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第3節(jié) 物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞?1．知識：(1)掌握物質(zhì)進出細(xì)胞的方式；(2)了解主動運輸?shù)囊饬x；(3)能夠進行圖表數(shù)據(jù)的解讀。 2．情感態(tài)度與價值觀：探討研究物質(zhì)跨膜運輸方式中實驗方法及技術(shù)進步對研究結(jié)果所起的作用。 3．能力：培養(yǎng)進行圖表數(shù)據(jù)解讀的能力。 4．重點與難點：(1)物質(zhì)進出細(xì)胞的方式；(2)主動運輸?shù)奶攸c及意義。,(一)問題探討 1．從圖上可以看出，氧氣、二氧化碳、氮氣、苯等小分子(苯還是脂溶性的)很容易通過合成的脂雙層；水、甘油、乙醇等較小的分子也可以通過；氨基酸、葡萄糖等較大的有機分子和帶電荷的離子則不能通過合成的脂雙層。 2．提示：葡萄糖不能通過人工合成的無蛋白的脂雙層，但小腸上皮細(xì)胞能大量吸收葡萄糖，推測小腸上皮細(xì)胞的細(xì)胞膜上有能夠轉(zhuǎn)運葡萄糖的蛋白質(zhì)。 3．提示：通過觀察此圖還可聯(lián)想并提出，細(xì)胞需要的離子是否也通過細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)來運輸?shù)葐栴}。,(二)思考與討論 1．自由擴散和協(xié)助擴散都不需要消耗能量。因為二者都是順物質(zhì)的濃度梯度進行的。 2．自由擴散與協(xié)助擴散的共同之處是都不需要細(xì)胞消耗能量。不同之處是：前者不需要蛋白質(zhì)的協(xié)助，后者必須有蛋白質(zhì)的協(xié)助才能實現(xiàn)。 3．因為自由擴散和協(xié)助擴散都是順物質(zhì)的濃度梯度進行的，不需要細(xì)胞消耗能量，所以統(tǒng)稱為被動運輸。 (三)旁欄思考題 提示：這是細(xì)胞的胞吞作用。這對于人體有防御功能，并有利于細(xì)胞新陳代謝的正常進行。,(四)技能訓(xùn)練 1．K＋和Mg2＋是通過主動運輸進入細(xì)胞的。 2．Na＋和Cl－是通過主動運輸排出細(xì)胞的。 3．提示：因為以上四種離子細(xì)胞膜內(nèi)外的濃度差較大，細(xì)胞只有主動運輸才能維持這種狀況。,1．離子和小分子物質(zhì)的運輸方式——跨膜運輸 (1)被動運輸：物質(zhì)進出細(xì)胞，________梯度的擴散。 ①________：不需要載體和能量，如水、二氧化碳、氧氣、甘油、乙醇、苯等。 ②協(xié)助擴散：需要________但不需要________，如紅細(xì)胞吸收葡萄糖。 (2)主動運輸：從________一側(cè)運輸?shù)絖_______一側(cè)，既需要________協(xié)助，又需要消耗________，如K＋、Na＋、Ca2＋、氨基酸等。,2．大分子物質(zhì)的運輸方式 大分子以________和________主式進出細(xì)胞，這些過程與細(xì)胞膜的________有關(guān)。 答案：1.(1)順 ①自由擴散 ②載體 能量 (2)低濃度 高濃度 載體 能量 2．胞吞 胞吐 流動性,物質(zhì)進出細(xì)胞是順濃度梯度的擴散，叫做被動運輸，它分為自由擴散和協(xié)助擴散兩大類。 1．自由擴散 物質(zhì)通過簡單的擴散進出細(xì)胞，叫做自由擴散。水、氧氣、二氧化碳等分子很小，很容易自由地通過細(xì)胞膜的磷脂雙分子層。這些分子通過細(xì)胞膜時遵循擴散作用的原理，即物質(zhì)從高濃度一邊，穿過細(xì)胞膜到達低濃度一邊，直到平衡為止。