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讨论1：甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是通过被动运输吗？
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20-30倍。
问题探讨
讨论2：联想逆水行舟，甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是否需要细胞提供能量？
讨论3：这在各种物质的跨膜运输中是特例，还是普遍的？
离子 Na+ K+ Ca2+ Cl-
红细胞内 26 150 70.1 74
红细胞外（血浆） 114 5 3.2 111
排出
吸收
吸收
排出
红细胞主要吸收K+、Ca2+等，排出Na+、Cl-等，红细胞之所以能保持细胞内外离子浓度差恒定， 是因为这些离子是逆浓度梯度运输
不是，而是主动运输
需要细胞供能
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
学习目标：
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．利用细胞膜的流动镶嵌结构模型解释各种物质跨膜运输的方式。
江西生物组 东东老师
丽藻
离子 丽藻细胞液浓度/池水浓度
(H2PO4)- 18050
K+ 1065
Cl- 100
Na+ 46
SO42- 25
Ca2+ 13
Mg2+ 10
离子种类
离子浓度/mmol·L-1
Na+
K+
Mg2+
Cl-
细胞内
细胞外
任务一：分析资料1，归纳H2PO4-跨膜运输的特点
资料1 H2PO4-的跨膜运输：为开展大蒜治理水体富营养化的研究，研究者将大蒜的根分别浸入0.01mmol/L、0.025mmol/L、0.1mmol/L、0.25mmol/L、0.5mmol/L、0.75mmol/L、1.00mmol/L的KH2PO4溶液中，在相同且适宜的条件下培养4h后，测得下图所示的大蒜根系吸收磷的速率曲线。此外，研究还发现在0.025mmol/L的KH2PO4溶液中，大蒜根细胞内的KH2PO4浓度为0.04~0.12mmol/L，此时根细胞仍能吸收磷。如果将大蒜根细胞浸入含DNP（DNP可抑制线粒体功能）的KH2PO4溶液中，根细胞吸收磷的速率明显下降。
问题1：据图示信息和所学知识判断，大蒜根细胞吸收磷有什么特征？可能是哪种跨膜运输方式？并说出你的依据。
能量作用磷酸盐载体蛋白时，其空间结构改变，把磷酸盐运进胞内
需借助载体蛋白、逆浓度梯度运输、需要耗能来抵消化学势能障碍；主动运输，因为其吸收速率曲线不是线性正相关的不耗能、不要载体蛋白的顺浓度扩散——自由扩散，也不是不耗能的借助转运蛋白的顺浓度扩散——协助扩散
任务一：分析资料1，归纳H2PO4-跨膜运输的特点
资料1 H2PO4-的跨膜运输：为开展大蒜治理水体富营养化的研究，研究者将大蒜的根分别浸入0.01mmol/L、0.025mmol/L、0.1mmol/L、0.25mmol/L、0.5mmol/L、0.75mmol/L、1.00mmol/L的KH2PO4溶液中，在相同且适宜的条件下培养4h后，测得下图所示的大蒜根系吸收磷的速率曲线。此外，研究发现在0.025mmol/L的KH2PO4溶液中，大蒜根细胞内的KH2PO4浓度为0.04~0.12mmol/L，此时根细胞仍能吸收磷。如果将大蒜根细胞浸入含DNP（DNP可抑制线粒体功能）的KH2PO4溶液中，根细胞吸收磷的速率明显下降。研究还发现大蒜根细胞几乎不吸收污水中的重金属离子，而吸收H2PO4-很多。
