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第4章 细胞的物质输入和输出
第2节 主动运输与胞吞、胞吐
素养导引
1.生命观念:运用结构与功能观,说出细胞膜的特性与胞吞、胞吐的关系。
2.科学思维:采用比较与归纳的方法,说明主动运输和被动运输的关系。
3.科学探究:基于给定的事实,设计探究物质跨膜运输的过程。
4.社会责任:运用物质进出细胞的知识,了解与之相关的疾病,关注人体健康。
一、主动运输
1.特点:
(1)方向:逆浓度梯度。
(2)条件:
①载体蛋白的协助。
②消耗能量。
2.影响因素:能量和载体蛋白数量。
3.实例:离子、氨基酸、葡萄糖等逆浓度通过细胞膜。
4.意义:通过主动运输选择吸收所需要的物质,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活的需要。
[思考]　通道蛋白参与主动运输吗
提示:不参与。通道蛋白参与协助扩散。
二、胞吞与胞吐
1.过程:
(1)胞吞:大分子→与膜上的蛋白质结合→细胞膜内陷形成小囊→小囊从细胞膜上分离下来,形成囊泡→进入细胞内部。
(2)胞吐:大分子先包裹在细胞内形成的囊泡中→囊泡移动到细胞膜处→与细胞膜融合→大分子排出细胞。
2.条件:
(1)消耗能量。
(2)不需要载体蛋白的协助。
(3)需要(填“需要”或“不需要”)膜蛋白参与。
3.实例:
(1)胞吞:吞噬细胞吞噬病原体、变形虫摄取食物。
(2)胞吐:分泌蛋白的分泌。
[思考]　胞吞、胞吐体现了生物膜的何种特性
提示:一定的流动性。
科学家预测在不久的将来,能研制出可口服的“瘦素穿肠蛋白”新产品来治疗肥胖,这种药品通过口服能进入人体血液。结合所学知识判断:
1.“瘦素穿肠蛋白”的化学本质是蛋白质,穿过小肠上皮细胞最可能的方式是胞吞作用。(√)
2.该产品跨膜转运的过程中需要载体蛋白。(×)
分析:胞吞作用不需要载体蛋白。
学习任务一:不同运输方式的比较
方式 方向 转运蛋白 能量
自由扩散 顺浓度 不需要 不需要
协助扩散 顺浓度 需要 不需要
主动运输 逆浓度 需要 需要
胞吞、胞吐 - - 需要
[思考探究]　如果细胞中线粒体功能障碍,哪些运输方式会直接受到影响 为什么
提示:主动运输、胞吞和胞吐。这些运输方式需要能量,而能量主要由线粒体提供。
【学习加点料】
思维易错:同一种物质进出不同细胞时,运输方式相同吗 举例说明。
提示:不一定。葡萄糖进入红细胞是协助扩散,但进入小肠上皮细胞时是主动运输。
盐碱地中生活的某种植物,其细胞的液泡膜上有一种载体蛋白①,能将细胞质基质中的Na+逆浓度梯度运入液泡②,减轻Na+对细胞质中酶的伤害,下列叙述错误的是(　　)
A.Na+进入液泡的过程属于主动运输
B.Na+进入液泡的过程体现了液泡膜的选择透过性
C.该载体蛋白作用的结果不利于增强细胞吸水能力
D.该载体蛋白作用的结果有助于提高植物的耐盐性
[解题思维]
提取关键点 ①载体蛋白②逆浓度梯度
转化知识点 主动运输的特点1.需要载体蛋白2.需要能量
排除障碍点 Na+通过主动运输进入液泡,增加了细胞液的浓度,提高耐盐性
【解析】选C。Na+逆浓度梯度转运,同时要依赖载体蛋白,属于主动运输,A正确;Na+进入液泡的方式为主动运输,主动运输体现液泡膜的选择透过性,B正确;Na+逆浓度梯度转运入液泡后,使细胞液的浓度增高,植物细胞吸水能力增强,C错误;Na+进入液泡,不仅可以减轻Na+对细胞质中酶的伤害,而且细胞液浓度升高有利于细胞吸水,增强了植物对盐碱地环境的适应性,从而提高了植物的耐盐性,D正确。
[借题发挥]　除了主动运输,哪种运输方式也可以体现细胞膜的选择通过性
提示:协助扩散。
1.有一种物质逆浓度梯度透过小肠绒毛上皮细胞膜,且需膜上蛋白质的协助。这种物质及其透过小肠绒毛上皮细胞膜的方式分别是(　　)
A.氧气,自由扩散 B.葡萄糖,协助扩散
C.葡萄糖,主动运输 D.蛋白质,胞吐
【解析】选C。该物质在膜上蛋白质的协助下逆浓度梯度透过小肠绒毛上皮细胞膜,故为主动运输;葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞的方式为主动运输。
2.如图表示物质进出细胞的两种方式,下列相关叙述错误的是(　　)
A.蛋白质能以图甲所示方式进入细胞
B.图示说明细胞膜具有流动性
C.图甲、乙所示方式均需要消耗能量
D.图甲、乙所示方式属于被动运输
【解析】选D。蛋白质是大分子物质,进入细胞的方式是胞吞,A正确;甲为胞吞过程,乙为胞吐过程,两个过程都形成囊泡,均利用细胞膜的流动性,B正确;甲为胞吞过程,乙为胞吐过程,两个过程都需要消耗能量,C正确;被动运输包括自由扩散和协助扩散,胞吞和胞吐不属于被动运输,D错误。
【补偿训练】
　　甲()、乙()两种小分子物质在细胞膜两侧的分布情况如图所示(颗粒的多少表示浓度的高低),在进行跨膜运输时,下列说法正确的是(　　)
