师：今天我们进行人教版高中生物学必修一第四章细胞的物质输入和输出的一轮复习。第四章的复习目标如下：一、结合渗透作用的模型，复习渗透作用的原理，进而能解释动植物细胞的吸水和失水现象；二、回顾并比较物质进出细胞的方式，包括被动运输、主动运输、胞吞、胞吐，能依据实际情境判断某物质的运输方式；三、结合细胞膜的结构，复述细胞膜具有选择透过性的原因，深化结构与功能观。
前面我们刚复习了第三章细胞的基本结构，知道细胞是一个开放的系统，系统的边界——细胞膜可以控制物质进出。那么不同物质跨膜运输方式一样吗？接下来我们一起复习第四章。
第四章的内容主要包括两个部分。第一部分，水进出细胞的原理是渗透作用。结合此原理，我们复习动物细胞的吸水和失水，以及植物细胞的吸水和失水。第二部分，物质进出细胞的方式包括被动运输、主动运输和胞吞胞吐。
首先第一部分，我们以水为例复习水进出细胞的原理。渗透作用是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。发生渗透作用需要两个条件：一是具有一层半透膜，二是两侧溶液具有浓度差，这两个条件缺一不可。渗透作用的方向是从水分子或其他溶剂分子相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。水分子通过细胞膜进出细胞也是同样的原理。
对于动物细胞，将哺乳动物的红细胞放入外界溶液中，细胞膜相当于一层半透膜，细胞质和外界溶液两侧存在浓度差。当外界溶液浓度大于细胞质浓度时，细胞失水皱缩，失水过多可能导致死亡；当外界溶液浓度小于细胞质浓度时，细胞吸水膨胀甚至胀破；当外界溶液浓度等于细胞质浓度时，水分子进出平衡，细胞形态不变。
对于植物细胞，将成熟的植物细胞放入外界溶液中，细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质构成原生质层，原生质层相当于一层半透膜。细胞液和外界溶液可以形成浓度差。当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水发生质壁分离现象；若滴加清水，当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水发生质壁分离复原；当外界溶液浓度等于细胞液浓度时，水分子进出平衡，细胞保持原状。
现在我们进行点例演练，请大家思考并完成。
点例一，时间到。题目是将哺乳动物红细胞置于不同浓度的溶液中。A选项，在高于0.9%的氯化钠溶液中，外界溶液浓度大于细胞质浓度，红细胞会因渗透作用失水皱缩，但红细胞无细胞壁结构，所以不会发生质壁分离，A选项错误。B选项，在0.9%的氯化钠溶液中，外界溶液浓度等于细胞质浓度，水分子进出细胞膜达到动态平衡，并非没有水分子进出细胞，B选项错误。C选项，在低于0.9%的氯化钠溶液中，外界溶液浓度小于细胞质浓度，红细胞会吸水甚至胀破，C选项正确。D选项，渗透作用是指水分子或其他溶剂分子从低浓度溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的扩散，D选项错误。因此，该题目叙述正确的是C选项。
接下来请大家思考并完成典例。由图可知，原生质体的相对体积先下降后上升，说明该植物细胞发生了质壁分离后复原。0 - 4小时内细胞发生自动复原，表明物质A能进入细胞，A选项错误。0 - 1小时内细胞发生质壁分离，细胞失水，原生质体伸缩性比细胞壁的伸缩性大，所以细胞体积与原生质体体积的变化量不等，B选项错误。2 - 3小时内为质壁分离复原过程，细胞吸水，此时物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压，C选项正确。0 - 1小时内发生质壁分离，细胞失水，液泡中液体的渗透压小于细胞质基质的渗透压，而不是大于，D选项错误。所以正确的是C选项。
第二部分，我们复习物质进出细胞的方式。大家先来判断示意图当中A到E分别是什么方式。由图可知，A、E都是由低浓度到高浓度，并且消耗能量，因此都属于主动运输。B是由高浓度到低浓度，不需要转运蛋白，因此属于自由扩散。C和D都是由高浓度到低浓度，需要转运蛋白，因此属于协助扩散。
我们要注意，某物质的具体运输方式并不唯一，需根据具体情况分析判断。例如，红细胞吸收葡萄糖属于协助扩散，而小肠上皮细胞吸收葡萄糖属于主动运输。
接下来我们一起复习这几种方式。物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式叫做自由扩散，也叫简单扩散，例如水、气体、脂溶性物质通过自由扩散进出细胞。借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式叫做协助扩散，也叫异化扩散，例如葡萄糖通过协助扩散进入红细胞。观察示意图，左边属于自由扩散，右边两个属于协助扩散。我们发现这些物质都是顺浓度梯度进行跨膜运输的，这是共同点。像这样物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输，包括自由扩散和协助扩散。两种方式也有不同之处，自由扩散不需要蛋白质，而协助扩散需要转运蛋白。
转运蛋白包括载体蛋白和通道蛋白两种类型。载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，并且每次转运时都会发生自身构象的改变，比如葡萄糖进入红细胞时就要与载体蛋白结合，并导致载体蛋白空间结构改变。通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配，大小和电荷相适宜的分子或离子通过，物质不需要与通道蛋白结合，例如水分子或钾离子等。所以说转运蛋白具有特异性运输。同种物质运输时，协助扩散比自由扩散转运速率高，例如水分子更多是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞，在动物肾脏内，水分子的跨膜运输速率远大于自由扩散的速率。
物质都是顺浓度梯度转运的吗？并不是，还有一些离子或分子是逆浓度梯度跨膜运输的。像这样物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，我们把这种方式叫做主动运输。物质首先要与膜上载体蛋白的特定部位结合，由于不同离子或分子的大小和性质不同，蛋白质的空间结构差别也很大，所以一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子和分子结合，载体蛋白具有专一性。
我们以钙离子的跨膜运输为例，复习主动运输的过程。参与钙离子主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶，当膜内侧的钙离子与其特定部位结合时，其酶活性就被激活。在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使钙离子的结合部位转向膜外侧，将钙离子释放到膜外，这样就实现了钙离子的逆浓度梯度转运，该过程中ATP可以为主动运输供能。