能量作用磷酸盐载体蛋白时，其空间结构改变，把磷酸盐运进胞内
与载体蛋白的特定空间结构有关；载体蛋白和能量；载体蛋白数量和转运效率限制了吸收速率；磷可用于合成核酸、磷脂等来保证生命活动的需要；一种载体蛋白（专一性）通常只适合与一种或一类离子或分子结合
问题2：据左图判断，磷酸盐载体蛋白如何特异性识别磷酸盐离子呢？植物吸收磷酸盐需要什么条件？磷酸盐浓度为0.8mmol/L以后，其吸收速率不再增加的原因是什么？细胞即使付出耗能的代价也要吸收磷，磷对细胞有什么作用？从细胞膜的角度分析大蒜根细胞选择性吸收磷的原因。
一、主动运输：
离子/小分子营养物质借助载体蛋白（运输过程空间结构改变，有专一性、饱和现象）消耗能量的逆浓度运输，如离子泵、小分子营养物质进入上皮细胞（小肠吸收营养物质、肾小管和集合管重吸收营养物质）等
逆浓度运输
载体蛋白
细胞外
细胞内
细胞膜
低浓度到高浓度
要载体蛋白
耗能
特征：
“逆水行舟”
运输速率
胞外物质浓度或浓度差
运输速率
O2浓度
载体蛋白专一性：一种载体蛋白只能与一种或一类的离子或分子结合
影响主动运输的因素：物质的浓度、载体蛋白的种类和数量和能量
两类主动运输
一、直接消耗ATP的主动运输：
泵（ATP驱动泵是载体也是催化ATP水解的酶）
二、间接消耗ATP的主动运输
质子泵
钠钾泵
小肠绒毛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+浓度差形成的势能。但是Na+浓度差的形成是依赖Na+-K+泵消耗ATP建立的。肾小管上皮细胞重吸收葡萄糖的机制也是如此。
主动运输
Active transport
细胞外
细胞内
细胞外
细胞内
主动运输在自然状态下逆浓度梯度进行，运输过程中需要消耗能量以改变载体蛋白的空间结构
主动运输生理意义：保证活细胞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
主动运输
Active transport
运输速率 (V)
细胞外浓度
运输速率 (V)
O2浓度/氧分压
O
O
P
Q
A
C
B
B点之后运输速率不变的原因是：_____________________
膜上载体蛋白数量有限
由无氧呼吸提供能量
P点后运输速率受______________制约
载体蛋白数量
肺
黏液阻塞了气道
提示：
囊性纤维化病主要源于患者转运氯离子的CFTR蛋白异常，导致患者支气管黏液增多，易发细菌感染。
CFTR蛋白运输氯离子时消耗ATP，因此曾被认作是介导主动运输的载体蛋白。后研究发现CFTR是通道蛋白，其并不与氯离子结合，ATP作用是改变CFTR的构象，使CFTR在“开放”和“关闭”两种状态之间转换。
遗传病：囊性纤维病
Ca2+通过细胞膜进入神经细胞，从而引起肌肉收缩。而重症肌无力患者Ca2+无法通过Ca2+通道蛋白进入神经细胞，导致眼肌、吞咽肌、呼吸肌以及四肢骨骼肌无力。
临床表现：眼睑下垂，复视，斜视，表情淡漠，苦笑面容，进食苦难，四肢肌无力等
重症肌无力的病因图解
自身免疫病：重症肌无力
主动运输
Active transport
讨论4：物质进出小肠绒毛上皮细胞有哪些方式？
