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细胞是一个开放的系统，系统的边界——细胞膜不仅是将细胞内外隔开的屏障，也是控制物质进出细胞的门户。本章导入：治疗某高血压药物说明书“本品为二氢吡啶（bǐdìng）类钙通道阻滞剂，抑制血管平滑肌和心肌细胞的跨膜钙离子内流，但以血管作用为主。本品引起冠状动脉、肾小动脉等全身血管的扩张，产生降压作用。”✎许多药物都是针对细胞膜上物质运输的通道研发的，你知道这是为什么吗？➬细胞膜是怎样控制物质输入和输出的呢？➬➬目录主动运输与被动运输的区别是什么？A这对于细胞的生活有什么意义？B胞吞、胞吐有什么特点？对于细胞的生命活动有什么意义？C物质跨膜运输的方式与细胞膜的结构有什么关系？D本节聚焦第2节主动转运和胞吞，胞吐P69第4章细胞的物质输入和输出目录教学目标阐明主动运输的过程、特点和意义举例说明胞吞和胞吐的过程。利用细胞膜的流动镶嵌结构模型解释各种物质跨膜运输的方式。教学重点和难点教学重点教学难点教学重点（1）主动运输的过程和特点。教学重点（2）胞吞、胞吐的过程。教学难点（1）主动运输的过程和特点。教学难点（2）胞吞、胞吐的过程。人体甲状腺分泌的甲状腺激素，在生命活动中起着重要作用。碘是合成甲状腺激素的重要原料。甲状腺滤泡上皮细胞内碘浓度比血液中的高20-25倍。问题探讨2.联想逆水行舟的情形，甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是否需要细胞提供能量？讨论1.甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是通过被动运输吗？【答案】不是。（被动运输是顺浓度梯度）【答案】需要细胞提供能量。3.这在各种物质的跨膜运输中是特例还是有一定的普遍性？【答案】具有普遍性。这些物质为什么能逆浓度梯度运输？无独有偶例如：①小肠液中氨基酸、葡萄糖的浓度远远低于它们在小肠上皮细胞中的浓度，但它们仍然能被小肠上皮细胞吸收；②人红细胞中K+的浓度比血浆高30倍；③轮藻细胞中K+的浓度比周围水环境高63倍。物质和能量观资料1：H2PO4--的跨膜运输为开展用大蒜治理水体富营养化的研究，科研人员配制了浓度为0.01、0.025、0.1、0.25、0.5、0.75、1.00mmolL等9种不同浓度的KH2PO4溶液，将大蒜的根系分别全部浸入200mL上述9种溶液里，其他培养条件均适宜且相同。4h后取出植株，测定得到下图所示的大蒜根系吸收磷的速率曲线。小组同学分析实验结果并讨论回答学案中的问题。社会责任01020304存在逆浓度梯度的运输既然能发生，抵消化学势能障碍的力量是什么？预期回答：细胞内的能量。预期回答：不符合。小结：逆浓度梯度的物质跨膜运输需要能量。大蒜根是否吸收磷？证据是什么？预期回答：吸收，因为在不同浓度磷酸盐中，大蒜根对磷酸盐均存在一定的吸收量。预期回答：不是自由扩散，因为吸收速率与磷酸盐浓度不是线性正相关的关系，可能是协助扩散。请根据图中磷酸盐农度与吸收速率的关系推测大蒜细胞吸收磷是哪种运输方式？在0.01mmol/L和0.025mmol/L的KH2PO4组中，大蒜根细胞中磷酸盐浓度为0.04~0.12mmol/L，这种逆浓度梯度发生的运输符合协助扩散的特点吗？资料2：观察真核细胞膜上磷酸盐载体结构（见下图），其中中央圆圈圈定的分子为磷酸盐离子。当能量作用于磷酸盐载体时，载体蛋白空间结构发生改变，把磷酸盐从细胞外转运到细胞内。能量作用于载体（1）磷酸盐载体如何能特异性的识别磷酸盐离子呢？预期回答：与蛋白质的特定空间结构有关。（2）结合资料1、2，分析植物吸收磷酸盐需要的条件有哪些？预期回答：载体和能量。预期回答：载体数量和转运效率限制了吸收速率。（3）在资料1中磷酸盐浓度为0.8mmolL以后，吸收速率不再增加的原因是什么？（4）细胞即使付出能量的代价也要吸收磷，吸收了磷以后有什么用途？预期回答：用于合成核酸分子，合成磷脂分子构成生物膜基本骨架。✐大蒜可以作为净化富营养水体的植物，因为可以高效吸收磷。✐同时我们也学习到这种方式是主动运输方式——某些物质逆浓度梯度进出细胞，需要能量和载体蛋白。