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课题 第 4 章 第 2 节 主动运输与胞吞、胞吐
教学目标
教学目标： 1.阐明主动运输的过程、特点和意义。 2.举例说明胞吞和胞吐的过程。 3.解释细胞膜控制物质运输的功能与细胞膜结构的关系。 教学重点： 1.主动运输的过程和特点。 2.胞吞、胞吐的过程。 教学难点： 1.主动运输的过程和特点。 2.胞吞、胞吐的过程。
教学过程
时间 教 学 环 节 主要师生活动
课 前 学 习 任 务 浏览教材内容。 对所学内容有一个简单了解。
1. 主 动 运 输 的 过 程 、 特 点 和 意 义 1.复习引入：上节课我们学习了一些小分子物质和离子可以顺浓度梯度以被 动运输的方式进出细胞。比如水分子、氧气分子可以通过自由扩散进入细胞， 葡萄糖分子可以通过载体蛋白协助扩散进入细胞，K+、Na+可以通过通道蛋白 协助扩散进入细胞。 是不是物质进出细胞都是顺浓度梯度进行的呢？ 2.教材 69 页的问题探讨： 任务 1：阅读教材提供的资料，探讨甲状腺上皮细胞吸收碘离子的方式 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浓度比血液中的高 20～25 倍。 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？ 引导学生回答以上问题：1.这一定不是被动运输。因为被被动运输是顺浓 度梯度进行的，即物质从浓度高的地方运输到浓度低的地方。而甲状腺滤泡 细胞吸收碘离子是逆浓度梯度的。2.逆水行舟显然需要消耗能量， 甲状腺滤 泡上皮细胞逆浓度梯度吸收碘离子应该也是需要细胞提供的能量的。 3.逆浓度梯度运输物质的方式是普遍存在于细胞中的吗？ 教师列举逆浓度梯度运输的实例： 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+远高于细胞内。 从这些例子中我们会发现物质逆浓度梯度进出细胞的运输方式是普遍存在 的。 任务 2:观察主动运输示意图，概括主动运输的过程。
从图中我们可以观察到细胞运输的物质浓度，细胞内高于细胞外，细胞膜上 有运输这种物质的载体，它能将这种物质逆浓度梯度运到了细胞内，因此这 一过程消耗了细胞化学反应释放的能量。 载体是如何将物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧的呢？ 我们下面再来看看主动运输过程的模拟动画。 在这个画面中我们能看到细胞外的 Na+浓度高于细胞内，而细胞内的 K+浓度 高于细胞外。那么细胞是如何逆浓度梯度转运这两种离子的呢？ 首先三个 Na+与载体蛋白结合，然后细胞中的能量物质 ATP 中的磷酸基团挟能 量与载体蛋白结合，引起载体蛋白发生空间结构的改变，导致 Na+脱离载体蛋 白被转运到细胞外。同时 2 个 K+与载体蛋白结合，磷酸基团从载体蛋白上脱 离，引起载体蛋白空间结构改变，导致 K+脱离载体蛋白被转运到细胞外。 在这个主动运输的例子中细胞消耗能量物质 ATP，推动载体蛋白空间结构的 改变，导致 Na+和 K+发生逆浓度梯度的跨膜转运。人的神经细胞需要依靠这样 的主动转运过程来维持细胞内外的 Na+和 K+浓度梯度以实现它们的细胞功能。 教师概括主动运输的概念：主动运输：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。 与主动运输相同的是，协助扩撒也需要载体，那么这两种运输方式到底有哪 些异同呢？ 任务 3： 比较协助扩散和主动运输的异同，填写学习任务单 主动运输的过程：与协助扩散相同的是，H+ 、Na+等离子和其他物质在逆浓度 梯度跨膜运输时，也要与膜上的载体蛋白的特定部位结合。并且这些载体只 能运输离子或小分子。与协助扩散不同的是，载体蛋白的空间结构的变化需 要细胞内化学反应释放的能量的推动。载体蛋白的空间结构发生变化后就将 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。从图中我们 还可以看到协助扩散和主动运输转运的物质运输方向不同。在协助扩散的过
程中物质是顺浓度梯度运输的，而主动运输的过程中物质是逆浓度梯度运输 的。 我们回到本节课一开始提到的甲状腺滤泡上皮细胞逆浓度梯度吸收 I- 的过 程。科学家把这一过程画成下面这样的示意图。 从这张示意图中我们可以看到运输 I- 的载体也运输 Na+，在这个过程中不消耗 细胞化学反应释放的能量。但是 I- 的运输借助了 Na+ 的浓度梯度势能，而维持 Na+细胞外高于细胞内的浓度梯度，就需要消耗细胞化学反应释放的能量，把 顺浓度梯度运进来的 Na+再逆浓度梯度运出去。因此，这样看来甲状腺滤泡上 皮细胞吸收 I-最终也要消耗细胞化学反应释放的能量，是主动运输的过程。 这样的例子还有不少，比如小肠上皮细胞吸收葡萄糖。 所以说判断某种离子或小分子是否以主动运输的方式进出细胞，需要确认细 胞在这一转运过程中是否消耗了能量。 细胞不仅可以主动吸收生命活动所需的离子和小分子，还能通过主动运输排 出对身体有害的物质。 很多海生动物如海鸥，它们生活在海边， 以海水中的动物为食，它们吃了这 些食物后体内盐浓度升高会危害正常的生命活动，幸运的是它们进化出盐腺 这样的结构，通过盐腺细胞的主动运输排出多余的盐， 以维持体内细胞正常