钠钾泵可以在细胞内外建立Na+浓度梯度，相当于储存了电势能。小肠绒毛上皮细胞通过消耗这一电势能主动吸收葡萄糖。
问题：
小肠绒毛上皮细胞游离面通过何种方式吸收葡萄糖？
其基底侧通过何种方式将葡萄糖转运出去？
这样的运输方式对于机体减少能量消耗有何积极意义？
主动运输
Active transport
主动运输（如a、e）
协助扩散（如c、d）
自由扩散（如b）
注
主动运输不一定都是逆浓度梯度，比如饭后小肠上皮细胞吸收葡萄糖属于主动运输，但是胞外葡萄糖浓度可能高于细胞内；将成熟高等植物细胞置于高浓度KNO3溶液刚开始也是顺浓度主动运输
细胞外
细胞内
b
c
d
e
a
代表各种物质分子或离子
能量
能量
自由扩散
协助扩散或主动运输
主动运输
主动运输
主动运输
自由扩散
协助扩散
主动运输
载体蛋白数量有限，且有专一性，因此在协助扩散和主动运输中具有“饱和效应”。
②运输方式： ；影响a点运输速率的因素是： ；
p点之后运输速率不再改变的原因是 。
运输方式： ；影响物质运输速率的因素有： 。
自由扩散
物质浓度
协助扩散或主动运输
物质浓度
膜上转运蛋白的数量有限
①
②
③
④
a
b
物质运输曲线分析
④运输方式： 。Q点所需能量来自于无氧呼吸，影响b点运输速率的因素是： ；P点后运输速率不再改变的原因 。
③运输方式： ；
自由扩散或协助扩散或哺乳动物成熟红细胞的主动运输
主动运输
氧气浓度
载体蛋白的数量有限
小分子(0.3~0.4nm）、离子(0.02~0.5nm）的跨膜运输方式
高浓度→低浓度
细胞内外溶液的浓度差，转运蛋白数量
载体和能量（ATP）
高浓度→低浓度
细胞内外溶液的浓度差
要转运蛋白，但不耗能（ATP）
低浓度→高浓度
细胞呼吸产生的能量（T、O2等），载体蛋白数量
要载体蛋白，耗能（ATP）
水、气体、甘油/乙醇/苯等脂溶性物质
葡萄糖进入红细胞、丙酮酸进入线粒体、氨基酸/葡萄糖从上皮细胞出来、 Na+/K+/Ca2+/ Mg2+通道蛋白等
离子泵、小分子营养物质进入上皮细胞（小肠吸收营养物质、肾小管和集合管重吸收营养物质）等
选择透过性的物质基础：构象可变的转运蛋白的种类和数量
任务二：分析资料2、3，归纳大分子物质进出细胞的特点
资料2 下图是LDL（低密度脂蛋白，20~50nm）进入细胞示意图。胆固醇是动物细胞膜成分之一，在动物细胞合成新膜的时候需要胆固醇。胆固醇极难溶解，它以LDL（包括胆固醇、脂肪酸和蛋白质）的形式在血液运输，并最终与细胞膜上的一种蛋白质相互识别并被“拽住”。细胞膜内陷形成小囊泡，在能量的驱动下，最终小囊泡被“剪切”下来离开细胞膜进入细胞内。医学研究中发现某基因缺陷的患者，其体内不能正常合成细胞膜上这种识别LDL的蛋白质，导致胆固醇摄入的通路被阻断，就会积累在血液中，黏附在血管壁上，有这种缺陷基因的人易患动脉粥样硬化。人们饮食不合理，缺乏运动，吸烟和酗酒都有可能导致LDL升高，是冠心病的直接危险因素。
问题1：为什么动物细胞需要胆固醇？LDL大分子进入细胞内部需要什么条件？该实例体现了细胞膜的什么特性？如何预防动脉粥样硬化？
胆固醇是动物细胞膜的成分之一；细胞膜上的某种蛋白质、能量和囊泡运输等；流动性的结构特性；合理饮食，少吃高脂食品，多适度运动，不吸烟，不酗酒等
任务二：分析资料2、3，归纳大分子物质进出细胞的特点
资料3 阅读教材P70~72中人体肠道内的痢疾内变形虫的胞吞、胞吐过程。思考并回答：
