高中生物必修一北师大版课件4243细胞内外的物质交换细胞内的物质代谢共44张

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1、第2节 细胞内外的物质交换 第3节 细胞内的物质代谢 学习目标 1.举例说明细胞膜是选择透过性膜。 2.尝试设计实验模拟膜的通透性。 3.说出细胞吸水和失水的条件。 4.阐明质壁分离和质壁分离复原的条件。 5.简述物质进出细胞的方式。 6.了解细胞内的物质代谢。 思维脉络 细胞内外的物质交换及细胞内的物质代谢 细胞膜的选择透过性 自由扩散 协助扩散物质出入细胞的方式 主动运输 胞吞与胞吐 细胞内的物质代谢 :生物体内的反应及调控 一二三一、细胞膜的选择透过性 1.扩散 概念:某物质从浓度 高的地方向浓度低的地方移动的过程。 2.细胞膜的选择透过性 (1)半透膜:像玻璃纸一样一些物质可以透过 ,

2、另一些物质不能透过的多孔性膜。 (2)渗透作用。 概念:水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。 具有半透膜产生条件 半透膜两侧的溶液具有浓度差(3)细胞膜具有选择透过性。 一二三二、物质出入细胞的方式 1.自由扩散 水分子进出细胞时 ,是从单位体积内水分子数量多的一侧向水分子数量少的一侧转运,这种物质进出细胞的方式叫作自由扩散。 O2、 CO2、 甘油、乙醇、苯等小分子物质都可以通过自由扩散的方式进出细胞。 2.协助扩散 (1)概念: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(包括载体蛋白与通道蛋白)的协助,顺浓度梯度进出细胞,这种物质进出细胞的方式叫协助扩散。

3、 (2)特点:需要跨膜蛋白协助,不需消耗能量。 3.主动运输 某些物质通过细胞膜从 浓度低的一侧向浓度高的一侧运输时,需要消耗能量,并且需要有载体蛋白的协助,这种物质出入细胞的方式叫作主动运输。 一二三4.胞吞与胞吐 某些大分子物质和颗粒性物质,主要通过胞吞和胞吐方式进出细胞 ,需要消耗能量。 填一填 自由扩散 协助扩散 主动运输 胞吞与胞吐 出入细胞的分子大小 小分子 小分子 小分子 大分子或颗 粒性物质 是否需要载体 不需要 需要 需要 是否消耗能量 不消耗 不消耗 消耗 消耗 浓度 高浓度低浓度 高浓度低浓度 低浓度高浓度 一二三三、细胞内的物质代谢 1.新陈代谢:生物体内发生的一切 化

4、学反应的总称,包括物质代谢与能量代谢。 2.生物体内的反应 生物体将简单小分子物质合成大分子并消耗能量的过程称为 同化作用或合成代谢;生物体将复杂化合物分解为简单小分子物质并放出能量的过程称为异化作用或分解代谢。 同化作用与异化作用都伴随着能量的变化,这说明物质代谢与能量代谢是不可分割的。 一二三3.生物体内的反应的调控 (1)生物体中含有数千种不同种类的酶 ,它们催化着不同的反应,而且多数酶在细胞的特定部位发生催化作用,从而使得这些反应能有条不紊地进行。 (2)细胞内复杂的代谢途径被有序地分布于细胞内的 不同区域,互不干扰,有效协调。 (3)细胞中简单生化反应的调节常常依靠精巧的 反馈机制来

5、实现:反应的终产物与催化第一步反应的酶结合 ,使酶变构而失去催化活性从而抑制反应的进行。 探究一探究二探究三探究一模拟膜的通透性模拟膜的通透性 问题导引 将哺乳动物的红细胞放入清水中,红细胞会发生吸水膨胀。 水分子进入红细胞通过什么结构 ?红细胞内的血红蛋白会进入清水中吗? 提示水分子通过红细胞的细胞膜进入红细胞。红细胞内的血红蛋白不会进入清水中。 探究一探究二探究三名师精讲1.现象 A 组: 探究一探究二探究三B组: 探究一探究二探究三2.渗透作用 (1)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。 能否透过半透膜往往取决于物质分子直径的大小 ,只要分子、 离子等微粒比半

