第3课时 跨膜运输、酶和ATP

1．植物吸收水分的器官与部位(1)吸收水分的器官：主要器官是根，叶等器官也可以吸收水分。(2)吸收水分的部位：主要是根尖成熟区的表皮细胞。(3)根尖结构(一)质壁分离以及复原2．植物细胞吸水和失水的原理(1)渗透作用的条件：①具有一层半透膜；②半透膜两侧的溶液存在浓度差。(2)植物细胞吸水和失水①未成熟的植物细胞主要靠吸胀作用吸水，②成熟的植物细胞主要靠渗透作用吸水。(3)质壁分离当外界溶液的浓度大于细胞液的浓度时，植物细胞就通过渗透作用失水，发生质壁分离(原生质层伸缩性比细胞壁伸缩性大)。3．质壁分离与质壁分离复原实验的应用(1)判断细胞的死活：死细胞与活细胞在一定浓度蔗糖溶液中做对比实验，观察有无质壁分离及复原现象。(2)观察植物细胞膜(光镜下)：由于植物细胞的细胞膜与细胞壁紧贴在一起，用普通的光学显微镜不能观察到细胞膜，但发生质壁分离的细胞，其细胞膜与细胞壁之间发生不同程度的分离，此时则可用光学显微镜观察到细胞膜。(3)测定细胞液的浓度：可将取材于同一部位制成的若干植物细胞的临时装片，分别置于一系列不同浓度梯度的蔗糖溶液中，通过观察发生质壁分离的临界蔗糖液浓度来确定细胞液的大致浓度。(4)证明原生质层是选择透过性膜4．区分几组概念或现象(1)半透膜和选择透过性膜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。能否通过半透膜往往取决于分子的大小。而选择透过性膜是指细胞膜等生物膜，由于膜上具有载体等结构，且不同生物的细胞膜上载体种类和数量不同，因而对物质吸收与否和吸收多少具有选择性。当细胞死亡时，细胞膜便失去选择透过性，变为全透性。(2)自由扩散和渗透作用自由扩散指分子从高浓度向低浓度的地方运动，既可为溶质性物质(O2、CO2等)，也可以为溶剂性物质(H2O、酒精等)，渗透作用是指水或其他溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象。从广义上讲，渗透作用是自由扩散的一种特殊形式。水分子进出细胞的方式既可以说是自由扩散，又可以说是渗透作用，但氧气、二氧化碳、甘油等物质进出细胞只能说是自由扩散，而不能说是渗透作用。7(3)洋葱表皮细胞放在一定浓度的蔗糖、甘油、氨基酸、氯化钠溶液中，观察到的现象洋葱表皮细胞放在一定浓度的蔗糖溶液中，会看到质壁分离现象，加清水后复原。放在一定浓度的甘油、氨基酸、氯化钠溶液中，会发生质壁分离以及自动复原。(4)细胞液和细胞内液细胞液：指植物细胞液泡内的复杂溶液。细胞内液：一般是指人和动物细胞内的液体，属于体液的一部分，区别于细胞外液。比较见下表：【例1】下图表示以洋葱表皮为材料，0.3g/mL蔗糖溶液、0.5g/mL蔗糖溶液、0.3g/mL尿素溶液及清水进行相关实验(时间m表示开始用四种溶液分别处理洋葱表皮；时间n表示开始用清水处理洋葱表皮)，测得该细胞原生质体体积变化，图中代表尿素溶液处理结果的是()A．aB．bC．cD．dB解析：洋葱表皮细胞放在0.3g/mL尿素溶液溶液中，先是因为外界溶液浓度高于细胞液浓度而发生质壁分离；一段时间后，尿素会以主动运输的方式进入细胞内，造成外界溶液浓度低于细胞液浓度而自动发生质壁分离复原。(二)物质进出细胞的方式1．判断物质进出细胞的主要方式(1)大分子物质和颗粒以胞吞、胞吐方式虽然最终通过了生物膜，但实质上这些物质并没有真正地穿过生物膜。(2)植物细胞对无机盐(离子)的吸收，具有选择性，这种选择性跟细胞膜上载体的种类和数量有关。2．影响物质跨膜运输速率的因素(1)物质的浓度(3)温度温度可以影响生物膜的流动性和酶的活性。因此会对两种被动运输方式和主动运输的运输速率有影响，特别是对主动运输的影响。(2)氧气浓度【例2】(2011·深圳模拟)下图中曲线a、b表示物质跨膜运输的两种方式，下列表述正确的是()A．氧气不能通过方式a运输B．与方式a有关的载体蛋白覆盖于细胞膜表面C．方式b可以表示协助扩散的跨膜运输方式D．抑制细胞呼吸对方式a和b的转运速率均无影响C解析：由图可知，曲线a表示物质的转运速率与被转运分子的浓度成正比，因此曲线a表示自由扩散；曲线b表示在一定范围内物质的转运速率与被转运分子的浓度成正相关，而超过一定的范围，物质的转运速率与被转运分子的浓度无关，主要受细胞膜上载体数量的限制，因此曲线b表示的是主动运输或协助扩散。