小结4321物质逆浓度梯度进行跨膜运输,需要载体蛋白的协助,同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量,这种方式叫作主动运输(P70图4-6)。主动运输的概念由于不同离子或分子的大小和性质不同,不同蛋白质的空间结构差别也很大,所以，一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合。ATP水解为ADP和Pi时放能，供主动运输利用。通过主动运输可以选择性吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，从而保证细胞和个体生命活动的需要。主动运输需要能量主动运输的特点Na+、K+和Ca2+等离子和其他物质在逆浓度梯度跨膜运输时,首先要与膜上载体蛋白的特定部位结合。离子或分子与载体蛋白结合后,在细胞内化学反应释放的能量推动下,载体蛋白的空间结构发生变化,就将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧并释放出来,载体蛋白随后又恢复原状,又可以去转运同种物质的其他离子或分子。主动运输小结：主动运输的条件①逆浓度梯度②需要载体③需要能量联系生活囊性纤维化发生的一种主要原因是,患者肺部支气管上皮细胞表面转运氯离子的载体蛋白的功能发生异常,导致患者支气管中黏液增多,造成细菌感染。许多离子和小的分子通过细胞膜主动运输但是，对于像蛋白质和多糖这样的生物大分子的运输却无能为力。资料3：LDL（低密度脂蛋白）进入细胞，胆固醇是动物细胞膜的组成成分之一，在动物细胞合成新膜的时候需要胆固醇。胆固醇极难溶解，它以LDL（低密度脂蛋白，包括胆固醇，脂肪酸和蛋白质）的形式在血液中运输，并最终与细胞膜上的一种蛋白质相互识别并被“拽住”。细胞膜内陷形成小囊泡，在能量的作用下，最终小囊泡被“剪切”下来离开细胞膜进入细胞中，即LDL进入细胞中。医学研究中发现某基因缺陷的患者，其体内不能正常合成细胞膜上这种识别LDL的蛋白质，导致胆固醇摄入的通路被阻断，就会积累在血液中，黏附在血管壁上，有这种缺陷基因的人容易患动脉粥样硬化。人们饮食不合理，缺乏运动，吸烟和酗酒都有可能导致LDL升高，是冠心病的直接危险因素。现在我们知道，细胞要选择运输的小分子、离子可以通过被动运输和主动运输方式进出细胞。那么细胞如何运输大分子物质进出细胞？胞吞需要细胞膜上LDL受体蛋白和LDL相互识别，在能量作用下才能完成跨膜运输。阅读资料3，回答学案中相关问题。（3）该实例体现了细胞膜的什么特性？（2）LDL进入细胞内部需要什么条件？预期回答：细胞膜上的某种蛋白质和能量。预期回答：体现细胞膜的流动性。（4）如何预防动脉粥样硬化？预期回答：合理饮食，少吃高脂食物，多运动，不吸烟，不酗酒。（1）为什么动物细胞需要胆固醇？预期回答：胆固醇是组成动物细胞膜的成分之一。预期回答：先通过胞吐作用分泌蛋白酶，溶解肠壁组织，再通过胞吞作用摄取肠壁组织细胞。阅读教材，回答学案中相关问题。在人体肠道内寄生的一种变形虫——痢疾内变形虫,能通过胞吐作用分泌蛋白分解酶,溶解人的肠壁组织,通过胞吞作用“吃掉”肠壁组织细胞,并引发阿米巴痢疾。这种病原体通过饮食传播注意个人饮食卫生、加强公共卫生建设是预防阿米巴痢疾的关键措施。（1）痢疾内变形虫是如何在肠道内获取食物的？预期回答：大分子物质或细胞。（2）胞吞、胞吐的对象有哪些？变形虫摄取水中的有机物颗粒，就需要解决大分子物质进入细胞的问题（图4-7）。胞吞与胞吐变形虫既能通过胞吞摄取单细胞生物等食物,又能通过胞吐排出食物残渣和废物。（3）请举出胞吞、胞吐的其他实例。预期回答：吞噬细胞吞噬病毒，胰腺细胞分泌胰蛋白酶等。乳腺细胞合成的蛋白质、分泌细胞合成的蛋白质类激素、分泌的消化酶,都需要排出细胞外。其实,大部分细胞都能够摄入和排出特定的大分子物质或者颗粒物。这些大分子进出细胞转运蛋白是一般无能为力的。细胞需要外排的大分子,先在细胞内形成囊泡,囊泡移动到细胞膜处,与细胞膜融合,将大分子排出细胞,这种现象叫胞吐(P71图4-8)。在物质的跨膜运输过程中,胞吞、胞吐是普遍存在的现象,它们也需要消耗细胞呼吸所释放的能量。当细胞摄取大分子时,首先是大分子与膜上的蛋白质结合,从而引起这部分细胞膜内陷形成小囊,包围着大分子。然后,小囊从细胞膜上分离下来,形成囊泡,进入细胞内部,这种现象叫胞吞。