渗透作用、动植物细胞吸水失水、质壁分离与复原、流动镶嵌模型、三种跨膜方式(自由扩散/协助扩散/主动运输)、胞吞胞吐、影响因素曲线——把"谁能进、往哪走、要不要能、要不要载体"一次理清,曲线题一眼看穿。
渗透是水分子(溶剂)的扩散。只要满足两个条件,就一定发生渗透。
经典装置:漏斗口封半透膜,内装蔗糖溶液,插入清水烧杯。因内高外低,水净进入漏斗 → 漏斗内液面上升,直到水柱压力与渗透吸水趋势平衡才停。若两侧浓度相等,水的进出速率相等,液面不再变(动态平衡,并非停止运动)。
⚠ 渗透只讲水分子的净移动方向;比较的是溶液浓度(物质的量浓度),不是质量浓度。M(蔗糖)与 M(葡萄糖)相同质量浓度时,葡萄糖分子小、物质的量浓度更高。
调节漏斗内、外浓度。箭头示意水分子净流方向,漏斗液面随之升降,直到达到平衡。
细胞膜相当于半透膜。外界溶液浓度 < 细胞质浓度 → 细胞吸水膨胀(清水中红细胞会涨破,称溶血);外界 > 细胞质 → 失水皱缩;相等 → 保持形态(动态平衡)。
成熟植物细胞有大液泡。发生渗透的结构是原生质层 = 细胞膜 + 液泡膜 + 两膜之间的细胞质,它相当于一层半透膜;细胞壁是全透性(伸缩性小),不阻挡溶液。比较的是外界溶液浓度与细胞液(液泡内)浓度。
⚠ 细胞壁不是半透膜,是全透性的;真正当半透膜的是原生质层。动物细胞没有细胞壁和液泡,不发生"质壁分离",只讲膨胀/皱缩。
"质"=原生质层,"壁"=细胞壁。二者伸缩性不同,失水时原生质层收缩比细胞壁快,于是分开——这就是质壁分离。
实验材料常用:紫色洋葱鳞片叶外表皮(液泡有紫色,便于观察)。试剂:0.3 g/mL 蔗糖溶液使其分离,清水使其复原。
⚠ 若用0.5 g/mL 以上高浓度蔗糖或 KNO₃/尿素:高浓度蔗糖会因过度失水使细胞死亡而不能复原;而 KNO₃、尿素、甘油等能被细胞主动/被动吸收,会出现"先分离后自动复原"(溶质进入细胞后细胞液浓度回升)。
拖动外界浓度。与细胞液浓度(虚线)比较:高于则失水分离,低于则吸水复原。紫色为液泡,原生质层随水分收缩/膨胀。
1972 年 桑格 与 尼克森 提出流动镶嵌模型,是当前公认的膜结构模型。
| 要点 | 内容 |
|---|---|
| 基本支架 | 磷脂双分子层(亲水头朝外、疏水尾朝内) |
| 蛋白质 | 镶在表面、嵌入、或贯穿整个双分子层;很多是载体/通道/受体 |
| 糖类 | 膜外侧的蛋白质/脂质常连有糖 → 糖蛋白(糖被),起识别、保护、润滑作用 |
| 流动性 | 磷脂和大多数蛋白质可侧向移动 → 膜具一定流动性(结构特点) |
| 选择透过性 | 由载体种类/数量决定"谁能进" → 膜的功能特性 |
⚠ 区分:流动性 = 结构特点(磷脂、蛋白能动);选择透过性 = 功能特性(能挑着运)。流动性是选择透过性、胞吞胞吐等的结构基础。糖蛋白只在膜的外侧,可用来判断膜的内外。
磷脂双分子层为支架,蛋白质镶嵌贯穿,外侧有糖蛋白。开"流动性"看分子侧向移动。
四要素判方式:运输方向(顺/逆浓度)、是否需载体、是否耗能、典型例子。
| 方式 | 方向 | 载体 | 能量 | 典型例子 |
|---|---|---|---|---|
| 自由扩散 | 高→低(顺) | 不需 | 不耗能 | O₂、CO₂、H₂O、甘油、乙醇、脂肪酸 |
| 协助扩散 | 高→低(顺) | 需 | 不耗能 | 葡萄糖进入红细胞 |
| 主动运输 | 低→高(逆) | 需 | 耗能(ATP) | 小肠上皮吸收葡萄糖/氨基酸、根吸收无机盐离子、细胞排 Na⁺ 吸 K⁺ |
自由扩散 + 协助扩散 合称被动运输(都顺浓度、都不耗能,区别只在要不要载体)。
三条通道并排:自由扩散(直接穿)、协助扩散(载体转)、主动运输(载体+ATP 逆流)。观察粒子流向与是否有 ATP 闪现。可暂停。
① 浓度差:自由扩散速率与浓度差近似正比(直线上升,不饱和);协助扩散、主动运输因载体数量有限,浓度差增大到一定程度后饱和(出现平台)。
② O₂ 浓度(供能):只影响需能的主动运输——缺氧时 ATP 不足,主动运输速率随 O₂ 升高而加快,后因载体饱和趋于平台;自由扩散、协助扩散不受 O₂ 影响(不耗能)。
③ 载体数量:越多,饱和平台越高(只对需载体的协助扩散/主动运输)。温度影响膜流动性与酶/载体活性、ATP 供应,也会影响速率。
拖指针扫过浓度差,读三条曲线在该点的速率:自由扩散一直涨,协助/主动到平台就不涨了。
拖指针扫过 O₂ 浓度:主动运输随 O₂ 上升(先升后平台);协助扩散/自由扩散是水平线(不耗能,不受 O₂ 影响)。这是判断"是不是主动运输"的关键曲线。
触发:题给"方向(顺/逆浓度)、是否需载体、是否耗能、加抑制剂/缺氧后是否变化"。
动作:三连问 → ①逆浓度吗?逆=主动运输;②顺浓度→需载体吗?需=协助扩散,不需=自由扩散。再用"缺氧/抑制剂使速率下降"锁定主动运输。
例题:某物质从低浓度一侧运向高浓度一侧,加入呼吸抑制剂后运输停止。判断方式?
