2018年秋高中生物 第四章 物質(zhì)的輸入和輸出第3節(jié) 物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞綄W案 新人教版必修1

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1、 第3節(jié)　物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞? 學習目標 1．舉例說明物質(zhì)跨膜運輸方式的類型及特點。(重點) 2．說出被動運輸與主動運輸方式的異同點。(難點) 3．闡述主動運輸對細胞生活的意義。 核心概念 被動運輸　自由擴散　協(xié)助擴散　主動運輸　胞吞　胞吐 一、被動運輸和主動運輸——跨膜運輸 1．被動運輸 2．主動運輸 [預習反饋] 連線。 __①—b—Ⅰ__②—c—Ⅱ__③—a—Ⅲ____ 二、大分子物質(zhì)的運輸 ？思考 1．結(jié)合主動運輸所需要的條件分析，與主動運輸有關(guān)的細胞器有哪些？ 提示：核糖體、線粒體。 2．葡萄糖不能通過無蛋白質(zhì)的磷脂雙分子

2、層，但是小腸細胞能大量吸收葡萄糖，對此該如何解釋？ 提示：葡萄糖的跨膜運輸需要載體蛋白的協(xié)助，推測小腸上皮細胞的細胞膜上有能夠轉(zhuǎn)運葡萄糖的蛋白質(zhì)。 H　　判斷題 1．大分子物質(zhì)，如蛋白質(zhì)，進出細胞穿過0層生物膜。(　√　) 2．胞吞和胞吐都需要消耗能量，也需要載體。(　×　) 3．胞吞和胞吐體現(xiàn)了膜的結(jié)構(gòu)特性——流動性。(　√　) 4．分泌蛋白主要是通過主動運輸?shù)姆绞脚懦黾毎狻?　×　) 5．已知骨骼肌細胞和脂肪細胞膜上的載體蛋白轉(zhuǎn)運葡萄糖的過程不消耗ATP，則葡萄糖進入骨骼肌細胞內(nèi)的運輸方式是協(xié)助擴散。(　√　) 6．協(xié)助擴散和主動運輸需要細胞膜上的同一種載體蛋白。(　×　

3、) 7．較大的分子，如葡萄糖等，只有通過主動運輸才能進入細胞。(　×　) 8．抑制細胞呼吸對自由擴散和主動運輸?shù)霓D(zhuǎn)運速率均有影響。(　×　) 知識點1　被動運輸 Z　 1．擴散與被動運輸 (1)擴散：物質(zhì)分子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域轉(zhuǎn)移，直到均勻分布的現(xiàn)象，擴散的速率與物質(zhì)的濃度梯度成正比。 擴散速度在氣體中最大，液體中其次，固體中最?。欢覞舛炔钤酱?、溫度越高、參與的粒子質(zhì)量越小，擴散速度也越大。 (2)被動運輸：物質(zhì)順濃度梯度進出細胞的擴散。 2．被動運輸?shù)念愋汀杂蓴U散和協(xié)助擴散 自由擴散 協(xié)助擴散 概念 物質(zhì)通過簡單的擴散作用進出細胞的方式 物質(zhì)借

4、助載體蛋白進出細胞的擴散 運輸方向 高濃度→低濃度 高濃度→低濃度 特點 不需載體蛋白和能量 需載體蛋白，不需能量 示意圖 曲線 實例 小分子或脂溶性物質(zhì)，如O2、CO2、H2O、甘油、脂肪酸、乙醇、苯、尿素 紅細胞吸收葡萄糖 知識貼士 ①被動運輸?shù)乃俾蔬€與該物質(zhì)分子的大小、脂溶性程度等有關(guān)，如分子越小、脂溶性越強，運輸速率越快。 ②表中“高濃度”和“低濃度”是指運輸離子或小分子本身的濃度，而不是所處溶液的濃度。 ③兩種運輸方式的動力均來自細胞內(nèi)外物質(zhì)的濃度差，此外，協(xié)助擴散還與載體蛋白的種類和數(shù)量有關(guān)。 D　 典例1　下列現(xiàn)象中屬于自由擴散的

