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本节聚焦:
主动运输与被动运输的区别是什么？这对细胞的生活有什么意义？
胞吞、胞吐有什么特点？对于细胞的生命活动有什么意义？
物质跨膜运输的方式与细胞膜的结构有什么关系？
必修1/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
人体甲状腺分泌的甲状腺激素，在生命活动中起着重要作用。碘是合成甲状腺激素的重要原料。甲状腺滤泡上皮细胞内碘的浓度比血液中高20-25倍。
讨论
1.甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是通过被动运输吗？
3.这在各种物质的跨膜运输中是特例还是有一定的普遍性？
2.联想逆水行舟的情形，甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是否需要细胞提供能量？
不是
需要细胞提供能量
具有普遍性
甲状腺滤泡上皮细胞
一.主动运输
细胞逆浓度梯度运输物质的方式是普遍存在的：
小肠液中氨基酸、葡萄糖的浓度远远低于它们在小肠上皮细胞中的浓度，但它们仍然能被小肠上皮细胞吸收；
人红细胞中K+的浓度比血浆高30倍；
轮藻细胞中K+的浓度比周围水环境高63倍；
人神经细胞未兴奋时细胞外的Na+浓度远高于细胞内。
细胞能保持内外离子浓度差恒定， 是因为这些离子是逆浓度梯度运输。逆浓度梯度运输是如何进行的呢？运输方式是什么呢
一.主动运输
Na+、K+、Ca2+等离子首先要与膜上载体蛋白的特定部位结合。由于不同离子或分子的大小和性质不同，不同蛋白质的空间结构差别也很大，所以一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合。
1.过程：
离子或分子与载体蛋白结合后，在细胞内化学反应释放的能量推动下，载体蛋白的空间结构发生变化。
将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧并释放出来，载体蛋白随后又恢复原状。
2.概念：
3.特点：
一.主动运输
物质逆浓度梯度进行的跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应释放的能量，这种方式叫作主动运输。
从低浓度到高浓度；
需要载体蛋白的协助；
需要能量（ATP或者离子电化学梯度)。
——物质逆浓度梯度进出细胞的运输
如：Na+、K+、Ca2+、Mg2+等离子通过细胞膜；
葡萄糖、氨基酸进入小肠上皮细胞。
一.主动运输
4.实例分析(两类主动运输)：
第一类：直接消耗ATP的主动运输。通常称为“泵”(ATP驱动泵)
②Na+ - K+泵
①H+泵
ATP驱动泵既是载体同时也是催化ATP水解的酶。
一.主动运输
4.实例分析(两类主动运输)：
第二类：间接消耗ATP的主动运输。
如图：小肠上皮细胞逆浓度吸收葡萄糖时，没有直接消耗ATP，而是利用Na+浓度差的能量。但是Na+浓度差的建立是依靠Na+-K+泵的，而Na+-K+需要消耗ATP。
肾小管上皮细胞吸收葡萄糖同上。
一.主动运输
5.影响主动运输的因素：
(1)载体蛋白的种类和数量
(2)能量(氧气)
（载体蛋白饱和点）
运输速率
O2浓度
P点
Q点
（由无氧呼吸提供能量）
运输速率
载体蛋白数量
P点
（载体蛋白饱和点）
主动运输中，载体蛋白数量达到一定程度后，转运速率不再增加（如图P点），原因是受能量供应限制。
PQ段，随着氧气含量的增加，有氧呼吸产生的能量越多，主动运输的速率越高；Q点后，当氧气含量达到一定程度后，受载体蛋白数量以及其他限制因素的影响，运动速率不再增加。
一.主动运输
5.影响主动运输的因素：
温度
生物膜的流动性
