生物必修1《分子与细胞》第三节 物质进出细胞的运输方式第2课时学案设计

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第2课时　被动运输不需要细胞供能　主动运输需要细胞供能 细胞的胞吞和胞吐一、被动运输不需要细胞供能1．简单扩散(1)定义：细胞质膜是选择透过性膜，当物质通过细胞质膜进出细胞时，会顺着浓度梯度从高浓度一侧向低浓度一侧移动，像这样的过程称为简单扩散或自由扩散。(2)扩散趋势是半透膜两侧的浓度最终达到平衡。(3)限制因素：①物质的脂溶性。②相对分子质量大小。③所带电荷的种类和数量。(4)渗透与扩散是两个不完全相同的物质运动过程。2．依赖通道蛋白的协助扩散(1)定义：一些物质借助于细胞质膜上的通道蛋白，不需要细胞代谢供能，顺浓度梯度进出细胞质膜的被动运输方式，属于协助扩散。(2)通道蛋白：主要是离子通道蛋白。它们在生物膜中主要有开与关两种构型，相当于“门”。这种“门”的开与关被不同的因子所诱导。3．依赖载体蛋白的协助扩散(1)定义：一些物质依赖细胞质膜上的载体蛋白进出细胞，也不需要细胞代谢供能，顺浓度梯度通过细胞质膜，这种被动运输方式也属于协助扩散。(2)载体蛋白：①作用方式：先与被运输的离子或分子结合，然后通过自身构象的变化或移动完成物质运输。②特点：具有高度的特异性，即载体蛋白上的结合位点只与某种或某类溶质(如一种分子或离子)进行暂时性、可逆性的结合和分离，完成物质的被动运输。4．被动运输的结果：被动运输将物质顺着溶液浓度梯度从高浓度向低浓度方向运输，其结果是促进细胞内外物质浓度趋同。二、主动运输需要细胞供能1．定义：离子或小分子物质逆浓度梯度进出细胞，不仅需要膜上载体蛋白的参与，还需要细胞代谢供能的物质运输方式，称为主动运输。2．特点：不仅依赖细胞质膜上特定的载体蛋白，还需要细胞代谢供能。3．意义：主动运输能保证细胞按照生命活动的需要，主动地选择吸收营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。因此，主动运输对于活细胞完成各项生命活动具有重要意义。三、细胞的胞吞和胞吐1．运输的物质：蛋白质、多核苷酸、多糖等大分子以及部分颗粒性物质的运输。2．特点：胞吞和胞吐涉及细胞内多种膜的破裂与融合，是一个需要细胞代谢供能的过程。3．胞吞(1)定义：胞吞是通过质膜的变形运动将细胞外物质转运进细胞的过程。(2)类型：①划分依据：物质大小及其入胞机制的不同。②吞噬：细胞以大囊泡内吞较大固体颗粒的过程。③胞饮：细胞通过小囊泡将细胞周围的微滴状液体摄入细胞的过程。4．胞吐：一般是指细胞将要外排的大分子形成囊泡，囊泡移动到细胞质膜处并与之结合，再将大分子排出细胞的过程。5．意义(1)胞吐使质膜表面积增加，而胞吞则会减少质膜表面积，质膜表面积的这种动态平衡过程对细胞质膜成分的更新和细胞的生存与生长非常必要。(2)胞吞参与了细胞信号的传导，还能整合多种信号，在细胞的生长、发育、代谢以及增殖中发挥重要作用。判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．物质跨膜运输都是顺相对浓度梯度进行的。 (　　)2．相对分子质量小的物质或离子都可以通过简单扩散进入细胞内。 (　　)3．葡萄糖进入红细胞的过程不需要载体蛋白的协助。 (　　)4．主动运输过程中，需要载体蛋白的协助和消耗能量。 (　　)5．被动运输既不需要消耗能量，也不需要借助膜上的转运蛋白。 (　　)6．分泌蛋白主要通过主动运输的方式排到细胞外。 (　　)7．液泡中积累了大量离子，故液泡不具有选择透过性。 (　　)8．细胞胞吞、胞吐大分子物质不消耗能量。 (　　)提示：1.×　物质运输可以逆相对浓度梯度进行。2．×　一些离子进入细胞的方式是主动运输。3．×　葡萄糖进入红细胞需要载体蛋白的协助。4．√5．