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(共43张PPT)
第四章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输
（第二课时）
目标
01
02
03
采用类比推理法，分析不同细胞在不同浓度溶液中的吸水和失水情况。基于给定的事实，进行实验设计、方案实施及结果分析。（科学思维、科学探究）
基于细胞渗透吸水和失水的原理，能够指导农业生产合理施肥。（社会责任）
从结构与功能相适应的角度，阐明细胞渗透失水与吸水的原理。（生命观念）
学习目标
动物细胞
植物细胞
条件
原理
现象
①___________相当于半透性膜
②______________________具有浓度差
①_________（由细胞膜、液泡膜和两层之间的细胞质组成）相当于半透膜
②_____________________具有浓度差
渗透作用
渗透作用
当外界溶液浓度______细胞质浓度，细胞吸水膨胀
当外界溶液浓度______细胞质浓度，细胞失水皱缩
当外界溶液浓度_______细胞质浓度，细胞维持正常形态
当外界溶液浓度______细胞液浓度，细胞发生质壁分离现象
当外界溶液浓度______细胞液浓度，细胞吸水膨胀，由于存在细胞壁，细胞不会涨破
当外界溶液浓度______细胞液浓度，细胞维持正常形态
细胞膜
细胞质与外界溶液
小于
小于
大于
大于
等于
等于
原生质层
细胞液与外界溶液
温故知新：动植物细胞的吸水和失水
问题1: 像水分子这样，物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学物质所释放的能量，这种物质跨膜运输的方式称为什么呢？
一、自由扩散和协助扩散
像水分子这样，物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学物质所释放的能量，这种物质跨膜运输的方式称为被动运输。
自由扩散
协助扩散
被动运输
物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式
物质借助膜上的转运蛋白进出细胞的扩散方式
一、自由扩散和协助扩散
合作探究一： 自主阅读课本P66相关内容，小组合作完成自由扩散和协助扩散以下内容。
项 目 自由扩散 协助扩散
运输方向
是否需要转运蛋白
是否消耗细胞内的能量
举例
影响因素
自由扩散（简单扩散）过程（视频）
一、自由扩散和协助扩散
1.概念：
二、自由扩散（简单扩散）
物质通过简单扩散作用进出细胞。
细胞外
细胞内
2.特点：
顺浓度梯度运输
1
不需要转运蛋白协助
2
不需要消耗能量
3
问题2: 以自由扩散的方式进出细胞的物质有哪些呢？
3.实例：
二、自由扩散（简单扩散）
如：O2、CO2
毛细血管壁
红细胞
肺泡壁
空气
氧气 15.8
氧气 5.6
氧气 14.5
气管、支气管不断分支，最终形成肺泡
O2在肺泡中与血液的交换
、水（部分）甘油、乙醇、苯、维生素等。
问题3: 甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？
二、自由扩散（简单扩散）
问题3: 甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？
因为甘油、乙醇等都是脂溶性的物质，与磷脂分子有较强的亲和力，容易通过磷脂分子层出入细胞。
3.影响因素：
浓度差
温度
浓度差
扩散速度
转运蛋白
扩散速度
能量
扩散速度
问题4: 水分子进出细胞的方式一定是自由扩散的吗？
情景材料一
【资料1】1988年，美国科学家阿格雷从红细胞和肾小管中分离出一种未知功能的新的膜蛋白。1991年，经过N-端肽链测序和整个cDNA序列测定，阿格雷获得了蛋白氨基酸序列结构，此时的他敏锐地意识到，这很可能就是大家一直在寻找的“水通道”。并由此赢得了2003年的诺贝尔化学奖。
