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(yùn)輸?shù)姆绞綄W(xué)案 新人教版必修1.doc

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第3節(jié)　物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞? 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1．舉例說明物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式的類型及特點(diǎn)。(重點(diǎn)) 2．說出被動(dòng)運(yùn)輸與主動(dòng)運(yùn)輸方式的異同點(diǎn)。(難點(diǎn)) 3．闡述主動(dòng)運(yùn)輸對(duì)細(xì)胞生活的意義。 核心概念 被動(dòng)運(yùn)輸　自由擴(kuò)散　協(xié)助擴(kuò)散　主動(dòng)運(yùn)輸　胞吞　胞吐 一、被動(dòng)運(yùn)輸和主動(dòng)運(yùn)輸——跨膜運(yùn)輸 1．被動(dòng)運(yùn)輸 2．主動(dòng)運(yùn)輸 [預(yù)習(xí)反饋] 連線。 __①—b—Ⅰ__②—c—Ⅱ__③—a—Ⅲ____ 二、大分子物質(zhì)的運(yùn)輸 ？思考 1．結(jié)合主動(dòng)運(yùn)輸所需要的條件分析，與主動(dòng)運(yùn)輸有關(guān)的細(xì)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)的磷脂雙分子層，但是小腸細(xì)胞能大量吸收葡萄糖，對(duì)此該如何解釋？ 提示：葡萄糖的跨膜運(yùn)輸需要載體蛋白的協(xié)助，推測(cè)小腸上皮細(xì)胞的細(xì)胞膜上有能夠轉(zhuǎn)運(yùn)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(jìn)出細(xì)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(dòng)性。(　√　) 4．分泌蛋白主要是通過主動(dòng)運(yùn)輸?shù)姆绞脚懦黾?xì)胞外。(　　) 5．已知骨骼肌細(xì)胞和脂肪細(xì)胞膜上的載體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的過程不消耗ATP，則葡萄糖進(jìn)入骨骼肌細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)輸方式是協(xié)助擴(kuò)散。(　√　) 6．協(xié)助擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸需要細(xì)胞膜上的同一種載體蛋白。(　　) 7．較大的分子，如葡萄糖等，只有通過主動(dòng)運(yùn)輸才能進(jìn)入細(xì)胞。(　　) 8．抑制細(xì)胞呼吸對(duì)自由擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)運(yùn)速率均有影響。(　　) 知識(shí)點(diǎn)1　被動(dòng)運(yùn)輸 Z　 1．?dāng)U散與被動(dòng)運(yùn)輸 (1)擴(kuò)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(kuò)散的速率與物質(zhì)的濃度梯度成正比。 擴(kuò)散速度在氣體中最大，液體中其次，固體中最小；而且濃度差越大、溫度越高、參與的粒子質(zhì)量越小，擴(kuò)散速度也越大。 (2)被動(dòng)運(yùn)輸：物質(zhì)順濃度梯度進(jìn)出細(xì)胞的擴(kuò)散。 2．被動(dòng)運(yùn)輸?shù)念愋汀杂蓴U(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散 自由擴(kuò)散 協(xié)助擴(kuò)散 概念 物質(zhì)通過簡(jiǎn)單的擴(kuò)散作用進(jìn)出細(xì)胞的方式 物質(zhì)借助載體蛋白進(jìn)出細(xì)胞的擴(kuò)散 運(yùn)輸方向 高濃度→低濃度 高濃度→低濃度 特點(diǎn) 不需載體蛋白和能量 需載體蛋白，不需能量 示意圖 曲線 實(shí)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(xì)胞吸收葡萄糖 知識(shí)貼士 ①被動(dòng)運(yùn)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(qiáng)，運(yùn)輸速率越快。 ②表中“高濃度”和“低濃度”是指運(yùn)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(yùn)輸方式的動(dòng)力均來自細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的濃度差，此外，協(xié)助擴(kuò)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(kuò)散的是(　A　) A．