解:逆浓度 + 抑制呼吸(断 ATP)即停 → 需能 → 主动运输。
陷阱:只说"需载体"不能区分协助扩散与主动运输,必须再看方向或是否耗能。
触发:把植物细胞放入某溶液,问会不会分离/能否复原/图象变化。
动作:比较外界浓度与细胞液浓度。外>内→失水分离;外<内→吸水(复原/不分离)。再看溶质能否被吸收(KNO₃/尿素/甘油会先分离后自动复原);浓度过高会致死不复原。
例题:洋葱表皮放入 0.3 g/mL 蔗糖发生质壁分离,换清水后复原;放入等浓度 KNO₃ 则先分离后自动复原。为什么?
解:蔗糖不被吸收,清水降外界浓度使其吸水复原;K⁺、NO₃⁻ 可被细胞主动运输吸收,细胞液浓度回升 → 又吸水 → 自动复原。
陷阱:死细胞(如开水烫过、盐渍过久)膜失去选择透过性,不发生质壁分离——可据此判死活。
触发:给"运输速率-浓度差"或"运输速率-O₂浓度"曲线,判方式或读限制因素。
动作:浓度差图 → 一直线上升不饱和=自由扩散;先升后平台(饱和)=需载体(协助扩散或主动运输)。O₂ 图 → 随 O₂ 升高而升高的=主动运输(耗能);水平不变=不耗能(自由/协助扩散)。
例题:某曲线随浓度差增大先升后达平台,且缺氧时速率明显下降。判断?
解:有平台→需载体;缺氧下降→耗能 → 主动运输。平台的成因是载体数量饱和。
陷阱:平台出现是"载体饱和",不是"浓度差消失";别把协助扩散的平台错当自由扩散。
触发:U 形管/漏斗两侧不同浓度溶液,问液面最终高低或水流方向。
动作:比较两侧物质的量浓度;水净向高浓度侧移。液面差最终由渗透吸水与水柱压力平衡决定:起始浓度高的一侧液面更高。若溶质能透过半透膜,则最终两侧浓度趋于相等、液面趋平。
例题:U 形管半透膜(只透水),左 0.1 mol/L 蔗糖,右 0.1 mol/L 葡萄糖,问液面变化?
解:物质的量浓度相等 → 水进出速率相等 → 液面不变(动态平衡)。若改成 0.1 蔗糖 vs 0.2 葡萄糖,水向右(高)移,右侧液面升高。
陷阱:比较浓度要用物质的量浓度而非质量浓度;半透膜是否透溶质决定终态是否趋平。
① 水是自由扩散(也有水通道蛋白/协助扩散途径,高考默认水主要靠自由扩散),不要说水靠主动运输。
② 大分子的胞吞胞吐不叫跨膜运输(没穿过磷脂双分子层,是膜包着进出);但它需能、依赖膜流动性。
③ 只有主动运输才必然耗能;自由扩散、协助扩散都不耗能(缺氧不影响)。
④ 载体饱和才限速:协助扩散/主动运输有平台是因载体数量有限;自由扩散无载体、不饱和。
⑤ 细胞壁全透性,原生质层才当半透膜;质壁分离的"质"是原生质层不是细胞质基质单指。
⑥ 渗透方向记住"水往高浓度处跑"(向自由水少的一侧);比较的是溶液浓度,不是溶质分子跑向。
⑦ 主动运输方向是低→高(逆浓度),体现细胞对物质吸收的选择性(主动挑);协助扩散仍是顺浓度。
▸ "先分离后自动复原"三步判:看溶质能否入细胞。蔗糖/大分子不能入→只分离不自动复原;KNO₃/尿素/甘油/乙二醇能入→先失水分离,溶质进入后细胞液浓度回升→再吸水自动复原。写答案要点出"溶质被(主动/被动)吸收使细胞液浓度增大"。
▸ 用抑制剂/低温/缺氧做"耗能验证":要证明某运输是主动运输,设"加呼吸抑制剂(如 DNP)或低温/缺氧"处理,若速率显著下降即需能→主动运输。这是探究题标准做法。
▸ 两条平台成因分开写:浓度差曲线的平台=载体饱和;O₂ 曲线的平台=载体饱和(能量已不再是限制);上升段=能量(ATP)为限制因子。区分"限制因子是载体还是能量"是拔高得分点。
▸ 选择透过性 = 载体差异:不同细胞对同一离子吸收速率不同,根源是载体蛋白种类和数量不同(基因决定)。膜的选择透过性本质由蛋白质决定,而非磷脂。
▸ 渗透平衡是"动态"的:浓度相等后水分子仍在双向通过,只是净流为零;答题避免写成"停止运动"。
thebest2dan · 生物攻坚包 · 配套:光合作用 / 呼吸作用全攻坚