问题1：痢疾内变形虫是如何在肠道内获取食物的？
先通过胞吐作用分泌蛋白酶，溶解肠壁组织，再通过胞吞摄取肠壁组织细胞
问题2：胞吞胞吐的对象有哪些？请举例说出胞吞胞吐的其他实例？
大分子物质或细胞；吞噬细胞吞噬病毒，胰腺细胞分泌胰蛋白酶等
细胞选择运输的大分子通过胞吞、胞吐形式形成囊泡融合细胞膜进出细胞，需要消耗细胞呼吸所释放的能量，需要细胞膜上特定蛋白质的识别，同时依靠细胞膜的流动性
胞吞胞吐
End/Ex-ocytosis
胞吞胞吐：
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，这种现象叫作胞吞（教材P71）
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，这种现象叫作胞吐（教材P71）
胞吞形成的囊泡，在细胞内可以被溶酶体降解！
胞吞胞吐
End/Ex-ocytosis
不需要载体
要膜上某蛋白质参与、形成囊泡运大分子、耗能等
实例：
吞噬细胞吞噬抗原等
影响因素：
细胞膜的流动性、温度和能量等
特点：
实例：
分泌蛋白的分泌，如胰岛素、消化酶等
胞吞
细胞外
细胞内
胞吐
细胞外
细胞内
膜具有流动性
结构基础：
二、胞吞、胞吐
胞吞胞吐
End/Ex-ocytosis
脂质体(liposome)：人工合成 ，把纯磷脂加在水中，可自我装配，自动形成封闭直径25-1mm的球形小泡
电镜：显示膜双层结构的磷脂小泡－脂质体
痢疾内变形虫
痢疾内变形虫又叫溶组织阿米巴，属于原生动物门，肉足纲，根足亚纲。寄生在人的肠道内，自由生活，能溶解肠壁组织引起阿米巴痢疾
与社会的联系
思考与讨论
1、跨膜运输（自由扩散、协助扩散和主动运输）与囊泡运输（胞吞、胞吐）有何区别？
被动运输（自由扩散、协助扩散）和主动运输是小分子和离子的跨膜运输，被动运输不耗能，主动运输耗能，且协助扩散和主动运输都需要载体蛋白，而自由扩散不需要；影响自由扩散速率的因素是细胞内外溶液浓度差，影响协助扩散速率的因素是细胞内外溶液浓度差、载体蛋白数量，影响主动运输速率的因素是能量、载体蛋白数量
胞吞、胞吐主要是大分子物质通过结合膜上的蛋白质实现转移的的囊泡运输，被运输的物质不直接穿过生物膜，是非跨膜运输，但与细胞膜的流动性有关，要消耗能量（细胞呼吸产生的ATP）。影响胞吞、胞吐的因素是温度、能量等
■ 特例：有些小分子物质也可通过膜泡运输方式出入细胞，如突触小泡释放神经递质。
物质出入细胞方式 跨膜运输 囊泡运输
被动运输 主动运输 胞吞/胞吐
自由扩散 协助扩散 特征 方向
载体蛋白 能量 作用
图例
动力
实例
高浓度→低浓度
低浓度→高浓度
不需要
需要
需要
不消耗
不消耗
消耗
被选择吸收物质通过膜由高浓度一侧向低浓度一侧转运
主动选择吸收所需物质，排出代谢废物和有害物质
水、气体、尿素/乙醇/苯等脂溶性物质
葡萄糖进红细胞、丙酮酸进线粒体、氨基酸/葡萄糖出上皮细胞、通道蛋白
离子泵、小分子营养物质进入上皮细胞（小肠吸收营养物质、肾小管和集合管重吸收）等
要膜上某蛋白质参与、形成囊泡运大分子、耗能等
运输速率
O2浓度
摄入和排出特定大分子
胞吞/内吞
（吞噬、胞饮）
胞吐/外排
白细胞吞噬病菌、变形虫取食/吞入液体；突触小泡释放递质、分泌蛋白等
温度、能量等
浓度差
浓度差、载体蛋白
载体蛋白、能量（ T/O2等）
选择透过性的物质基础：构象可变的转运蛋白的种类和数量
