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第3节物质跨膜运输的方式1．知识：(1)掌握物质进出细胞的方式；(2)了解主动运输的意义；(3)能够进行图表数据的解读。2．情感态度与价值观：探讨研究物质跨膜运输方式中实验方法及技术进步对研究结果所起的作用。3．能力：培养进行图表数据解读的能力。4．重点与难点：(1)物质进出细胞的方式；(2)主动运输的特点及意义。(一)问题探讨1．从图上可以看出，氧气、二氧化碳、氮气、苯等小分子(苯还是脂溶性的)很容易通过合成的脂双层；水、甘油、乙醇等较小的分子也可以通过；氨基酸、葡萄糖等较大的有机分子和带电荷的离子则不能通过合成的脂双层。2．提示：葡萄糖不能通过人工合成的无蛋白的脂双层，但小肠上皮细胞能大量吸收葡萄糖，推测小肠上皮细胞的细胞膜上有能够转运葡萄糖的蛋白质。3．提示：通过观察此图还可联想并提出，细胞需要的离子是否也通过细胞膜上的蛋白质来运输等问题。(二)思考与讨论1．自由扩散和协助扩散都不需要消耗能量。因为二者都是顺物质的浓度梯度进行的。2．自由扩散与协助扩散的共同之处是都不需要细胞消耗能量。不同之处是：前者不需要蛋白质的协助，后者必须有蛋白质的协助才能实现。3．因为自由扩散和协助扩散都是顺物质的浓度梯度进行的，不需要细胞消耗能量，所以统称为被动运输。(三)旁栏思考题提示：这是细胞的胞吞作用。这对于人体有防御功能，并有利于细胞新陈代谢的正常进行。(四)技能训练1．K＋和Mg2＋是通过主动运输进入细胞的。2．Na＋和Cl－是通过主动运输排出细胞的。3．提示：因为以上四种离子细胞膜内外的浓度差较大，细胞只有主动运输才能维持这种状况。1．离子和小分子物质的运输方式——跨膜运输(1)被动运输：物质进出细胞，________梯度的扩散。①________：不需要载体和能量，如水、二氧化碳、氧气、甘油、乙醇、苯等。②协助扩散：需要________但不需要________，如红细胞吸收葡萄糖。(2)主动运输：从________一侧运输到________一侧，既需要________协助，又需要消耗________，如K＋、Na＋、Ca2＋、氨基酸等。2．大分子物质的运输方式大分子以________和________主式进出细胞，这些过程与细胞膜的________有关。答案：1.(1)顺①自由扩散②载体能量(2)低浓度高浓度载体能量2．胞吞胞吐流动性物质进出细胞是顺浓度梯度的扩散，叫做被动运输，它分为自由扩散和协助扩散两大类。1．自由扩散物质通过简单的扩散进出细胞，叫做自由扩散。水、氧气、二氧化碳等分子很小，很容易自由地通过细胞膜的磷脂双分子层。这些分子通过细胞膜时遵循扩散作用的原理，即物质从高浓度一边，穿过细胞膜到达低浓度一边，直到平衡为止。2．协助扩散进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散，叫做协助扩散。某些离子和某些较大的分子，不能自由地通过细胞膜，必须由镶嵌在细胞膜上载体蛋白的协助，才能完成顺浓度梯度的跨膜运输。注意：自由扩散与协助扩散的相同点，是顺浓度梯度跨膜运输，不消耗细胞中的能量，但协助扩散需要载体蛋白。1甲、乙两种物质分别依赖自由扩散(简单扩散)和协助扩散进入细胞，如果以人工合成的无蛋白磷脂双分子膜代替细胞膜，并维持其它条件不变，则()A．甲运输被促进B．乙运输被促进C．甲运输被抑制D．乙运输被抑制解析：乙的运输过程需要载体蛋白的参与，而人工合成的膜无蛋白质。答案：D脂质物质能够优先通过细胞膜，这是因为()A．细胞膜以磷脂双分子层为基本骨架B．细胞膜上有搬运脂类物质的载体蛋白质C．细胞膜外表有一层糖蛋白D．磷脂分子和蛋白质分子大都可以运动答案：A解析：脂质物质能够优先通过细胞膜，是因为细胞膜以磷脂双分子层为基本骨架。红细胞含钾比钠高20倍，在神经细胞和肌肉细胞中亦有类似现象。这些都说明在细胞内含有大量的钾和比较少的钠，除少数例外，所有植物和动物都是如此。这就不能用简单的扩散(自由扩散和协助扩散)来解释。