①胞吞、胞吐过程中膜的变形本身过程的实现依赖于生物膜结构的特性流动性。②分泌蛋白合成和运输：游离于细胞质基质中的核糖体合成的蛋白质多是供细胞自身使用，而附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质能够分泌到细胞外。原因:因为游离于细胞质基质中的核糖体，所合成的蛋白质也只能游离于细胞质基质中，由于蛋白质是大分子有机物，无法直接通过被动运输或主动运输穿过细胞膜运输到细胞外，所以一般只能留在细胞内供细胞自身使用，而附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质能够进入内质网腔中，并借助囊泡移动进入高尔基体，经加工（分类）包装后，包裹在囊泡中的蛋白质就能以胞吐的方式分泌到细胞外。③胞吞形成的囊泡在细胞内可以被溶酶体降解。胞吞、胞吐过程的特点及意义【答案】因为游离于细胞质基质中的核糖体，所合成的蛋白质也只能游离于细胞质基质中，由于蛋白质是大分子有机物，无法直接通过被动运输或主动运输穿过细胞膜运输到细胞外，所以一般只能留在细胞内供细胞自身使用，而附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质能够进入内质网腔中，并借助囊泡移动进入高尔基体，经加工包装后，包裹在囊泡中的蛋白质就能以胞吐的方式分泌到细胞外。思考•讨论1.胞呑、胞吐过程的实现与生物膜结构的特性有什么关系？【答案】细胞膜结构的流动性是胞吞、胞吐的基础；胞吞、胞吐过程中膜的变形本身也体现了膜的流动性。2.游离于细胞质基质中的核糖体合成的蛋白质多是供细胞自身使用，而附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质能够分泌到细胞外。试分析其中的道理。综上所述,除一些不带电荷的小分子可以自由扩散的方式进出细胞外,离子和较小的有机分子(如葡萄糖和氨基酸等)的跨膜运输必须借助于转运蛋白,这又一次体现了蛋白质是生命活动的承担者。一种转运蛋白往往只适合转运特定的物质,因此,细胞膜上转运蛋白的种类和数量,或转运蛋白空间结构的变化,对许多物质的跨膜运输起着决定性的作用,这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。像蛋白质这样的生物大分子,通过胞吞或胞吐进出细胞,其过程也需要膜上蛋白质的参与,更离不开膜上磷脂双分子层（脂双层）的流动性。小结：细胞选择运输的大分子，通过胞吞、胞吐形式进出细胞的特点。①需要能量；②需要细胞膜上特定蛋白质的识别；③同时依靠细胞膜的流动性。不同生物、不同细胞由于生活环境不同，对物质进出的选择性不同。物质进出细胞有不同运输方式，这与物质的分子特性、大小、浓度，特别是细胞膜载体的种类和数量等有关。例如，主动运输可以逆浓度进行，实现被动运输不能完成的运输任务。胞吞、胞吐可以一次性吸收或释放大量大分子物质，或者完成吞噬细菌、病毒等复杂的生命活动。这些运输过程都依赖于细胞膜的结构，细胞通过被动运输、主动运输、胞吞、胞吐有选择地吸收或排出物质以维持细胞的正常代谢活动。总结概括主动运输和胞吞，胞吐主动运输胞吞，胞吐细胞的物质的输入和输出1.对象：离子和较小的有机分子(如葡萄糖和氨基酸等)分子1,对象：一般是大分子物质/颗粒物/细胞①逆浓度梯度②需要载体蛋白③需要能量①需要能量；②需要细胞膜上特定蛋白质的识别；③同时依靠细胞膜的流动性。2.特点：2.特点：本节小结3.举例：小肠上皮细胞吸收葡萄糖，氨基酸等3.举例：分泌蛋白等—、概念检测1.一种物质进行跨膜运输的方式与该物质的分子大小等性质有关。判断下列有关物质跨膜运输的相关表述是否正确。（1）相对分子质量小的物质或离子都可以通过自由扩散进入细胞内。（）（2）大分子有机物要通过转运蛋白的作用才能进入细胞内，并且要消耗能量。（）（3）被动运输都是顺浓度梯度进行的，既不需要消耗能量，也不需要借助膜上的转运蛋白。（）（4）主动运输都是逆浓度梯度进行的，既要消耗细胞的能量，也需要借助膜上的载体蛋白。（）2.下列有关物质跨膜运输的叙述，错误的是()A.果脯在腌制中慢慢变甜，是细胞通过主动运输吸收糖分的结果B.脂溶性物质较易通过自由扩散进出细胞C.葡萄