流动性
课后作业：尝试以概念图的方式将本章所学内容进行总结
设计实验探究物质跨膜运输方式（课本P72）
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。
思考：主动运输和被动运输区别？
是否需要细胞供能
对照实验设计思路
①将若干生长状况相似的怪柳幼苗，均分为甲、乙两组
②甲组：
乙组：
幼苗+溶液（K+）+正常呼吸条件
幼苗+溶液（K+）+抑制呼吸作用
相同且适宜环境培养一段时间，测定吸收速率
③若两组吸收速率相同，被动运输；若甲组＞乙组，则主动运输。
胞吞胞吐
End/Ex-ocytosis
实验设计：探究物质跨膜运输方式
随堂练习
In-class practice
随堂练习
2．如图是几种物质进出细胞方式中，运输速度与影响因素间的关系曲线图，下列与图相关的叙述中，正确的是（ ）
A．与甘油进出细胞相符的图有①③⑤
B．与葡萄糖进入红细胞相符的图有②④⑥
C．与K＋进入丽藻细胞相符的图有②④⑤
D．与蛋白质进出细胞相符的图有②③⑥
A
3．下列哪些物质进出细胞时与细胞中的核糖体和线粒体密切相关（ ）
①尿素通过细胞膜 ②人的红细胞从血浆中吸收葡萄糖③肾小管上皮细胞吸收原尿中的葡萄糖 ④小肠绒毛上皮细胞吸收氨基酸 ⑤植物根系吸收K+
A．①② B．③④⑤ C．②③ D．①②③④⑤
B
1．下列哪些物质进出细胞时与其核糖体和线粒体密切相关（ ）
①水、气体、甘油/乙醇/苯/尿素等脂溶性物质等扩散进出细胞②葡萄糖进入红细胞、丙酮酸进入线粒体、小肠/肾小管上皮细胞运出氨基酸/葡萄糖、 Na+/K+/Ca2+/ Mg2+通道蛋白③肾小管、集合管上皮细胞重吸收原尿中的Na+和葡萄糖④小肠绒毛上皮细胞吸收氨基酸和葡萄糖⑤黄瓜在腌制中慢慢变甜⑥肺部等细胞通过运输Cl-的CFTR蛋白运出Cl-
A．①②⑤ B．③④⑥ C．①②③ D．④⑤⑥
B
5．如图是胡萝卜在不同的含氧情况下从硝酸钾溶液中吸收K＋和NO3－的曲线。影响A、B两点和B、C两点吸收量不同的因素分别是（ ）
A．载体蛋白数量、能量 B．能量、载体蛋白数量
C．载体蛋白数量、离子浓度 D．能量、离子浓度
B
6．(14北京3）比较生物膜和人工膜（双层磷脂）对多种物质的通透性，结果如图。据此不能得出的推论是（ ）
A.生物膜上存在着协助H2O通过的物质
B.生物膜对K+、Na+、Cl-的通透具有选择性
C.离子以易化（协助）扩散方式通过人工膜
D.分子的大小影响其通过人工膜的扩散速率
C
4．主动运输的能量来源可以是另一种物质顺浓度梯度运输产生的能量。如图是物质进出小肠上皮细胞的示意图，下列有关叙述错误的是（ ）
A．K+的持续转运可使小肠上皮细胞内外的K+浓度差增大
B．Na+/K+泵既能运输Na+和K+又能催化ATP水解
C．葡萄糖进出小肠上皮细胞的运输方式不同
D．葡萄糖进入小肠上皮细胞时不消耗ATP，属于被动运输
D
随堂练习
In-class practice
随堂练习
随堂练习
In-class practice
随堂练习
7．右图为氨基酸和Na+进出肾小管上皮细胞示意图。下表选项正确的是（ ）14安徽
选项 管腔氨基酸→上皮细胞 管腔Na+→上皮细胞 上皮细胞氨基酸→组织液
A 主动运输 被动运输 主动运输
B 被动运输 被动运输 被动运输
C 被动运输 主动运输 被动运输
D 主动运输 被动运输 被动运输
D
8．下图为氨基酸和Na+进出肾小管上皮细胞的示意图。下列相关叙述正确的是（ ）