,2．協(xié)助擴散 進出細(xì)胞的物質(zhì)借助載體蛋白的擴散，叫做協(xié)助擴散。某些離子和某些較大的分子，不能自由地通過細(xì)胞膜，必須由鑲嵌在細(xì)胞膜上載體蛋白的協(xié)助，才能完成順濃度梯度的跨膜運輸。 注意：自由擴散與協(xié)助擴散的相同點，是順濃度梯度跨膜運輸，不消耗細(xì)胞中的能量，但協(xié)助擴散需要載體蛋白。,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(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，并維持其它條件不變，則 ( ) 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)。 答案：D,脂質(zhì)物質(zhì)能夠優(yōu)先通過細(xì)胞膜，這是因為( ) A．細(xì)胞膜以磷脂雙分子層為基本骨架 B．細(xì)胞膜上有搬運脂類物質(zhì)的載體蛋白質(zhì) C．細(xì)胞膜外表有一層糖蛋白 D．磷脂分子和蛋白質(zhì)分子大都可以運動 答案：A 解析：脂質(zhì)物質(zhì)能夠優(yōu)先通過細(xì)胞膜，是因為細(xì)胞膜以磷脂雙分子層為基本骨架。,紅細(xì)胞含鉀比鈉高20倍，在神經(jīng)細(xì)胞和肌肉細(xì)胞中亦有類似現(xiàn)象。這些都說明在細(xì)胞內(nèi)含有大量的鉀和比較少的鈉，除少數(shù)例外，所有植物和動物都是如此。這就不能用簡單的擴散(自由擴散和協(xié)助擴散)來解釋。在這些細(xì)胞中運輸方向是逆濃度梯度的，逆著被動運輸?shù)牧α?，因此必須要消耗?xì)胞代謝所產(chǎn)生的能量。這就是說細(xì)胞膜可以“主動運輸”，在這種運輸方式中，細(xì)胞膜不僅是屏障，一個過濾裝置，而且是起著動力器官的功能，有主動作用。,概念：在載體的協(xié)助下，消耗細(xì)胞內(nèi)代謝所釋放的能量，通常情況下把被選擇吸收的物質(zhì)從低濃度的一邊通過細(xì)胞膜運輸?shù)礁邼舛鹊囊贿?，這種物質(zhì)出入細(xì)胞的方式叫做主動運輸。 舉例：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，就是通過主動運輸進行的。 意義：主動運輸這種物質(zhì)出入細(xì)胞的方式，能夠保證活細(xì)胞按照生命活動的需要，主動地選擇吸收所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，排出新陳代謝產(chǎn)生的廢物和對細(xì)胞有害的物質(zhì)?？梢?，主動運輸對于活細(xì)胞完成各項生命活動有重要作用。,小結(jié)：三種運輸方式的比較：,上面介紹的物質(zhì)通過細(xì)胞膜出入細(xì)胞的三種方式，可以說明細(xì)胞膜是一種選擇透過性膜。這種膜可以讓水分子自由通過，細(xì)胞要選擇吸收的離子和小分子也可以通過，而其他的離子、小分子和大分子則不能通過。因此，細(xì)胞膜這層薄膜的結(jié)構(gòu)是用來主動調(diào)節(jié)物質(zhì)出入細(xì)胞的一種精密裝置。 注意：①主動運輸方向也可由高濃度一側(cè)運至低濃度一側(cè)，但其速度遠(yuǎn)快于協(xié)助擴散。 ②細(xì)胞膜中的載體蛋白在協(xié)助擴散和主動運輸中都有特異性，僅能運載特異的物質(zhì)或幾種結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，如運載葡萄糖的載體就不能運載氨基酸。