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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
生物学必修1
分子与细胞（人教版）
导入一
是不是物质进出细胞都是顺浓度梯度进行的呢？
H2O、O2等
自由扩散
协助扩散
载体
蛋白
协助扩散
通道蛋白
葡萄糖等
H2O、K+、Na+等
导入二
葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质，通过在细胞内氧化分解生成ATP供组织细胞利用。因此，全身的组织细胞均具有摄取葡萄糖的能力。
由于细胞中的葡萄糖不断地被氧化分解，使细胞内的葡萄糖浓度低于血糖浓度，因此葡萄糖被组织细胞摄取是顺浓度梯度运输的过程，不需要额外消耗能量，即葡萄糖进入红细胞、肝细胞等组织细胞的运输方式为协助扩散。
导入二
食物中的很多糖类在小肠内被消化为葡萄糖。当小肠腔中的葡萄糖浓度高于小肠绒毛上皮细胞中的葡萄糖浓度时，葡萄糖能以协助扩散的方式进入小肠绒毛上皮细胞。那么当小肠腔中的葡萄糖浓度低于小肠绒毛上皮细胞中的葡萄糖浓度时，小肠绒毛上皮细胞还能不能吸收葡萄糖呢？
环节一：主动运输（思路一）
资料一 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（如图）。
毛细血管
甲状腺滤泡上皮细胞
碘浓度高
碘浓度低
讨论：
甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是通过被动运输吗？
甲状腺滤泡上皮细胞逆浓度梯度吸收碘，不是被动运输
环节一：主动运输（思路一）
资料一 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（如图）。
毛细血管
甲状腺滤泡上皮细胞
碘浓度高
碘浓度低
讨论：
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？
需要
环节一：主动运输（思路一）
资料一 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（如图）。
毛细血管
甲状腺滤泡上皮细胞
碘浓度高
碘浓度低
讨论：
这在各种物质的跨膜运输中是特例还是有一定的普遍性？
具有普遍性
环节一：主动运输（思路一）
物质逆浓度梯度进行跨膜运输，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，这种方式叫作主动运输。
主动运输的概念
环节一：主动运输（思路一）
资料二 哺乳动物细胞内外的 Na+ 和 K+ 浓度如表:
讨论：
怎样建立和维持哺乳动物细胞内高 K+ 浓度、细胞外高 Na+ 浓度？
环节一：主动运输（思路一）
主动运输的特点
逆浓度梯度运输
需要载体蛋白协助
消耗细胞内化学反应所释放的能量
环节一：主动运输（思路一）
细胞内液
细胞外液
（E1）
（E2）
K+
K+
Na+
Na+
环节一：主动运输（思路一）
主动运输的类型
原发性主动运输
指细胞直接利用细胞内化学反应所释放的能量（如 ATP），依靠膜上的载体蛋白逆浓度梯度或电位梯度跨膜转运物质的过程。
环节一：主动运输（思路一）
主动运输的类型
继发性主动运输
指细胞不直接利用细胞内化学反应所释放的能量（如ATP），而是借助原发性主动运输形成的某些离子的浓度梯度，依靠膜上的转运体将其他分子或离子逆浓度梯度或电位梯度跨膜运输的过程。
环节一：主动运输（思路一）
肠腔
小肠绒毛
上皮细胞
Na+驱动葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞
继发性
主动运输
Na+-K+泵
原发性
主动运输
环节一：主动运输（思路一）
具有特异性(或专一性)
与被转运的离子或分子结合
转运过程中空间结构发生变化
具有饱和性
可重复利用
载体蛋白的特点
环节一：主动运输（思路一）
资料三 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，造成细菌感染。
稀薄的黏液
氯离子
ATP
H2O
正常功能的CFTR蛋白
黏稠的分泌物不断积累
异常关闭的CFTR蛋白
环节一：主动运输（思路一）
资料四 小肠液中氨基酸、葡萄糖的浓度远远低于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，但是细胞还能通过主动运输吸收K+。
讨论：
主动运输有什么意义？你还可以举出哪些实例？
主动运输的意义
环节一：主动运输（思路一）
主动运输能保证活细胞根据自身需求选择性地吸收或者排出特定的物质，因此，对于维持细胞生命活动的稳态具有特别重要的意义。