在这些细胞中运输方向是逆浓度梯度的，逆着被动运输的力量，因此必须要消耗细胞代谢所产生的能量。这就是说细胞膜可以“主动运输”，在这种运输方式中，细胞膜不仅是屏障，一个过滤装置，而且是起着动力器官的功能，有主动作用。概念：在载体的协助下，消耗细胞内代谢所释放的能量，通常情况下把被选择吸收的物质从低浓度的一边通过细胞膜运输到高浓度的一边，这种物质出入细胞的方式叫做主动运输。举例：小肠绒毛上皮细胞对K＋、Na＋、葡萄糖、氨基酸等营养物质的吸收，就是通过主动运输进行的。意义：主动运输这种物质出入细胞的方式，能够保证活细胞按照生命活动的需要，主动地选择吸收所需要的营养物质，排出新陈代谢产生的废物和对细胞有害的物质。可见，主动运输对于活细胞完成各项生命活动有重要作用。小结：三种运输方式的比较：比较项目物质出入细胞的方式细胞膜内、外物质浓度的高、低是否需要载体蛋白质是否消耗细胞内的能量自由扩散高→低不需要不消耗协助扩散高→低需要不消耗主动运输低→高(一般)需要消耗上面介绍的物质通过细胞膜出入细胞的三种方式，可以说明细胞膜是一种选择透过性膜。这种膜可以让水分子自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。因此，细胞膜这层薄膜的结构是用来主动调节物质出入细胞的一种精密装置。注意：①主动运输方向也可由高浓度一侧运至低浓度一侧，但其速度远快于协助扩散。②细胞膜中的载体蛋白在协助扩散和主动运输中都有特异性，仅能运载特异的物质或几种结构相似的物质，如运载葡萄糖的载体就不能运载氨基酸。2(2010·山东)下图中曲线a、b表示物质跨(穿)膜运输的两种方式，下列表述正确的是()A．脂溶性小分子物质不能通过方式a运输B．与方式a有关的载体蛋白覆盖于细胞膜表面C．方式b的最大转运速率与载体蛋白数量有关D．抑制细胞呼吸对方式a和b的转运速率均有影响解析：本题考查物质的跨膜运输。由图示可知，b物质的运输需借助于载体蛋白，因此它的最大转运速率与载体蛋白数量有关。答案：C对法囊藻(一种海藻)的细胞液中各种离子浓度的分析表明，细胞液中的成分与海水的成分很不相同，下图中阴影部分代表法囊藻的离子浓度。(1)K＋和Cl－在细胞内积累，而Na＋等在细胞液中的含量低于海水中的含量。这表明________________。(2)K＋和Cl－进入细胞的运输方向是________；这种吸收方式是________，这种吸收方式所需要的两个基本条件是________和__________________。(3)Na＋和Ca2＋进入细胞的转运方向是________，它们的吸收方式属于________。(4)法囊藻的细胞液中各种离子浓度与海水中各种离子浓度不成比例，其结构基础是______________。答案：(1)细胞对矿质元素离子的吸收具有选择性(2)从低浓度到高浓度主动运输载体能量(ATP)(3)从高浓度到低浓度主动运输(4)细胞膜的载体种类和数量解析：考查矿质元素的吸收过程、选择吸收的特性及原理。由图可以看出：K＋、Na＋、Cl－、Ca2＋的吸收都与海水中的含量不成比例，这表明对矿质元素的吸收具有选择性。K＋和Cl－进入细胞的运输方向是：从低浓度到高浓度，是主动运输，主动运输需要的基本条件是载体和消耗能量ATP。Na＋和Ca2＋进入细胞虽然是顺浓度梯度，即从高浓度一侧到低浓度一侧，但也是主动运输，既需要载体也消耗能量。所有矿质元素的吸收，都与细胞膜上的载体种类数量有关，这就是选择吸收的结构基础。胞吞使一些不能穿过细胞膜的物质如食物颗粒、蛋白质大分子等，都能进入细胞之中，形成含有液体或固体的小泡(食物泡)。这时，细胞质中的溶酶体很快地和这种小泡融合，溶酶体中所含的酶把食物颗粒、蛋白质大分子等水解为小分子物质，供细胞利用。与胞吞相反，有些物质在细胞膜内被一层膜所包围，形成小泡，小泡逐渐移到细胞表面，小泡膜与细胞膜融合在一起，并且向细胞外张开，使内含物质排出细胞外，这种现象叫做胞吐。细胞通过胞吐向外分泌物质。胰腺细胞分泌酶原粒(蛋白质)就是胞吐。