水通道
细胞膜
水通道蛋白结构模式图
情景材料二
【资料2】麦金农利用Ｘ射线晶体成像技术，获得了世界第一张离子通道的高清晰度照片，它可以让科学家观测离子在进入离子通道前的状态，在通道中的状态，以及穿过通道后的状态。这样，人们就可以“看见”离子是如何通过由不同信号控制开关的通道的。2003年，诺贝尔化学奖被授予给了这位有胆识的内科医生和生物物理学家。
三、协助扩散（易化扩散）
协助扩散（易化扩散）过程（视频）
三、协助扩散（易化扩散）
1.概念：
借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散。
2.特点：
顺浓度梯度运输
1
需要转运蛋白协助
2
不需要消耗能量
3
三、协助扩散（易化扩散）
3.实例：
实例
3
葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞
2
离子通过离子通道蛋白运输
1
水分子通过水通道蛋白运输
问题5: 转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白，它们比较它们有什么异同呢？
项 目 载体蛋白 通道蛋白
转运特点
转运蛋白构象是否改变
转运蛋白是否与被转运分子结合
是否有特异性
实例
三、协助扩散（易化扩散）
合作探究二：自主阅读课本P66-67相关内容，转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白，小组合作比较它们的异同，并完成下表。
通道蛋白
载体蛋白
只容许与自身通道直径和形状相匹配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过；不需要与分子或离子结合。
只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变。
三、协助扩散（易化扩散）
4.转运蛋白：
葡萄糖
K+、Na+离子、水分子
项 目 载体蛋白 通道蛋白
转运特点
转运蛋白构象是否改变
转运蛋白是否与被转运分子结合
是否有特异性
实例
三、协助扩散（易化扩散）
只容许与自身“结合部位相适应”的分子或离子通过。
只容许与自身“通道的直径和形状相适配、通道的大小和电荷相适宜”的分子或离子通过。
载体蛋白构象改变
通道蛋白构象不改变
载体蛋白与被转运分子结合
通道蛋白与被转运分子不结合
具有特异性
不具有特异性
葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞
水分子通过水通道蛋白、K+通过钾离子通道蛋白进出细胞
三、协助扩散（易化扩散）
5.影响因素：
浓度差
扩散速度
O2（能量）
扩散速度
转运蛋白
扩散速度
P
P点后速率受转运蛋白数量限制
膜两侧浓度差、转运蛋白数量、温度（转运蛋白的活性）
拐点前：看横坐标
拐点后：除横坐标外其他影响因素
三、协助扩散（易化扩散）
5.影响因素：
膜两侧浓度差、转运蛋白数量、温度（转运蛋白的活性）
温度
生物膜的流动性
酶活性
呼吸速率
影响
影响
影响
影响
物质运输速率
温度对被动运输的影响
　实战训练　
1.请判断①和②分别是哪一种被动运输方式？请说明判断理由。
运输速率
膜两侧的浓度差
①
②
P点
（转运蛋白饱和点）
膜两侧的浓度差
膜两侧的浓度差
转运蛋白的数量
协助扩散
自由扩散
　实战训练　
2.下列有关被动运输说法正确的是（ ）
A.水分子进入细胞，都是通过自由扩散方式进行的
B.协助某些离子和小分子有机物顺浓度梯度跨膜运输的蛋白质，称为载体蛋白
C.载体蛋白和通道蛋白在转运分子和离子时，其作用机制是一样的