氧气以自由扩散的方式进出细胞，因此A选项错误；方式a表示的是自由扩散，不需要载体蛋白的参与，所以B选项错误；抑制细胞呼吸对方式b的转运速率有影响，而对方式a的转运速率无影响，因此D选项不正确。(三)细胞膜的发现过程1．细胞膜的特点(1)功能特点：选择透过性。(2)结构特点：①具有一定的流动性。②原因：构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大多是可以运动的。③证明细胞膜具有流动性的实例主要有：人鼠细胞融合杂交实验、变形虫捕食和伪足的形成、白细胞吞噬细菌、胞吞与胞吐、受精时细胞的融合过程、动物细胞分裂时细胞膜的缢裂过程、细胞杂交时的细胞融合、分泌泡的产生和分泌过程④意义细胞膜的流动性为细胞的吸收、分泌、修复、融合、运动、捕食、变形、分裂等提供了基础。2．各种生物膜之间的联系(1)化学成分上：各种膜的化学成分相似，均由磷脂、蛋白质和少量糖类组成，但每种成分所占的比例不同。膜结构名称组成成分或结构特点相关的功能特点细胞膜糖类含量较多与信息识别、信息传递有关细胞核核膜有核孔细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心线粒体内膜蛋白质含量较多线粒体内膜是有氧呼吸的第三阶段进行的场所癌细胞膜与正常细胞细胞膜相比，糖蛋白含量减少细胞间的黏着性下降，容易扩散和转移(2)在结构上的联系(具有一定的连续性)(3)功能上的联系：分工合作，协调配合3．功能(1)细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内部环境，同时在细胞与外部环境进行物质运输、能量转换和信息传递的过程中，起决定性作用。(2)许多重要的化学反应都在生物膜上进行，这些化学反应都需要酶的参与，广阔的膜面积为多种酶提供了大量的附着位点。(3)细胞内的生物膜把各种细胞器分隔开，使得细胞内能同时进行多种化学反应，不会互相干扰，保证生命活动高效、有序地进行。4．研究生物膜系统的意义(1)理论上：阐明细胞生命活动规律。(2)工业上：人工模拟生物膜功能。如，海水淡化、污水处理。(3)医学上：人工膜代替病变器官。如，人工肾中的血液透析膜。(四)酶与ATP1．酶与激素的区分酶激素合成活细胞①植物激素：一定部位的细胞②动物激素：内分泌腺的腺细胞作用生物催化对新陈代谢、生长发育、生殖有重要的调节作用化学本质蛋白质、RNA①植物激素：有机小分子物质②动物激素：氨基酸衍生物、蛋白质、固醇类等2.酶的作用机理和无机催化剂一样，通过降低反应所需要的活化能，使化学反应在常温、常压等温和条件下快速进行。3．影响酶促反应速率的因素(2)底物浓度(3)酶浓度4．与酶有关的曲线分析(1)表示酶高效性的曲线(2)影响酶活性的曲线①在一定的温度(pH)范围内，随着温度(pH)的升高，酶的催化作用加强。超过这一范围，酶的催化作用减弱。②酶促反应达到最大值时的温度为最适温度(其中人体内酶的最适温度是37℃，a淀粉酶最适温度是60～65℃)。酶促反应达到最大值时的pH为最适pH(人体中，一般酶的最适pH接近中性，如唾液淀粉酶；而胃蛋白酶是1.5～2.2；小肠中的消化酶需要弱碱性。植物体内的酶最适pH大多在4.5～6.5之间)。27③低温、高温、过酸、过碱都会影响酶的活性；其中低温虽使酶的活性受到抑制，但是酶的分子结构(空间结构)没有被破坏，在适宜温度下，酶的活性可以恢复；高温、过酸、过碱，都会使酶的空间结构受到破坏，使酶失去活性，这种失活是不可逆的。当反应底物达到一定浓度后，酶促反应速率不再增加，主要是受酶数量和酶活性的限制。(3)底物和酶浓度对酶促反应的影响(4)碘液和斐林试剂在探究影响淀粉酶活性中的应用在探究温度对淀粉酶活性影响的实验中，应用碘液，而不宜用斐林试剂，因为斐林试剂需加热，而实验中的自变量是温度。在探究pH对酶活性影响的实验中，应利用斐林试剂，而不宜选用碘液，因碘液与NaOH发生反应。在利用淀粉、蔗糖和淀粉酶探究酶专一性的实验中，应选用斐林试剂，而不宜选用碘液，因碘液无法检测蔗糖是否水解。5．