5、是(　A　) A．水通過細胞膜　 B．K＋通過細胞膜 C．蛋白質(zhì)通過細胞膜　 D．C6H12O6通過紅細胞膜 [解析]　水通過細胞膜屬于自由擴散；K＋通過細胞膜是主動運輸；蛋白質(zhì)通過細胞膜是胞吞或胞吐；C6H12O6通過紅細胞膜是協(xié)助擴散。 〔變式訓練1〕　甲、乙兩種物質(zhì)分別依賴自由擴散(簡單擴散)和協(xié)助擴散進入細胞，如果以人工合成的無蛋白磷脂雙分子膜代替細胞膜，并維持其他條件不變，則(　D　) A．甲運輸被促進　 B．乙運輸被促進 C．甲運輸被抑制　 D．乙運輸被抑制 [解析]　乙的運輸過程需要載體蛋白的參與，而人工合成的膜無蛋白質(zhì)。 知識點2　主動運輸和胞吞胞吐 Z　

6、 1．概念 從低濃度一側(cè)運輸?shù)礁邼舛纫粋?cè)，需要載體蛋白的協(xié)助，同時還要消耗細胞內(nèi)化學反應(yīng)所釋放的能量，這種方式叫做主動運輸，如圖 (1)特點 (2)實例：小腸絨毛上皮細胞對K＋、Na＋、葡萄糖、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。 2．主動運輸?shù)囊饬x 主動運輸普遍存在于動植物和微生物細胞中，保證了活細胞能夠按照生命活動的需要，主動選擇吸收所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，排出代謝廢物和對細胞有害的物質(zhì)。 3．大分子物質(zhì)通過細胞膜的方式——胞吞和胞吐 (1)過程 胞吞：大分子物質(zhì)囊泡―→大分子物質(zhì)進入細胞內(nèi) 胞吐：大分子物質(zhì)囊泡大分子物質(zhì)排出細胞外 (2)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：細胞膜的流動性。 (3)特點：需

7、要消耗能量。 (4)實例 知識貼士 胞吞和胞吐不是跨膜運輸 自由擴散、協(xié)助擴散和主動運輸，都是將細胞要選擇吸收的物質(zhì)從細胞膜的一側(cè)運到另一側(cè)，即跨膜運輸；而胞吞和胞吐是大分子以囊泡的形式進出細胞的運輸方式。胞吞是通過細胞膜內(nèi)陷形成囊泡，將大分子包圍起來進入細胞。胞吐是在細胞內(nèi)形成囊泡，囊泡與細胞膜融合后，將內(nèi)含物釋放出去。 D　 典例2　如圖表示植物從土壤中吸收某種礦質(zhì)元素離子的過程。下列敘述中不正確的是(　D　) A．該礦質(zhì)元素離子的運輸既需要載體蛋白也需要ATP，所以為主動運輸 B．該礦質(zhì)元素離子可以從低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)運輸 C．如果細胞膜上運輸該礦質(zhì)元素離子

8、的載體蛋白被去除，那么該礦質(zhì)元素離子不能被運輸 D．運輸該礦質(zhì)元素離子的載體蛋白不能被重復利用 [解析]　從圖中可以看出，該礦質(zhì)元素離子的運輸既需要載體蛋白也需要ATP，且運輸方向是從低濃度一側(cè)到高濃度一側(cè)，所以可以判斷其運輸方式為主動運輸，A、B兩項正確。如果細胞膜上運輸該物質(zhì)的載體蛋白被去除，那么該礦質(zhì)元素離子不能再被運輸，C項正確。載體蛋白可以被重復利用，D項錯誤。 典例3　如圖所示為細胞對大分子物質(zhì)進行“胞吞”和“胞吐”的過程。下列與此有關(guān)的敘述，錯誤的是(　D　) A．a(chǎn)與b均要以膜的流動性為基礎(chǔ)才可能發(fā)生 B．a(chǎn)要有細胞表面識別和內(nèi)部供能才可能完成 C．b在細胞分泌

9、的同時導致膜成分的更新 D．b與a分別是細胞排出廢物和攝取養(yǎng)分的基本方式 [解析]　胞吞和胞吐是膜具有流動性的具體體現(xiàn)，A項正確。胞吞是物質(zhì)通過細胞膜外表面的糖蛋白識別并消耗能量進入細胞內(nèi)的過程，B項正確。細胞分泌是高爾基體以“出芽”形式形成的囊泡與細胞膜融合，將大分子物質(zhì)排到膜外的過程，因此，部分高爾基體膜的成分轉(zhuǎn)移到細胞膜上，導致膜成分的更新，C項正確。細胞排出廢物和攝取養(yǎng)分的基本方式是物質(zhì)的跨膜運輸；被動運輸和主動運輸，D項錯誤。 〔變式訓練2〕　下表是人體成熟紅細胞與血漿中的K＋和Mg2＋在不同條件下的含量比較，據(jù)表分析不確切的是(　A　) 處理前(mmol) 用魚藤酮處