,2(2010·山東)下圖中曲線a、b表示物質(zhì)跨(穿)膜運輸?shù)膬煞N方式，下列表述正確的是 ( ),A．脂溶性小分子物質(zhì)不能通過方式a運輸 B．與方式a有關(guān)的載體蛋白覆蓋于細(xì)胞膜表面 C．方式b的最大轉(zhuǎn)運速率與載體蛋白數(shù)量有關(guān) D．抑制細(xì)胞呼吸對方式a和b的轉(zhuǎn)運速率均有影響 解析：本題考查物質(zhì)的跨膜運輸。由圖示可知，b物質(zhì)的運輸需借助于載體蛋白，因此它的最大轉(zhuǎn)運速率與載體蛋白數(shù)量有關(guān)。 答案：C,對法囊藻(一種海藻)的細(xì)胞液中各種離子濃度的分析表明，細(xì)胞液中的成分與海水的成分很不相同，下圖中陰影部分代表法囊藻的離子濃度。,(1)K＋和Cl－在細(xì)胞內(nèi)積累，而Na＋等在細(xì)胞液中的含量低于海水中的含量。這表明________________。 (2)K＋和Cl－進入細(xì)胞的運輸方向是________；這種吸收方式是________，這種吸收方式所需要的兩個基本條件是________和__________________。 (3)Na＋和Ca2＋進入細(xì)胞的轉(zhuǎn)運方向是________，它們的吸收方式屬于________。 (4)法囊藻的細(xì)胞液中各種離子濃度與海水中各種離子濃度不成比例，其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是______________。,答案：(1)細(xì)胞對礦質(zhì)元素離子的吸收具有選擇性 (2)從低濃度到高濃度 主動運輸 載體 能量(ATP) (3)從高濃度到低濃度 主動運輸 (4)細(xì)胞膜的載體種類和數(shù)量 解析：考查礦質(zhì)元素的吸收過程、選擇吸收的特性及原理。由圖可以看出：K＋、Na＋、Cl－、Ca2＋的吸收都與海水中的含量不成比例，這表明對礦質(zhì)元素的吸收具有選擇性。K＋和Cl－進入細(xì)胞的運輸方向是：從低濃度到高濃度，是主動運輸，主動運輸需要的基本條件是載體和消耗能量ATP。Na＋和Ca2＋進入細(xì)胞雖然是順濃度梯度，即從高濃度一側(cè)到低濃度一側(cè)，但也是主動運輸，既需要載體也消耗能量。所有礦質(zhì)元素的吸收，都與細(xì)胞膜上的載體種類數(shù)量有關(guān)，這就是選擇吸收的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。,胞吞使一些不能穿過細(xì)胞膜的物質(zhì)如食物顆粒、蛋白質(zhì)大分子等，都能進入細(xì)胞之中，形成含有液體或固體的小泡(食物泡)。這時，細(xì)胞質(zhì)中的溶酶體很快地和這種小泡融合，溶酶體中所含的酶把食物顆粒、蛋白質(zhì)大分子等水解為小分子物質(zhì)，供細(xì)胞利用。,與胞吞相反，有些物質(zhì)在細(xì)胞膜內(nèi)被一層膜所包圍，形成小泡，小泡逐漸移到細(xì)胞表面，小泡膜與細(xì)胞膜融合在一起，并且向細(xì)胞外張開，使內(nèi)含物質(zhì)排出細(xì)胞外，這種現(xiàn)象叫做胞吐。細(xì)胞通過胞吐向外分泌物質(zhì)。胰腺細(xì)胞分泌酶原粒(蛋白質(zhì))就是胞吐。酶原粒是在高爾基體中產(chǎn)生的，這些包以外膜的酶原粒脫離高爾基體后，逐漸向細(xì)胞表面移動，在與細(xì)胞膜接觸后，外膜與細(xì)胞膜融合并裂開，將內(nèi)含物釋放出去。