酶活性
呼吸速率
影响
影响
物质运输速率
(3)温度
　主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，保证了活细胞能够按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，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命活动的需求。
6.意义：
一.主动运输
囊性纤维化发生的一种主要原因是，患者肺部支气管上皮细胞转运氯离子的载体蛋白的功能发生异常，导致患者支气管中黏液增多，造成细菌感染。
Cl-转运蛋白功能异常
聚集于细胞内
导致胞内渗透压上升
黏液丢失水分变粘稠，无法及时清除
造成
细菌感染
归纳小结：物质跨膜运输方式的比较
自由扩散 协助扩散 主动运输
运输方向 顺浓度梯度 顺浓度梯度 逆浓度梯度
转运蛋白 不需要 需要 需要
能量 不消耗 不消耗 消耗
举例 H2O、CO2、O2、 甘油、乙醇、苯 红细胞吸收 葡萄糖 小肠绒毛上皮细胞
吸收葡萄糖
影响因素
（载体蛋白/通道蛋白）
（载体蛋白）
（ ATP或离子驱动 ）
浓度差
浓度差、转运蛋白的种类和数量
能量、转运蛋白的种类和数量
（由高浓度向低浓度）
（由高浓度向低浓度）
（由低浓度向高浓度）
二.胞吞与胞吐
淀粉酶和胰岛素都是蛋白质，是生物大分子，因此无法像H2O或CO2这样通过自由扩散穿过细胞膜的磷脂双分子层。协助扩散和主动运输都是需要细胞膜上的转运蛋白的运输方式，是用来运输离子和小分子的，也无法转运这些大分子。
思考：唾液腺细胞能分泌淀粉酶，胰岛细胞能分泌胰岛素。淀粉酶和胰岛素能通过自由扩散、协助扩散或者主动运输运出细胞吗？请你根据细胞膜的结构组成做出分析。
转运蛋白虽然能够帮助许多离子和小分子通过细胞膜，但是，对于蛋白质和多糖等生物大分子的运输却无能为力——这就要依靠胞吞和胞吐运输方式。
二.胞吞与胞吐
实例：变形虫摄取有机物颗粒，排除食物残渣。
1.胞吞
胞吞过程：
与膜上的蛋白质结合
细胞膜内陷
大分子物质
小囊
(包围着大分子)
囊泡
进入
从细胞膜分离
(需要消耗能量)
二.胞吞与胞吐
1.胞吞
当细胞摄取大分子时，首先是大分子与膜上的蛋白质结合，从而引起这部分细胞膜内陷形成小囊，包围着大分子。然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部，这种现象叫胞吞
概念：
（1）不需要载体蛋白；
（2）需要细胞膜上特定蛋白质的识别； （3）需要细胞呼吸所释放的能量。
特点：
二.胞吞与胞吐
实例：分泌蛋白的分泌
2.胞吐
大分子物质
在细胞内形成
囊泡
排出
移动到细胞膜处，与其融合
胞吐过程：
(需要消耗能量)
二.胞吞与胞吐
2.胞吐
概念：
细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞，这种现象叫胞吐。
特点：
(1)需要消耗能量；
(2)不需要载体蛋白，但需要特定膜蛋白参与识别；
(3)利用了细胞膜的流动性(结构基础)。
胞吞、胞吐的意义：
细胞通过胞吐向外分泌分泌蛋白和激素；
通过胞吞消灭细菌、癌细胞、及衰老的红细胞、细胞碎片；
保证生命活动的正常进行。
细胞膜结构的流动性是胞吞、胞吐的基础；胞吞、胞吐过程中膜的变形本身也体现了膜的流动性。
因为游离于细胞质基质中的核糖体，所合成的蛋白质也只能游离于细胞质基质中。由于蛋白质是大分子有机物，无法直接通过被动运输或主动运输穿过细胞膜运输到细胞外，所以一般只能留在细胞内供细胞自身使用。而附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质能够进入内质网腔中，并借助囊泡移动进入高尔基体，经加工包装后，包裹在囊泡中的蛋白质就可以胞吐的方式分泌到细胞外。