A．主动转运过程所需能量均由糖类提供
B．氨基酸和Na+进出肾小管上皮细胞时载体蛋白构象均改变
C．氨基酸从上皮细胞到组织液的方式是细胞最重要的吸收
或排出物质的方式
D．由上图可知线粒体在肾小管上皮细胞中均匀分布
B
9．右图是小肠上皮细胞吸收葡萄糖、钠离子的过程和将葡萄糖运出细胞的过程示意图，其中“●、▲”的个数代表分子(或离子)的浓度。下列相关叙述对的是（ ）
A．Na＋通过主动运输的方式进入该细胞，要消耗ATP
B．葡萄糖与有关载体结合后被运出该细胞，要消耗ATP
C．小肠上皮细胞吸收肠腔中葡萄糖和Na＋时使用的载体一定不同
D．葡萄糖被运进该细胞的速率受O2浓度和温度的影响
D
随堂练习
In-class practice
随堂练习
3．关于植物细胞主动运输方式吸收所需矿质元素离子的叙述，正确的是（ ）13年
A．吸收不同矿质元素离子的速率都相同 B．低温不影响矿质元素离子的吸收速率
C．主动运输矿质元素离子的过程只发生在活细胞中 D．叶肉细胞不能以主动运输的方式吸收矿质元素离子
30．胰岛素可使骨骼肌细胞和脂肪细胞膜上葡萄糖转运载体的数量增加，已知这些细胞膜上的载体转运葡萄糖的过程不消耗ATP。回答下列问题：
（1）胰岛素从肤岛B细胞释放到细胞外的运输方式是______。葡萄糖进入骨骼肌细胞的运输方式是 。
C
协助扩散
胞吐
31．病毒甲通过呼吸道感染动物乙后，可引起乙的B淋巴细胞破裂，T淋巴细胞功能丧失，导致其患肿瘤病，病患动物更易被其他病原体感染，给新生的乙个体接种甲疫苗可预防该肿瘤病。回答列问题：免疫细胞行使免疫功能时，会涉及到胞吞和胞吐这两种物质跨膜运输方式，这两种方式的共同点有 （答两点）
（16年 ）2．离子泵是一张具有ATP水解酶活性的载体蛋白，能利用水解ATP释放的呢量跨膜运输离子。下列叙述正确的是（ ）
A．离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散
B．离子通过离子泵的跨膜运输是顺着浓度阶梯进行的
C．动物一氧化碳中毒会降低离子泵扩膜运输离子的速率
D．加入蛋白质变性剂会提高离子泵扩膜运输离子的速率
C
能运输生物大分子等；在运输过程中形成囊泡；需耗量
Ⅰ卷真题练习
课后作业
1．尝试写出本节的概念关系图；
2．针对性训练练习册相应内容。
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
通过核孔的运输
胞吞
胞吐
mRNA出细胞核
被动运输（顺浓度梯度）：自由扩散、协助扩散
自由扩散/简单扩散（高浓度到低浓度、不要转运蛋白、不耗能）：如水、气体、脂溶性物质等
协助扩散/易化扩散（高浓度到低浓度、要转运蛋白、不耗能）：如葡萄糖进入红细胞、丙酮酸进入线粒体、氨基酸/葡萄糖从上皮细胞出来、通道蛋白等
主动运输（逆浓度梯度-低浓度到高浓度、要载体蛋白、要耗能）：离子泵、小分子营养物质进入上皮细胞（小肠吸收营养物质、肾小管和集合管重吸收营养物质）等
注意：非物质跨膜运输的方式（大分子通过囊泡运输、耗能、需要细胞膜上特定蛋白质的识别，同时依靠细胞膜的流动性）——胞吞（也叫内吞，吞入的是固体颗粒就叫做吞噬作用；吞入液体叫胞饮作用）、胞吐（也叫外排）
默写：4.2 主动运输与胞吞、胞吐

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