高中生物 细胞膜的物质运输功能素材1 中图版必修1

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1、第二节细胞的物质运输功能1．水在生物体内的作用水是生命存在的环境条件，同时也是生活物质本身化学反应所必需的成分，水对于维持生物体的正常生理活动有着重要的意义，因此水是生物体不能缺少的物质。(1)水是细胞内的良好溶剂：生物体内的大部分无机物质及一些有机物，都能溶解于水。水是物质扩散的介质，也是酶活动的介质。细胞内的各种代谢过程，如营养物质的吸收，代谢废物的排出，以及一切生物化学反应等，都必须在水溶液中才能进行。(2)由于水分子的极性强，能使溶解于其中的许多种物质解离成离子，这样也就有利于体内化学反应的进行。(3)由于水的流动性大，水在生物体内还起到运

2、输物质的作用，将吸收来的营养物质运输到各个组织中去，并将组织中产生的废物运输到排泄器官，排出体外。(4)水的热容大，1g水从15℃上升到16℃时需要4．18J热量，比同量其他液体所需要的热量多，因而水能吸收较多的热而本身温度的升高并不多。水的蒸发热较大，lg水在37℃时完全蒸发需要吸热2．40kJ，所以蒸发少量的汗就能散发大量的热。再加上水的流动性大，能随血液循环迅速分布全身，因此水对于维持生物体温度的稳定起很大作用。(5)对植物来说，水能保持植物的固有姿态。由于植物的液泡里含有大量的水分，因而可以维持细胞的形态而使植物枝叶挺立，便于接受阳光和交换

3、气体，保证正常的生长发育。(6)对生物体的生命活动起重要的调控作用。生物体内水含量的多少以及水的存在状态I的改变，都影响着新陈代谢的进行。一般情况下，生物体内的含水量在70％以上时代谢活跃；含水量降低，则代谢不活跃或进入休眠状态。当自由水比例增加时，生物体的代谢活跃，生长迅速：而当自由水向结合水转化较多时，代谢强度就会下降，抗寒、抗热、抗旱的性能提高。(7)水还有润滑作用。2．主动运输主动运输是指通过细胞膜本身的某种耗能过程，将某种物质分子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。按照热力学基本定律，溶液中的分子由低浓度处向高浓度处移动i就像物体沿着斜

4、坡上移(图2)，必须由外部供给能量。在细胞膜的主动运输中，能量由细胞来供给。(图示物质分子可由其高浓度处自动向底浓度处扩散，而分子由底浓度处移向高浓度处则需另行供能，正如滑雪者可由高坡自动下滑，而上坡需要由人体费力一样)主动运输是与被动运输相对而言的。自由扩散和协助扩散都属于被动运输，其特点是在这样的物质运输过程中，物质分子进行顺浓度梯度的移动，而与物质运输有关的膜或细胞并无能量消耗。但是，被动运输并不是与能量转换完全无关，而只不过是物质运输所需要的能量是来自高浓度溶液本身所包含的位能而已，就像位于斜坡高处的物体可以靠位能自动下滑而不需要另外供给能

5、量一样。在细胞膜主动运输的问题上，最重要的而且研究得最充分的是关于钠、钾离子的主动运输。很早以前就知道，包括人体各种细胞在内的所有动物细胞，其细胞内液和细胞外液中的钠、钾离子浓度有很大的不同。这是因为各种细胞的细胞膜上普遍存在着一种“钠钾泵”的结构，简称为“钠泵”，它们的作用就是能够逆着浓度差主动地把细胞外液中的K+移入膜内，同时不断地把进入细胞的Na+移出膜外，因而形成和保持了K+、Na+离子在膜两侧的正常浓度差。大量事实证明，钠泵实际上是一种镶嵌在膜的脂质双分子层中具有ATP酶活性的特殊蛋白质，它可以被Na+、K+和M92+等离子所激活，分解A

6、TP以获得能量，同时将膜外的K+移入膜内，将膜内的Na+移出膜外。3．细胞膜通道之谜2003年的诺贝尔化学奖，颁给了两位美国科学家：约翰霍普金斯大学医学院的阿格雷(P．Agre)与洛克斐勒大学霍华休斯医学研究中心的麦金农(R．MacKinnon)。他们获奖的研究都与细胞膜上的通道有关，瑞典皇家科学院在lO月8日发布的新闻稿中指出，阿格雷是因为“发现水通道”与麦金农“在离子通道的结构与机制上的研究”，而共享今年的诺贝尔化学奖。(1)神秘水通道终于现身生命现象与水脱不了关系，与生命有关的一切生理、生化反应，都是在水中发生的。当细胞以双层磷脂组成的细胞膜

7、隔出内外，阻绝了水与离子的通透，如何维持细胞膜内外渗透压的平衡，就变得非常重要了。因为如果细胞里的水太多(或离子浓度太低)，细胞会被撑破，如果细胞里的水太少(或离子浓度太高)，细胞会变得干瘪，生化反应无法顺畅进行。长久以来，科学家便知道细胞膜上有一些蛋白质，负责细胞内外物质的通透，这些蛋白质可以说是细胞膜上的密道，能够选择性地让细胞内外的物质进行交换。有些通道只是进行单纯的流量管制，而有些物质的进出，因为要对抗浓度上的差异(渗透压)，则需要消耗能量。然而，水分子如何进出细胞，则一直是个谜。1988年，阿格雷成功地从红细胞分离出一种膜蛋白，在经过多种

8、分析、蛋白质定序与该蛋白质cDNA的定序后，他确定这就是大家寻觅已久的水通道。阿格雷将之命名为“Aquaporin”，意即