水通過細(xì)胞膜　 B．K＋通過細(xì)胞膜 C．蛋白質(zhì)通過細(xì)胞膜　 D．C6H12O6通過紅細(xì)胞膜 [解析]　水通過細(xì)胞膜屬于自由擴(kuò)散；K＋通過細(xì)胞膜是主動(dòng)運(yùn)輸；蛋白質(zhì)通過細(xì)胞膜是胞吞或胞吐；C6H12O6通過紅細(xì)胞膜是協(xié)助擴(kuò)散。 〔變式訓(xùn)練1〕　甲、乙兩種物質(zhì)分別依賴自由擴(kuò)散(簡(jiǎn)單擴(kuò)散)和協(xié)助擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞，如果以人工合成的無蛋白磷脂雙分子膜代替細(xì)胞膜，并維持其他條件不變，則(　D　) A．甲運(yùn)輸被促進(jìn)　 B．乙運(yùn)輸被促進(jìn) C．甲運(yùn)輸被抑制　 D．乙運(yùn)輸被抑制 [解析]　乙的運(yùn)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(shí)點(diǎn)2　主動(dòng)運(yùn)輸和胞吞胞吐 Z　 1．概念 從低濃度一側(cè)運(yùn)輸?shù)礁邼舛纫粋?cè)，需要載體蛋白的協(xié)助，同時(shí)還要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量，這種方式叫做主動(dòng)運(yùn)輸，如圖 (1)特點(diǎn) (2)實(shí)例：小腸絨毛上皮細(xì)胞對(duì)K＋、Na＋、葡萄糖、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。 2．主動(dòng)運(yùn)輸?shù)囊饬x 主動(dòng)運(yùn)輸普遍存在于動(dòng)植物和微生物細(xì)胞中，保證了活細(xì)胞能夠按照生命活動(dòng)的需要，主動(dòng)選擇吸收所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，排出代謝廢物和對(duì)細(xì)胞有害的物質(zhì)。 3．大分子物質(zhì)通過細(xì)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(jìn)入細(xì)胞內(nèi) 胞吐：大分子物質(zhì)囊泡大分子物質(zhì)排出細(xì)胞外 (2)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：細(xì)胞膜的流動(dòng)性。 (3)特點(diǎn)：需要消耗能量。 (4)實(shí)例 知識(shí)貼士 胞吞和胞吐不是跨膜運(yùn)輸 自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸，都是將細(xì)胞要選擇吸收的物質(zhì)從細(xì)胞膜的一側(cè)運(yùn)到另一側(cè)，即跨膜運(yùn)輸；而胞吞和胞吐是大分子以囊泡的形式進(jìn)出細(xì)胞的運(yùn)輸方式。胞吞是通過細(xì)胞膜內(nèi)陷形成囊泡，將大分子包圍起來進(jìn)入細(xì)胞。胞吐是在細(xì)胞內(nèi)形成囊泡，囊泡與細(xì)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(yùn)輸既需要載體蛋白也需要ATP，所以為主動(dòng)運(yùn)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(yùn)輸 C．如果細(xì)胞膜上運(yùn)輸該礦質(zhì)元素離子的載體蛋白被去除，那么該礦質(zhì)元素離子不能被運(yùn)輸 D．運(yùn)輸該礦質(zhì)元素離子的載體蛋白不能被重復(fù)利用 [解析]　從圖中可以看出，該礦質(zhì)元素離子的運(yùn)輸既需要載體蛋白也需要ATP，且運(yùn)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(yùn)輸方式為主動(dòng)運(yùn)輸，A、B兩項(xiàng)正確。如果細(xì)胞膜上運(yùn)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(yùn)輸，C項(xiàng)正確。載體蛋白可以被重復(fù)利用，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 典例3　如圖所示為細(xì)胞對(duì)大分子物質(zhì)進(jìn)行“胞吞”和“胞吐”的過程。下列與此有關(guān)的敘述，錯(cuò)誤的是(　D　) A．a(chǎn)與b均要以膜的流動(dòng)性為基礎(chǔ)才可能發(fā)生 B．a(chǎn)要有細(xì)胞表面識(shí)別和內(nèi)部供能才可能完成 C．b在細(xì)胞分泌的同時(shí)導(dǎo)致膜成分的更新 D．b與a分別是細(xì)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(dòng)性的具體體現(xiàn)，A項(xiàng)正確。胞吞是物質(zhì)通過細(xì)胞膜外表面的糖蛋白識(shí)別并消耗能量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的過程，B項(xiàng)正確。