A.乙进入细胞一定有载体蛋白的参与
B.乙运出细胞一定有载体蛋白的参与
C.甲进入细胞一定需要能量
D.甲运出细胞一定不需要能量
【解析】选A。乙物质进入细胞是逆浓度梯度运输,一定是主动运输,需要载体蛋白的协助;乙物质运出细胞是顺浓度梯度,不一定需要载体蛋白的参与;甲物质进入细胞是顺浓度梯度运输,属于被动运输,不需要消耗能量;甲物质运出细胞是逆浓度梯度运输,一定消耗能量。
学习任务二:影响物质运输的因素
1.被转运物质的浓度:
模型解读:
(1)被转运物质的浓度主要影响自由扩散和协助扩散。自由扩散中,被转运物质的浓度越大,运输速率越大。
(2)协助扩散或主动运输中,当被转运物质的浓度较小时,随被转运物质的浓度的增大,运输速率也逐渐增大;被转运物质的浓度达到一定程度后,运输速率不再继续增大,原因是受转运蛋白数量的限制。
2.能量:
模型解读:
编号 方式 分析
甲 自由扩散、协助扩散 自由扩散和协助扩散不消耗能量
乙 主动运输 O~A随着能量增加,运输速率增加,A点以后影响因素是载体蛋白的数量
3.温度:会影响自由扩散、协助扩散、主动运输、胞吞、胞吐的运输速率:
【学习加点料】
教材开发:P69 【问题探讨】拓展甲状腺滤泡上皮细胞内的碘离子浓度比血液中的高20~25倍,分析碘离子进入甲状腺细胞的方式。
提示:主动运输。
如图是胡萝卜在不同的氧浓度情况下①从硝酸钾溶液中吸收K+和NO的曲线。影响A、B两点和B、C两点吸收量不同②的主要因素分别是(　　)
A.载体数量、能量 B.能量、载体数量
C.能量、能量 D.离子浓度、能量
[解题思维]
提取关键点 ①不同氧浓度②A、B两点和B、C两点吸收量不同
转化知识点 影响主动运输的因素
排除障碍点 B、C两点氧浓度相同,能量相同,速率不同的原因是载体蛋白的数量
【解析】选B。无机盐离子的吸收是主动运输,与载体和能量有关,据图可知:A、B两点在同一曲线(吸收 NO)上,载体数量相同,因变量是氧浓度,A点大于B,A点有氧呼吸较强,提供能量较多,则主动运输吸收的NO较多;而B、C两点对应的氧浓度一样,说明有氧呼吸提供的能量一样,不同的是B所在的曲线NO载体数量多于C所在曲线K+载体数量,故选B。
[借题发挥]　外界溶液中离子的浓度是否影响主动运输的速率 为什么
提示:影响,如果外界溶液中离子浓度特别低,即使载体数量和能量充足,主动运输的速率也会很低。
如图中能正确表示水稻细胞在不同O2浓度下,K+吸收量变化的是(　　)
【解析】选D。K+吸收方式为主动运输,需要载体蛋白和能量,能量由细胞呼吸提供,当O2浓度为0时,水稻细胞可进行无氧呼吸,产生少量能量,也能吸收K+,当O2浓度足够大时,会因为载体蛋白数量有限,从而限制K+吸收量,D正确。
蛙的防御措施
　　蛙类分泌的毒性肽的分子量达0.5~2 kDa,都属于大分子分泌物,均不易被上皮细胞吸收。那它们是如何进入捕食者血液中的呢
　　体外实验利用100 uM毒性肽培养上皮细胞未发现细胞裂解;而当使用抗菌肽与毒性肽一起培养上皮细胞时,发现细胞中乳酸脱氢酶在5 min内大量溢出;当单独使用抗菌肽时,也产生了相似的乳酸脱氢酶溢出水平。以上实验表明,抗菌肽可以破坏细胞,使细胞彼此断裂游离,造成上皮细胞层穿孔,实验结果如图。因此,毒性肽就能更快地进入捕食者血液。而体内实验也有相同的发现:有抗菌肽辅助时,10 min毒性肽的吸收量就已经达到了引起捕食者不良反应的剂量。
探究:
(1)毒性肽是由蛙细胞的______________(细胞器)合成,通过__________方式分泌出来。
(2)蛙类的毒性肽是如何快速进入捕食者血液,从而为蛙类赢得逃脱的可能 _____
_______________。
(3)抗菌肽是天然的杀菌物质,已广泛应用于药品的研发。本文的研究启示我们,在研究抗菌肽的医药价值时,还应充分考虑哪些问题 ______________。
【解析】(1)毒性肽属于生物大分子的分泌蛋白,蛋白质的合成场所是核糖体,分泌方式是胞吐。(2)蛙类的毒性肽能借助抗菌肽快速地进入捕食者的血液,抗菌肽为毒性肽渗入打破上皮细胞层屏障,从而帮助蛙类逃脱捕食者的捕食。(3)抗菌肽具有较强的杀菌作用,但在临床应用时还要充分考虑其对上皮组织的破坏作用。
答案:(1)核糖体(核糖体和内质网)　胞吐
(2)抗菌肽为毒性肽渗入打破上皮细胞层屏障
(3)应充分考虑其对上皮组织的破坏作用(合理即可)
情境载体 情境类型为生活、学习和实践情境,突出与生活的联系
关键能力↓信息转化 ①毒性肽属于大分子,不易被细胞吸收②抗菌肽与毒性肽一起培养上皮细胞,或单独使用抗菌肽时,乳酸脱氢酶溢出水平高
抗菌肽破坏细胞,造成上皮细胞层穿孔
学科素养 培养生命观念中的结构与功能观、科学思维中的归纳与概括等素养
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