶液间的水分子是进行双向运动的，但速率不均衡。
③水柱不再升高时：水柱产生的压力＝浓度差引起的吸水力（水柱不再升高时，膜两侧的溶液浓度并不相等）④决定渗透速率：浓度差（浓度差越大，渗透速率越大）（三）渗透压与渗透作用①渗透压：溶液中溶质微粒对水②渗透压大小：取决于溶液中溶质微粒的数量，溶质微粒越多，对水的吸引力越大，渗透压越高。
的吸引力，即吸水能力。
③渗透作用的方向也可理解为：低渗透溶液（吸水能力弱）→高渗透溶液（吸水能力强）（四）渗透原理的应用1、比较不同溶液浓度大小2、探究物质能否通过半透膜(以碘和淀粉为例)3、在实践中的应用①对农作物的合理灌溉，既满足了作物对水分的需求，同时也降低了土壤溶液的浓度，有利于水分的吸收。
②一次施肥过多造成“烧苗”现象，都是因为土壤溶液浓度过高，甚至超过了根细胞液浓度，导致根细胞不易吸水甚至失水造成的。
③生活中杀菌、防腐、腌制食品。
糖渍、盐渍食品不易变质的原因，是在食品外面和内部形成很高浓度的溶液，使微生物不能在其中生存和繁殖，所以能较长时间的保存。
原创11：4.1 物质跨膜运输的实例
扩散现象是指物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移 直到均匀分布的宏观现象。
一、渗透系统装置
①
②
③
半透膜：是指某些物质可以透过，而另一些物质不 能透过的多孔性薄膜。它往往是只能让小分子物质 透过，大分子物质不能透过。
肠系膜、蛋壳膜、膀胱膜、鱼鳔等都属于半透膜。
★分析实验现象
1、装置中漏斗管内液面为什么会升高？
➢进行实验 （按预定方案进行实验）
动图展示
➢实验结果
中央液 泡大小
蔗糖溶液 变小
清水
逐渐恢复 原来大小
原生质层 的位置
原生质层脱 离细胞壁
原生质层恢 复原来位置
细胞 大小
基本 不变
基本 不变
外因：外界溶液的浓度_大___于_细胞液的浓度，细胞__渗__透__失__水_。 内因：原生质层比细胞壁的伸缩性__大__
滴加蔗糖溶液发生 质壁分离的细胞
改换清水后正在发生 质壁分离复原的细胞
➢实验结论：原生质层相当于半透膜。
★细胞发生质壁分离的自动复原
5%甘油溶液（21:06） 5%甘油溶液（21:41） 7%KNO3溶液(21:58) 7%KNO3溶液(22:14 )
蔗糖分子不被植物细胞吸收，因而在适宜蔗糖溶 液中发生质壁分离后不能自动复原，可见外界溶液 中的小分子物质或离子能否被细胞吸收将决定能否 自动复原。甘油、K+、NO3-与乙二醇一样能进入细 胞内，故其内的细胞能自动复原。
半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过玻 璃纸进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子 数量，液面也不会升高。
*4、如果漏斗颈足够长，漏斗内液面会无限上升吗？
当漏斗内外渗透压（浓度差）=漏斗内外静水压 （高度差），水分进出达到平衡，液面维持稳定。
人教生物必修1第4章第1节物质跨膜运输的实例
被动运输：物质进出细胞，顺浓度梯度的扩散方式。
自由扩散：物质通过简单的扩散作用进 出细胞。
协助扩散：进出细胞的物质借助载体 蛋白的扩散。
主动运输的意义：
保证了活细胞能够按照生命活动的需要，主动 选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细 胞有害的物质。
探究发现活动一:
比较三种物质运输方式的异同：
运输方式
被动运输
自由扩散
协助扩散
运输方向 顺浓度梯度 顺浓度梯度
主动运输
逆浓度梯度
是否需要载 体蛋白 是否消耗细 胞内的能量
代表例子
不需要
不消耗
O2、CO2等气 体、水、乙 醇、甘油等 通过细胞膜
需要
需要
不消耗
需要消耗
葡萄糖进入 红细胞
葡萄糖、氨基 酸进入小肠上 皮细胞；离子 通过细胞膜