細(xì)胞分泌是高爾基體以“出芽”形式形成的囊泡與細(xì)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(xì)胞膜上，導(dǎo)致膜成分的更新，C項(xiàng)正確。細(xì)胞排出廢物和攝取養(yǎng)分的基本方式是物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸；被動(dòng)運(yùn)輸和主動(dòng)運(yùn)輸，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 〔變式訓(xùn)練2〕　下表是人體成熟紅細(xì)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) 用魚藤酮處理后(mmol) 用烏本苷處理后(mmol) 細(xì)胞內(nèi) 血漿中 細(xì)胞內(nèi) 血漿中 細(xì)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(duì)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(yùn)輸 D．正常情況下血漿中K＋和Mg2＋均通過主動(dòng)運(yùn)輸進(jìn)入紅細(xì)胞 [解析]　由表格中處理前的數(shù)據(jù)可知：K＋和Mg2＋由血漿進(jìn)入紅細(xì)胞內(nèi)是逆濃度運(yùn)輸，即為主動(dòng)運(yùn)輸。用魚藤酮處理后，K＋和Mg2＋的運(yùn)輸均受到影響，主動(dòng)運(yùn)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(yùn)輸。經(jīng)魚藤酮處理后，紅細(xì)胞內(nèi)兩種離子的量均有變化，說明魚藤酮對(duì)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(yùn)輸。 一、物質(zhì)運(yùn)輸方式的判斷 1．結(jié)合實(shí)例直接進(jìn)行判斷 運(yùn)輸方式 實(shí)例 自由擴(kuò)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(jìn)出細(xì)胞 協(xié)助擴(kuò)散 葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞 主動(dòng)運(yùn)輸 無機(jī)鹽離子、氨基酸、核苷酸、葡萄糖(進(jìn)入紅細(xì)胞除外)進(jìn)出細(xì)胞 胞吐、胞吞 蛋白質(zhì)的分泌、吞噬細(xì)胞吞噬抗原和細(xì)胞碎片等 2．根據(jù)分子大小及對(duì)載體蛋白、能量的需要情況進(jìn)行判斷(如圖) 3．根據(jù)運(yùn)輸方向判斷 順濃度梯度的跨膜運(yùn)輸方式是自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散，逆濃度梯度的跨膜運(yùn)輸方式一定是主動(dòng)運(yùn)輸。 4．根據(jù)達(dá)到平衡時(shí)的濃度判斷 若達(dá)到平衡時(shí)細(xì)胞內(nèi)外仍存在濃度差，則是主動(dòng)運(yùn)輸，因?yàn)樽杂蓴U(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散達(dá)到平衡時(shí)，細(xì)胞內(nèi)外濃度相等。 5．不同條件下運(yùn)輸方式的判斷 (1)消耗能量的運(yùn)輸方式有胞吞、胞吐和主動(dòng)運(yùn)輸。 (2)需要載體蛋白參與，不消耗能量的運(yùn)輸方式一定是協(xié)助擴(kuò)散。 6．根據(jù)曲線判斷 (1)隨物質(zhì)濃度的增加，有飽和點(diǎn)的曲線表示協(xié)助擴(kuò)散或主動(dòng)運(yùn)輸(如圖甲)。 (2)成正比關(guān)系的曲線表示自由擴(kuò)散(如圖乙)。 (3)與細(xì)胞呼吸或O2濃度有關(guān)的曲線表示主動(dòng)運(yùn)輸(如圖丙)。 知識(shí)貼士 無機(jī)鹽離子的運(yùn)輸方式 無機(jī)鹽離子的運(yùn)輸方式并非都是主動(dòng)運(yùn)輸，在順濃度梯度的情況下，也可通過被動(dòng)運(yùn)輸方式進(jìn)出細(xì)胞。如在神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo)過程中Na＋、K＋的運(yùn)輸，興奮時(shí)Na＋內(nèi)流和恢復(fù)靜息狀態(tài)時(shí)K＋外流都是協(xié)助擴(kuò)散。 二、影響物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)囊蛩? 1．影響自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散的因素： 方式 影響因素 影響趨勢(shì) 曲線 自由 擴(kuò)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(kuò)散 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(dāng)載體蛋白達(dá)到飽和時(shí)，物質(zhì)濃度增加，物質(zhì)的運(yùn)輸速率也不再增加 2．