第四章
细胞的物质输入和输出
第一节 物质跨膜运输的实例
实验现象
结果分析
漏斗中液面上升
单位体积清水中水分子数比单位体积蔗糖溶液中水分子数（水的物质的量浓度）多，因此，根据扩散作用的原理，在单位时间内，水分子由烧杯透过半透膜进入漏斗内的数量，多于水分子由漏斗透过半透膜进入烧杯内的数量，导致漏斗内液面上升。
低浓度溶液
渗透作用的概念：
②半透膜的两侧的溶液具有浓度差。
渗透作用发生的条件：
①具有半透膜。
水分渗透方向：
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
高浓度溶液
一、渗透作用的原理
二 细胞的吸水和失水
1 动物细胞的吸水和失水
（1）半透膜：
细胞膜
（2）半透膜的两侧的溶液具有浓度差：
细胞质浓度与外界溶液浓度差
细胞失水
细胞吸水
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分化为：细胞膜、细胞质、细胞核等。
一个动物细胞就是一个原生质团。
原生质：
细胞内的生命物质
实质：
是生物体新陈代谢的物质基础，
是构成细胞的全部生活物质.
细胞质
细胞膜
液泡膜
原生质层
细胞壁（全透性）
细胞液
(1) 一个成熟的植物细胞可构成一个渗透系统，发生渗透作用
半透膜
外界溶液
浓度差
2 植物细胞的吸水和失水
质壁分离
质壁分离复原
植物细胞的失水和吸水
外界溶液浓度>细胞液浓度
植物细胞通过渗透作用失水.
细胞发生质壁分离的现象
外界溶液浓度<细胞液浓度
植物细胞通过渗透作用吸水
发生质壁分离现象的细胞逐渐复原
三 物质跨膜运输的其他实例
细胞膜和其他生物膜是一种选择透过性膜
细胞膜的功能特点:选择透过性
水分子可以自由通过,细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过,而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。
探究的一般步骤
1 提出问题
2 做出假设
3 设计实验
（1）材料的选择
（2）实验用具的选择
（3）试剂的选择
（4）实验操作步骤
（5）预期结果，设计记录表格
4 开展实验
5 记录结果
6 分析结果，得出结论
7 表达与交流

实验设计应遵循的基本原则科学性、可行性、严谨性
对照原则：实验中设立对照组，使实验结果具有说服
力。（对照组与实验组的区分）
空白对照、相互对照、条件对照、自身对照。
单一变量原则：即控制其他因素不变而只改变其中某
一变量，观察其对实验结果的影响。
等量原则:实验中要保证所用材料及实验条件一致.
平行重复原则：实验时,多做几个在相同的条件下同时
进行的对照实验，如出现相同的结
果，则更具科学性。
转化原则：一定要保证实验结果是能明显观察到的现
象，否则要转化实验观测指标。
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①空白对照：即不作任何实验处理的对照组。例如，在还原糖鉴定实验中留一部分样液不加入斐林试剂，以作对照。
②相互对照：即不设控制组，只在几个实验组之间相互对比。在实验中要找出一个最佳效果点，就要采取相互对照进行实验。
例如：比较豆浆、蛋清、肝脏研磨液等物质的蛋白质含量
③条件对照：即给对象施加某种实验处理，虽不是检验假设需要的，但更能充分说明实验变量的对照。例如，动物激素饲喂小动物的实验方案中：饲喂甲状腺激素的为实验组；饲喂甲状腺抑制剂的是条件对照组；不饲喂药剂的是空白对照组。
④自身对照：即实验与对照在同一对象上进行。例如：检验胰岛素对动物血糖的影响。即自身对照，处理前的对象状况为对照组，处理后的对象变化为实验组。
实验变量剖析
在实验过程中变量是指可被操纵控制的、在性质和数量上可以变化的特定因素或条件。
1.实验变量（也称自变量）：是研究者主动操纵的条件和因子，是作用于实验对象的刺激变量，自变量须以实验目的和假设为依据，应具有可变性和可操作性。
2.反应变量（又称因变量）：是随自变量变化而产生反应或发生变化的变量，反应变量是研究是否成功的证据，应具可测性和客观性。
二者关系：实验变量是原因，反应变量是结果，即具因果关系。
3.无关变量（控制变量）是指与研究目标无关，但却影响研究结果的变量，实验者应严格控制无关变量，否则实验结果的真实性无法得到认定、我们常在实验过程中强调“选取生长状况相同的幼苗”“数量大小相同的种子”“置于相同并适宜条件下培养”“加入等量的清水”等均是为了控制无关变量对实验结果的干扰。
实验中不论有几个实验变量，都应做到每个自变量对应一个因变量，此外还要做到操作规范。在实验设计、实施的全过程中，应严格操纵实验变量，严格控制无关变量，尽可能消除误差，获取较为精确的反应变量。
变量
关于“假设”“预期”“结果”与“结论”的辨析
（1）假设
“假设”，也称假说或猜测，是指用来说明某种现象但未经证实的论题，也是对所提出的问题作出的参考答案，即依据发现的事实材料或科学原理，通过创造性思维，提出初步假定。

