2022-2023學年蘇教版（2019）必修一 2.3　第2課時　被動運輸不需要細胞供能　主動運輸需要細胞供能　細胞的胞吞和胞吐 學案

第2課時被動運輸不需要細胞供能主動運輸需要細胞供能細胞的胞吞和胞吐課標內(nèi)容要求核心素養(yǎng)對接1．舉例說明有些物質(zhì)順濃度梯度進出細胞，不需要額外提供能量。2．舉例說明有些物質(zhì)可以逆濃度梯度進出細胞，需要能量和載體蛋白。3．舉例說明大分子物質(zhì)可以通過胞吞、胞吐進出細胞。1．生命觀念——說出物質(zhì)進出細胞的運輸方式與細胞質(zhì)膜結構特點的適應性。2．科學思維——對比分析物質(zhì)運輸方式的特點，歸納異同點。3．科學探究——依據(jù)物質(zhì)進出細胞的運輸方式的差異，設計實驗探究某種物質(zhì)的運輸方式。4．社會責任——能夠了解細胞質(zhì)膜在醫(yī)學、工業(yè)和農(nóng)業(yè)上的應用。一、被動運輸不需要細胞供能1．簡單擴散(1)定義：細胞質(zhì)膜是選擇透過性膜，當物質(zhì)通過細胞質(zhì)膜進出細胞時，會順著濃度梯度從高濃度一側向低濃度一側移動，像這樣的過程稱為簡單擴散或自由擴散。(2)擴散趨勢是半透膜兩側的濃度最終達到平衡。(3)限制因素：①物質(zhì)的脂溶性。②相對分子質(zhì)量大小。③所帶電荷的種類和數(shù)量。(4)滲透與擴散是兩個不完全相同的物質(zhì)運動過程。2．依賴通道蛋白的協(xié)助擴散(1)定義：一些物質(zhì)借助于細胞質(zhì)膜上的通道蛋白，不需要細胞代謝供能，順濃度梯度進出細胞質(zhì)膜的被動運輸方式，屬于協(xié)助擴散。(2)通道蛋白：主要是離子通道蛋白。它們在生物膜中主要有開與關兩種構型，相當于“門”。這種“門”的開與關被不同的因子所誘導。3．依賴載體蛋白的協(xié)助擴散(1)定義：一些物質(zhì)依賴細胞質(zhì)膜上的載體蛋白進出細胞，也不需要細胞代謝供能，順濃度梯度通過細胞質(zhì)膜，這種被動運輸方式也屬于協(xié)助擴散。(2)載體蛋白：①作用方式：先與被運輸?shù)碾x子或分子結合，然后通過自身構象的變化或移動完成物質(zhì)運輸。②特點：具有高度的特異性，即載體蛋白上的結合位點只與某種或某類溶質(zhì)(如一種分子或離子)進行暫時性、可逆性的結合和分離，完成物質(zhì)的被動運輸。4．被動運輸?shù)慕Y果：被動運輸將物質(zhì)順著溶液濃度梯度從高濃度向低濃度方向運輸，其結果是促進細胞內(nèi)外物質(zhì)濃度趨同。二、主動運輸需要細胞供能1．定義：離子或小分子物質(zhì)逆濃度梯度進出細胞，不僅需要膜上載體蛋白的參與，還需要細胞代謝供能的物質(zhì)運輸方式，稱為主動運輸。2．特點：不僅依賴細胞質(zhì)膜上特定的載體蛋白，還需要細胞代謝供能。3．意義：主動運輸能保證細胞按照生命活動的需要，主動地選擇吸收營養(yǎng)物質(zhì)，排出代謝廢物和對細胞有害的物質(zhì)。因此，主動運輸對于活細胞完成各項生命活動具有重要意義。三、細胞的胞吞和胞吐1．運輸?shù)奈镔|(zhì)：蛋白質(zhì)、多核苷酸、多糖等大分子以及部分顆粒性物質(zhì)的運輸。2．特點：胞吞和胞吐涉及細胞內(nèi)多種膜的破裂與融合，是一個需要細胞代謝供能的過程。3．胞吞(1)定義：胞吞是通過質(zhì)膜的變形運動將細胞外物質(zhì)轉(zhuǎn)運進細胞的過程。(2)類型：①劃分依據(jù)：物質(zhì)大小及其入胞機制的不同。