影響主動(dòng)運(yùn)輸?shù)囊蛩兀? (1)載體蛋白的種類和數(shù)量：決定所運(yùn)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(dāng)細(xì)胞膜上的載體蛋白達(dá)到飽和時(shí)，細(xì)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(xì)胞產(chǎn)生能量的因素都能影響主動(dòng)運(yùn)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(yùn)輸方式有自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散，這兩種方式都不需要細(xì)胞呼吸提供能量。 典例4　某哺乳動(dòng)物神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)外的K＋和Na＋濃度見下表。下列屬于主動(dòng)運(yùn)輸?shù)氖?　D　) 細(xì)胞內(nèi)濃度(mmolL－1) 細(xì)胞外濃度(mmolL－1) K＋ 140.0 3.0 Na＋ 18.0 145.0 A．K＋經(jīng)鉀離子通道排出細(xì)胞 B．K＋與有關(guān)載體蛋白結(jié)合排出細(xì)胞 C．Na＋經(jīng)鈉離子通道進(jìn)入細(xì)胞 D．Na＋與有關(guān)載體蛋白結(jié)合排出細(xì)胞 [解析]　根據(jù)表格中信息，神經(jīng)細(xì)胞外Na＋濃度較高，細(xì)胞內(nèi)K＋濃度較高，K＋經(jīng)離子通道排出細(xì)胞和Na＋經(jīng)過離子通道進(jìn)入細(xì)胞屬于被動(dòng)運(yùn)輸，A、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤；K＋與有關(guān)載體蛋白結(jié)合排出細(xì)胞，運(yùn)輸方向是由高濃度到低濃度，運(yùn)輸方式為協(xié)助擴(kuò)散，B項(xiàng)錯(cuò)誤；Na＋與有關(guān)載體蛋白結(jié)合排出細(xì)胞，運(yùn)輸方向是由低濃度到高濃度，運(yùn)輸方式為主動(dòng)運(yùn)輸，D項(xiàng)正確。 典例5　科學(xué)家在研究細(xì)胞膜運(yùn)輸物質(zhì)時(shí)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(shí)，發(fā)現(xiàn)與曲線②和④相符。試問：細(xì)胞膜運(yùn)輸物質(zhì)X的方式是(　B　) A．自由擴(kuò)散　　 B．主動(dòng)運(yùn)輸 C．協(xié)助擴(kuò)散　 D．胞吐 [解析]　分析跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞剑饕獞?yīng)從影響跨膜運(yùn)輸?shù)囊蛩厝胧?，尤其從載體蛋白和能量?jī)煞矫婵紤]。曲線①說明運(yùn)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(kuò)散。因?yàn)檠鯕鉂舛鹊母叩陀绊懠?xì)胞呼吸，進(jìn)而影響能量的供應(yīng)，而主動(dòng)運(yùn)輸需要消耗能量，曲線③說明運(yùn)輸速度與氧氣濃度無關(guān)，說明這種方式不是主動(dòng)運(yùn)輸，而是一種被動(dòng)運(yùn)輸方式(自由擴(kuò)散或協(xié)助擴(kuò)散)。曲線②在一定范圍內(nèi)隨物質(zhì)濃度升高運(yùn)輸速度加快，當(dāng)達(dá)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(kuò)散，可能是協(xié)助擴(kuò)散或主動(dòng)運(yùn)輸。曲線④說明運(yùn)輸速度與氧氣濃度有關(guān)，說明這個(gè)過程是需要能量的，只能是主動(dòng)運(yùn)輸。經(jīng)綜合分析，運(yùn)輸物質(zhì)X的方式是主動(dòng)運(yùn)輸。 1．大分子物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式：胞吞、胞吐。 2．被動(dòng)運(yùn)輸：物質(zhì)順濃度梯度進(jìn)出細(xì)胞。 (1)自由擴(kuò)散：物質(zhì)通過簡(jiǎn)單的擴(kuò)散作用進(jìn)出細(xì)胞。(2)協(xié)助擴(kuò)散：進(jìn)出細(xì)胞的物質(zhì)借助載體蛋白的擴(kuò)散。 3．主動(dòng)運(yùn)輸：從低濃度一側(cè)運(yùn)輸?shù)礁邼舛纫粋?cè)，需要載體蛋白的協(xié)助，同時(shí)還需要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量。 4．被動(dòng)運(yùn)輸和主動(dòng)運(yùn)輸體現(xiàn)了膜的選擇透過性特點(diǎn)，胞吞和胞吐體現(xiàn)了膜的流動(dòng)性特點(diǎn)。