如“观察植物细胞质壁分离和复原”实验中，提出的假设应为：
当细胞外溶液浓度＞细胞液浓度→细胞失水
当细胞外溶液浓度＜细胞液浓度→细胞吸水
（2）预期
“预期”是在实验设计方案确定以后，实验正式实施之前，根据假说和原理，对实验可能出现的结果的判断，是依据提出的假说进行推理，得出假定性结果或推论，即“假如假设成立，则应有何种结果”.

“观察植物细胞质壁分离与复原实验”中，假若假设成立，则应有处于高浓度（30％）蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞因不断失水→质壁分离，而处于清水中的已分离细胞因细胞吸水→质壁分离复原
（3）结果：
结果应为实验实际出现的情况.

“质壁分离复原实验”中处于30％蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞果真发生了质壁分离，而处于清水中的已分离细胞果真发生了复原现象。
（4）结论：
结论的得出须依据实验结果，即若出现的结果与预期结果一致则得出与先前的假说一致的结论即“假说成立”，若实验出现的结果与预期结果不符，则得出的结论应为“假说不成立”。
由此可知 “假设”应对应“结论”，“预期”应对应“结果”在实验讨论时应注意描述的科学性即“如果出现何种结果，则应有何种结论”，
“观察植物细胞质壁分离和复原”实验中，结论为：
当细胞外溶液浓度＞细胞液浓度时，细胞失水。
当细胞外溶液浓度＜细胞液浓度时，细胞吸水。
实验步骤书写的一般格式：（四部曲）
第一步：描述分组、编号，处理材料。如试管（或烧杯，水槽等）要加以编号，如A、B或甲、乙等等，这样可使叙说简洁一些。如果所给的材料未经处理，材料的处理过程一般也写在第一步。
第二步：叙述实验变量的控制，即各组对实验变量的不同处理。
第三步：表述无关变量的排除，即对各分组的后续相同的处理。（在相同且适宜的条件下培养）
第四步：阐述反应变量的测量，即用什么工具在什么时间观察什么变化，测定什么，并记录数据。可操作的观察指标包括---特异颜色变化、沉淀反应、形态结构、生理特征变化等；测定指标包括---生长发育速度、生化反应速度等。（观察并记录实验结果）
第二节
生物膜的流动镶嵌模型
一、对生物膜结构的探索历程
细胞膜的组成成分是什么？
探索这些物质是如何组成膜的？
蛋白质和磷脂的位置关系是怎样的呢？
有什么证据证明细胞膜中的物质不是静态的呢？

