人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第4章 细胞的物质输入和输出第1节 被动运输备课ppt课件

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半透膜是指某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜。透过的 依据是分子或离子的大小，不具有选择性。
系统的边界——细胞膜则可以控制物质进出细胞：水分子能自由通过，细胞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，具有选择透过性。我们把这样的膜称为生物膜，如细胞膜、液泡膜等。 像水分子这样，物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散称为渗透作用。成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层，原生质层相当于一层半透膜。当细胞液与外界溶液之间出现浓度差时，细胞就会吸水或失水。由于原生质层和细胞壁的伸缩性不同，从而发生质壁分离或质壁分离复原。
外界溶液浓度 > 细胞液浓度：细胞失水 → 原生质层的伸缩性 > 细胞壁的伸缩性 → 质壁分离。 外界溶液浓度 < 细胞液浓度：细胞吸水 → 原生质层逐渐恢复 → 质壁分离复原。
像水分子这样，物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
环节一：被动运输的类型
人工脂双层膜对不同分子的通透性有哪些差异？为什么？
自由扩散 概念：我们将物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式， 称为自由扩散，也叫简单扩散。是被动运输的方式之一。运输方向：顺浓度梯度（或顺相对含量梯度）。实例：水、尿素、气体（O2、CO2、N2等）、脂溶性小分 子（甘油、乙醇、苯等）。
自由扩散 意义：自由扩散对于所有的细胞都非常重要。如我们熟悉 的呼吸作用的过程中，O2是细胞代谢所必需的，而CO2是 代谢的废物，O2、CO2必须时刻通过自由扩散进出细胞。 在人体的肺部，顺浓度梯度的自由扩散是O2进入红细胞和 CO2出红细胞的唯一方式，细胞只有不断地获得O2并排出 CO2，完成物质交换，进而实现能量转换，才能保证生命 活动的正常进行。
协助扩散 概念：离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等，不 能自由地通过细胞膜，需要借助膜上的转运蛋白进出细胞， 叫作协助扩散，也叫易化扩散。运输方向：顺浓度梯度（或顺相对含量梯度）。实例：水分子进出细胞（水通道蛋白）、葡萄糖进入红细 胞（载体蛋白）、K+ 外流和 Na+ 内流（离子通道蛋白）等。
特点：（1）需要转运蛋白协助；（2）不需要消耗能量。
被动运输 自由扩散和协助扩散的本质都是扩散。物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量，因此它们统称为被动运输。
自由扩散和协助扩散的异同点
如何探究某物质跨膜运输的方式是自由扩散还是协助扩散？
环节二：转运蛋白的类型
载体蛋白的特点：载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变。
资料1 生物膜和人工膜对多种物质的通透性坐标图：
水分子从水多的一侧向水少的一侧扩散，属于哪种方式的扩散？
资料2 水分子比较小，在活细胞中含量最多，人们曾经认为它们是自由穿过细胞膜磷脂双分子层的间隙而进出细胞的。后来的研究发现，水分子通过细胞膜的速率高过通过人工膜，由此推断细胞膜上可能存在特殊的输送水分子的通道。
资料3 1988年，美国科学家阿格雷在分离纯化多种红细胞膜上的蛋白质时，发现了一个疏水性跨膜蛋白（命名为AQP1），他将含有AQP1的细胞和不含有此蛋白的细胞放在同一水溶液中进行实验，结果如图:
为了进一步验证，科研人员将 AQP1导入脂质体中进行重组脂质体实验，结果发现，重组脂质体对水的转运活性比普通脂质体高出了10倍。
分析资料，归纳水分子跨膜运输的方式。
水分子很小，不带电荷但具有极性。水分子可以通过膜上磷脂分子间的空隙以自由扩散的方式进出细胞，但是更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白（如图）以协助扩散的方式进出细胞。
资料4 麦金农利用X射线晶体成像技术，获得了世界上第一张钾离子通道的高清晰度照片，它可以让科学家观测到钾离子通道在钾离子进入前的状态、钾离子在其中的状态以及钾离子穿过后的状态。这样，人们就可以“看见”钾离子是如何通过通道的。2003年，麦金农获得了诺贝尔化学奖。
与此同时，钙离子通道蛋白、钠离子通道蛋白等的结构被一一解析。科学家们发现，细胞膜上存在多种离子的通道蛋白，如果这些通道蛋白结构异常，会引起很多疾病。例如，钾离子通道蛋白在所有细胞的信号转导中起重要作用，在调节神经细胞的神经递质释放、骨骼肌收缩、心率等方面发挥重要作用；钙离子通道异常可能会导致高血压等疾病。科学家们一直在积极研究通道蛋白的作用机制，探索调控通道蛋白的药物，以治疗疾病，维护人类健康。
通道蛋白的特点：分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合，通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过。
1.美国科学家阿格雷和麦金农因研究细胞膜中的通道蛋白获得了诺贝尔化学奖。通道蛋白分为两大 类：水通道蛋白和离子通道蛋白。阿格雷成功分离了水通道蛋白，麦金农测出了K+通道蛋白的立体结构。如图为肾小管上皮细胞重吸收水和K+通道蛋白运输K+的示意图。下列与通道蛋白有关的叙述错误的是 （ ） A.水通道蛋白贯穿于磷脂双分子层 B.K+的运输属于协助扩散，不需要消耗能量 C.运输物质直径只要比通道蛋白自身的通道 直径 小就可以通过 D.细胞可通过调节通道蛋白的数量或开关来 调节 物质运输
2.1988年，科学家阿格雷分离出细胞膜上的水通道蛋白（AQP1），他将含有AQP1和不含AQP1的人工合成脂质膜构成的球体（脂质体）放在同一种低浓度溶液中，结果如图所示。结合相关知识分析，下列叙述错误的是 （ ） A.水分子不能通过不含AQP1的 人工脂质膜 B.含AQP1的脂质膜对水分子的 转运速率更高 C.水分子跨膜运输的方式有自由 扩散和协助扩散 D.推测肾小管上皮细胞的细胞膜 上可能存在AQP
3.图甲表示一个渗透作用装置，将半透膜袋缚于玻璃管下端，半透膜袋内部装有 60 mL 质量浓度为 0.3 g/mL的蔗糖溶液；图乙表示放置在某溶液中的植物细胞失水量的变化情况；图丙表示植物光合作用同化物蔗糖在不同细胞间运输、转化的过程。下列有关 叙述正确的是 （ ） A.图甲中，若将质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液换为质量浓 度为0.3 g/mL的淀粉溶液，玻璃管内液面高度会降低 B.图乙表示的植物细胞在某溶液中处理的10 min内发生质壁 分离，10 min后发生质壁分离复原 C.图丙中，蔗糖从伴胞到筛管的运输是以协助扩散的方式 来完成的 D.图丙中，薄壁细胞上的单糖转运蛋白运输的分子是葡萄 糖和麦芽糖
4.如图表示借助转运蛋白进行的两种跨膜运输方式，其中通道蛋白介导的物质运输速率比载体蛋白介导的快1 000倍。下列叙述正确的是 （ ） A.载体蛋白和通道蛋白在细胞膜上是静止不动的 B.载体蛋白和通道蛋白在物质转运时作用机制相同 C.水分子更多借助细胞膜上的水通道蛋白进出细胞 D.甲、乙两种跨膜运输方式中只有甲属于被动运输