物质进出细胞

IGCSE 生物 · 第 3 主题

训练

讲义词汇表

3.1

扩散

大纲

Core	Supplement
1 Describe diffusion as the net movement of particles from a region of their higher concentration to a region of their lower concentration (i.e. down a concentration gradient), as a result of their random movement
2 State that the energy for diffusion comes from the kinetic energy of random movement of molecules and ions
3 State that some substances move into and out of cells by diffusion through the cell membrane
4 Describe the importance of diffusion of gases and solutes in living organisms
5 Investigate the factors that influence diffusion, limited to: surface area, temperature, concentration gradient and distance

来源:剑桥国际大纲

扩散:随机运动,单向流动

扩散(diffusion)是粒子(particles)从它们较高浓度(concentration)的区域到它们较低浓度的区域的净移动(net movement)。我们说粒子沿浓度梯度(concentration gradient)向下移动。

粒子因它们自己的随机运动(random movement)而铺开。扩散的能量(energy)来自分子(molecules)和离子(ions)随机运动的动能(kinetic energy)——所以扩散不需要额外的能量。

一些物质通过细胞膜(cell membrane)的扩散进出细胞。

挤在一个细胞膜一侧的粒子铺开到另一侧,箭头显示向不太拥挤一侧的净移动 — 扩散:粒子从较高到较低浓度、沿梯度向下移动

为什么扩散重要。 许多气体(gases)和溶解的物质(溶质(solutes))在生物中通过扩散移动。例如,氧气(oxygen)扩散进细胞用于呼吸作用,而二氧化碳(carbon dioxide)扩散出去。

扩散速率随四个因素改变:

因素	扩散在……时更快
表面积(surface area)	表面更大
温度(temperature)	更热(粒子移动更快)
浓度梯度	浓度的差更大
距离	要行进的距离更短(一个更薄的屏障)

探索

Diffusion and osmosis

Set the concentration on each side and watch particles spread from high to low until balanced.

词汇表训练

英文	中文	拼音
diffusion	扩散	kuò sàn
net movement	净移动	jìng yí dòng
particles	粒子	lì zi
concentration	浓度	nóng dù
concentration gradient	浓度梯度	nóng dù tī dù
random movement	随机运动	suí jī yùn dòng
energy	能量	néng liàng
kinetic energy	动能	dòng néng
molecules	分子	fèn zǐ
ions	离子	lí zi
cell membrane	细胞膜	xì bāo mó
gases	气体	qì tǐ
solutes	溶质	róng zhì
oxygen	氧气	yǎng qì
carbon dioxide	二氧化碳	èr yǎng huà tàn
surface area	表面积	biǎo miàn jī
temperature	温度	wēn dù

练习卷

3.2

渗透

大纲

Core	Supplement
1 Describe the role of water as a solvent in organisms with reference to digestion, excretion and transport	7 Describe osmosis as the net movement of water molecules from a region of higher water potential (dilute solution) to a region of lower water potential (concentrated solution), through a partially permeable membrane
2 State that water diffuses through partially permeable membranes by osmosis
3 State that water moves into and out of cells by osmosis through the cell membrane
4 Investigate osmosis using materials such as dialysis tubing
5 Investigate and describe the effects on plant tissues of immersing them in solutions of different concentrations	8 Explain the effects on plant cells of immersing them in solutions of different concentrations by using the terms: turgid, turgor pressure, plasmolysis, flaccid
	9 Explain the importance of water potential and osmosis in the uptake and loss of water by organisms
6 State that plants are supported by the pressure of water inside the cells pressing outwards on the cell wall

来源:剑桥国际大纲

渗透:水穿过膜

显微镜下看到的红细胞 — 红细胞:水通过渗透进出细胞。

Water as a solvent

水是一个非常好的溶剂(solvent)——许多物质溶解(dissolve)在它里面以构成一个溶液(solution)。这对消化(digestion,食物必须先溶解才能被使用)、排泄(excretion,废物溶解在水中被带走)和运输(transport,物质溶解在血液和汁液中在身体里行进)很重要。

What osmosis is

渗透(osmosis)是一种特殊的扩散:水穿过一个半透膜(partially permeable membrane)的净移动。这种膜有微小的孔,让小的水分子通过但挡住较大的溶质粒子。水通过细胞膜的渗透进出细胞。

一个浓的溶液有很多溶解的溶质和很少的水。一个稀的溶液有很少的溶质和很多的水。

小的水分子双向穿过一个半透膜,但净向浓的一侧,而较大的溶质粒子不能穿过 — 渗透:水穿过半透膜;溶质不能

(补充) 渗透是水分子从一个较高水势(higher water potential,一个稀溶液——更多水)的区域到一个较低水势(一个浓溶液——更少水)的区域,穿过一个半透膜的净移动。

Osmosis and plant cells

当你把植物组织放入不同的溶液时,水通过渗透移动:

