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第3節(jié)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞?1 知識 1 掌握物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式 2 了解主動運(yùn)輸?shù)囊饬x 3 能夠進(jìn)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(yùn)輸方式中實驗方法及技術(shù)進(jìn)步對研究結(jié)果所起的作用 3 能力 培養(yǎng)進(jìn)行圖表數(shù)據(jù)解讀的能力 4 重點與難點 1 物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式 2 主動運(yùn)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?dú)?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(jī)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(yùn)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(yùn)輸?shù)葐栴} 二 思考與討論1 自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)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(jìn)行的 2 自由擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)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(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散都是順物質(zhì)的濃度梯度進(jìn)行的 不需要細(xì)胞消耗能量 所以統(tǒng)稱為被動運(yùn)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(jìn)行 四 技能訓(xùn)練1 K 和Mg2 是通過主動運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞的 2 Na 和Cl 是通過主動運(yùn)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(yùn)輸才能維持這種狀況 1 離子和小分子物質(zhì)的運(yùn)輸方式 跨膜運(yùn)輸 1 被動運(yùn)輸 物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞 梯度的擴(kuò)散 不需要載體和能量 如水 二氧化碳 氧氣 甘油 乙醇 苯等 協(xié)助擴(kuò)散 需要 但不需要 如紅細(xì)胞吸收葡萄糖 2 主動運(yùn)輸 從 一側(cè)運(yùn)輸?shù)?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(yùn)輸方式大分子以 和 主式進(jìn)出細(xì)胞 這些過程與細(xì)胞膜的 有關(guān) 答案 1 1 順 自由擴(kuò)散 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(jìn)出細(xì)胞是順濃度梯度的擴(kuò)散 叫做被動運(yùn)輸 它分為自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散兩大類 1 自由擴(kuò)散物質(zhì)通過簡單的擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞 叫做自由擴(kuò)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(kuò)散作用的原理 即物質(zhì)從高濃度一邊 穿過細(xì)胞膜到達(dá)低濃度一邊 直到平衡為止 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 叫做協(xié)助擴(kuò)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(yùn)輸 注意 自由擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的相同點 是順濃度梯度跨膜運(yùn)輸 不消耗細(xì)胞中的能量 但協(xié)助擴(kuò)散需要載體蛋白 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 并維持其它條件不變 則 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) 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(yùn)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(yùn)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(kuò)散 自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散 來解釋 在這些細(xì)胞中運(yùn)輸方向是逆濃度梯度的 逆著被動運(yùn)輸?shù)牧α?因此必須要消耗細(xì)胞代謝所產(chǎn)生的能量 這就是說細(xì)胞膜可以 主動運(yùn)輸 在這種運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)輸進(jìn)行的 意義 主動運(yùn)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) 可見 主動運(yùn)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(yùn)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 主動運(yùn)輸方向也可由高濃度一側(cè)運(yùn)至低濃度一側(cè) 但其速度遠(yuǎn)快于協(xié)助擴(kuò)散 細(xì)胞膜中的載體蛋白在協(xié)助擴(kuò)散和主動運(yùn)輸中都有特異性 僅能運(yùn)載特異的物質(zhì)或幾種結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì) 如運(yùn)載葡萄糖的載體就不能運(yùn)載氨基酸 2 2010 山東 下圖中曲線a b表示物質(zhì)跨 穿 膜運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)速率均有影響解析 本題考查物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 由圖示可知 b物質(zhì)的運(yùn)輸需借助于載體蛋白 因此它的最大轉(zhuǎn)運(yùn)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(jìn)入細(xì)胞的運(yùn)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(jìn)入細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)輸載體能量 ATP 3 從高濃度到低濃度主動運(yùn)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(jìn)入細(xì)胞的運(yùn)輸方向是 從低濃度到高濃度 是主動運(yùn)輸 主動運(yùn)輸需要的基本條件是載體和消耗能量ATP Na 和Ca2 進(jìn)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(yùn)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(jìn)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(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)通過細(xì)胞膜運(yùn)到細(xì)胞膜的另一側(cè) 即進(jìn)行的是跨膜運(yùn)輸方式 而胞吞和胞吐則不是跨膜運(yùn)輸 胞吞是通過細(xì)胞膜內(nèi)陷 形成小囊泡而進(jìn)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(yùn)輸?shù)奶卣?但消耗ATP的跨膜運(yùn)輸卻是主動運(yùn)輸?shù)奶卣?3下列哪種物質(zhì)分子不能以跨膜運(yùn)輸方式進(jìn)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(yùn)輸方式主要是指自由擴(kuò)散 協(xié)助擴(kuò)散和主動運(yùn)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(yùn)輸方式進(jìn)入細(xì)胞 只有大分子或顆粒性物質(zhì)不能跨膜運(yùn)輸 只能通過胞吞作用進(jìn)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(yùn)輸 主動運(yùn)輸B 內(nèi)吞 主動運(yùn)輸C 主動運(yùn)輸 內(nèi)吞D 被動運(yùn)輸 主動運(yùn)輸 答案 B解析 免疫球蛋白為大分子有機(jī)物 不能通過自由擴(kuò)散 協(xié)助擴(kuò)散和主動運(yùn)輸跨膜運(yùn)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(jìn)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(jìn)入小腸上皮細(xì)胞需要消耗ATP和載體蛋白 為主動運(yùn)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(kuò)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(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì) 安全渡過 河 細(xì)胞膜 去 再回來運(yùn)載其他的 乘客 但需要說明的是 載體具有特異性 如運(yùn)載K 的載體就不能運(yùn)載其他的物質(zhì) 3 主動運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(jìn)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(yùn)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(yùn)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(kuò)散C 主動吸收D 協(xié)助擴(kuò)散答案 C解析 礦質(zhì)元素進(jìn)入細(xì)胞的主要方式是主動運(yùn)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(jìn)入細(xì)胞的方式是主動運(yùn)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(jìn)出細(xì)胞的是 A 維生素DB 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(jìn)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 C6H12O6C H2OD 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(yùn)輸 吸收C6H12O6的方式是協(xié)助擴(kuò)散 吸收O2的方式是自由擴(kuò)散 三種方式中只有主動運(yùn)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(jìn)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(yùn)輸方式 A是 B是 C是 2 上述三種運(yùn)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(jìn)入細(xì)胞的方式分別是 答案 1 自由擴(kuò)散 協(xié)助擴(kuò)散 主動運(yùn)輸 2 主動運(yùn)輸 C 主動運(yùn)輸需呼吸作用提供能量 3 自由擴(kuò)散 自由擴(kuò)散 主動運(yùn)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(kuò)散 協(xié)助擴(kuò)散 主動運(yùn)輸 2 結(jié)合圖信息回憶三種方式相應(yīng)特點 以自由擴(kuò)散進(jìn)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(kuò)散方式進(jìn)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(yùn)輸速度不再加快 主動運(yùn)輸可以逆濃度梯度運(yùn)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(jìn)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(jìn)入細(xì)胞的速度加快 超過一定濃度 運(yùn)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)