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第4章 细胞的物质输入和输出
第2节 主动运输和胞吞、胞吐
被动运输
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
概念
特点
类型
顺浓度梯度，不需要消耗细胞产生的能量
自由扩散
协助扩散
概念
运输方向
特点
实例
影响因素
概念
运输方向
特点
实例
影响因素
问题探讨
人体甲状腺分泌甲状腺激素，在生命活动中起着重要的作用。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浓度比血液中高20~25倍。
讨论
甲状腺滤泡上皮细胞
1.甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是通过被动运输吗？
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？
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？
不是
需要细胞提供能量
具有普遍性
阅读教材P69-72，思考：
1.主动运输的概念、过程、实例、特点、意义、影响因素？
2.胞吞、胞吐的过程、特点、实例？
3.主动运输、被动运输、胞吞与胞吐的区别和联系？
Na+ K+
红细胞内 26 150
红细胞外（血浆中） 114 5
葡萄糖 氨基酸
小肠液 0.3 2.2
小肠上皮细胞中 1.6 5.8
人的红细胞和血浆的Na+、K+浓度（mmol/l）
人的小肠上皮细胞和小肠液的葡萄糖和氨基酸浓度（mmol/l）
（1）红细胞从血浆中吸收K+，排出Na+
是逆浓度梯度运输。
（2）小肠上皮细胞从小肠液吸收葡萄糖、
氨基酸是逆浓度梯度运输。
（3）轮藻细胞中K+的浓度比周围水环境
高63倍。
这种逆浓度梯度运输普遍存在。
这些物质为什么能逆浓度梯度运输？
①被运输的特定分子或离子与载体蛋白的特定部位结合
②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改变，将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
③载体蛋白恢复原状，又可以转运同种物质的其他离子或分子。
碘、Na+ 、K+ 、Ca2+、等物质逆浓度跨膜运输时
有氧呼吸
C6H12O6＋6O2＋6H2O 6CO2＋12H2O＋大量能量
无氧呼吸
C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)＋少量能量
C6H12O6 2C2H5OH(酒精)＋2CO2+少量能量
酶
酶
酶
ATP
热能
ATP
热能
ATP
热能
ATP ADP +能量（用于各项生命活动）
ATP水解酶
在细胞内化学反应释放的能量，如细胞呼吸释放的能量
一、主动运输
1.概念：
物质逆浓度梯度跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。
2.特点：
3.实例：
①甲状腺细胞吸收碘
②植物根部细胞吸收无机盐离子
③动物细胞吸收K+和排出Na+
④小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸等。
①逆浓度梯度
②需要载体蛋白协助
③需要消耗细胞内化学反应释放的能量
ATP
(一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子、分子结合)
(1)具有特异性
(3)转运过程中空间结构发生变化
(2)与被转运的离子或分子结合
(4)可重复利用
载体蛋白的特点
(5)具有饱和性
4.意义
普遍存在于动、植物和微生物细胞中，通过主动运输来选择吸收所需的物质，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命活动的需要。
传统治疗方案：
①抗生素②支气管扩张剂
③肺移植
基因治疗方案：
把控制正常CFTR蛋白的基因与腺病毒结合，导入人体肺部细胞
与社会的联系
囊性纤维病
患者肺部支气管上皮细胞表面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。
5.影响因素
（1）载体蛋白数量：
载体蛋白具有饱和性和特异性，对主动运输产生制约
（2）能量：
凡是影响细胞化学反应释放能量的因素都能影响主动运输，如O2浓度、温度等
载体蛋白数量有限
载体蛋白数量有限
无氧呼吸提供能量
以上各图分别对应哪种跨膜运输方式？
图中A、B、C三点物质运输速率的限制因素分别是什么？
协助扩散
协助扩散 或自由扩散
转运蛋白数量限制
载体蛋白数量的限制
能量的限制
自由扩散
主动运输
反馈练习
1.下图为氨基酸和Na+进出肾小管上皮细胞的示意图，下表选项中正确的是（ ）
D
变形虫的胞吞、胞吐示意图
转运蛋白虽然能够帮助许多离子和小的分子通过细胞膜，但是，对于像蛋白质和多糖这样的生物大分子的运输却无能为力。
乳腺细胞合成的蛋白质、内分泌腺分泌细胞合成的蛋白质类激素、消化腺细胞分泌的消化酶，都需要排出细胞外。其实，大部分细胞都能够摄人和排出特定的大分子物质。
这些大分子和颗粒物是怎样进出细胞的呢
变形虫摄取水中的有机物颗粒，就需要解决大分子物质进入细胞的问题（如图）
1.胞吞
（1）过程：
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。
吞噬体
初级溶酶体
次级溶酶体
高尔基体
（2）例子
①原生生物：
通过胞吞作用将胞外的营养物摄取到细胞内，最后在溶酶体中消化降解成小分子有机物供细胞利用。
②高等多细胞生物：
主要发生在吞噬细胞中，吞噬细菌、细胞碎片、衰老的细胞等
吞噬细胞吞噬细菌
2.胞吐
（1）过程：
细胞需要外排的分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将分子排出细胞，这种现象叫胞吐