,注意：(1)自由擴散、協(xié)助擴散和主動運輸，都是將細(xì)胞要選擇吸收的物質(zhì)從細(xì)胞膜的一側(cè)通過細(xì)胞膜運到細(xì)胞膜的另一側(cè)，即進行的是跨膜運輸方式；而胞吞和胞吐則不是跨膜運輸，胞吞是通過細(xì)胞膜內(nèi)陷，形成小囊泡而進入細(xì)胞的。而胞吐是膜內(nèi)小泡與細(xì)胞膜融合，將內(nèi)容物釋放到膜外。 (2)胞吞和胞吐過程也是耗能過程。由此看來，消耗ATP不光是主動運輸?shù)奶卣鳌５腁TP的跨膜運輸卻是主動運輸?shù)奶卣鳌?3下列哪種物質(zhì)分子不能以跨膜運輸方式進入細(xì)胞 ( ) A．水分子和脂質(zhì)分子 B．不帶電荷的小分子 C．帶電荷小分子或離子 D．大分子或顆粒性物質(zhì) 解析：跨膜運輸方式主要是指自由擴散、協(xié)助擴散和主動運輸三種物質(zhì)出入細(xì)胞的方式。其中水分子、脂質(zhì)分子、不帶電荷的小分子、帶電荷的小分子和離子都可以通過跨膜運輸方式進入細(xì)胞，只有大分子或顆粒性物質(zhì)不能跨膜運輸，只能通過胞吞作用進入細(xì)胞。 答案：D,新生兒小腸上皮細(xì)胞通過消耗ATP，可以直接吸收母乳中免疫球蛋白和半乳糖。這兩種物質(zhì)分別被吸收到血液中的方式是 ( ) A．主動運輸、主動運輸 B．內(nèi)吞、主動運輸 C．主動運輸、內(nèi)吞 D．被動運輸、主動運輸,答案：B 解析：免疫球蛋白為大分子有機物，不能通過自由擴散、協(xié)助擴散和主動運輸跨膜運輸，必須先與膜融合，然后內(nèi)陷下去，形成小泡并與膜分離，進入細(xì)胞內(nèi)部，這種方式為胞吞(內(nèi)吞)；半乳糖為小分子物質(zhì)，進入小腸上皮細(xì)胞需要消耗ATP和載體蛋白，為主動運輸。,特別提醒：(1)細(xì)胞膜以磷脂雙分子層為基本骨架，確保了脂溶性物質(zhì)能以自由擴散的方式通過細(xì)胞膜。 (2)載體是位于細(xì)胞膜中的一類蛋白質(zhì)，其作用是協(xié)助一些不能直接通過細(xì)胞膜的物質(zhì)通過細(xì)胞膜，好像一條渡船，能不停地把它的“乘客”(被運輸?shù)奈镔|(zhì))安全渡過“河”(細(xì)胞膜)去，再回來運載其他的“乘客”。但需要說明的是：載體具有特異性，如運載K＋的載體就不能運載其他的物質(zhì)。 (3)主動運輸能夠保證細(xì)胞按照生命活動的需要，主動地選擇吸收所需要的物質(zhì)，排出代謝所產(chǎn)生的廢物和對細(xì)胞有害的物質(zhì)，主動運輸對于完成各項生命活動有非常重要的作用，因此它是最重要的一種物質(zhì)運輸方式。,在適宜溫度下，采用完全營養(yǎng)液培養(yǎng)黃瓜幼苗，研究營養(yǎng)液中氧含量變化對K＋吸收速率的影響。實驗結(jié)果如圖所示，分析并回答下列問題。,(1)黃瓜幼苗根系細(xì)胞吸收K+的方式是 ，圖中ab段為此提供的依據(jù)是 ，表明該過程需要 。曲線bc段限制K+吸收速率的內(nèi)在因素是 。 (2)植物的生長都有一個最適溫度。在氧含量等條件穩(wěn)定、適宜的情況下，研究在10～40℃范圍內(nèi)的溫 度變化對黃瓜幼苗吸收K+的速率的影響，預(yù)期K+吸收速率變化的趨勢是 。,解析：植物細(xì)胞對K+的吸收過程是一個需要載體協(xié)助、消耗能量的主動運輸過程。影響能量形成的因素均可影響對K+的吸收，如氧分壓、溫度等。當(dāng)氧分壓較低，產(chǎn)生能量較少時，此時能量是吸收K+的制約因素；當(dāng)所分壓較高，產(chǎn)生能量較多時，此時膜上的載體數(shù)目成為吸收K+的限制因素。溫度影響酶的活性，從而影響呼吸作用中能量的形成，進而影響對K+的吸收。