×　被动运输包括简单扩散和协助扩散，二者都不需要消耗能量，但协助扩散需要借助膜上的转运蛋白。6．×　分泌蛋白排出细胞的方式为胞吐。7．×　液泡中积累了大量离子依赖于液泡膜具有选择透过性。8．×　胞吞、胞吐过程要消耗能量。　被动运输不需要细胞供能1．简单扩散和协助扩散的比较2．渗透与扩散3.膜上的两种转运蛋白1．研究发现，水分子进入植物细胞的两种方式如图所示。下列叙述错误的是(　　)A．根毛细胞吸水能力与其细胞液中水的相对含量有关B．土壤溶液浓度过高时，植物细胞失水需要消耗能量C．水分子通过水通道蛋白是顺相对浓度梯度运输的D．水分子通过水通道蛋白的跨膜运输方式为协助扩散B　[根毛细胞吸水能力与其细胞液中水的相对含量有关，例如细胞液中水的相对含量少，根毛细胞吸水能力强，A正确；土壤溶液浓度过高时，细胞失水，可通过简单扩散或协助扩散失水，都不需要消耗能量，B错误；据题图分析，水分子通过水通道蛋白是顺相对浓度梯度进行的，C正确；水分子通过水通道蛋白的跨膜运输方式为协助扩散，D正确。]2．(多选)GLUT2是肝细胞的葡萄糖转运蛋白，其作用过程如图所示。下列相关叙述错误的是(　　)A．GLUT2顺浓度梯度转运葡萄糖B．GLUT2的空间结构不可发生改变C．GLUT2的数量与转运葡萄糖的速率无关D．GLUT2的转运功能具有专一性BC　[GLUT2起载体的作用，转运过程不消耗能量，为协助扩散，顺浓度梯度转运葡萄糖，A正确；GLUT2的状态A与状态B说明，GLUT2的空间结构可发生改变，B错误；协助扩散的转运速率与转运蛋白数量有关，在一定范围内，转运蛋白数量越多，转运速率越大，C错误；转运蛋白的功能具有专一性，D正确。]　主动运输需要细胞供能、细胞的胞吞和胞吐1．直接穿膜的运输方式2.膜泡运输方式注意：胞吞和胞吐的运输方向与该物质的浓度无关。3．物质运输方式的判断和探究(1)巧判物质进出细胞的方式①根据分子大小与是否需要转运蛋白和能量②根据运输方向：逆浓度梯度的跨膜运输方式是主动运输。(2)探究物质跨膜运输的方式①探究是主动运输还是被动运输(是否需要消耗能量)②探究是简单扩散还是协助扩散(是否需要载体)深化探究：1.小肠绒毛的微绒毛中有两种运输葡萄糖转运蛋白的意义是什么？提示：总体来说提高对葡萄糖的吸收能力。既有协助扩散的转运蛋白，也有主动运输的转运蛋白，可以在吸收葡萄糖的过程中尽可能减少能量消耗。2．主动运输需要的能量主要通过细胞进行有氧呼吸提供。植物生长需从土壤中吸收大量无机盐。请解释在农业生产中为什么要给作物松土？提示：松土增加土壤O2含量，促进有氧呼吸，为植物主动吸收各种无机盐离子提供能量。1．关于植物细胞通过主动运输方式吸收所需矿质元素离子的叙述，正确的是(　　)A．吸收不同矿质元素离子的速率都相同B．低温不影响矿质元素离子的吸收速率C．主动运输矿质元素离子的过程只发生在活细胞中D．叶肉细胞不能以主动运输方式吸收矿质元素离子C　[植物细胞通过主动运输方式吸收所需矿质元素离子的过程中既需要ATP水解提供能量，又需要细胞质膜上的载体蛋白协助。由于细胞质膜上不同离子的载体数目不同，故细胞吸收不同矿质元素离子的速率不同，A错误；矿质元素离子的吸收需要细胞呼吸提供能量，而低温会抑制与呼吸相关的酶的活性进而影响能量的供应，导致矿质元素离子的吸收速率降低，B错误；只有活细胞才能进行细胞呼吸产生ATP，且只有活细胞的细胞质膜才具有选择透过性，因此主动运输矿质元素离子的过程只能发生在活细胞中，C正确；叶肉细胞能以主动运输方式吸收矿质元素离子，D错误。]2.如图表示胰岛B细胞对不同物质的运输情况，下列叙述与图中相符的是(　　)A．运输Ca2＋的载体蛋白也可以运输其他金属离子B．K＋通道结构改变可导致细胞无法吸收K＋C．胰岛素的释放以细胞质膜的选择透过性为基础D．