胞吞、胞吐过程的特点及意义
1.胞吞、胞吐过程的实现与生物膜结构的特性有什么关系？
2.游离于细胞质基质中的核糖体合成的蛋白质多是供细胞自身使用，而附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质能够分泌到细胞外。试分析其中的道理。
二.胞吞与胞吐
变形虫既能通过胞吞摄取单细胞生物等食物，又能通过胞吐排出食物残渣和废物。在人体肠道内寄生的一种变形虫——痢疾内变形虫，能通过胞吐作用分泌蛋白分解酶，溶解人的肠壁组织，通过胞吞作用“吃掉”肠壁组织细胞，并引发阿米巴痢疾。这种病原体通过饮食传播，注意个人饮食卫生、加强公共卫生建设是预防阿米巴痢疾的关键措施。
痢疾内变形虫寄生在人体肠道内。
能通过胞吐作用分泌蛋白分解酶，溶解人的肠壁组织。
通过胞吞作用“吃掉”肠壁组织细胞，并引发阿米巴痢疾。
预防阿米巴痢疾措施：要注意个人饮食卫生、加强公共卫生建设。
判断物质出入细胞的方式
根据
分子大小
胞吞
胞吐
跨膜运输
被动运输
主动运输
协助扩散
自由扩散
大分子
小分子
离子
是否需要载体
不需要
需要
是否消耗能量
消耗
不消耗
选择透过性
流动性
曲线图分析
指出各图分别对应的跨膜运输方式和图中A、B、C三点物质运输速率的限制因素
协助扩散或主动运输
协助扩散或自由扩散
自由扩散
主动运输
载体蛋白数量的限制
载体蛋白数量的限制
能量的限制
一、概念检测
1.一种物质进行跨膜运输的方式与该物质的分子大小等性质有关。判断下列有关物质跨膜运输的相关表述是否正确。
（1）相对分子质量小的物质或离子都可以通过自由扩散进入细胞内( )
（2）大分子有机物要通过转运蛋白的作用才能进入细胞内，并且要消耗能量（ ）
（3）被动运输都是顺浓度梯度进行的，既不需要消耗能量，也不需要借助膜上的转运蛋白（ ）
（4）主动运输都是逆浓度梯度进行的，既要消耗细胞的能量，也需要借助膜上的载体蛋白（ ）
练习与应用
×
√
×
×
一、概念检测
练习与应用
2.下列有关物质跨膜运输的叙述，错误的是（ ）
A.果脯在腌制中慢慢变甜，是细胞通过主动运输吸收糖分的结果
B.脂溶性物质较易通过自由扩散进出细胞
C.葡萄糖进入红细胞需要借助转运蛋白，但不消耗能量，属于协助扩散
D.大肠杆菌吸收K+既消耗能量，又需要借助膜上的载体蛋白，属于主动运输
3.细胞内的生物大分子（如胃蛋白酶原）运出细胞的方式是（ ）
A.胞吐 B.自由扩散
C.协助扩散 D.被动运输
A
A
二、拓展应用
练习与应用
1.淡水中生活的原生生物，如草履虫，能通过伸缩泡排出细胞内过多的水。以防止细胞涨破。如果将草履虫放入蒸馏水或海水中，推测其伸缩泡中伸缩情况，分别会发生什么变化？
放入蒸馏水中的草履虫，其伸缩泡的伸缩频率加快，放入海水中的则伸缩频率减慢。
二、拓展应用
练习与应用
2.柽柳是强耐盐植物，它的叶子和嫩枝可以将吸收到植物体内的无机盐排出体外。柽柳根部吸收无机盐离子是主动运输还是被动运输？请设计实验加以证明，说出实验思路。
主动运输和被动运输的区别之一是是否需要能量。能量来自细胞呼吸，故可通过抑制根细胞呼吸，并观察无机盐离子吸收速率是否受影响来判断其吸收过程属于主动运输还是被动运输。
取甲、乙两组生长状态基本相同的柽柳幼苗，分别放入相同且适宜浓度的含有Ca2+、K+的溶液中；甲组给予正常的细胞呼吸条件，乙组抑制细胞呼吸；一段时间后测定两组植株根系对Ca2+、K+的吸收速率。
复习与提高(P74)
一、选择题
1. 将发生质壁分离的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞置于清水中，发生的变化是( )
A.液泡的颜色逐渐变浅 B.细胞吸水直至涨破
C.原生质层逐渐增厚 D.细胞体积明显增大
2.将刚萎蔦的菜叶放入清水中，菜叶细胞含水量能够得到恢复的主要原因是( )