ATP与ADP的相互转化(1)“物质合成”如细胞分裂间期蛋白质的合成和DNA的复制、葡萄糖合成糖原、甘油和脂肪酸合成脂肪等。需注意的是：蛋白质在消化道内被消化为氨基酸是产生能量的过程，不消耗ATP。(2)“神经传导”在神经纤维上表现为动作电位，需要消耗ATP；在突触上，进行神经递质的合成与释放，需要消耗ATP。(3)病毒等少数种类的生物不具有独立代谢能力，其增殖或复制过程也要消耗ATP，但这些ATP是由宿主细胞代谢产生的。ATP与ADP相互转化的供能机制是生物界的共性。(4)植物光合作用光反应阶段产生的ATP用于暗反应阶段C3的还原，不用于其他生命过程；植物或动物细胞呼吸产生的ATP才能用于多种生命过程。(5)光能进入生物群落后，以化学能的形式储存于有机物中，以有机物为载体通过食物链而流动。(6)能量在生物群落中是单向流动，不能重复利用。6．有关能源物质的归纳直接源物质：ATP能源物质：糖类、蛋白质、脂肪主要能源物质：糖类储能物质：脂肪，植物细胞中的淀粉、动物细胞中的糖原根本能量来源：太阳能生物界的能量转换过程：34【例3】有关酶和ATP的正确叙述是(双选)()A．基因表达过程需要酶和ATP参与B．酶的催化效率总是高于无机催化剂C．温度会影响ATP与ADP相互转化的速率D．酶氧化分解的产物是氨基酸解析：温度和pH的变化使酶活性下降，可能导致酶的催化效率低于无机催化剂；ATP与ADP相互转化需要酶的催化，所以受温度的影响；属于蛋白质的酶的水解产物是氨基酸，氧化分解产生CO2和H2O。AC1.(2011·全国新课标卷)将人的红细胞放入4℃蒸馏水中，一段时间后红细胞破裂，主要原因是()A．红细胞膜具有水溶性B．红细胞的液泡体积增大C．蒸馏水大量进入红细胞D．低温时红细胞膜流动性增大C解析：细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，水分子可以通过自由扩散进出细胞。把细胞放到蒸馏水中，细胞质基质浓度高于外界溶液浓度，导致大量水分子进入细胞，细胞破裂，选项C正确。低温下细胞膜的流动性减小，选项D错误。细胞破裂与细胞膜的水溶性无关，选项A错误。人的红细胞不具备中央大液泡，其他细胞器已经退化消失，选项B错误。2.(2011·天津卷)将紫色洋葱鳞片叶表皮浸润在0.3g/mL的蔗糖溶液中，1分钟后进行显微观察，结果见下图。下列叙述错误的是()A．图中L是细胞壁，M是液泡，N是细胞质B．将视野中的细胞浸润在清水中，原生质体会逐渐复原C．实验说明细胞膜与细胞壁在物质透过性上存在显著差异D．洋葱根尖分生区细胞不宜作为该实验的实验材料A解析：洋葱紫色的鳞片叶表皮细胞中有一个大而且呈紫色的液泡，当发生质壁分离时，液泡体积缩小，原生质层与细胞壁发生分离，M表示液泡，所以图示中的N表示的应是原生质层与细胞壁之间的部分，此处为外界溶液；发生质壁分离的细胞若处于清水中，外界水分将通过原生质层向液泡中渗透，原生质层(或原生质体)逐渐恢复原来的状态；成熟植物细胞的细胞壁是全透性的，而细胞膜是选择透过性的；由于洋葱根尖分生区细胞没有形成大液泡，同时颜色较浅，故不适合作为质壁分离及复原的实验材料。3.(2011·全国新课标卷)撕取紫色洋葱外表皮，分为两份，假定两份外表皮细胞的大小、数目和生理状态一致，一份在完全营养液中浸泡一段时间，浸泡后的外表皮称为甲组；另一份在蒸馏水中浸泡相同的时间，浸泡后的外表皮称为乙组。然后，两组外表皮都用浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液处理，一段时间后外表皮细胞中的水分不再减少。此时甲、乙两组细胞水分渗出量的大小，以及水分运出细胞的方式是()A．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，主动运输B．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的高，主动运输C．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的低，被动运输D．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，被动运输解析：水分子进出细胞的方式是