②吞噬：細胞以大囊泡內(nèi)吞較大固體顆粒的過程。③胞飲：細胞通過小囊泡將細胞周圍的微滴狀液體攝入細胞的過程。4．胞吐：一般是指細胞將要外排的大分子形成囊泡，囊泡移動到細胞質(zhì)膜處并與之結合，再將大分子排出細胞的過程。5．意義(1)胞吐使質(zhì)膜表面積增加，而胞吞則會減少質(zhì)膜表面積，質(zhì)膜表面積的這種動態(tài)平衡過程對細胞質(zhì)膜成分的更新和細胞的生存與生長非常必要。(2)胞吞參與了細胞信號的傳導，還能整合多種信號，在細胞的生長、發(fā)育、代謝以及增殖中發(fā)揮重要作用。判斷對錯(正確的打“√”，錯誤的打“×”)1．物質(zhì)跨膜運輸都是順相對濃度梯度進行的。 ()2．相對分子質(zhì)量小的物質(zhì)或離子都可以通過簡單擴散進入細胞內(nèi)。 ()3．葡萄糖進入紅細胞的過程不需要載體蛋白的協(xié)助。 ()4．主動運輸過程中，需要載體蛋白的協(xié)助和消耗能量。 ()5．被動運輸既不需要消耗能量，也不需要借助膜上的轉(zhuǎn)運蛋白。 ()6．分泌蛋白主要通過主動運輸?shù)姆绞脚诺郊毎狻?()7．液泡中積累了大量離子，故液泡不具有選擇透過性。 ()8．細胞胞吞、胞吐大分子物質(zhì)不消耗能量。 ()提示：1.×物質(zhì)運輸可以逆相對濃度梯度進行。2．×一些離子進入細胞的方式是主動運輸。3．×葡萄糖進入紅細胞需要載體蛋白的協(xié)助。4．√5．×被動運輸包括簡單擴散和協(xié)助擴散，二者都不需要消耗能量，但協(xié)助擴散需要借助膜上的轉(zhuǎn)運蛋白。6．×分泌蛋白排出細胞的方式為胞吐。7．×液泡中積累了大量離子依賴于液泡膜具有選擇透過性。8．×胞吞、胞吐過程要消耗能量。被動運輸不需要細胞供能1．簡單擴散和協(xié)助擴散比較方式影響因素趨勢(結果)曲線簡單擴散①物質(zhì)的脂溶性；②相對分子質(zhì)量大??；③所帶電荷的種類和數(shù)量；④膜兩側物質(zhì)的濃度差半透膜兩側的濃度最終達到平衡協(xié)助擴散①膜兩側物質(zhì)的濃度差；②膜上轉(zhuǎn)運蛋白的種類和數(shù)量當轉(zhuǎn)運蛋白達到飽和時，物質(zhì)濃度增加，物質(zhì)的運輸速率也不再增加2．滲透與擴散方式物質(zhì)運動方向滲透溶劑從溶質(zhì)分子相對少的部位向溶質(zhì)分子相對多的部位流動擴散溶質(zhì)從濃度高的部位向濃度低的部位流動聯(lián)系兩個不完全相同的物質(zhì)運動過程3.膜上的兩種轉(zhuǎn)運蛋白名稱轉(zhuǎn)運對象特點載體蛋白與自身結合部位相適應的分子或離子每次轉(zhuǎn)運時都會發(fā)生自身構象的改變通道蛋白與自身通道的直徑和形狀相適宜、大小和電荷相適宜的分子或離子轉(zhuǎn)運分子不需要與通道蛋白結合1．研究發(fā)現(xiàn)，水分子進入植物細胞的兩種方式如圖所示。下列敘述錯誤的是()A．根毛細胞吸水能力與其細胞液中水的相對含量有關B．土壤溶液濃度過高時，植物細胞失水需要消耗能量C．水分子通過水通道蛋白是順相對濃度梯度運輸?shù)腄．水分子通過水通道蛋白的跨膜運輸方式為協(xié)助擴散B[根毛細胞吸水能力與其細胞液中水的相對含量有關，例如細胞液中水的相對含量少，根毛細胞吸水能力強，A正確；土壤溶液濃度過高時，細胞失水，可通過簡單擴散或協(xié)助擴散失水，都不需要消耗能量，B錯誤；據(jù)題圖分析，水分子通過水通道蛋白是順相對濃度梯度進行的，C正確；水分子通過水通道蛋白的跨膜運輸方式為協(xié)助擴散，D正確。]