物质穿越质膜的移动，范例作答
物质穿越质膜的移动的完整范例作答，原创结构题与作文题，标出评分要点关键词。
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本主题如何考查
- 精确定义渗透，并预测细胞得水还是失水。
- 解释玻璃纸透析管或马铃薯条实验的结果。
- 以表格比较扩散、渗透与主动运输。
- 用水势或浓度的说法解释，把细胞放入指定溶液后水为何进入或流出细胞，并同时写出方向与原因以取得满分。
- 解读显示表面积、温度或浓度如何影响扩散、渗透或主动运输速率的图表或数据表，并指出被改变的变量。
- 正确把主动运输应用于矿物离子或葡萄糖逆浓度梯度的吸收，将其与呼吸作用提供的能量及载体蛋白（而非通道蛋白）联系起来。
- 认清渗透是扩散的一种特殊情况，只适用于水分子经部分透过膜的移动，而不是把两个术语当作可以互换。
范例作答结构
- 看清指令词，按分作答，每分给一个清晰要点。
- 在解释之前，先准确定义关键生物术语。
- 按正确顺序解释过程或原因，使用准确的术语。
- 必要时加上有标签的图或范例。
- 以题目要求的联系收尾（原因→结果、结构→功能）。
完整范例作答
某学生把一个红细胞放入5%盐溶液中，该溶液对细胞的细胞质而言是高渗的。说明并解释红细胞会发生什么变化。
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该溶液的水势低于红细胞内细胞质的水势，因此水会经渗透、顺水势梯度、经部分透过质膜移出细胞。红细胞失水后体积缩小、表面变得皱缩，这一变化称为皱缩，因为该细胞没有细胞壁来抵抗这种失水。
水势较低渗透水势梯度部分透过膜皱缩
把装有淀粉溶液的玻璃纸透析管扎紧后浸入盛有碘液的烧杯中。30分钟后，透析管变成蓝黑色，但外面的碘液仍保持橙棕色。解释这一现象。
显示答案
玻璃纸透析管具有部分透过性，其孔道小到足以让碘等小分子通过，却无法让较大的淀粉分子通过。碘分子从透析管外浓度较高处扩散到管内浓度较低处，顺浓度梯度移动，并与淀粉反应，在管内产生蓝黑色。淀粉分子太大，无法经透析管的孔道扩散出去，因此管外的碘液仍保持橙棕色，因为没有淀粉到达那里与碘反应。
部分透过性扩散浓度梯度淀粉分子过大蓝黑色
从移动方向、能量需求，以及人体内各一个例子，比较扩散与主动运输。
显示答案
扩散顺浓度梯度移动粒子，从高浓度区域移向低浓度区域，不需要能量，因为它源自粒子的随机动能运动；例子是氧气从肺泡扩散进入周围的毛细血管。主动运输则逆浓度梯度移动粒子，从低浓度区域移向高浓度区域，需要来自呼吸作用的ATP能量并配合特定的载体蛋白；例子是肾小管把葡萄糖从滤液重新吸收回血液，即使血液中葡萄糖浓度已高于滤液。
顺梯度不需能量逆梯度ATP载体蛋白肾小管重吸收
即使土壤溶液中矿物离子浓度低于细胞液，根毛细胞仍能吸收硝酸盐等矿物离子。解释这如何可能，并说出所涉及的过程名称。
显示答案
由于土壤溶液中矿物离子的浓度低于根毛细胞内部，离子无法经只能顺浓度梯度进行的扩散移入。相反，根毛细胞利用主动运输：线粒体中呼吸作用释放的能量被质膜上特定的载体蛋白用来将矿物离子逆浓度梯度泵入细胞。这也是根毛细胞含有大量线粒体的原因，以供应主动运输矿物离子所需的ATP。
逆浓度梯度主动运输呼吸作用ATP载体蛋白线粒体
一项研究测量染料通过不同大小但形状相同的琼脂块的扩散速率。运用表面积与体积比的概念，解释为何最小的琼脂块最快达到完全变色。
显示答案
较小的立方体比同形状的较大立方体拥有更大的表面积与体积比，因此相对于体积而言，最小的琼脂块暴露给染料扩散进入的表面积更多。由于最小立方体中从表面到中心的扩散距离也更短，染料能更快到达中心，所以尽管所有琼脂块单位面积的扩散速率相同，最小的一块仍最先出现完全变色。
表面积与体积比较小的琼脂块扩散距离较短单位面积速率相同
解释为何把温度从25°C升高到60°C会提高染料在水中的扩散速率，却降低葡萄糖主动运输进入细胞的速率。
显示答案
升高温度使粒子获得更多动能，染料分子移动与碰撞更快，扩散速率因而提高，且在正常范围内这一效应会随温度上升持续增强。然而主动运输依赖质膜上的载体蛋白，而蛋白质是由氨基酸链构成，其特定三维形状由在高温下会断裂的键维持；在60°C时载体蛋白变性，丧失其功能性形状，因而无法再结合并运输葡萄糖，即使温度更高，主动运输速率仍会降低。
动能扩散速率提高载体蛋白变性主动运输降低
能得分的用语
- 流动镶嵌模型: 磷脂双分子层中散布着蛋白质；它是部分（选择性）透过性的。
- 扩散: 粒子从高浓度到低浓度的净移动，顺浓度梯度，不需能量。
- 渗透: 水分子经部分透过膜，从较稀（浓度较低）向较浓溶液的净移动。
- 主动运输: 物质逆浓度梯度移动，利用呼吸作用提供的能量与载体蛋白。
- 对细胞的影响: 在低渗溶液中动物细胞破裂（溶血）、植物细胞变膨胀；在高渗溶液中动物细胞皱缩（皱缩）、植物细胞发生质壁分离。
- 应用: 渗透与扩散解释了萎蔫、用盐腌制保存食物，以及根部通过主动运输吸收矿物质。
- 膜运输蛋白: 通道蛋白形成充满水的固定孔道，让特定离子或小的极性分子直接扩散穿过质膜。载体蛋白则先与粒子结合，改变形状后再将其释放到膜的另一侧；载体蛋白既可在协助扩散中被动运作，也可利用ATP在主动运输中逆浓度梯度泵送物质。
- 影响移动速率的因素: 扩散、渗透与主动运输的速率会随浓度梯度更陡、表面积更大、粒子更小及温度更高而提高，因为粒子获得更多动能、与膜碰撞更频繁；主动运输另受可用ATP与载体蛋白数量的限制。
常见问题
用简单的话说，什么是渗透？
主动运输与扩散有何不同？
土壤干燥或过咸时植物为何萎蔫？
物质穿越质膜的移动的更多资源
来源:SRC-DSKP-EN
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