6、透膜的孔径小,就能通过半透膜。 (2)渗透作用:是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜 ,从分子密度高的地方向分子密度低的地方扩散的现象。 具有半透膜(3)渗透作用发生的条件半透膜两侧的溶液具有浓 度差探究一探究二探究三 如下图所示,把体积与质量浓度相同的葡萄糖溶液与蔗糖溶液用半透膜(允许溶剂和葡萄糖通过,不允许蔗糖通过 )隔开,开始一段时间后液面情况是( ) 典例提升 1 A.甲高于乙 B.乙高于甲 C.先甲高于乙,后乙高于甲 D.先乙高于甲,后甲高于乙 探究一探究二探究三解析:在相同体积和相同质量浓度的情况下,由于葡萄糖的分子比蔗糖小,则甲中葡萄糖的分子数比乙中的蔗糖分子数要多 ,甲中水分子数

7、少于乙 ,故水由乙流向甲,甲液面上升。由于葡萄糖分子能穿过半透膜 ,在水向甲流的同时,会有葡萄糖分子进入乙中 ,使乙的浓度增大,然后甲中的水又会流向乙,故 C项正确。 答案:C 探究一探究二探究三 (1)溶剂的渗透方向应根据单位体积内溶剂分子数多少判断 ,即溶剂分子从单位体积内溶剂分子数多(溶质分子数少)的一侧向溶剂分子数少 (溶质分子数多)的一侧扩散。 (2)若半透膜两侧是同种溶液,质量分数或物质的量浓度都可以判定溶剂分子数的多少。 (3)若半透膜两侧是不同的溶液,物质的量浓度才能体现溶质或溶剂的分子数多少,如半透膜两侧为质量分数相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液 ,葡萄糖溶液一侧单位体积葡萄糖分子

8、数多(水分子数少),水分子由蔗糖溶液一侧透过半透膜向葡萄糖溶液一侧渗透。 典型方法探究一探究二探究三变式训练 1 已知鱼鳔是一种半透膜 ,若向鱼鳔内注入适量质量分数为 20% 的蔗糖溶液,扎紧开口,将其浸没在盛有质量分数为 10%的蔗糖溶液的烧杯中,下列能正确表示烧杯内蔗糖溶液浓度随时间变化趋势的是 ( ) 解析:鱼鳔内的蔗糖溶液浓度高于外边 ,即高于烧杯内的,所以会从烧杯中吸水 ,使烧杯内液体浓度升高,吸水到一定程度后,鱼鳔内外蔗糖溶液浓度相等 ,水进出达到平衡,烧杯内液体浓度不再变化。 答案:B 探究一探究二探究三探究二植物细胞的质壁分离植物细胞的质壁分离 问题导引 把白菜剁碎放盐后一会儿

9、就可见到有水分渗出 ,农作物施肥过多会造成“烧苗”(植物萎蔫)。为什么会出现这种现象? 提示外界溶液浓度大 ,细胞内的水分渗出。 探究一探究二探究三名师精讲 1.原理:渗透作用 2.成熟的植物细胞是一个渗透系统 探究一探究二探究三3.成熟植物细胞失水的表现和原因分析 (1)失水表现。 宏观上:植物由坚挺萎蔫 液泡(大小)表现 微观上:质壁分离 细胞液颜色(浅深) 原生质层与细胞壁分离 (2)成熟植物细胞质壁分离的原因分析。 外因:外界溶液浓度大于细胞液浓度 内因:原生质层具有选择透过性细胞渗透失水原因 细胞壁伸缩性小 原生质层伸缩性大 探究一探究二探究三4.质壁分离与复原的应用 (1)判断细胞

10、的死活。 发生质壁分离和复原活细胞待测细胞+溶液 不发生质壁分离死细胞(2)测定细胞液的浓度范围。 待测细胞+一系列浓度梯度的溶液细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的外界溶液的浓度之间 (3)比较不同植物细胞的细胞液浓度。 不同植物细胞 +同一浓度的溶液细胞刚发生质壁分离时所需时间的比较判断细胞液浓度(时间越短,细胞液浓度越小) (4)比较未知溶液的浓度大小。 同一植物的成熟细胞 +未知浓度的溶液细胞刚刚发生质壁分离所需时间的比较判断溶液浓度的大小(时间越短,未知溶液的浓度越大) 探究一探究二探究三(5)鉴别不同种类的溶液 (如 KNO3溶液和蔗糖溶液)。 相同成熟植物细胞 +不同