2．(多選)GLUT2是肝細胞的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白，其作用過程如圖所示。下列相關敘述錯誤的是()A．CLUT2順濃度梯度轉(zhuǎn)運葡萄糖B．CLUT2的空間結構不可發(fā)生改變C．GLUT2的數(shù)量與轉(zhuǎn)運葡萄糖的速率無關D．GLUT2的轉(zhuǎn)運功能具有專一性BC[GLUT2起載體的作用，轉(zhuǎn)運過程不消耗能量，為協(xié)助擴散，順濃度梯度轉(zhuǎn)運葡萄糖，A正確；GLUT2的狀態(tài)A與狀態(tài)B說明，GLUT2的空間結構可發(fā)生改變，B錯誤；協(xié)助擴散的轉(zhuǎn)運速率與轉(zhuǎn)運蛋白數(shù)量有關，在一定范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)運蛋白數(shù)量越多，轉(zhuǎn)運速率越大，C錯誤；轉(zhuǎn)運蛋白的功能具有專一性，D正確。]主動運輸需要細胞供能、細胞的胞吞和胞吐1．直接穿膜的運輸方式方式被動運輸主動運輸簡單(自由)擴散協(xié)助擴散方向高濃度→低濃度高濃度→低濃度低濃度→高濃度載體不需要需要需要能量不消耗不消耗消耗實例O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯等出入細胞紅細胞吸收葡萄糖、Na＋進入神經(jīng)細胞、K＋排出神經(jīng)細胞小腸絨毛上皮細胞吸收葡萄糖、氨基酸、無機鹽等圖例影響因素膜兩側該物質(zhì)的濃度差等①膜兩側該物質(zhì)的濃度差；②膜上運輸該物質(zhì)的轉(zhuǎn)運蛋白的種類和數(shù)量①膜上運輸該物質(zhì)的轉(zhuǎn)運蛋白的種類和數(shù)量；②能量：如O2濃度、溫度等一定濃度范圍內(nèi)2.膜泡運輸方式方式胞吞胞吐作用大分子物質(zhì)進出細胞的方式運輸方向細胞外→細胞內(nèi)細胞內(nèi)→細胞外運輸特點消耗ATP，不需要載體蛋白模式圖原理細胞質(zhì)膜具有一定的流動性舉例吞噬細胞吞噬細菌、原生動物吞食食物等消化酶、胰島素、抗體的分泌等注意：胞吞和胞吐的運輸方向與該物質(zhì)的濃度無關。3．物質(zhì)運輸方式的判斷和探究(1)巧判物質(zhì)進出細胞的方式①根據(jù)分子大小與是否需要轉(zhuǎn)運蛋白和能量②根據(jù)運輸方向：逆濃度梯度的跨膜運輸方式是主動運輸。(2)探究物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞舰偬骄渴侵鲃舆\輸還是被動運輸(是否需要消耗能量)②探究是簡單擴散還是協(xié)助擴散(是否需要載體)深化探究：1.小腸絨毛的微絨毛中有兩種運輸葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白的意義是什么？提示：總體來說提高對葡萄糖的吸收能力。既有協(xié)助擴散的轉(zhuǎn)運蛋白，也有主動運輸?shù)霓D(zhuǎn)運蛋白，可以在吸收葡萄糖的過程中盡可能減少能量消耗。2．主動運輸需要的能量主要通過細胞進行有氧呼吸提供。植物生長需從土壤中吸收大量無機鹽。請解釋在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為什么要給作物松土？