D.影响协助扩散的运输速率的因素，除膜内外物质浓度梯度外，还有转运蛋白数量
四、自由扩散与协助扩散比较
方式 自由扩散 协助扩散
运输方向 是否消耗能量（ATP） 是否需要转运蛋白
举例
图例
曲线图 （一定浓度范围内）
影响因素
高浓度 低浓度（顺浓度梯度）
不消耗
不需要
需要
氧气、二氧化碳、乙醇、苯等
葡萄糖、氨基酸、水等
细胞膜内外物质的浓度差
浓度差；转运蛋白的数量
与生活的联系
绝大部分保湿防冻产品中都有油脂类物质（如：甘油），想一想，这是为什么呢？
油脂类物质通过自由扩散的方式被细胞吸收，能吸收一部分空气的水分，同时它可以使一部分自由水转化为结合水，减少水分的散失，降低结冰点；从而可以防干燥，还能一定程度上防冻。
润肤霜
细胞的物质输入和输出
细胞的吸水和失水
自由扩散
渗透作用的两个条件
动物细胞
特点：顺浓度梯度，不需要转运蛋白，不需要能量
植物细胞
1.半透膜。
2.浓度差。
外界溶液浓度＜细胞液浓度 细胞吸水
外界溶液浓度＜细胞液浓度 细胞失水
外界溶液浓度=细胞液浓度 细胞形态不变
外界溶液浓度＜细胞液浓度 质壁分离
外界溶液浓度>细胞液浓度 质壁分离复原
质壁分离超过一定限度不能复原。
协助扩散
特点：顺浓度梯度，需要转运蛋白，不需要能量
例子：水分子进出细胞（水通道蛋白）、葡萄糖进入红细胞（载体蛋白）、
K+外流和Na+内流（离子通道蛋白）等P68：肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收
转运蛋白：载体蛋白和通道蛋白
例子：水、尿素、气体（O2 、CO2、N2）、 脂溶性小分子（甘油、脂肪酸、乙醇、苯）、 脂质分子（胆固醇、性激素等）
课堂小结
　实战训练　
3．TMCO1 是内质网上的跨膜蛋白，当内质网中钙离子浓度过高时，TMCO1 形成具有活性的钙离子载体，并将内质网中的钙离子排出。一旦内质网中的钙离子浓度恢复到正常水平， 钙离子载体活性随之消失。下列有关叙述正确的是（ ）
A．高浓度的钙离子会导致钙离子载体失活
B．若敲除TMCO1 基因，则内质网中钙离子浓度会下降
C．TMCO1 需要经内质网加工后，再由高尔基体分泌出细胞D．TMCO1 蛋白“感知”到 Ca2＋浓度变化后会改变自身的空间结构
　实战训练　
4.内质网中钙离子浓度过高时，跨膜蛋白T形成具有活性的钙离子载体，将内质网中的钙离子排出，当内质网中钙离子下降至正常水平后，钙离子载体失活。据此推测合理的是（　　）
A．内质网中钙离子正常水平的维持，依赖于正反馈调节
B．内质网中Ca2+失衡可能影响胞内脂质的正常合成
C．若敲除T蛋白基因，则内质网中钙离子浓度会下降
D．T蛋白可双向运输Ca2+从而实现内质网中Ca2+的摄取和释放
　实战训练　
5．某生物兴趣小组选用生理状况相同的柽柳根，一定浓度的X溶液．X载体蛋白抑制剂和呼吸酶抑制剂进行了如下三组实验（每组均选用了6条柽柳根）：甲组：柽柳根＋X溶液→一段时间后测定溶液中的X浓度，计算出X吸收速率乙组：柽柳根＋X溶液＋X载体蛋白抑制剂→一段时间后测定溶液中的X浓度，计算出X吸收速率丙组：柽柳根＋X溶液＋呼吸酶抑制剂→一段时间后测定溶液中的X浓度，计算出X吸收速率以探究柽柳根对X的吸收方式。下列分析错误的是（ ）
A．甲组为对照组，仅分析甲组的实验结果不能确定柽柳根对X的吸收方式
B．若乙组溶液中X的吸收的吸收速率比甲组的低，说明X被吸收的方式为协助扩散C．若丙组溶液中X的吸收的吸收速率与甲组的相等，说明X被吸收的方式为被动运输D．若乙、丙两组溶液中X的吸收的吸收速率均比甲组的低，说明X被吸收的方式为主动运输
　实战训练　
6．葡萄糖转运蛋白GLUT1存在于哺乳动物所有组织的细胞膜上，负责基础的葡萄糖吸收，满足细胞对葡萄糖和合成含糖大分子的需要，使血液中的葡萄糖含量降低。下列相关叙述，错误的是（ ）
A．GLUT1结构出现异常可能会导致糖尿病