（2）实例：
乳腺细胞合成的蛋白质
内分泌腺分泌细胞合成的蛋白质类激素
消化腺细胞分泌的消化酶等。
分泌蛋白的分泌过程
分泌蛋白的分泌
神经递质---多巴胺的分泌过程
多巴胺是脑神经细胞分泌的小分子物质，这种脑内分泌物和人的情欲、感觉有关，它传递兴奋及开心的信息。
胞吞、胞吐时，一定是大分子进出细胞吗？
思考·讨论：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。
生物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生物膜的流动性。
游离于细胞质基质的核糖体，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，
附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质进入内质网腔中，并借助囊泡移动进入高尔基体，经加工包装后，包裹在囊跑中的蛋白质就可以胞吐的方式分泌到细胞外。
1.定义：
2.特点：
3.实例：
二、胞吞、胞吐
完成大分子物质或颗粒物的跨膜运输方式
①运输过程中，物质包裹在的囊泡中运输，运输时不穿过膜
②需要消耗细胞化学反应释放的能量
③依靠生物膜的流动性
胞吞：草履虫、变形虫吞噬食物颗粒等；吞噬细胞吞噬细菌等
胞吐：分泌蛋白、神经递质等的分泌
P71
与社会的联系
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一痢疾内变形虫， 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。
细胞的物质输入和输出
被动运输
主动运输
胞吞、胞吐
水分进出细胞的原理
自由扩散和协助扩散
渗透作用
探究植物细胞的吸水和失水
自由扩散：
顺浓度梯度，不需要转运蛋白和能量
协助扩散:
顺浓度梯度，需要转运蛋白，不需要能量
逆浓度梯度，需要载体蛋白，需要能量
一般为大分子物质和颗粒物，需要能量
需要膜上蛋白参与（但不是需要转运蛋白协助）
经典例题：
（2020·江苏·高考真题）图①~⑤表示物质进、出小肠上皮细胞的几种方式，下列叙述正确的是（ ）
A．葡萄糖进、出小肠上皮细胞方式不同
B．Na+主要以方式③运出小肠上皮细胞
C．多肽以方式⑤进入细胞，以方式②离开细胞
D．口服维生素D通过方式⑤被吸收
分析：由图示可知，
葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式①为主动运输；
Na+逆浓度梯度运出小肠上皮细胞和K+逆浓度梯度进入小肠上皮细胞的过程均需要载体和能量，则方式②为主动运输；
方式③葡萄糖运出小肠上皮细胞是顺浓度梯度，需要载体协助，为协助扩散；
水进入细胞的方式④为自由扩散；多肽等大分子物质进入细胞的方式⑤为胞吞。
知识拓展
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）。
①Na+-K+泵
②H+泵
ATP驱动泵既是载体同时也是催化ATP水解的酶。
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。
知识拓展
两类主动运输
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（ ）
×
×
×
√
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，是细胞主动吸收糖分的结果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C.协助扩散 D.被动运输
A
A
二、拓展应用
1.淡水中生活的原生动物，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
泡的伸缩情况，分别会发生什么变化
放入蒸馏水中的草 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。
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。柽柳的根部吸收无机盐离子是主动运输还是被动运输 如果要设计实验加以证明，请写出实验思路和预期结果及结论。
分析：主动运输和被动运输的区别之一是否需要能量 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。
实验思路：
①分组：取生理状态基本相同的柽柳幼苗均分为甲、乙两组，放入适宜浓度的含有 Ca2+、K+的溶液中;
②处理：甲组给予正常的细胞呼吸条件，乙组抑制细胞呼吸，其他条件适宜且相同
③检测：一段时间后，测定两组柽柳根系对 Ca2+、K+的吸收速率。
预期结果及结论：
若两组柽柳对 Ca2+、K+的吸收速率基本相同，则柽柳从土壤中吸收无机盐为被动运输;
若乙组吸收速率明显小于甲组吸收速率，则柽柳从壤中吸收无机盐是主动运输。
复习与提高
一、选择题
1.A 2.A 3.C 4.D
二、非选择题
1.从上到下，从左到右依次是：
自由扩散；协助扩散；主动运输；高浓度到低浓度，不需要转运蛋白、不需要能量；高浓度到低浓度，需要转运蛋白、不需要能量；低浓度到高浓度，需要载体蛋白、需要能量；大分子有机物、颗粒物进出细胞的方式、需要能量；O2、CO2 出入细胞；血液中的葡萄糖进入红细胞；红细胞吸收 K+；细胞分泌蛋白质类激素。
2.(1)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 。
(2)Na+和 Cl-这两种离子的浓度细胞内 于细胞外，细胞若要排出这两种离子必须逆着浓度梯度进
3.(1)渗出 增 (2)缓慢增大后趋于稳定 蔗糖溶液 清水 (3)乙二醇 增 (4)大液泡

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