提示：松土增加土壤O2含量，促進有氧呼吸，為植物主動吸收各種無機鹽離子提供能量。1．關于植物細胞通過主動運輸方式吸收所需礦質(zhì)元素離子的敘述，正確的是()A．吸收不同礦質(zhì)元素離子的速率都相同B．低溫不影響礦質(zhì)元素離子的吸收速率C．主動運輸?shù)V質(zhì)元素離子的過程只發(fā)生在活細胞中D．葉肉細胞不能以主動運輸方式吸收礦質(zhì)元素離子C[植物細胞通過主動運輸方式吸收所需礦質(zhì)元素離子的過程中既需要ATP水解提供能量，又需要細胞質(zhì)膜上的載體蛋白協(xié)助。由于細胞質(zhì)膜上不同離子的載體數(shù)目不同，故細胞吸收不同礦質(zhì)元素離子的速率不同，A錯誤；礦質(zhì)元素離子的吸收需要細胞呼吸提供能量，而低溫會抑制與呼吸相關的酶的活性進而影響能量的供應，導致礦質(zhì)元素離子的吸收速率降低，B錯誤；只有活細胞才能進行細胞呼吸產(chǎn)生ATP，且只有活細胞的細胞質(zhì)膜才具有選擇透過性，因此主動運輸?shù)V質(zhì)元素離子的過程只能發(fā)生在活細胞中，C正確；葉肉細胞能以主動運輸方式吸收礦質(zhì)元素離子，D錯誤。]2.如圖表示胰島B細胞對不同物質(zhì)的運輸情況，下列敘述與圖中相符的是()A．運輸Ca2＋的載體蛋白也可以運輸其他金屬離子B．K＋通道結構改變可導致細胞無法吸收K＋C．胰島素的釋放以細胞質(zhì)膜的選擇透過性為基礎D．葡萄糖都是通過圖中的運輸方式進入各種細胞B[因為載體的特異性，故不能運輸其他離子，故A錯誤；K＋通道結構改變可導致細胞無法吸收K＋，故B正確；胰島素的釋放是以細胞質(zhì)膜的流動性為基礎，故C錯誤；葡萄糖不僅能通過以載體蛋白為基礎進行協(xié)助擴散，還可以進行主動運輸，故D錯誤。]影響物質(zhì)跨膜運輸因素的曲線分析1．濃度差對物質(zhì)跨膜運輸?shù)挠绊憹舛炔钪饕绊懞唵螖U散和協(xié)助擴散。簡單擴散中，濃度差越大，運輸速率越大；協(xié)助擴散中，濃度差達到一定程度后運輸速率不再繼續(xù)增加的原因是受載體數(shù)量的限制。主動運輸不受濃度差的影響。2．載體數(shù)量對物質(zhì)跨膜運輸?shù)挠绊戄d體數(shù)量主要影響協(xié)助擴散和主動運輸。其他條件適宜的情況下，載體數(shù)量越多，運輸速率越大。簡單擴散不受載體數(shù)量的影響。3．氧氣含量對物質(zhì)跨膜運輸?shù)挠绊懲ㄟ^影響細胞的呼吸進而影響主動運輸?shù)乃俾省?1)P點時，無氧呼吸為離子的吸收提供能量。(2)PQ段：隨著氧氣含量增加，有氧呼吸產(chǎn)生的能量越多，主動運輸?shù)乃俾室苍酱蟆?3)Q點以后：當氧氣含量達到一定程度后，受載體數(shù)量以及其他因素的限制運輸速率不再增加。4．溫度對物質(zhì)跨膜運輸?shù)挠绊懸环矫妫邷囟韧ㄟ^影響分子運動而影響簡單擴散和協(xié)助擴散，另一方面，溫度直接影響蛋白質(zhì)的活性，通過影響呼吸作用中酶的活性而影響主動運輸?？偨Y：①影響簡單擴散的因素：細胞質(zhì)膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差。②影響協(xié)助擴散的因素：a.細胞質(zhì)膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差；b.細胞質(zhì)膜上載體的種類和數(shù)量。