10、理后(mmol) 用烏本苷處理后(mmol) 細胞內(nèi) 血漿中 細胞內(nèi) 血漿中 細胞內(nèi) 血漿中 K＋ 145 5 11 5 13 5 Mg2＋ 35 1.4 1.8 1.4 35 1.4 A．魚藤酮對K＋和Mg2＋的載體蛋白的生理功能均有抑制作用 B．烏本苷抑制K＋的載體蛋白的生理功能而不影響Mg2＋的載體蛋白的生理功能 C．魚藤酮抑制ATP的合成從而影響K＋和Mg2＋的運輸 D．正常情況下血漿中K＋和Mg2＋均通過主動運輸進入紅細胞 [解析]　由表格中處理前的數(shù)據(jù)可知：K＋和Mg2＋由血漿進入紅細胞內(nèi)是逆濃度運輸，即為主動運輸。用魚藤酮處理后

11、，K＋和Mg2＋的運輸均受到影響，主動運輸一需要能量(ATP)，二需要載體蛋白，所以魚藤酮可能抑制ATP的合成，也可能影響載體蛋白的功能，從而影響K＋和Mg2＋的運輸。經(jīng)魚藤酮處理后，紅細胞內(nèi)兩種離子的量均有變化，說明魚藤酮對不同離子的影響沒有專一性，即不是作用于不同離子的載體蛋白，而是作用于呼吸作用某過程而抑制ATP的合成，從而抑制不同離子的運輸。 一、物質(zhì)運輸方式的判斷 1．結(jié)合實例直接進行判斷 運輸方式 實例 自由擴散 水、氣體(O2、CO2等)、脂溶性物質(zhì)(甘油、脂肪酸、性激素、乙醇、乙二醇、苯等)進出細胞 協(xié)助擴散 葡萄糖進入紅細胞 主動運輸 無機鹽離子、氨基

12、酸、核苷酸、葡萄糖(進入紅細胞除外)進出細胞 胞吐、胞吞 蛋白質(zhì)的分泌、吞噬細胞吞噬抗原和細胞碎片等 2．根據(jù)分子大小及對載體蛋白、能量的需要情況進行判斷(如圖) 3．根據(jù)運輸方向判斷 順濃度梯度的跨膜運輸方式是自由擴散和協(xié)助擴散，逆濃度梯度的跨膜運輸方式一定是主動運輸。 4．根據(jù)達到平衡時的濃度判斷 若達到平衡時細胞內(nèi)外仍存在濃度差，則是主動運輸，因為自由擴散和協(xié)助擴散達到平衡時，細胞內(nèi)外濃度相等。 5．不同條件下運輸方式的判斷 (1)消耗能量的運輸方式有胞吞、胞吐和主動運輸。 (2)需要載體蛋白參與，不消耗能量的運輸方式一定是協(xié)助擴散。 6．根據(jù)曲線判斷 (

13、1)隨物質(zhì)濃度的增加，有飽和點的曲線表示協(xié)助擴散或主動運輸(如圖甲)。 (2)成正比關(guān)系的曲線表示自由擴散(如圖乙)。 (3)與細胞呼吸或O2濃度有關(guān)的曲線表示主動運輸(如圖丙)。 知識貼士 無機鹽離子的運輸方式 無機鹽離子的運輸方式并非都是主動運輸，在順濃度梯度的情況下，也可通過被動運輸方式進出細胞。如在神經(jīng)沖動的傳導過程中Na＋、K＋的運輸，興奮時Na＋內(nèi)流和恢復靜息狀態(tài)時K＋外流都是協(xié)助擴散。 二、影響物質(zhì)跨膜運輸?shù)囊蛩? 1．影響自由擴散和協(xié)助擴散的因素： 方式 影響因素 影響趨勢 曲線 自由 擴散 膜兩側(cè)物質(zhì)的濃度差 與濃度差成正相關(guān) 協(xié)助 擴散