11、种类溶液(适宜浓度)只发生质壁分离溶质不能通过膜的溶液(如蔗 糖溶液) 质壁分离后又自动复原溶质能通过膜的溶液 (如 KNO3溶液)探究一探究二探究三 一个学生做质壁分离和复原实验时 ,显微镜下只有一个细胞没有发生质壁分离,其他细胞都出现了明显的质壁分离现象 ,最可能的原因是( ) A.该细胞是正在发育中的细胞 B.该细胞是死细胞 C.蔗糖溶液浓度太小 D.实验操作不正确 解析:因为是同一个学生在同一次实验时的结果 ,所以 A、C、D三项可以排除。死细胞的原生质层失活 ,不具有选择透过性,不能发生渗透失水,也就观察不到质壁分离的现象。 答案:B 典例提升 2-1探究一探究二探究三 将某植物细胞

12、分为两组 ,分别浸于浓度为 0.3 g/mL的()蔗糖溶液与()尿素溶液中,然后每 5 min用显微镜观察一次 ,并测量原生质体(即仅由细胞膜包住细胞质的细胞部分 ,不含细胞壁)的相对表面积,其结果如下图所示。则下列叙述错误的是 ( ) 典例提升 2-2 A.实验开始后 20 min,( )和()两组的细胞均发生质壁分离 B.实验开始后 30 min,( )的细胞中必含蔗糖 C.实验开始后 30 min,( )的细胞中必含尿素 D.此图显示尿素可透过细胞膜 ,而蔗糖却不能透过细胞膜 探究一探究二探究三解析:蔗糖溶液和尿素溶液均使细胞发生了质壁分离 ,使细胞原生质体的相对表面积缩小;20 min

13、 后放入蔗糖溶液的原生质体相对表面积最小 ,说明失水达到了最大程度,之后原生质体相对表面积保持不变 ,说明蔗糖没有进入细胞;20 min 后放入尿素溶液中的细胞开始吸水而处于质壁分离复原过程,原因是尿素透过细胞膜进入细胞内 ,使细胞液浓度增大。 答案:B 探究一探究二探究三变式训练 2 紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料观察植物细胞的质壁分离现象 ,下列叙述错误的是( ) A.在发生质壁分离的细胞中能观察到紫色的中央液泡逐渐缩小 B.滴加质量分数为 30%的蔗糖溶液比 10%的蔗糖溶液引起细胞质壁分离所需的时间短 C.发生质壁分离的细胞放入清水中又复原 ,说明细胞保持活性 D.用高浓度的 NaCl溶液

14、代替蔗糖溶液不能引起细胞质壁分离 探究一探究二探究三解析:质壁分离是因为外界溶液浓度大于细胞液浓度 ,致使液泡中细胞液的水分不断渗出 ,因而紫色的中央液泡会逐渐缩小,A 项正确。滴加质量分数为 30%的蔗糖溶液时,细胞外界溶液与细胞液浓度差更大,单位时间内细胞失水更多 ,B项正确。只有细胞保持活性,原生质层才具有选择透过性,否则为全透性 ,蔗糖分子也可进入液泡中,就不会发生质壁分离和复原现象,C项正确。 在该实验中,若用高浓度的 NaCl溶液代替蔗糖溶液 ,植物细胞短时间内大量失水 ,能观察到质壁分离现象,但由于 NaCl溶液浓度过高 ,细胞失水过多而死亡 ,无法观察到质壁分离复原现象,D 项

15、错误。 答案:D 探究一探究二探究三变式训练 3 如将甲、 乙两个植物细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中 ,两种溶液均比细胞液的浓度高,蔗糖分子不能透过细胞膜 ,甘油分子可以较快地透过细胞膜,在显微镜下连续观察甲、乙两细胞的变化 ,正确的是( ) A.甲、乙两细胞发生质壁分离后,均不发生质壁分离复原 B.甲、乙两细胞发生质壁分离,乙细胞随后发生质壁分离复原 C.甲、乙两细胞发生质壁分离,甲细胞随后发生质壁分离复原 D.甲、乙两细胞均发生质壁分离后,又均发生质壁分离复原 解析:甲、乙两细胞先发生质壁分离,而甘油可以透过细胞膜进入细胞 ,使细胞液浓度增大,从而发生质壁分离复原。 答案:B 探究一探究