酶原粒是在高尔基体中产生的，这些包以外膜的酶原粒脱离高尔基体后，逐渐向细胞表面移动，在与细胞膜接触后，外膜与细胞膜融合并裂开，将内含物释放出去。注意：(1)自由扩散、协助扩散和主动运输，都是将细胞要选择吸收的物质从细胞膜的一侧通过细胞膜运到细胞膜的另一侧，即进行的是跨膜运输方式；而胞吞和胞吐则不是跨膜运输，胞吞是通过细胞膜内陷，形成小囊泡而进入细胞的。而胞吐是膜内小泡与细胞膜融合，将内容物释放到膜外。(2)胞吞和胞吐过程也是耗能过程。由此看来，消耗ATP不光是主动运输的特征。但消耗ATP的跨膜运输却是主动运输的特征。3下列哪种物质分子不能以跨膜运输方式进入细胞()A．水分子和脂质分子B．不带电荷的小分子C．带电荷小分子或离子D．大分子或颗粒性物质解析：跨膜运输方式主要是指自由扩散、协助扩散和主动运输三种物质出入细胞的方式。其中水分子、脂质分子、不带电荷的小分子、带电荷的小分子和离子都可以通过跨膜运输方式进入细胞，只有大分子或颗粒性物质不能跨膜运输，只能通过胞吞作用进入细胞。答案：D新生儿小肠上皮细胞通过消耗ATP，可以直接吸收母乳中免疫球蛋白和半乳糖。这两种物质分别被吸收到血液中的方式是()A．主动运输、主动运输B．内吞、主动运输C．主动运输、内吞D．被动运输、主动运输答案：B解析：免疫球蛋白为大分子有机物，不能通过自由扩散、协助扩散和主动运输跨膜运输，必须先与膜融合，然后内陷下去，形成小泡并与膜分离，进入细胞内部，这种方式为胞吞(内吞)；半乳糖为小分子物质，进入小肠上皮细胞需要消耗ATP和载体蛋白，为主动运输。物质出入细胞的方式细胞膜内外物质浓度的高低是否需要载体是否消耗能量图例举例自由扩散高浓度―→低浓度不需要不消耗O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯等协助扩散高浓度―→低浓度需要不消耗红细胞吸收葡萄糖主动运输低浓度―→高浓度(一般)需要消耗ATP小肠吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等特别提醒：(1)细胞膜以磷脂双分子层为基本骨架，确保了脂溶性物质能以自由扩散的方式通过细胞膜。(2)载体是位于细胞膜中的一类蛋白质，其作用是协助一些不能直接通过细胞膜的物质通过细胞膜，好像一条渡船，能不停地把它的“乘客”(被运输的物质)安全渡过“河”(细胞膜)去，再回来运载其他的“乘客”。但需要说明的是：载体具有特异性，如运载K＋的载体就不能运载其他的物质。(3)主动运输能够保证细胞按照生命活动的需要，主动地选择吸收所需要的物质，排出代谢所产生的废物和对细胞有害的物质，主动运输对于完成各项生命活动有非常重要的作用，因此它是最重要的一种物质运输方式。在适宜温度下，采用完全营养液培养黄瓜幼苗，研究营养液中氧含量变化对K＋吸收速率的影响。实验结果如图所示，分析并回答下列问题。(1)黄瓜幼苗根系细胞吸收K+的方式是，图中ab段为此提供的依据是，表明该过程需要。曲线bc段限制K+吸收速率的内在因素是。(2)植物的生长都有一个最适温度。在氧含量等条件稳定、适宜的情况下，研究在10～40℃范围内的温度变化对黄瓜幼苗吸收K+的速率的影响，预期K+吸收速率变化的趋势是。解析：植物细胞对K+的吸收过程是一个需要载体协助、消耗能量的主动运输过程。影响能量形成的因素均可影响对K+的吸收，如氧分压、温度等。当氧分压较低，产生能量较少时，此时能量是吸收K+的制约因素；当所分压较高，产生能量较多时，此时膜上的载体数目成为吸收K+的限制因素。温度影响酶的活性，从而影响呼吸作用中能量的形成，进而影响对K+的吸收。在一定范围内，吸收速率随温度的升高而升高；超过最适温度，随温度的升高而降低。答案：(1)主动运输K+的吸收速率随氧含量的增加而增加能量根部细胞膜上运输K+的载体数量有限(2)10℃到最适温度范围内，呼吸速率随温度的升高而高升高；超过最适温度，呼吸速率随温度的升高而降低1．植物根毛细胞吸收矿质元素的主要方式是()A．渗透作用B．自由扩散C．主动吸收D．协助扩散答案：C解析：矿质元素进入细胞的主要方式是主动运输。2．植物根部表皮细胞从土壤溶液中吸收K＋的