第四章细胞的物质输入和输出
一、物质跨膜运输的实例
1、渗透作用
1)概念：水分从低浓度溶液通过半透膜向高浓度溶液扩散的现象
2) 原理：动物：细胞膜相当于半透膜
植物：原生质层相当于半透膜。
3) 条件：⑴、具有半透膜
⑵、膜两侧有浓度差
4)选择透过性膜（半透膜）可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他
离子、小分子和大分子则不能通过的一类膜的总称。
5)生物膜是一种选择透过性膜，是严格的半透膜。
2、.细胞的失水和吸水
1) 动物细胞的吸水和失水（哺乳动物成熟红细胞吸水失水）
外界溶液浓度＞细胞内溶液浓度→细胞失水而褶皱
外界溶液浓度＜细胞内溶液浓度→细胞吸水，吸水过多细胞涨破。
外界溶液浓度= 细胞内溶液浓度→细胞既不吸水也不失水。
2) 植物细胞吸水和失水
①未形成大液泡的细胞，靠吸涨作用吸水；这样的细胞主要靠细胞内的蛋白质、淀粉和纤维素等亲水性物质吸收水分，叫做吸涨作用。干燥的种子和根尖
分生区的细胞，主要靠吸涨作用吸收水分。（注意：蛋白质、淀粉
和纤维素的亲水性依次减弱）
②大液泡形成以后，细胞主要靠渗透作用吸水；细胞液浓度>
外界溶液浓度→细胞吸水；细胞液浓度<外界溶液浓度→细胞失水。
③成熟的植物细胞是一个渗透系统：植物的最外层是细胞
壁，主要由纤维素分子组成，分子间空隙较大，一切溶剂和溶质都
能够透过，细胞壁是全透过性的。细胞膜和液泡膜是选择透过性膜。
我们可以把细胞膜、液泡膜、以及两膜之间的其他物质即“原生质”
当做一层选择透过性膜，“膜”内的细胞液有一定的浓度，与细胞
的溶液存在浓度差。这样，细胞也就通过这层选择透过性膜与外界环境中的溶液发生渗透作用。
④质壁分离与质壁分离复原
a. 外界溶液浓度＞细胞溶液浓度→渗透失水→质壁分离
b.外界溶液浓度＜细胞溶液浓度→渗透吸水→质壁分离复原
（1）发生的条件：活细胞、具有大液泡、浓度差
（2）质壁分离产生的原因：
内因：原生质层伸缩性大于细胞壁伸缩性，外因：外界溶液浓度>细胞液浓度
质壁分离与复原实验可拓展应用于：（指的是原生质层与细胞壁）①证明成熟植物细胞发生渗透作用；②证明细胞是否是活的；③作为光学显微镜下观察细胞膜的方法；④初步测定细胞液浓度的大小；
物质跨膜运输的其他实例：1、对矿质元素的吸收
（1）逆浓度梯度——主动运输
（2）对物质是否吸收以及吸收多少，都是由细胞膜上载体的种类和数量决定。
2、细胞膜：（1）结构特点：具有流动性
（2）功能特点：选择透过性
二、比较几组概念
扩散：物质从高浓度到低浓度的运动叫做扩散（扩散与过膜与否无关）
（如：O2从浓度高的地方向浓度低的地方运动）
渗透：水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散又称为渗透
（如：细胞的吸水和失水，原生质层相当于半透膜）
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：不同生物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）
第二节生物膜的流动镶嵌模型
一．生物膜结构的探索历程1.生物膜静态模型的提出：
⑴19世纪末，欧尔顿发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：凡是可以溶于脂质的物质，更容易通过细胞膜进入细胞。于是，他提出：膜是由脂质组成的。
⑵1925年，两位荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水面上铺展层单分子层，面积为红细胞表面积的2倍，由此得出结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的2层。
⑶20世纪初，科学家通过对红细胞膜成分进行化学分析表明：膜的主要成分是脂质和蛋白质。
（4）1959年，罗伯特森在电镜下观察到了细胞膜清晰的暗-亮-暗的三层结构，提出生物膜的模型：蛋白质-脂质-蛋白质模型，他指出电镜下中间的亮层是磷脂分子，两边暗层是蛋白质分子，他把生物膜描述静态的统一结构。
2.流动镶嵌模型的提出：⑴20世纪60年代以后，很多科学家对罗伯特森的模型提出质疑：如果这样，细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的变形运动这样的现象都不好解释。
⑵1970年，科学家用绿色荧光燃料标记鼠细胞表面的蛋白质分子，红色荧光燃料标记人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞融合。在37℃40min，两种颜色的荧光均匀分布。此实验表明：细胞膜具有流动性。⑶1972年桑格和尼克森提出了流动镶嵌模型，并为大多数人所接受。
二、生物膜流动镶嵌模型的基本内容：
磷脂分子+蛋白质分子结构功能（物质交换）具有运动性流动性物质交换正常选择透过性▲磷脂双分子层构成了膜的基本支架
保证体现
导致
▲蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿整个磷脂双分子层
▲磷脂双分子层和大多数蛋白质分子可以运动
4.在细胞膜的外表，有一层细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，叫做糖被。它有重要的功能（细胞识别、免疫反应、血型鉴定、保护润滑等）例如：消化道和呼吸道上皮细胞表面的糖蛋白有保护和润滑作用；糖被与细胞表面的细胞识别有密切关系。除糖蛋白外，细胞表面还有糖脂。（癌细胞细胞表面糖蛋白
减少，粘
着性下
降易扩
散转
移。）
第三节
物质跨
膜运输
的方式
一、被动运输：物质进出细胞，顺浓度梯度的扩散，称为被动运输。
(1)自由扩散：物质通过简单的扩散作用进出细胞
(2)协助扩散：进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散
二、主动运输：从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫做主动运输。
方向载体能量举例
被动运输
自由扩散高→低不需要不需要
水、CO2、O2、N2、乙醇、
甘油、苯、脂肪酸、维生素D、胆固醇、性激素等协助扩散高→低需要不需要
葡萄糖进入红细胞
主动运输低→高需要需要
氨基酸、K+、Na+、Ca2+等离子、葡萄糖进入小肠上皮细胞
（肾小管上皮细胞）植物根细胞吸收无机盐离子。
A磷脂双分子层面B蛋白质
⑴影响自由扩散的因素：浓度差
⑵影响协助扩散的因素：浓度差和载体蛋白 ⑶影响主动运输的因素：载体蛋白和能量（主动运输不受浓度限制） 2、影响物质跨膜运输速率的相关曲线：
3、大分子或颗粒进出细胞
胞吞(内吞) 胞吐(外排) 条件 细胞摄取或排出大分子和颗粒物质的方式 原理 生物膜的流动性
特点 物质通过小泡转移，需要消耗能量，不需要载体
方向 细胞外→内 细胞内→外
实例
变形虫吞食食物颗粒，白细胞吞噬病菌等 胰岛B 细胞分泌胰岛素、抗体分泌、神经递质释放
1、体现细胞膜流动性的实例：
主动运输
自由扩散
协助扩散或主动运输
氧气浓度
运输速率
被动运输（自由，协助扩散）
氧气浓度
主动运输
运输速率
浓度差（或细胞外物质浓度）
浓度差（或细胞外物质浓度）
A 载体蛋白
B 磷脂双分子层D 糖蛋白
d 、a 主动运输
b 、
c 自由扩散 载体蛋白数
自由扩散或协助扩散
运输速率
载体蛋白数
主动运输
氧气、ATP 、能量、细胞呼吸
主动运输