根毛细胞可以通过主动运输吸收自己需要的离子
人体小肠上皮细胞通过主动运输从肠腔中吸收葡萄糖等营养物质
环节一：主动运输（思路一）
影响主动运输的因素
浓度差（一定范围内）
环节一：主动运输（思路一）
影响主动运输的因素
氧气浓度
Q点：当氧气浓度为0时，细胞可以进行
无氧呼吸产生少量能量，故此时的
运输速率不为0。
P点以后：当氧气浓度达到一定程度后，受载体蛋白数量的限制，
运输速率不再增加。
QP段：随着氧气浓度的增加，呼吸产生的能量增多，主动运输
速率增大。
环节一：主动运输（思路一）
影响主动运输的因素
温度
环节一：主动运输（思路一）
主动运输和被动运输的比较
即使是同一种物质，在不同细胞中或者同一细胞的不同位置，其跨膜运输的方式也可能不同，与细胞功能和细胞所处状况相适应。
环节一：主动运输（思路一）
Na+
神经细胞膜
细胞内
细胞外
Na+内流
（协助扩散）
Na+运出细胞
（主动运输）
任务1：观察主动运输示意图，概括主动运输的特点。
环节一：主动运输（思路一）
物质逆浓度梯度进行跨膜运输，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，这种方式叫作主动运输。
任务2：观察Ca2+出细胞的示意图，思考问题，概括主动
运输的过程。
环节一：主动运输（思路二）
1.待转运的物质是否需要与载体蛋白结合？
2.载体蛋白运输物质时空间结构是否改变？在谁的推动下发生改变？
3.运输完毕后，载体蛋白的空间结构如何变化？
4.一种载体蛋白只能运输一种物质吗？
主动运输的过程
被运输的特定分子或离子与载体蛋白特定部位结合。
在细胞内化学反应释放的能量的推动下，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。
运输完毕后，载体蛋白恢复原状（可重复利用），又可以转运同种物质。
由于被运输物质的大小和性质不同，不同载体蛋白的空间结构也有差别，所以一种载体蛋白只适合与一种或一类离子或分子结合。
环节一：主动运输（思路二）
H+载体模式图 磷酸盐离子载体模式图 钠钾泵
环节一：主动运输（思路二）
任务3：比较协助扩散与主动运输中的载体蛋白的异同。
环节一：主动运输（思路二）
比较项目 协助扩散中的载体蛋白 主动运输中的载体蛋白
待转运物质是否与之结合
转运过程构象是否发生改变
是否需要能量驱动构象改变
结合
结合
改变
改变
不需要
需要
环节一：主动运输（思路二）
任务4：分析葡萄糖进出小肠绒毛上皮细胞的跨膜运输方式，
回答问题。
环节一：主动运输（思路二）
葡萄糖通过什么方式进入小肠绒毛上皮细胞？ 是否消耗了能量？
环节一：主动运输（思路二）
ATP驱动泵
协同转运蛋白
光驱动泵
主动运输消耗的能量可来自 ATP或离子电化学梯度等。
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，请说出实验思路。
环节一：主动运输（思路二）
实验设计：
（1）取甲、乙两组生长状态基本相同的柽柳幼苗，放入适宜浓度的含有Ca2+ 、K+ 的 溶液中。
（2）甲组给予正常的细胞呼吸条件，乙组抑制细胞呼吸。
（3）一段时间后测定两组植株根系对Ca2+、K+的吸收速率。
实验结果和结论：
若两组植株对Ca2+、K+的吸收速率相同，说明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，说明柽柳从土壤中吸收无机盐为主动运输。
环节一：主动运输（思路二）
环节二：胞吞与胞吐
现象一 转运蛋白虽然能够帮助许多离子和小分子通过细胞膜，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。
现象二 变形虫（如图）摄取水中的有机物颗粒，需要解决大分子物质进入细胞的问题。
这些大分子和颗粒物质是怎样进出细胞的呢？
阅读教材，回答问题：
1.胞吞、胞吐过程运输什么物质？
2.胞吞、胞吐过程：①是否需要转运蛋白？②是否需要消耗能量？
3.胞吞、胞吐体现细胞膜的什么特点？
4.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。
5.胞吞、胞吐只运输大分子吗？说明你判断的理由。
环节二：胞吞与胞吐
1.胞吞、胞吐过程运输什么物质？
2.胞吞、胞吐过程：①是否需要转运蛋白？②是否需要消耗能量？
3.胞吞、胞吐体现细胞膜的什么特点？
环节二：胞吞与胞吐
大分子或颗粒物
细胞膜的流动性
不需要
需要
4.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。
环节二：胞吞与胞吐