物质跨膜运输的特点
a
a
bc
bc
A
B
a
a
bc
bc
C
D
二. 物质跨膜运输的其他实例
实例一 培养液中的离子浓度
水稻
番茄
初始浓度
0 Mg2＋
Ca2+
Si4+ 离子
1.水稻培养液中的钙、镁两种离子浓度为什么会增高？是不是水
稻不吸收反而向外排出呢？
2.不同作物对无机盐离子的吸收有差异吗？
实例二 在硫酸铵溶液中，植物吸收铵根比 硫酸根多；在硝酸钠溶液中，植物吸收 硝酸根比钠离子多。
1、不同物质跨膜运输的方式一般不同，有时同一 种物质跨膜运输的方式也不同，如葡萄糖
2、细胞膜中的载体蛋白在协助扩散和主动运输中 都有特异性，仅能运载特异的物质或几种结构相似 的物质，如运载葡萄糖的载体就不能运载氨基酸
物质的跨膜转运方式及转运的物质。
物质的跨膜转运方式及转运的物质。
物质的跨膜转运方式包括主动转运、被动转运和细胞外液相溶质转运。
1. 主动转运：主动转运是指物质跨膜转运时消耗能量，在逆浓度梯度的情况下，将物质从低浓度区域转运到高浓度区域。
主动转运通常依赖于细胞膜上的能源分子（如三磷酸腺苷-ATP）或电化学梯度（如钠-钾泵），如钠-钾泵和如转运体。
2. 被动转运：被动转运是指物质跨膜转运时不耗费能量，在浓度梯度下自发地将物质从高浓度区域转运到低浓度区域。
被动转运主要包括了简单扩散和渗透调节、载体介导的渗透调节、离子通道和水通道等，如水分子通过水通道蛋白（如水蛋白AQP）进行跨膜运输。
3. 细胞外液相溶质转运：细胞外液相溶质转运是指物质在胞外液中通过溶质传递过程跨越细胞膜。
这种转运方式可以通过特定的细胞外受体和分泌蛋白介导，如胞外液相溶质的转运是肽类和脂质中介物质如甲硫氨酸。
转运的物质主要包括葡萄糖、氨基酸、离子、水分子、有机酸等。
不同细胞类型和环境条件下，转运物质的种类和量也会有所不同。
物质的跨膜运输方式
物质的跨膜运输方式生命体系中的细胞是基本的单位，通过细胞膜与外界进行物质交换和信息传递。
在细胞膜中，存在多种跨膜运输方式，包括主动转运、被动扩散和细胞外液相转移等，这些方式能够帮助细胞实现物质的吸收、排泄和传递，保证生命体系的正常运转。
本文将对这几种跨膜运输方式进行详细介绍。
一、主动转运主动转运是指细胞膜通过能量耗费将物质从低浓度向高浓度方向转移的过程。
这种方式需要ATP的供能，因此也被称为ATP酶转运。
主动转运可以分为直接和间接两种。
1.直接主动转运直接主动转运是指细胞膜上的蛋白质通过ATP酶催化将物质转移到高浓度方向。
其中，钠-钾泵是最为典型的直接主动转运方式。
钠-钾泵是一种跨膜蛋白，能够将细胞内的三个钠离子和两个钾离子互换，使得细胞内外的离子浓度差得以维持。
这种方式在神经元的信号传递、肌肉收缩、肾脏的滤波功能等方面都发挥着重要作用。
2.间接主动转运间接主动转运是指细胞膜上的蛋白质利用ATP酶耗费的能量将物质转移到高浓度方向，但是这种方式并不直接与物质结合，而是通过运输载体进行。
例如，葡萄糖转运蛋白就是一种间接主动转运方式。
在细胞内，葡萄糖转运蛋白可以将葡萄糖分子转移到高浓度方向，从而实现葡萄糖的吸收和利用。
二、被动扩散被动扩散是指物质在浓度梯度的作用下自由地从高浓度向低浓度方向扩散的过程。
这种方式不需要能量的供应，是细胞内物质转移的主要方式之一。
被动扩散可以分为简单扩散和载体介导扩散两种。
1.简单扩散简单扩散是指小分子物质通过细胞膜的疏水层自由地扩散到低浓度方向，如氧气、二氧化碳等气体分子、水分子等。
这种方式具有高效性和速度快的特点，但是只适用于小分子物质的扩散。
2.载体介导扩散载体介导扩散是指物质通过跨膜载体蛋白的介导实现扩散。
这种方式适用于大分子物质的扩散，如葡萄糖、氨基酸等。
在载体介导扩散中，跨膜蛋白会与物质结合形成复合物，然后通过分子运动的方式将物质转移到低浓度方向。