③影響主動運輸?shù)囊蛩兀篴.載體(核糖體)；b.能量(細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體)。深化探究：雖然主動運輸可以逆濃度吸收生物所需要的物質(zhì)，但是如果外界營養(yǎng)物質(zhì)濃度太低對細胞正常的生命活動也會有影響。試舉例進一步說明。提示：生物對營養(yǎng)物質(zhì)有一個量的要求，如果相關的營養(yǎng)物質(zhì)在外界太少，無論如何進行主動運輸都不能滿足生物的需求。例如：缺碘的山區(qū)，由于營養(yǎng)缺乏，該地區(qū)的人多患“大脖子病”。植物缺鎂，葉片會變黃。1．某物質(zhì)的跨膜運輸速率的變化如下圖所示。下列敘述錯誤的是()A．該物質(zhì)不可能是甘油B．該物質(zhì)可能是無機鹽離子C．提高氧氣濃度，BC段可能上升D．限制BC段的因素一定是載體蛋白的數(shù)量D[圖中顯示隨著物質(zhì)濃度的增加，物質(zhì)運輸速率先增加后穩(wěn)定，說明此運輸方式是協(xié)助擴散或主動運輸，B點受轉(zhuǎn)運蛋白的數(shù)量或能量的限制。甘油進入細胞屬于簡單擴散，故該物質(zhì)不可能是甘油，A項正確；無機鹽離子一般是通過主動運輸進入細胞的，故該物質(zhì)可能是無機鹽離子，B項正確；由以上分析可知，提高氧氣濃度，BC段可能上升，C項正確；限制BC段的因素是轉(zhuǎn)運蛋白的數(shù)量或者能量，D項錯誤。]2．如圖所示為物質(zhì)進出細胞的三種方式，④中的曲線a、b表示物質(zhì)跨(穿)膜運輸?shù)膬煞N方式，下列說法不正確的是()A．①可代表小腸絨毛上皮細胞吸收葡萄糖B．K＋和葡萄糖分別以②①方式進入紅細胞C．胰島B細胞分泌胰島素是通過③方式進行的D．方式b的最大轉(zhuǎn)運速率與載體蛋白數(shù)量有關A[①所示的運輸方式中，物質(zhì)從高濃度一側運輸?shù)降蜐舛纫粋?，需要載體蛋白的協(xié)助，但不需要消耗能量，是協(xié)助擴散，而小腸絨毛上皮細胞吸收葡萄糖的方式是主動運輸，A錯誤；②所示的運輸方式中，物質(zhì)從低濃度一側運輸?shù)礁邼舛纫粋龋枰d體蛋白的協(xié)助，同時還需要消耗能量，是主動運輸，K＋和葡萄糖分別以主動運輸和協(xié)助擴散的方式進入紅細胞，即K＋和葡萄糖分別以②①方式進入紅細胞，B正確；胰島素以胞吐的方式從胰島B細胞內(nèi)分泌到細胞外，③所示物質(zhì)先在細胞內(nèi)形成囊泡，囊泡移動到細胞質(zhì)膜處并與細胞質(zhì)膜融合，將物質(zhì)排出細胞，此方式表示胞吐，因此胰島B細胞分泌胰島素是通過③方式進行的，C正確；④中的a所示的運輸方式的運輸速率隨著被轉(zhuǎn)運分子濃度的增加而增加，說明只受物質(zhì)濃度差的影響，可判斷為簡單擴散，b所示的運輸方式的運輸速率，在一定范圍內(nèi)隨著被轉(zhuǎn)運分子濃度的增加而增加，超過該范圍，不再隨被轉(zhuǎn)運分子濃度的增加而增加，說明受到載體蛋白數(shù)量的限制，可判斷為協(xié)助擴散或主動運輸，因此方式b的最大轉(zhuǎn)運速率與載體蛋白數(shù)量有關，D正確。][課堂小結]知識網(wǎng)絡構建核心語句背誦1.被動運輸包括簡單擴散和協(xié)助擴散，二者都是順濃度梯度進行跨膜運輸?shù)摹?.簡單擴散既不需要轉(zhuǎn)運蛋白，也不需要能量。3.