B．组成GLUT1的氨基酸的R基可能有21种
C．GLUT1空间结构的形成与内质网和高尔基体有关
D．葡萄糖进出细胞的速率与膜内外物质浓度梯度的大小成正相关
　实战训练　
7．利用荧光素双醋酸酯（FDA）染色法测定动物细胞的活力，其基本原理是FDA本身无荧光，可自由通过细胞膜，经细胞内脂酶分解产生荧光素，积累在细胞内并能发出绿色荧光，下列相关叙述正确的是（ ）
A．实验中配制的FDA溶液是一种低渗溶液
B．FDA进入细胞需要细胞提供能量
C．荧光素分子能以自由扩散的方式通过细胞膜
D．一定范围内，荧光强度与细胞活力呈正相关
　实战训练　
8．视网膜病变会严重影响患者的正常生活。有研究显示，患者视网膜中的一种Muller胞的细胞膜的改变，会引起膜上需要ATP供能的K+通道、钙激活的K+通道、Ca+通道、Na+通道的改变，从而导致视网膜病变。下列有关说法正确的是（ ）
A．K+是以协助扩散方式通过视网膜中Muller细胞的细胞膜
B．K+通过Muller细胞的细胞膜时，不仅需要ATP供能，还需要钙离子供能
C．Muller细胞的细胞膜上的Na+通道能让Na+通过细胞膜与其结构有关D．Ca+通道能使Ca+以自由扩散方式通过Muller细胞膜
　实战训练　
9．红苋菜细胞的液泡中含有呈紫红色的花青素。将红苋菜的叶片切成小块后放入水中，水的颜色无明显变化。若进行加热，随着水温的升高，水的颜色逐渐变红。其原因是（　　）
A．细胞壁在加温后受到破坏
B．水温升高，花青素的溶解度加大
C．加温使细胞膜和液泡膜失去选择通透性
D．加温使花青素分子的活性加大而容易透过细胞膜
　实战训练　
10．农谚有云：“有收无收在于水，收多收少在于肥。”水和无机盐在农作 物的生长发育过程中发挥着重要的作用。下列关于水和无机盐的叙述，错误的是（　　）
A．农作物从外界吸收的磷酸盐可用于细胞内合成 DNA 和 RNA
B．水分子可以与细胞膜上的水通道蛋白结合，以协助扩散的方式进出细胞C．由于氢键的存在，水具有较高的比热容，有利于维持生命系统的稳定性D．活性蛋白失去结合水后会改变空间结构，重新得到结合水后不能恢 复其活性
　实战训练　
11．水和无机盐是组成细胞的必要成分，对生物体的生命活动具有重要意义。下列相关叙述正确的是（ ）
A．哺乳动物缺Fe会引起氧气运输受阻，进而影响红细胞吸收葡萄糖
B．S参与蛋白质中肽键的形成，说明大量元素对生物体是必不可少的C．有些无机盐是生物体内重要组织的组成成分，如骨骼中的碳酸钙D．结合水是细胞质基质的重要组分，在生物体内有运输激素的作用
　实战训练　
12．研究表明，水分子能够通过自由扩散进出细胞，而更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞。下列说法正确的是（ ）
A．水分子能通过自由扩散进出细胞，与磷脂双分子层中间的亲水层有关B．适当提高温度能够加快水分子通过自由扩散和协助扩散进出细胞的速率
C．水分子的自由扩散和协助扩散都是从高浓度一侧向低浓度一侧转运D．水分子的自由扩散不消耗ATP，通过水通道蛋白协助扩散要消耗ATP
　实战训练　
13．青蒿素被世界卫生组织称作是“世界上唯一有效的疟疾治疗药物”，是从黄花蒿茎叶中提取的无色针状晶体，可用有机溶剂（乙醚）进行提取。它的抗疟机理主要在于其活化产生的自由基可攻击疟原虫的生物膜结构。以下说法不正确的是（ ）
A．原核细胞具有生物膜，但没有生物膜系统
B．青蒿素进入疟原虫细胞的方式是主动运输
C．青蒿素可破坏疟原虫的细胞膜、核膜和细胞器膜
D．青蒿素的抗疟机理包括破坏线粒体的功能
　实战训练　
14．硝苯地平是一种常见的降压药，主要通过阻断动脉血管平滑肌细胞膜上的钙通道蛋白，抑制细胞外Ca2﹢内流，从而导致血压降低。下列分析错误的是（ ）
A．硝苯地平降压药能特异性作用于钙通道蛋白