的生命活动。神奇的是，很多生活在海边或盐碱地的植物也发展出这样的泌 盐能力。如桐花树也可以通过盐腺主动排出体内过多的盐分。可见主动运输 这种物质转运方式是生物能够适应多种多样环境而生存下来的一个重要的细 胞学基础。 主动运输的意义：主动运输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 细胞和个体生命活动的需求。 注意：不同离子或分子的大小和性质不同，所以不同转运蛋白质的空间结构 差别也很大，一种转运蛋白通常只能运输一种或一类离子或分子。 不同细胞的细胞膜上的转运蛋白的种类和数量是不同的，因此对同一物质的 运输能力也是不同的。 科学家研究这些转运蛋白的结构有什么用呢？请大家看一下教材 70 页“与 社会的联系 ” 栏目中的内容。 囊性纤维病的主要病因是患者肺部支气管上皮细胞表面转运 Cl- 的载体蛋白 的结构和功能发生异常。 类似的疾病还有很多，解析这些转运蛋白的结构， 将有助于找到治疗疾病的办法。
2. 胞 吞 和 胞 吐 的 过 程 任务 4 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。 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 分子这样 通过自由扩散穿过细胞膜的脂双层。协助扩散和主动运输都是通过细胞膜上 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。 我们首先来回忆一下这些分泌蛋白的合成和运输的过程。淀粉酶和胰岛素这 些分泌蛋白首先由附着在内质网上的核糖体合成，然后经过内质网和高尔基 体的加工后，通过包裹在囊泡中运输到细胞膜附近，最后囊泡膜和细胞膜融 合这些大分子就被分泌到细胞外了。这种大分子物质排出细胞的过程叫作胞 吐。 细胞不仅能排出大分子，也可以吸收大分子。
我们来看这张大分子进细胞的电镜照片。首先是细胞膜发生内陷把大分子包 围在这个“小坑 ”里，然后“小坑 ”的口逐渐缩紧，最后形成小囊泡脱离细 胞膜进入细胞。这个过程被称为胞吞。 有的同学可能要问了，细胞外的大分子那么多，细胞怎么识别哪种大分子是 自己需要运进细胞的呢？ 问的好，下面这些示意图就是科学家们对此进行研究的结果。 细胞膜上有能够识别大分子的蛋白质，比如图上这个蓝色分子，它可以和紫 色的大分子颗粒相结合，然后这部分细胞膜就发生内陷，形成小囊泡并且和 细胞膜分离。这样，细胞就通过胞吞吸收了它需要的大分子。所以胞吞的过 程需要细胞膜上的蛋白质对选择吸收的大分子进行识别。并且小囊泡的形成 和移动需要消耗细胞呼吸释放的能量。 下面请大家再看两个单细胞生物进行胞吞和胞吐的例子。 变形虫通过胞吞摄取单细胞生物等食物，经过细胞内消化后，剩下的废物经 由胞吐排出细胞。 痢疾内变形虫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， 这就提醒我们要注意饮食卫生、培养良好的个人卫生习惯来预防阿米巴痢疾 等传染性疾病。 任务 5：请同学们概括胞吞、胞吐这种跨膜运输方式，并记录在学习任务单 上。 细胞通过胞吞胞吐将大分子运入或运出细胞，这需要细胞膜上的蛋白质参与 并消耗细胞内化学反应所释放的能量。 在这个过程中细胞膜的内陷和囊泡与细胞膜的融合都离不开磷脂双分子层的 流动性。
3. 任务 6：请同学们尝试以概念图的方式将本章所学内容总结在学习任务单上
本 章 小 结 我们知道细胞是一个开放的生命系统，随时与外界进行物质交换。细胞是怎 样保证吸收有用的物质，排出有害的物质呢？首先细胞膜磷脂双分子层有阻 隔作用，物质不能随意进出。只有一些不带电荷的小分子如水，O2、CO2 和 甘油、乙醇等可以自由扩散的方式进出细胞。离子和较小的有机分子（如葡 萄糖和氨基酸等）的跨膜运输必须借助于转运蛋白。一种转运蛋白往往只适 合转运特定的物质，如 K+通道蛋白只能协助扩散 K+，Na+-K+泵这种转运蛋白 只能主动运输 Na+和 K+。因此，细胞膜上转运蛋白的种类和数量，或转运蛋 白空间结构的变化，对许多物质的跨膜运输起着决定性的作用，这也是细胞 膜具有选择透过性的结构基础。像蛋白质、多糖这样的生物大分子，通过胞 吞或胞吐进出细胞，其过程也需要膜上蛋白质的参与识别，更离不开膜上磷 脂双分子层的流动性。可见细胞膜的结构决定了细胞膜控制物质进出的方式 具有选择透过性。

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