在一定范圍內(nèi)，吸收速率隨溫度的升高而升高；超過最適溫度，隨溫度的升高而降低。,答案：(1)主動運輸 K+的吸收速率隨氧含量的增加而增加 能量 根部細(xì)胞膜上運輸K+的載體數(shù)量有限 (2)10℃到最適溫度范圍內(nèi)，呼吸速率隨溫度的升高而高升高；超過最適溫度，呼吸速率隨溫度的升高而降低,1．植物根毛細(xì)胞吸收礦質(zhì)元素的主要方式是( ) A．滲透作用 B．自由擴散 C．主動吸收 D．協(xié)助擴散 答案：C 解析：礦質(zhì)元素進入細(xì)胞的主要方式是主動運輸。,2．植物根部表皮細(xì)胞從土壤溶液中吸收K＋的數(shù)量主要取決于 ( ) A．土壤溶液中K＋的濃度 B．細(xì)胞液中K＋的濃度 C．細(xì)胞膜上K＋載體的數(shù)量 D．吸附于細(xì)胞膜上的H＋的數(shù)量 答案：C 解析：K＋進入細(xì)胞的方式是主動運輸，即受載體和能量的雙重限制，一般情況下能量不是主要限制因素，載體數(shù)量可能成為主要限制因素。,3．下列物質(zhì)中，不能橫穿細(xì)胞膜進出細(xì)胞的是( ) A．維生素D B．水和尿素 C．氨基酸和葡萄糖 D．酶和胰島素 答案：D 解析：D項進出細(xì)胞需借助于胞吞或胞吐。,4．紅細(xì)胞吸收下列物質(zhì)時，需消耗能量的是( ) A．K＋ B．C6H12O6 C．H2O D．O2 答案：A 解析：首先應(yīng)分析紅細(xì)胞吸收四種物質(zhì)的方式，然后再做判斷。紅細(xì)胞吸收K＋和Na＋的方式是主動運輸，吸收C6H12O6的方式是協(xié)助擴散，吸收O2的方式是自由擴散。三種方式中只有主動運輸需要消耗能量。,5．細(xì)胞都要穿過細(xì)胞膜，不同物質(zhì)出入細(xì)胞膜的方式不同，下列各圖表示一定范圍內(nèi)細(xì)胞膜外物質(zhì)進入細(xì)胞膜內(nèi)的三種不同情況,回答下列問題： (1)據(jù)圖指出A、B、C所表示的物質(zhì)運輸方式，A是________，B是________，C是________。 (2)上述三種運輸方式中，哪一種加入呼吸抑制劑后曲線會發(fā)生變化？為什么？ (3)乙醇、CO2、氨基酸進入細(xì)胞的方式分別是________、________、________。,答案：(1)自由擴散；協(xié)助擴散；主動運輸 (2)主動運輸(C)；主動運輸需呼吸作用提供能量。(3)自由擴散；自由擴散；主動運輸,解析：1.根據(jù)題目信息首先再現(xiàn)物質(zhì)出入細(xì)胞膜的三種方式是什么？自由擴散、協(xié)助擴散、主動運輸。2.結(jié)合圖信息回憶三種方式相應(yīng)特點：以自由擴散進入細(xì)胞膜的物質(zhì)的速度隨細(xì)胞外物質(zhì)濃度的升高而加快，不受其他因素影響；以協(xié)助擴散方式進入細(xì)胞的物質(zhì)在一定濃度以下，隨細(xì)胞外物質(zhì)濃度的升高而加快，細(xì)胞外物質(zhì)超過一定濃度時由于載體的限制，運輸速度不再加快；主動運輸可以逆濃度梯度運輸物質(zhì)，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)濃度大于細(xì)胞外濃度時，仍然能夠主動吸收物質(zhì)。,3.分析圖含有的信息：A圖反映了物質(zhì)進入細(xì)胞內(nèi)的速度隨細(xì)胞外濃度增大而加快；B圖反映在一定濃度范圍內(nèi)隨細(xì)胞外濃度增大，物質(zhì)進入細(xì)胞的速度加快，超過一定濃度，運輸速度不再加快；C圖反映了當(dāng)細(xì)胞內(nèi)濃度大于細(xì)胞外濃度時細(xì)胞仍然能夠吸收該物質(zhì)。,