16、二探究三探究三物质出入细胞的方式物质出入细胞的方式 问题导引 动物通过呼吸吸收空气中的 O2,想一想,吸入肺泡的 O2是怎样进入肺泡细胞内的? 提示肺泡内 O2浓度大于肺泡细胞内 O2浓度,O2通过肺泡细胞膜扩散进入肺泡细胞。 探究一探究二探究三名师精讲物 运动 运输 质 方式 方向 自高浓度 由 扩低浓度 散 协 助 高浓度 扩低浓度 散 是否需 跨膜 蛋白 不需要 是否 耗能 模型 实例 不消耗 O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯等 需要载 体蛋白 或通道 蛋白 不消耗 红细胞吸收葡萄糖 探究一探究二探究三物 运动 运输 质 方式 方向 是否需 跨膜 蛋白 是否 耗能 模型 实例 低浓度

17、 主动 运输 高浓度 细胞外 胞吞 内 细胞内 胞吐 外 需要载 体蛋白 消耗 K+、Ca2+、Mg2+,小肠吸收氨基酸、葡萄糖等 不需要 消耗 白细胞吞噬病菌、变形虫吞食食物颗粒等 胰岛 B 细胞分泌胰 岛素等 不需要 消耗 探究一探究二探究三 物质的跨膜运输对细胞的生存和生长至关重要。下图为几种物质跨膜运输方式的示意图,有关叙述不正确的是 ( ) 典例提升 3A.组成细胞膜的 A、B 两种物质通常不是静止的 B.丙物质跨膜运输方式中物质一般要从低浓度一侧向高浓度一侧运输 C.甲、乙、丙三种物质跨膜运输方式对于维持活细胞正常的生命活动均有重要意义 D.甘油跨膜运输是以乙的方式进行的 探究一探

18、究二探究三解析:A 物质是磷脂双分子层,B物质是跨膜蛋白,两者都是流动的,是细胞膜流动性的基础。丙物质是通过主动运输的途径进出细胞。甲、乙、丙三种方式均与细胞的生命活动密切相关。 甘油是小分子物质,是通过自由扩散(甲)进行跨膜运输的。 答案:D 探究一探究二探究三变式训练 4 +体肝细胞内 CO2分压和 K 浓度高于细胞外,而 O2分压和 Na 浓度低于细胞外,上述四种物质中通过主动运输进入肝细胞的是 ( ) A.CO2 B.O2 C.K+ +D.Na +解析:O2、CO2等气体进出细胞的方式是自由扩散。细胞内的 K 浓度高于细胞外,是逆浓度主动吸收。Na+浓度膜外高于膜内,进入细胞时是顺浓度

19、梯度进行的 ,不属于主动运输。 答案:C 探究一探究二探究三变式训练 5 如图表示在一定范围内细胞膜外某物质浓度变化与该物质进入细胞膜内跨膜速率的关系,据图分析,下列说法正确的是 ( ) A.该物质进入细胞的方式是自由扩散 B.该物质通过细胞膜时必须与载体蛋白结合 C.该物质可能是水或甘油 D.该物质通过细胞膜时必须消耗细胞呼吸产生的能量 解析:由图可知,刚开始时该物质跨膜速率与膜外该物质浓度呈正相关 ,说明该物质是顺着浓度梯度运输的。最后跨膜速率达到一定值后 ,不再增大,说明该物质的运输还与膜上载体的数量有关。 水和甘油通过自由扩散进出细胞。 答案:B 实验指导设计体验模拟膜的通透性 1.验

20、证渗透作用发生的条件 实验指导设计体验2.探究物质能否通过半透膜(以碘和淀粉为例) 烧杯内盛 淀粉溶液 变蓝 不变蓝 变蓝 不变蓝 漏斗内 盛碘液 不变蓝 变蓝 变蓝 不变蓝 结论 碘能通过半透膜,而淀粉不能 淀粉能通过半透膜,而碘不能 淀粉和碘都能通过半透膜 淀粉和碘都不能通过半透膜 实验指导设计体验下面是有关物质扩散的图解。 (1)请你利用上图的装置和装置设计一个实验 ,证明图解是成立的。请在表格中横线上填上适当的溶液或试剂的标号,以表明你的设计。 可供选择的溶液及试剂:淀粉溶液,葡萄糖溶液,蒸馏水,I2-KI溶液,少量斐林试剂(能跨膜扩散)。 装置 透析袋 烧杯 装置 透析袋 烧杯 实验