葡萄糖都是通过图中的运输方式进入各种细胞B　[因为载体的特异性，故不能运输其他离子，故A错误；K＋通道结构改变可导致细胞无法吸收K＋，故B正确；胰岛素的释放是以细胞质膜的流动性为基础，故C错误；葡萄糖不仅能通过以载体蛋白为基础进行协助扩散，还可以进行主动运输，故D错误。]　影响物质跨膜运输因素的曲线分析1．浓度差对物质跨膜运输的影响浓度差主要影响简单扩散和协助扩散。简单扩散中，浓度差越大，运输速率越大；协助扩散中，浓度差达到一定程度后运输速率不再继续增加的原因是受载体数量的限制。主动运输不受浓度差的影响。2．载体数量对物质跨膜运输的影响载体数量主要影响协助扩散和主动运输。其他条件适宜的情况下，载体数量越多，运输速率越大。简单扩散不受载体数量的影响。3．氧气含量对物质跨膜运输的影响通过影响细胞的呼吸进而影响主动运输的速率。(1)P点时，无氧呼吸为离子的吸收提供能量。(2)PQ段：随着氧气含量增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率也越大。(3)Q点以后：当氧气含量达到一定程度后，受载体数量以及其他因素的限制运输速率不再增加。4．温度对物质跨膜运输的影响一方面，升高温度通过影响分子运动而影响简单扩散和协助扩散，另一方面，温度直接影响蛋白质的活性，通过影响呼吸作用中酶的活性而影响主动运输。总结：①影响简单扩散的因素：细胞质膜内外物质的浓度差。②影响协助扩散的因素：a.细胞质膜内外物质的浓度差；b.细胞质膜上载体的种类和数量。③影响主动运输的因素：a.载体(核糖体)；b.能量(细胞质基质和线粒体)。深化探究：虽然主动运输可以逆浓度吸收生物所需要的物质，但是如果外界营养物质浓度太低对细胞正常的生命活动也会有影响。试举例进一步说明。提示：生物对营养物质有一个量的要求，如果相关的营养物质在外界太少，无论如何进行主动运输都不能满足生物的需求。例如：缺碘的山区，由于营养缺乏，该地区的人多患“大脖子病”。植物缺镁，叶片会变黄。1．某物质的跨膜运输速率的变化如下图所示。下列叙述错误的是(　　)A．该物质不可能是甘油B．该物质可能是无机盐离子C．提高氧气浓度，BC段可能上升D．限制BC段的因素一定是载体蛋白的数量D　[图中显示随着物质浓度的增加，物质运输速率先增加后稳定，说明此运输方式是协助扩散或主动运输，B点受转运蛋白的数量或能量的限制。甘油进入细胞属于简单扩散，故该物质不可能是甘油，A项正确；无机盐离子一般是通过主动运输进入细胞的，故该物质可能是无机盐离子，B项正确；由以上分析可知，提高氧气浓度，BC段可能上升，C项正确；限制BC段的因素是转运蛋白的数量或者能量，D项错误。]2．如图所示为物质进出细胞的三种方式，④中的曲线a、b表示物质跨(穿)膜运输的两种方式，下列说法不正确的是(　　)A．①可代表小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖B．K＋和葡萄糖分别以②①方式进入红细胞C．胰岛B细胞分泌胰岛素是通过③方式进行的D．方式b的最大转运速率与载体蛋白数量有关A　[①所示的运输方式中，物质从高浓度一侧运输到低浓度一侧，需要载体蛋白的协助，但不需要消耗能量，是协助扩散，而小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖的方式是主动运输，A错误；②所示的运输方式中，物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗能量，是主动运输，K＋和葡萄糖分别以主动运输和协助扩散的方式进入红细胞，即K＋和葡萄糖分别以②①方式进入红细胞，B正确；胰岛素以胞吐的方式从胰岛B细胞内分泌到细胞外，③所示物质先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞质膜处并与细胞质膜融合，将物质排出细胞，此方式表示胞吐，因此胰岛B细胞分泌胰岛素是通过③方式进行的，C正确；④中的a所示的运输方式的运输速率随着被转运分子浓度的增加而增加，说明只受物质浓度差的影响，可判断为简单扩散，b所示的运输方式的运输速率，在一定范围内随着被转运分子浓度的增加而增加，超过该范围，不再随被转运分子浓度的增加而增加，说明受到载体蛋白数量的限制，可判断为协助扩散或主动运输，因此方式b的最大转运速率与载体蛋白数量有关，D正确。][课堂小结]1．