因为游离于细胞质基质中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能够进入内质网腔中，并借助囊泡移动进入高尔基体，经加工、包装后，包裹在囊泡中的蛋白质就能以胞吐的方式分泌到细胞外。
5.胞吞、胞吐只运输大分子吗？说明你判断的理由。
环节二：胞吞与胞吐
胞吞、胞吐不只运输大分子，还运输小分子，如神经递质
神经递质
神经细胞
学习任务：观察胞吞、胞吐示意图，概述胞吞、胞吐的过程，结合教材内容，说出胞吞、胞吐的意义。
胞吐示意图
胞吞示意图
大分子
膜蛋白
环节二：胞吞与胞吐
环节二：胞吞与胞吐
过程：大分子物质与膜上的蛋白质结合→这部分细胞膜内陷形成小囊→小囊与细胞膜分离→形成囊泡，进入细胞内部。
实例：人体白细胞吞噬病原体、变形虫摄食等。
特点：消耗能量，从细胞外到细胞内。
大多数情况下，大分子物质被细胞膜上的受体识别之后才能以胞吞的方式进入细胞。
胞吞
大分子
膜蛋白
环节二：胞吞与胞吐
过程：大分子物质在细胞内形成囊泡→移动到细胞膜处→囊泡与细胞膜融合→大分子物质排出细胞。
实例：分泌蛋白的分泌。
特点：消耗能量，从细胞内到细胞外。
胞吐
胞吞、胞吐的意义
细胞通过胞吐向外分泌分泌蛋白和神经递质等，通过胞吞消灭细菌、癌细胞及衰老的红细胞、细胞碎片等，从而保证生命活动的正常进行。
环节二：胞吞与胞吐
学习任务：
阅读教材中的“与社会的联系”栏目，了解阿米巴痢疾的病因及预防措施。
阿米巴痢疾是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”肠壁组织细胞而引发的。
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。
环节二：胞吞与胞吐
环节三：总结物质的运输方式，理解细胞膜结构
与功能相适应
学习任务：
梳理教材最后一段内容，说出物质运输方式与细胞膜结构和功能的关系。
1.除一些不带电的小分子可以通过自由扩散的方式进出细胞外，离子和小分子（如葡萄糖和氨基酸等）的跨膜运输都需要转运蛋白。
体现了蛋白质是生命活动的主要承担者。
2.细胞膜具有选择透过性的基础：转运蛋白具有专一性，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影响物质的跨膜运输。
体现了细胞膜的功能特点：具有选择透过性。
3.像蛋白质这样的生物大分子，通过胞吞或胞吐进出细胞，其过程也需要膜上的蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性。
体现了细胞膜的结构特点：具有一定的流动性。
环节三：总结物质的运输方式，理解细胞膜结构
与功能相适应
环节三：总结物质的运输方式，理解细胞膜结构
与功能相适应
学习任务：如何判定物质出入细胞的方式？
核心总结
1.若对离体的心肌细胞施用某种毒素，可使心肌细胞对Ca2+ 的吸收量明显减少，而对 K+ 、C6H12O6的吸收却不受影响。这种毒素的作用最可能是 （ ）
A.抑制呼吸酶的活性
B.改变了细胞膜的结构
C.抑制Ca2+ 载体蛋白的活动
D.改变了细胞膜两侧的Ca2+ 浓度
C
课堂练习
AB
2.如图是人体某组织细胞吸收葡萄糖的
示意图，据图分析葡萄糖跨膜运输的
机制，下列叙述正确的是 （ ）
A.该组织细胞吸收葡萄糖的过程属于主动运输，但驱动葡萄糖进
入细胞的动力不直 接 来自 ATP
B.某些 Na+、K+的转运蛋白具有催化 ATP水解的功能
C.Na+进出该组织细胞的速率不受氧气浓度的影响
D.钠—葡萄糖协同转运蛋白能同时运输葡萄糖和Na+，说明该载体
蛋白不具有专一性
课堂练习
D
3.如图表示某细胞摄取和排出生物大分子物质
的过程。下列与此有关的叙述，不正确的是
（ ）
A.a是胞吞过程，b是胞吐过程，均需要消耗
能量
B.白细胞吞噬病原体是通过a过程实现的
C.a过程细胞膜内陷形成囊泡，b过程导致细胞膜成分更新
D.核糖体上合成的蛋白质可以通过a过程进入细胞核
课堂练习
4.外泌体是一种由活体细胞通过胞吐方式释放的小囊泡，具有细胞通信作用，在神经系统退行性疾病的发生、发展过程中具有重要作用。外泌体的释放过程：首先，细胞膜内化形成胞内体，胞内体聚集形成多泡体（MVBs），MVBs与亲本细胞膜融合，通过胞吐作用将外泌体排出细胞。多种因素通过不同途径影响外泌体释放，小GTP酶蛋白通过影响MVBs膜与细胞膜的融合促进外泌体分泌。下列有关外泌体的说法错误的是 （ ）
A.外泌体是一种分泌到细胞外的囊泡
B.MVBs膜与细胞膜的融合需要蛋白质的参与
C.细胞呼吸的快慢不影响外泌体的释放
D.具有通信作用的外泌体必定含有信号分子
C
课堂练习
谢谢！

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