A.自由扩散和协助扩散 B.主动运输和胞吞
C.自由扩散和主动运输 D.协助扩散和主动运输
A
A
复习与提高(P74)
一、选择题
3.下列物质通过细胞膜时需要载体蛋白的是 ( )
A.水进入根毛细胞
B.氧进入肺泡细胞
C.K+被吸收进入小肠绒毛上皮细胞
D.二氧化碳进入毛细血管
C
复习与提高(P74)
一、选择题
4.红苋菜的叶肉细胞中含有花青素。若将红蒐菜叶片放在清水中，水的颜色无明显变化；若对其进行加热，随着水温升高，水的颜色逐渐变成红色，其原因是 ( )
A.花青素在水等无机溶剂中难以溶解
B.水温升高使花青素的溶解度增大
C.加热使细胞壁失去了选择透过性
D.加热使叶肉细胞的生物膜被破坏
D
复习与提高(P74)
二、非选择题
1.完成下面有关物质进出细胞方式的概念图。
物质进出细胞的方式
方式
自由扩散
特点
举例
从高浓度到低浓度
不需要载体蛋白
不消耗能量
O2、CO2进出细胞
特点
举例
特点
举例
协助扩散
主动运输
特点
举例
胞吞、胞吐
大分子有机物
颗粒物进出细胞
消耗能量
从高浓度到低浓度
需要载体蛋白
不消耗能量
从低浓度到高浓度
需要载体蛋白
消耗能量
葡萄糖进入红细胞
红细胞吸收钾离子
细胞分泌蛋白类激素
复习与提高(P74)
二、非选择题
2.下图表示的是一个动物细胞内外不同离子的相对浓度。据图回答问题。
(1)通过主动运输进入细胞的离子是________，你作出判断的依据是_______________________
________________________________________________________ 。
(2)通过主动运输排出细胞的离子是_________ ,你作出判断的依据是_______________________
_________________________________________________________________________________________ 。
K+和Mg2+
这两种离子的浓度细胞内大于细胞外，细胞若要吸收这两种离子必须逆着浓度梯度进行。
Na+和Cl-
这两种离子的浓度细胞内小于细胞外，细胞若要排出这两种离子必须逆着浓度梯度进行。
复习与提高(P74)
二、非选择题
3.用物质的量浓度为2mol·L-1的乙二醇溶液和2 mol·L-1的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞， 观察细胞的质壁分离现象，得到其原生质体体积变化情况如下图所示。回答问题。
(1)原生质体体积A-B段的变化说明：在该段时间内水从原生质体______ ，细胞液的浓度_______ 。
(2)在1min后，处于2mol·L-1蔗糖溶液中细胞的细胞液的浓度将____________________ ，此时，在细胞壁与原生质层之间充满了_____
溶液。要使该细胞快速复原，应将其置于______ 中。
渗出
增大
缓慢增大后趋于稳定
蔗糖
清水
复习与提高(P74)
二、非选择题
3.用物质的量浓度为2mol·L-1的乙二醇溶液和2 mol·L-1的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞， 观察细胞的质壁分离现象，得到其原生质体体积变化情况如下图所示。回答问题。
(3)在2min后，处于2mol·L-1乙二醇溶液中细胞的原生质体体积的变化是由于_________ 逐渐进入细胞内，引起细胞液的浓度______ 。
(4)并不是该植物的所有活细胞都能发生质壁分离，能发生质壁分离的细胞还必须具有__________等结构特点。
乙二醇
增大
大液泡

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