14、 ①膜兩側(cè)物質(zhì)的濃度差； ②膜上載體蛋白的種類和數(shù)量 當載體蛋白達到飽和時，物質(zhì)濃度增加，物質(zhì)的運輸速率也不再增加 2．影響主動運輸?shù)囊蛩兀? (1)載體蛋白的種類和數(shù)量：決定所運輸?shù)奈镔|(zhì)的種類和數(shù)量(如圖)。載體蛋白的數(shù)量有限，當細胞膜上的載體蛋白達到飽和時，細胞吸收相應(yīng)物質(zhì)的速率不再隨物質(zhì)濃度的增大而增加。 (2)能量：凡是影響細胞產(chǎn)生能量的因素都能影響主動運輸，如O2濃度、溫度等(如圖)。 注意：與O2濃度沒有關(guān)系的跨膜運輸方式有自由擴散和協(xié)助擴散，這兩種方式都不需要細胞呼吸提供能量。 典例4　某哺乳動物神經(jīng)細胞內(nèi)外的K＋和Na＋濃度見下表。下列屬于主動運輸?shù)氖?

15、　D　) 細胞內(nèi)濃度(mmol·L－1) 細胞外濃度(mmol·L－1) K＋ 140.0 3.0 Na＋ 18.0 145.0 A．K＋經(jīng)鉀離子通道排出細胞 B．K＋與有關(guān)載體蛋白結(jié)合排出細胞 C．Na＋經(jīng)鈉離子通道進入細胞 D．Na＋與有關(guān)載體蛋白結(jié)合排出細胞 [解析]　根據(jù)表格中信息，神經(jīng)細胞外Na＋濃度較高，細胞內(nèi)K＋濃度較高，K＋經(jīng)離子通道排出細胞和Na＋經(jīng)過離子通道進入細胞屬于被動運輸，A、C兩項錯誤；K＋與有關(guān)載體蛋白結(jié)合排出細胞，運輸方向是由高濃度到低濃度，運輸方式為協(xié)助擴散，B項錯誤；Na＋與有關(guān)載體蛋白結(jié)合排出細胞，運輸方向是由低濃度到高濃度，

16、運輸方式為主動運輸，D項正確。 典例5　科學家在研究細胞膜運輸物質(zhì)時發(fā)現(xiàn)有下列四種關(guān)系，分別用下圖中四條曲線表示，在研究具體的物質(zhì)X時，發(fā)現(xiàn)與曲線②和④相符。試問：細胞膜運輸物質(zhì)X的方式是(　B　) A．自由擴散　　 B．主動運輸 C．協(xié)助擴散　 D．胞吐 [解析]　分析跨膜運輸?shù)姆绞剑饕獞?yīng)從影響跨膜運輸?shù)囊蛩厝胧?，尤其從載體蛋白和能量兩方面考慮。曲線①說明運輸速度與物質(zhì)濃度呈正相關(guān)，不受其他因素的限制，應(yīng)為自由擴散。因為氧氣濃度的高低影響細胞呼吸，進而影響能量的供應(yīng)，而主動運輸需要消耗能量，曲線③說明運輸速度與氧氣濃度無關(guān)，說明這種方式不是主動運輸，而是一種被動運輸方式(自由擴

17、散或協(xié)助擴散)。曲線②在一定范圍內(nèi)隨物質(zhì)濃度升高運輸速度加快，當達到一定程度后，而保持穩(wěn)定，說明這種方式需要載體，不是自由擴散，可能是協(xié)助擴散或主動運輸。曲線④說明運輸速度與氧氣濃度有關(guān)，說明這個過程是需要能量的，只能是主動運輸。經(jīng)綜合分析，運輸物質(zhì)X的方式是主動運輸。 1．大分子物質(zhì)進出細胞的方式：胞吞、胞吐。 2．被動運輸：物質(zhì)順濃度梯度進出細胞。 (1)自由擴散：物質(zhì)通過簡單的擴散作用進出細胞。(2)協(xié)助擴散：進出細胞的物質(zhì)借助載體蛋白的擴散。 3．主動運輸：從低濃度一側(cè)運輸?shù)礁邼舛纫粋?cè)，需要載體蛋白的協(xié)助，同時還需要消耗細胞內(nèi)化學反應(yīng)所釋放的能量。 4．被動運輸和主動運輸體現(xiàn)了膜的選擇透過性特點，胞吞和胞吐體現(xiàn)了膜的流動性特點。 9