三、细胞外液相转移细胞外液相转移是指物质通过细胞膜的外部液相转移到细胞内或细胞外的过程。
物质跨膜运输的实例
得出结论
渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）
透过半透膜从低浓度溶液向高浓度溶液的 扩散，称为渗透作用
渗透作用必须具备两个条件 半透膜 半透膜两侧溶液存在浓度差
一、动物细胞的吸水和失水
细胞膜 动物细胞的什么结构相当于半透膜？
动物细胞的膜两侧溶液是什么？
细胞质与外界溶液
动物细胞什么条件下失水，什么条件下吸水？
• 你吃比较咸的食物时，如腌制的咸菜、连续磕带 盐的瓜子等，你的口腔和唇的黏膜会有什么感觉？ 为什么？
• 当你把白菜剁碎准备做馅时，常常放一些盐，过 一段时间后就可见有水分渗出，水分从哪里来？ 为什么会有水分渗出？
• 萎蔫的青菜放入清水中浸泡一段时间后，会有什 么变化？为什么？
一、渗透作用
半透膜：是可以让
红细胞内的血红蛋白等有机物一般不能透过细胞膜。
2.根据现象判断红细胞的细胞膜相当与什么膜？
红细胞的细胞膜相当于一层半透膜。
3.当外界溶Βιβλιοθήκη 的浓度低时，红细胞一定会吸水而涨破 吗？
当外界溶液的浓度低于红细胞内部的浓度时，红细胞一般 会因持续吸水而涨破。
4.红细胞吸水或失水的多少取决与什么？
红细胞吸水或失水的多少主要取决于红细胞内外浓度 的差值。一般情况下，差值较大时吸水或失水较多。
（原生质层相当于一层半透膜） （设计方案、预期结果…） （按预定方案进行实验）
分析结果 （分析实验结果，得出结论：……）
表达与交流
（总结，写实验报告并适当交流）
记录实验结果
正常状态 观察到 的图像 液泡大 小变化
高浓度状态
低浓度状态
大 原生质层 紧贴细胞壁
变小 原生质层 脱离细胞壁
逐渐恢复原 来大小 原生质层 恢复原来位置
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水分子跨膜运输
膜蛋白跨膜运输
膜蛋白跨膜运输又称跨膜蛋白质交换，是一种使膜质结构中的特定物质的横越细胞膜
的机制。这种运输机制可以把溶质、蛋白质和或复杂大分子携带到另一侧膜，独立于自发
膜通量的活动。膜蛋白跨膜运输涉及细胞中有亲和力、离子选择性或电位驱动力的特定蛋
白质，它们可以控制特定溶质或物理实体的穿越细胞膜，使这些物质有机会抗逆转和向细
胞内及细胞外传播。跨膜蛋白类型的运输机制主要围绕以下四种模式：转运蛋白质转运、
离子通道通道蛋白质的运输、聚类因子的传递和囊泡结构的形成。
水分子是细胞生理过程中必不可少的物质，它们是细胞内细胞外环境保持万物复苏的
重要元素。以水分子为例，离子通道和转运蛋白质可用于实现水分子的跨膜转运。
首先，在真核细胞的膜上，由于细胞间的pH值的不同，给水分子的渗透压差会引起
静电力的变化，这样可以有效地驱动水分子沿pH梯度的方向跨膜穿透。在动物细胞的膜
系统中，实际的水分子的跨膜运输可能是由inward rectifying anion channels (IRACs)
驱动的，这类离子通道可以控制水分子的运输速率。由于水分子有一定的离子选择性，这
样可以防止离子系统中任何不需要的负离子或正离子渗入细胞。
另外，目前，转运蛋白质也被认为可以促进水分子的跨膜运输。转运蛋白质不仅可以
提供非特异性的跨膜转运，还可以加快秩序化水分子的跨膜传递。这通常发生在结构和化
学性质比较固定的膜系统中，因为蛋白质可以用自身的能量来促进溶质的跨膜运输。最后，
这类转运膜蛋白可能也参与水分子的跨膜运输，其中的蛋白质水合物可以主导水分子的渗
透。
总之，水分子的跨膜运输是细胞生理过程中一个必不可少的步骤，水分子的跨膜转运
可以由离子通道和转运蛋白质来实现，不仅可以使水分子发挥自身的作用，还可以防止其
他离子的渗透和限制不必要的物质的渗入。因此，水分子的跨膜转运是细胞的精密的调节
系统之一。