21、指导设计体验(2)根据你的设计方案 ,静置一段时间后,预测实验结果。 。 。 (3)现有一种由人工膜制成的袋 ,为检测淀粉和碘能否透过该膜,提供如下试剂和实验用品:铁架台、烧杯和人工膜袋各一个、质量分数为 1%的淀粉溶液、稀碘溶液和棉线。请用上述试剂和用品,设计一个实验装置。探究淀粉溶液中的淀粉和稀碘溶液中的碘能否通过该膜 ,请用示意图表示(加图注),并预测实验结果。 实验指导设计体验解析:本题利用颜色反应 ,使微观的分子扩散运动结果便于观察,实验原理如下 :淀粉遇碘变蓝,葡萄糖与斐林试剂砖红色沉淀,能发生颜色反应的两种物质以半透膜隔开。 通过颜色反应判断物质的运动方向,是否能跨膜 ,是哪种物

22、质跨膜。 实验指导设计体验答案:(1)装置: 装置: (2)袋内变蓝 ,袋外不变蓝,表明碘能透过半透膜,淀粉不能透过 袋内外都不变红 ,在 5065 水浴加热 12 min后,袋内外都有砖红色沉淀出现,表明葡萄糖能透过半透膜。 (3)实验装置如图。 结果预测:若袋内外液体均不变蓝 ,表明淀粉和碘均不能通过半透膜;若袋内外液体均变蓝 ,表明淀粉和碘均能通过半透膜;若袋内液体变蓝,袋外液体不变蓝 ,表明碘能通过半透膜,淀粉不能通过;若袋外液体变蓝,袋内液体不变蓝 ,表明碘不能通过半透膜,淀粉能通过。 1 2 3 4 5 1.人体红细胞呈两面凹的圆饼状 ,具有运输氧气的功能。 将人体红细胞分别放在甲

23、(0.9% 的生理盐水)、乙(蒸馏水)、丙(浓盐水)三种不同的液体中。 一段时间后可能出现的现象是( ) A.甲中的涨破,乙中的维持原状,丙中的皱缩 B.甲中的维持原状,乙中的涨破,丙中的皱缩 C.甲中的维持原状,乙中的皱缩,丙中的涨破 D.甲中的皱缩,乙中的维持原状,丙中的涨破 解析:0.9% 的生理盐水与红细胞细胞质是等渗溶液,把红细胞放入其中 ,红细胞维持原状。 把红细胞放入蒸馏水中细胞吸水涨破。 把红细胞放入浓盐水中,红细胞就会失水皱缩。 答案:B 1 2 3 4 5 2.将紫色水萝卜的块根切成小块放入清水中 ,水的颜色无明显变化 ,若进行加温,随着水温的增高,水的颜色逐渐变红,其原因

24、是( ) A.细胞壁在加温中受到破坏 B.水温增高,花青素的溶解度加大 C.加温使细胞膜等生物膜失去了选择透过性 D.加温使水中化学物质发生了反应 解析:紫色水萝卜的色素分子存在于液泡中 ,在正常情况下,色素分子不能通过液泡膜和细胞膜。因此,将紫色水萝卜的块根切成小块放入清水中 ,水的颜色无明显变化。若进行加温,随着水温的增高,细胞膜、液泡膜将失去其选择透过性,色素分子透过液泡膜、细胞膜进入水中 ,使水的颜色变红。 答案:C 1 2 3 4 5 3.在“探究质壁分离和复原与外界溶液浓度的关系 ”实验中,之所以用已经成熟的洋葱表皮细胞作实验材料 ,是因为这样的细胞具有( ) A.伸缩性很小的细胞

25、壁 B.功能完善的细胞膜 C.能够流动的细胞质 D.大而醒目的液泡 解析:植物细胞质壁分离和复原的条件 :植物细胞必须是活细胞;细胞液浓度与外界溶液的浓度必须有浓度差 ;植物细胞必须有大的液泡,最好细胞液中带有色素 ,这样便于观察。已经成熟的洋葱表皮细胞具有这些条件。 答案:D 4.某物质从低浓度向高浓度跨膜运输 ,该过程( A.没有载体参与 B.为自由扩散 C.为协助扩散 D.为主动运输 解析:某物质由低浓度向高浓度运输 ,逆浓度进行运输 ,需要载体参与。 答案:D 1 2 3 4 5 ) ,一定为主动 ,需消耗能量5.需要载体的转运方式不可能是(A.被动运输 B.主动运输 C.协助扩散 D.胞吞 解析:被动运输包括自由扩散和协助扩散体蛋白的协助。胞吞属于膜泡运输答案:D 1 2 3 4 5 ) ,协助扩散和主动运输都离不开载 ,不需要载体协助。