提出：膜是由脂质组成的
时间：19世纪末，人物：欧文顿
实验：用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行过上万次的实验，发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的：凡可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。
20世纪初：膜的主要成分是由脂质和蛋白质
时间：1925 人物：两位荷兰科学家
实验：两位科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气——水界面上铺展成单分子层。
测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。
结论：
细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层
时间：1959年 人物：罗伯特森
实验：在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。
提出假说：所有的生物膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边暗层是蛋白质分子。他把生物膜描述为静态的统一结构
时间：1970年 实验：科学家将人和鼠的细胞膜用不同荧光标记后，让两种细胞融合，融合细胞的一半发红色荧光，另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光均匀分布。
结论：
细胞膜具有流动性
科学家发现：膜蛋白并不是全部平铺在脂质表面，有的蛋白质镶嵌在脂质双分子层中。
1972年，桑格和尼克森提出
生物膜的流动镶嵌模型
（1）生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？请说说你的看法
（2）纵观人们对建立生物膜模型的探索过程，你能谈谈实验技术的进步起到怎样的作用
（3）分析生物膜模型的建立过程中，结构与功能相适应是如何得到体现的？
二、流动镶嵌模型的基本内容
1、膜的基本支架：
磷脂双分子层（亲水头部朝外，疏水尾部朝内），具有流动性

磷脂分子的运动
侧向扩散 、旋转运动、摆动运动、
伸缩震荡、翻转运动
2、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，具有流动性
生物膜的内外两层的组分和功能有明显的差异，称为膜的不对称性
结构与功能相适应
3、糖被：
（1）概念：在细胞膜的外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，叫做糖被。
（2）功能：保护和润滑
与细胞表面的识别有密切关系
4、糖脂：在细胞膜的外表，由糖类和脂质分子结合成。
第三节 物质跨膜运输的方式
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脂溶性物质
葡萄糖
苯、甘油、乙醇等
一、小分子或离子的跨膜运输
1、被动运输
（1）自由扩散
例如：小球由高处往低处滚落
特征：
顺浓度梯度运输 不需能量不需载体
例如：卡车载货下坡
特征：
顺浓度梯度运输需载体 不需能量
（2）协助扩散
例如：卡车载货上坡
特征：
逆浓度梯度运输
需要载体
需要消耗能量
2、主动运输
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
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细胞膜的功能特点：选择透过性
细胞膜的结构特点： 具有一定的流动性
比较三种物质运输方式的异同：
顺浓度梯度
逆浓度梯度
不需要
需要
需要
不消耗
不消耗
需要消耗
氧气、水、苯二氧化碳、乙醇、甘油、等
葡萄糖进入红细胞
葡萄糖、氨基酸通过小肠上皮细胞膜；离子通过细胞膜等
顺浓度梯度
细胞膜的功能特性是___________，其对
物质的选择吸收是取决于细胞膜上
__________________________。
自由扩散和协助扩散相对于主动运输来
说是一种________运输。
_______运输对活细胞完成各种生命活动有重要作用。
选择透过性
载体蛋白的种类和数量
被动
主动
一些大分子或物质团块的运输，是通过胞吞和胞吐作用来实现的。
胞吞：物质以囊泡包裹的形式通过细胞膜，从细胞外进入细胞内的过程。（如果进入的是固态物质，称为吞噬；如果进入的是液态物质，称为胞饮。）
二、大分子物质进出细胞的方式--胞吞和胞吐
胞吐：物质以囊泡的形式通过细胞膜，从细胞内排到细胞外的过程。
归纳总结
1、红细胞吸收无机盐和葡萄糖得共同点是（ ）

A、都可以从低浓度的一边到高浓度的一边
B、都需要供给ATP
C、都需要载体协助
D、既需要载体协助又需要消耗能量
C
巩固练习
2、若用呼吸酶抑制剂处理小肠绒毛上皮，则会明显影响其细胞吸收的物质是（ ）
A、氧气
B、脂肪酸、水
C、葡萄糖、水
D、钾离子、氨基酸
D
3、人的红细胞和血浆中的各种离子浓度（mmol/L）如下：
1、红细胞中K＋和Ca＋的浓度明显高于血浆， K＋和Ca＋ 进入红细胞的方式是 ，这种方式的必要条件是
主动运输
载体协助
消耗能量
2、红细胞中各种离子含量与血浆中离子含量不成正比，这表明细胞膜对进出细胞的离子具有 。
选择性
乙
主动运输
4、下图为物质进入细胞的两种方式示意图，据图回答
（1）小肠绒毛的上皮细胞吸收葡萄糖的方式是 。
（2）氧气分子从肺泡扩散到血液中的方式是 。
（3）甲和乙的不同点是
甲不需要载体和能量
甲
自由扩散