2022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
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1、2022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 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.說出被動運(yùn)輸與主動運(yùn)輸方式的異同點(diǎn)。(難點(diǎn)) 3.闡述主動運(yùn)輸對細(xì)胞生活的意義。 核心概念 被動運(yùn)輸 自由擴(kuò)散 協(xié)助擴(kuò)散 主動運(yùn)輸 胞吞 胞吐 一、被動運(yùn)輸和主動運(yùn)輸——跨膜運(yùn)輸 1.被動運(yùn)輸 2.主動運(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)合主動運(yùn)輸所需要的條件分析,與主動運(yùn)輸有關(guān)的細(xì)胞器有哪些? 提示:
2、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——流動性。( √ ) 4.分泌蛋白主要是通過主動運(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
3、.協(xié)助擴(kuò)散和主動運(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,只有通過主動運(yùn)輸才能進(jìn)入細(xì)胞。( × ) 8.抑制細(xì)胞呼吸對自由擴(kuò)散和主動運(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)運(yùn)速率均有影響。( × ) 知識點(diǎn)1 被動運(yùn)輸 Z 1.?dāng)U散與被動運(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??;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)被動運(yùn)輸:物質(zhì)順濃度梯度進(jìn)出細(xì)胞的擴(kuò)散。 2.被動運(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
4、 概念 物質(zhì)通過簡單的擴(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 知識貼士 ①被動運(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
5、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
6、的膜無蛋白質(zhì)。 知識點(diǎn)2 主動運(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,這種方式叫做主動運(yùn)輸,如圖 (1)特點(diǎn) (2)實(shí)例:小腸絨毛上皮細(xì)胞對K+、Na+、葡萄糖、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。 2.主動運(yùn)輸?shù)囊饬x 主動運(yùn)輸普遍存在于動植物和微生物細(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(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)
7、胞外 (2)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ):細(xì)胞膜的流動性。 (3)特點(diǎn):需要消耗能量。 (4)實(shí)例 知識貼士 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,所以為主動運(yùn)輸 B.該礦質(zhì)元素離子可以從低濃度
8、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)錯誤。 典例3 如圖所示為細(xì)胞對大分子物質(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.
9、a要有細(xì)胞表面識別和內(nèi)部供能才可能完成 C.b在細(xì)胞分泌的同時導(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;被動運(yùn)輸和主動運(yùn)輸,D項(xiàng)錯誤。 〔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
10、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
11、血漿進(jìn)入紅細(xì)胞內(nèi)是逆濃度運(yùn)輸,即為主動運(yùn)輸。用魚藤酮處理后,K+和Mg2+的運(yùn)輸均受到影響,主動運(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)
12、助擴(kuò)散 葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞 主動運(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)輸方式一定是主動運(yùn)輸。 4.根據(jù)達(dá)到平衡時的濃度判斷 若達(dá)到平衡時細(xì)胞內(nèi)外仍存在濃度差,則是主動運(yùn)輸,因?yàn)樽杂蓴U(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散達(dá)到平衡時,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、胞吐和主動運(yùn)輸。 (2)需要載體蛋白參與,不消耗能
13、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)的曲線表示主動運(yùn)輸(如圖丙)。 知識貼士 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運(yùn)輸,在順濃度梯度的情況下,也可通過被動運(yùn)輸方式進(jìn)出細(xì)胞。如在神經(jīng)沖動的傳導(dǎo)過程中Na+、K+的運(yùn)輸,興奮時Na+內(nèi)流和恢復(fù)靜息狀態(tài)時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 曲線 自由 擴(kuò)散 膜
14、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,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,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 某哺乳動物神
15、經(jīng)細(xì)胞內(nèi)外的K+和Na+濃度見下表。下列屬于主動運(yùn)輸?shù)氖? D ) 細(xì)胞內(nèi)濃度(mmol·L-1) 細(xì)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(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)胞屬于被動運(yùn)輸,A、C兩項(xiàng)錯誤;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)錯誤;Na
16、+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(xì)胞膜運(yùn)輸物質(zhì)X的方式是( B ) A.自由擴(kuò)散 B.主動運(yùn)輸 C.協(xié)助擴(kuò)散 D.胞吐 [解析] 分析跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞?,主要?yīng)從影響跨膜運(yùn)輸?shù)囊蛩厝胧郑绕鋸妮d體蛋白和能量兩方面考慮。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
17、關(guān),說明這種方式不是主動運(yùn)輸,而是一種被動運(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),說明這個過程是需要能量的,只能是主動運(yùn)輸。經(jīng)綜合分析,運(yùn)輸物質(zhì)X的方式是主動運(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.被動運(yùn)輸和主動運(yùn)輸體現(xiàn)了膜的選擇透過性特點(diǎn),胞吞和胞吐體現(xiàn)了膜的流動性特點(diǎn)。
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