B．Ca2＋与钙通道蛋白的特殊结构位点相结合而进入细胞
C．Ca2＋通过钙通道的“动力”来源于膜两侧该离子的浓度差
D．钙通道蛋白属于转运蛋白，转运Ca2＋时自身构象并不改变
　实战训练　
15．2015年，我国科学家屠呦呦教授因提取分离出抗疟疾“中国神药”青蒿素，从而获得诺贝尔医学奖。青蒿素主要干扰疟原虫线粒体的功能，阻断宿主红细胞为其提供营养，导致形成自噬泡，并不断排出到疟原虫体外，使疟原虫损失大量胞浆而死亡。下列相关叙述不正确的是（ ）
A．宿主红细胞中的水分子主要以协助扩散的方式进入疟原虫体细胞内B．细胞质基质是细胞代谢的场所，疟原虫丢失胞浆会威胁细胞生存
C．疟原虫是寄生在人体红细胞中的厌氧型真核生物
D．在疟原虫的生物膜系统中，高尔基体起着重要的交通枢纽作用
　实战训练　
16．1988年，阿格雷成功地分离了存在于细胞膜上的一种膜蛋白，该膜蛋白具有水通道的功能。离子通道是细胞膜上的另一种通道，细胞通过电位变化发出信号，控制离子通道的瞬间开放。离子通道是由蛋白质复合物构成的，一种离子通道只允许一种离子通过。下列说法正确的是（ ）①离子通道运输离子具有选择性②水通道运输水分时需要消耗能量③水通道的基本组成单位是核苷酸④离子通道的开启是由细胞电位的变化决定的
A．①③ B．②③ C．①④ D．③④
　实战训练　
17．溶酶体是一种内含多种酸性水解酶的异质性细胞器，即不同溶酶体的形态大小、所含水解酶种类都可能有很大不同。溶酶体内的pH约为5，其膜上含有大量高度糖基化的蛋白质。下列说法错误的是（ ）
A．溶酶体内的水解酶不分解自身的蛋白质，可能与蛋白质的高度糖基化有关
B．细胞呼吸强度会影响H+由通道蛋白从细胞质基质进入溶酶体的过程C．溶酶体内的酶少量泄露到细胞质基质中，可能不会引起细胞损伤
D．矿工易患硅肺的原因是肺泡细胞的溶酶体内缺乏分解硅尘的酶
　实战训练　
18．生命活动离不开水，最初人们认为水分子是通过自由穿过细胞膜的分子间隙进出细胞的。后来的研究发现水分子通过细胞膜的速率大于通过人工膜的速率，进一步分离出了水通道蛋白，并从细菌、酵母、植物、动物的细胞中分离出了多种水通道蛋白。下列关于水分子及其进出细胞的叙述错误的是( )
A．水分子是极性分子，既能通过水通道蛋白的协助进出细胞，也能通过自由扩散进出细胞
B．水分子扩散速率取决于细胞膜内外浓度差，浓度差越大，水分子扩散越快C．水分子通过人工膜的速率小于通过细胞膜的速率，是由于人工膜缺少相应蛋白质
D．水分子依赖水通道蛋白跨膜运输时不需要细胞内的化学反应提供能量
　实战训练　
19．疲劳是机体复杂的生理变化过程，研究表明其可能与神经元的凋亡、ROS（活性氧）的积累有关；脑组织缺氧是引起中枢疲劳的重要原因之一。辣椒素是辣椒的主要成分，科研人员以正常鼠、缺氧处理模拟疲劳小鼠为实验材料，对辣椒素抗疲劳的作用进行了研究，结果如下图1，辣椒素作用机制如下图2。下列有关叙述错误的是（　　）
A．TRPV1蛋白既是辣椒素的受体蛋白，也是一种转运蛋白
B．对照+辣椒素处理组的设置，目的是排除辣椒素对正常状态下神经元凋亡的影响C．实验表明辣椒素可以减缓缺氧诱导的神经元凋亡，且以30μM浓度效果最为显著D．实验表明辣椒素缓解疲劳，其作用机制推测图中①和②分别为促进和抑制
　实战训练　
20．利用荧光素双醋酸酯（FDA）染色法可测定动物细胞的活力，其基本原理是FDA本身无荧光，但其可自由通过完整的细胞膜，经细胞内酯酶分解产生荧光素，积累在细胞内并能发出绿色荧光。下列叙述错误的是（ ）
A．FDA染色法也能测定原生质体的活力
B．一定范围内，荧光强度与细胞活力呈正相关
C．实验中配制的FDA溶液是一种高渗溶液，其目的就是为了防止动物细胞破裂
D．荧光素分子不能以自由扩散的方式通过细胞膜

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