研究发现，水分子进出细胞质膜需要一种称为“水通道”的蛋白质。若设法专一性地关闭离体肾小管管壁细胞的水通道蛋白，则将导致细胞(　　)A．在浓溶液中皱缩　 B．在蒸馏水中胀破C．形态基本不变 D．在生理盐水中迅速死亡C　[由题意可知，水通道蛋白能够专一性地控制水分子进出细胞。因此，若设法专一性地关闭离体肾小管管壁细胞的水通道蛋白，则水分子不能进出细胞，故细胞形态基本不变。]2．(多选)如图表示物质跨膜转运的一种方式。据图分析正确的是(　　)A．图中的物质可代表甘油分子B．这种转运方式不可逆浓度梯度进行C．细胞产生的能量不影响该物质的转运速率D．该转运蛋白只能搬运这种物质BCD　[甘油分子进入细胞的方式是简单扩散，而图示过程为协助扩散，A错误；图中物质顺浓度梯度运输，需要转运蛋白，不消耗能量，不可逆浓度梯度运输，B正确；协助扩散的运输动力是浓度差，不需要能量，因此细胞产生的能量不会影响该物质的转运速率，C正确；转运蛋白运输物质具有特异性，所以一般情况下，图中转运蛋白只能运输该物质，D正确。]3．关于细胞物质运输的叙述正确的是(　　)A．消耗能量的运输方式不一定是主动运输B．生物膜仅仅具有半透性，所以大分子物质不能通过C．被动运输可以逆浓度梯度进行D．抑制细胞呼吸对人体细胞吸收K＋的速率无影响A　[需要消耗能量的物质运输方式不一定是主动运输，胞吞、胞吐也需要消耗能量，A正确；生物膜具有选择透过性，大分子物质以胞吞或胞吐的方式通过生物膜，B错误；被动运输必须顺浓度梯度进行，C错误；细胞吸收K＋的方式是主动运输，需要消耗能量，因此抑制细胞呼吸会影响细胞吸收K＋的速率，D错误。]4．新生儿小肠上皮细胞通过消耗能量，可以直接吸收母乳中的免疫球蛋白和半乳糖。这两种物质被吸收到血液中的方式分别是(　　)A．主动运输、主动运输 B．胞吞、主动运输C．主动运输、胞吞 D．被动运输、主动运输B　[免疫球蛋白是大分子物质，半乳糖是小分子物质。]5．下图为物质出入细胞质膜的示意图，据图回答下列问题(A、B、D代表物质，a、b、c、d代表跨膜运输方式)：(1)A代表________分子，B代表________分子，D代表________。构成细胞质膜基本支架的结构是________。图中具有细胞识别作用的是[　]________。(2)细胞质膜从功能上来说，它是一层_________________________膜。(3)图中a表示________方式，b表示________方式，c表示________方式，与c方式相比，a方式的不同之处是需要________。在a～d的四种过程中，代表被动运输的是________。若在细胞中注入某种呼吸抑制剂，________(填字母)方式将会受到较大影响。(4)K＋、O2和葡萄糖三种物质中，通过b方式进入组织细胞的是________。(5)胰岛B细胞分泌胰岛素是通过________方式进行的，该种运输方式体现出细胞质膜______________________的特点。[解析]　(1)A代表载体蛋白分子，B代表磷脂分子，D代表糖蛋白。磷脂双分子层构成细胞质膜的基本支架。图中的[D]糖蛋白具有细胞识别作用。(2)细胞质膜从功能上来说是一层选择透过性膜。(3)图中a、d过程所示的物质，均是从低浓度一侧运输到高浓度一侧，都需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗能量，因此代表的运输方式均是主动运输；b过程所示的物质，是从高浓度一侧运输到低浓度一侧，不需要转运蛋白的协助，不需要消耗能量，所以代表的运输方式是简单扩散；c过程所示的物质，是从高浓度一侧运输到低浓度一侧，需要转运蛋白的协助，不需要消耗能量，所以代表的运输方式是协助扩散。