協(xié)助擴散需要轉(zhuǎn)運蛋白，但不需要能量，可分為依賴通道蛋白的協(xié)助擴散和依賴載體蛋白的協(xié)助擴散。4.主動運輸既需要能量，又需要載體，無機鹽離子等主要以主動運輸方式出入細胞。5.被動運輸是順濃度梯度的運輸，而主動運輸則為逆濃度梯度的運輸。6.胞吞和胞吐與膜的流動性有關，它是大分子及部分顆粒性物質(zhì)進出細胞的物質(zhì)運輸方式，既依賴膜上的蛋白質(zhì)，還消耗細胞中的能量。1．研究發(fā)現(xiàn)，水分子進出細胞質(zhì)膜需要一種稱為“水通道”的蛋白質(zhì)。若設法專一性地關閉離體腎小管管壁細胞的水通道蛋白，則將導致細胞()A．在濃溶液中皺縮 B．在蒸餾水中脹破C．形態(tài)基本不變 D．在生理鹽水中迅速死亡C[由題意可知，水通道蛋白能夠?qū)Ｒ恍缘乜刂扑肿舆M出細胞。因此，若設法專一性地關閉離體腎小管管壁細胞的水通道蛋白，則水分子不能進出細胞，故細胞形態(tài)基本不變。]2．(多選)如圖表示物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運的一種方式。據(jù)圖分析正確的是()A．圖中的物質(zhì)可代表甘油分子B．這種轉(zhuǎn)運方式不可逆濃度梯度進行C．細胞產(chǎn)生的能量不影響該物質(zhì)的轉(zhuǎn)運速率D．該轉(zhuǎn)運蛋白只能搬運這種物質(zhì)BCD[甘油分子進入細胞的方式是簡單擴散，而圖示過程為協(xié)助擴散，A錯誤；圖中物質(zhì)順濃度梯度運輸，需要轉(zhuǎn)運蛋白，不消耗能量，不可逆濃度梯度運輸，B正確；協(xié)助擴散的運輸動力是濃度差，不需要能量，因此細胞產(chǎn)生的能量不會影響該物質(zhì)的轉(zhuǎn)運速率，C正確；轉(zhuǎn)運蛋白運輸物質(zhì)具有特異性，所以一般情況下，圖中轉(zhuǎn)運蛋白只能運輸該物質(zhì)，D正確。]3．關于細胞物質(zhì)運輸?shù)臄⑹稣_的是()A．消耗能量的運輸方式不一定是主動運輸B．生物膜僅僅具有半透性，所以大分子物質(zhì)不能通過C．被動運輸可以逆濃度梯度進行D．抑制細胞呼吸對人體細胞吸收K＋的速率無影響A[需要消耗能量的物質(zhì)運輸方式不一定是主動運輸，胞吞、胞吐也需要消耗能量，A正確；生物膜具有選擇透過性，大分子物質(zhì)以胞吞或胞吐的方式通過生物膜，B錯誤；被動運輸必須順濃度梯度進行，C錯誤；細胞吸收K＋的方式是主動運輸，需要消耗能量，因此抑制細胞呼吸會影響細胞吸收K＋的速率，D錯誤。]4．新生兒小腸上皮細胞通過消耗能量，可以直接吸收母乳中的免疫球蛋白和半乳糖。這兩種物質(zhì)被吸收到血液中的方式分別是()A．主動運輸、主動運輸 B．胞吞、主動運輸C．主動運輸、胞吞 D．被動運輸、主動運輸B[免疫球蛋白是大分子物質(zhì)，半乳糖是小分子物質(zhì)。]5．下圖為物質(zhì)出入細胞質(zhì)膜的示意圖，據(jù)圖回答下列問題(A、B、D代表物質(zhì)，a、b、c、d代表跨膜運輸方式)：(1)A代表________分子，B代表________分子，D代表________。構成細胞質(zhì)膜基本支架的結構是________。圖中具有細胞識別作用的是[]________。(2)細胞質(zhì)膜從功能上來說，它是一層_________________________膜。(3)圖中a表示________方式，b表示________方式，c表示________方式，與c方式相比，a方式的不同