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第4章 细胞的物质输入和输出
第一节被动运输
气管、支气管不断分支，最终形成肺泡
CO2 ，O2在肺泡中与血液的交换示意图
资料1：
血管
（毛细管）
肺泡
空气
进进出出
二、自由扩散和协助扩散
人工合成脂双层
细胞膜示意图
资料2：
人工合成脂双层和细胞膜的区别
二、自由扩散和协助扩散
科研人员对同种物质在人工膜和生物膜中的透性做了比较，如图。
气体和甘油对人工膜和生物膜透性相同，它们通过扩散作用进出细胞.
资料3：
请据图分析气气体和甘油是如何进出细胞的
二、自由扩散和协助扩散
（一）自由扩散
（1）概念：
（2）实例：
水、O2、CO2、甘油、乙醇、苯、脂溶性小分子等。
（3）特征：
①顺浓度梯度运输
②不需要转运蛋白
③不需要消耗能量
课本P66
二、自由扩散和协助扩散
物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式。
甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？
甘油、乙醇等都是脂溶性物质，与磷脂分子有较强的亲和力，容易通过磷脂双分子层进出细胞。
后来的研究发现，水分子在通过细胞膜时的速率高过人工膜，由此推断细胞膜上可能存在特殊的输送水分子的通道。
资料4：由“生物膜和人工膜对同种物质的通透性差异”的实验结果，推测水分子是如何通过细胞膜的？
水分子比较小，在活细胞中含量最多，人们曾经认为它们以自由穿过细胞膜磷脂分子的间隙而进出细胞。
二、自由扩散和协助扩散
资料5：
美国科学家阿格雷从红细胞膜上发现了一种疏水性跨膜蛋白AQP1。他将这种蛋白镶嵌在人工合成的脂质体上，并将镶嵌有AQP1的脂质体和普通脂质体同时放入蒸馏水中，每隔一段时间观察，结果如图所示。由上述实验结果，你能得出什么推论？
1988年，科学家阿格雷从红细胞和肾小管细胞中分离出一种新的膜蛋白，后来经过实验获得了该蛋白的氨基酸序列结构，证实了水通道蛋白的存在。目前，人们已经从细菌、酵母菌、植物、动物的细胞中分离出多种水通道蛋白。
水通道蛋白结构模式图
水分子进行细胞的方式为自由扩散和协助扩散（更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞。）
二、自由扩散和协助扩散
疏水性跨膜蛋白AQP1能够加快水分子进入细胞的速率。
水通道蛋白结构模式图
钾离子通道模式图
20世纪80年代，科学家又从蚕豆保卫细胞中检测出K+的通道。1998年，美国科学家麦金农（R.Mackinon）解析了K+通道蛋白的立体结构。
资料6：
二、自由扩散和协助扩散
资料7：人体血浆中的葡萄糖经肾小球滤过进入原尿后流经肾脏近曲小管，全部由位于管腔面的钠－葡萄糖共转运蛋白(SGLT)重吸收进入近曲小管上皮细胞，使得排出的尿液中不含葡萄糖。随后葡萄糖被位于肾脏近曲小管上皮细胞基底膜上的葡萄糖载体蛋白(GLUT)转运至组织液进而进入毛细血管，进入血浆的葡萄糖会被红细胞等吸收。(注：ATP水解为ADP和Pi时放能)
1.载体蛋白(GLUT)将葡萄糖运出肾脏近曲小管上皮细胞时的运输特点是什么？
顺浓度梯度运输、不消耗能量、需要载体蛋白的协助。
2.如图表示人体成熟红细胞的部分结构和功能，葡萄糖进入红细胞时的运输特点是什么？
顺浓度梯度运输、不消耗能量、需要载体蛋白的协助。
（二）协助扩散（易化扩散）
（1）概念：
（2）实例：
葡萄糖进入红细胞、血浆中Na+进入神经细胞；水通过水通道蛋白运输等
（3）特征：
①顺浓度梯度运输
②需要转运蛋白
③不需要消耗能量
课本P66
借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式。
二、自由扩散和协助扩散
（三）转运蛋白
课本P66 图4-4
定义：镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助离子和一些小分子有机物顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。
类型
载体蛋白
通道蛋白
只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，发生自身构象的改变
只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过
物质通过是不需要与通道蛋白结合，不发生构象的改变
二、自由扩散和协助扩散
像水分子这样，物质以 进出细胞, 消耗细胞内
化学反应所释放的 ,这种物质跨膜运输方式称为 。
被动运输
扩散方式
不需要
能量
被动运输
浓度梯度
物质均以扩散的方式进出细胞
都是顺浓度梯度的跨膜运输
均不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量
相对含量低
相对含量高
3.归纳：被动运输
自由扩散和协助扩散有哪些共性
二、自由扩散和协助扩散
三、影响跨膜运输的因素
影响自由扩散和协助扩散的直接因素可能有哪些？
影响自由扩散的因素
温度
膜两侧的浓度差
影响协助扩散的因素
温度
膜两侧的浓度差
转运蛋白的数量
1.细胞液中物质的浓度对于维持细胞的生命活动非常重要。现提供紫色洋葱鳞片叶表皮细胞，请设计实验，测定该细胞的细胞液的浓度相当于多少质量分数的蔗糖溶液。写出你的实验思路，并分析其中的基本原理。
2.温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率吗 请你提出假设，并设计检验该假设的实验方案。
二、拓展应用
提示:可以配制出一系列浓度梯度的蔗糖溶液,将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞置于配好的各种浓度的蔗糖溶液中,适当时间后用显微镜观察细胞质壁分离情况。记录刚好发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度,以及刚好尚未发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度,据此推算出细胞液溶质浓度应介于这两个浓度之间。
假设:温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率设计实验提示:可以借用本节问题探讨中的渗透装置进行实验。将该渗透装置置于不同温度的环境中,通过比较不同温度下漏斗管液面上升速度的快慢,判定温度是否影响水分子的扩散速度,实验中要注意排除各种无关变量的干扰,如置于不同温度中的漏斗内的蔗糖溶液的量和浓度必须相等,以确保实验的准确性。
1、被动运输分为______________________。
2、自由扩散____浓度梯度进行，___（需不需）载体蛋白协助，_____（需不需）消耗能量，如__________________的运输。
3、协助扩散____浓度梯度进行，___（需不需）载体蛋白协助，_____（需不需）消耗能量，如________________________
________________________。
4、影响自由扩散的因素是______________，影响协助扩散的因素是_______________________________。
作业
自由扩散和协助扩散
顺
不需
不需
O2、甘油、酒精等
顺
需
不需
水通过水通道蛋白的运输
浓度差、温度
浓度差、转运蛋白数量、温度
葡萄糖进入哺乳动物红细胞、

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