综上分析，与c方式相比，a方式的不同之处是需要能量。被动运输包括简单扩散和协助扩散，因此在a～d的四种过程中，代表被动运输的是b、c。若在细胞中注入某种呼吸抑制剂，会使细胞产生能量的呼吸作用过程受阻，a、d方式将会受到较大影响。(4)K＋、O2和葡萄糖三种物质中，通过b所示的简单扩散方式进入组织细胞的是O2。(5)胰岛B细胞分泌的胰岛素属于分泌蛋白，分泌蛋白通过胞吐方式分泌到细胞外，体现出细胞质膜具有一定的流动性的特点。[答案]　(1)载体蛋白　磷脂　糖蛋白　磷脂双分子层　D　糖蛋白　(2)选择透过性　(3)主动运输　简单扩散　协助扩散　能量　b、c　a、d　(4)O2　(5)胞吐　具有一定的流动性课标内容要求核心素养对接1．举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量。2．举例说明有些物质可以逆浓度梯度进出细胞，需要能量和载体蛋白。3．举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。1．生命观念——说出物质进出细胞的运输方式与细胞质膜结构特点的适应性。2．科学思维——对比分析物质运输方式的特点，归纳异同点。3．科学探究——依据物质进出细胞的运输方式的差异，设计实验探究某种物质的运输方式。4．社会责任——能够了解细胞质膜在医学、工业和农业上的应用。方式影响因素趋势(结果)曲线简单扩散①物质的脂溶性；②相对分子质量大小；③所带电荷的种类和数量；④膜两侧物质的浓度差半透膜两侧的浓度最终达到平衡协助扩散①膜两侧物质的浓度差；②膜上转运蛋白的种类和数量当转运蛋白达到饱和时，物质浓度增加，物质的运输速率也不再增加方式物质运动方向渗透溶剂从溶质分子相对少的部位向溶质分子相对多的部位流动扩散溶质从浓度高的部位向浓度低的部位流动联系两个不完全相同的物质运动过程名称转运对象特点载体蛋白与自身结合部位相适应的分子或离子每次转运时都会发生自身构象的改变通道蛋白与自身通道的直径和形状相适宜、大小和电荷相适宜的分子或离子转运分子不需要与通道蛋白结合方式被动运输主动运输简单(自由)扩散协助扩散方向高浓度→低浓度高浓度→低浓度低浓度→高浓度载体不需要需要需要能量不消耗不消耗消耗实例O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯等出入细胞红细胞吸收葡萄糖、Na＋进入神经细胞、K＋排出神经细胞小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等图例影响因素膜两侧该物质的浓度差等①膜两侧该物质的浓度差；②膜上运输该物质的转运蛋白的种类和数量①膜上运输该物质的转运蛋白的种类和数量；②能量：如O2浓度、温度等一定浓度范围内方式胞吞胞吐作用大分子物质进出细胞的方式运输方向细胞外→细胞内细胞内→细胞外运输特点消耗ATP，不需要载体蛋白模式图原理细胞质膜具有一定的流动性举例吞噬细胞吞噬细菌、原生动物吞食食物等消化酶、胰岛素、抗体的分泌等知识网络构建核心语句背诵1.被动运输包括简单扩散和协助扩散，二者都是顺浓度梯度进行跨膜运输的。2.简单扩散既不需要转运蛋白，也不需要能量。3.协助扩散需要转运蛋白，但不需要能量，可分为依赖通道蛋白的协助扩散和依赖载体蛋白的协助扩散。4.主动运输既需要能量，又需要载体，无机盐离子等主要以主动运输方式出入细胞。5.被动运输是顺浓度梯度的运输，而主动运输则为逆浓度梯度的运输。6.胞吞和胞吐与膜的流动性有关，它是大分子及部分颗粒性物质进出细胞的物质运输方式，既依赖膜上的蛋白质，还消耗细胞中的能量。