在纯水或一个稀溶液中,水移动进细胞。细胞膨胀并变得坚挺,或膨胀(turgid)。水向外压细胞壁;这个向外的推是膨压(turgor pressure)。膨胀的细胞使一株植物笔直站立——这就是植物如何被支撑。
在一个浓溶液中,水移动出细胞。细胞失去它们的坚挺并变软,或松软(flaccid)。
(补充) 若甚至更多的水离开,细胞膜从细胞壁拉开。这是质壁分离(plasmolysis)。

三个植物细胞:一个膨胀的细胞,膜压向壁;一个松软的细胞,膜被拉进来;一个质壁分离的细胞,膜从壁完全拉开 — 水进入或离开一个植物细胞使它膨胀、松软或质壁分离

一个浓溶液中红洋葱细胞的一个光学显微镜视野:在许多细胞中,紫色的内容物已从无色的矩形细胞壁收缩离开 — 质壁分离的红洋葱细胞:紫色的内容物已从细胞壁拉开

你可以用透析管(dialysis tubing,一个人工的半透膜),或用从一个土豆切下的圆柱来研究渗透。在浸泡前后测量它们的长度或质量。纯水或一个稀溶液中的圆柱增加长度和质量;一个浓溶液中的圆柱失去长度和质量;在一个浓度相等的溶液中没有变化。

例题。 一个土豆圆柱在浸泡前有 5.0 g 的质量,在一个稀溶液中浸泡后有 5.6 g。求质量的百分变化。

质量变化 = 5.6 - 5.0 = 0.6 g(一个增加)。
百分变化 = 变化 ÷ 起始质量 × 100 = 0.6 ÷ 5.0 × 100 = +12%。

一个正的答案意味着圆柱获得了水,所以溶液比细胞内容物更稀。总是算出百分变化,而不只是以克计的变化——它让你公平地比较从不同质量开始的圆柱。

探索

Osmosis

net movement down the gradient

A difference in concentration drives net movement until both sides are equal.

词汇表训练

英文	中文	拼音
solvent	溶剂	róng jì
dissolve	溶解	róng jiě
solution	溶液	róng yè
digestion	消化	xiāo huà
excretion	排泄	pái xiè
transport	运输	yùn shū
osmosis	渗透	shèn tòu
partially permeable membrane	半透膜	bàn tòu mó
water potential	水势	shuǐ shì
turgid	膨胀	péng zhàng
turgor pressure	膨压	péng yā
flaccid	松软	sōng ruǎn
plasmolysis	质壁分离	zhì bì fēn lí
dialysis tubing	透析管	tòu xī guǎn

练习卷

3.3

主动运输

大纲

Core	Supplement
1 Describe active transport as the movement of particles through a cell membrane from a region of lower concentration to a region of higher concentration (i.e. against a concentration gradient), using energy from respiration	2 Explain the importance of active transport as a process for movement of molecules or ions across membranes, including ion uptake by root hairs
	3 State that protein carriers move molecules or ions across a membrane during active transport

来源:剑桥国际大纲

主动运输对扩散

主动运输(active transport)是粒子通过一个细胞膜从一个较低浓度的区域到一个较高浓度的区域的移动——也就是,逆浓度梯度。因为这是"上坡",它需要来自呼吸作用(respiration)的能量。

细胞膜中的一个载体蛋白从低浓度一侧拾起一个粒子,并把它移到高浓度一侧,用来自呼吸作用的能量 — 主动运输用能量和一个载体蛋白逆梯度移动粒子

(补充) 主动运输让一个细胞吸收有用的分子或离子,即使它们在细胞内部已经更浓。例如,根毛(root hairs)通过主动运输从土壤吸收矿物离子。膜中的载体蛋白(protein carriers)拾起分子或离子并把它们运过去,用能量。

探索

Active transport step by step

Step the carrier protein through its cycle: it uses energy from ATP to move a particle against the gradient, from low to high.

探索

Active transport — pumping uphill

Unlike diffusion, active transport moves substances AGAINST the concentration gradient, so it needs energy.

词汇表训练

英文	中文	拼音
active transport	主动运输	zhǔ dòng yùn shū
respiration	呼吸作用	hū xī zuò yòng
root hairs	根毛	gēn máo
protein carriers	载体蛋白	zài tǐ dàn bái

练习卷

3.3

比较这三个过程

过程	方向	来自呼吸作用的能量?	什么移动
扩散	高 → 低浓度	否	粒子、气体、溶质
渗透	高 → 低水势	否	只有水
主动运输	低 → 高浓度(逆梯度)	是	分子和离子

3.3

考试技巧

总是写净移动:粒子双向移动,但整体流动是沿梯度向下的(对于扩散和渗透)。
渗透只移动水,而且只通过一个半透膜。扩散能移动许多种粒子。
只有主动运输用来自呼吸作用的能量,而且只有它逆梯度而行。
对于土豆或植物实验:水进入 → 膨胀、更长、更重;水离开 → 松软、更短、更轻;浓度相等 → 没有变化。
一个更大的表面积、更高的温度、更陡的浓度梯度和更短的距离都使扩散更快。

本主题的互动课程

逐步学习,并即时检测练习。

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