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(共21张PPT)
第7讲　物质跨膜运输的方式及影响因素
第二单元　细胞代谢
内容标准细化 核心素养
2.建构被动运输的概念，比较自由扩散和协助扩散的异同点。
3.掌握主动运输的特点及其与被动运输的区别。
4.掌握胞吞、胞吐过程和特点。
5.理解主动运输及胞吞、胞吐对细胞生命活动的意义。
6.阐明物质跨膜运输方式与细胞结构的关系。 生命观念 细胞膜和其他生物膜是一种选择透过性膜。通过总结物质跨膜运输方式与细胞结构的关系，进一步认识生物体结构与功能相适应的特点。
科学思维 结合图示和图表，掌握不同跨膜运输方式的特点及意义，提升比较归纳能力。
社会责任 能运用物质跨膜运输的原理解释施肥“烧苗”及宣传合理施肥的道理。
目标要求
*
PART
转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。
载体蛋白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；通道蛋白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。分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合。
特别提醒
1.被动运输
2.载体蛋白和通道蛋白的比较
(1)相同点：化学本质均为蛋白质、分布均在细胞的膜结构中、都有控制特定物质跨膜运输的功能；对被运输的物质具有高度的特异性或选择性。
(2)不同点：①通道蛋白参与的只是被动运输，在运输过程中并不与被运输的分子或离子相结合，也不会移动。载体蛋白参与的有主动运输和协助扩散，在运输过程中与相应的分子特异性结合（具有类似于酶和底物结合的饱和效应），每次转运时都会发生自身构象的改变。
②通道蛋白转运速率与物质浓度成比例，且比载体蛋白介导的转运速度更快。
③通道蛋白其结构和功能状态在细胞内外理化因子作用下，能在数毫秒至数十毫秒的时间内迅速激活开放，随后迅速失活或关闭，载体蛋白无此特性。
【提示】通道蛋白与载体蛋白之间的主要不同在于两者辨别溶质的方式：通道蛋白主要根据溶质的大小和电荷进行辨别；载体蛋白只容许与载体蛋白自身结合部位相适应的溶质分子通过。
（2023潍坊二模）转运蛋白是协助物质跨膜运输的重要膜组分，它分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。下列说法错误的是（ ）
A. 载体蛋白在转运物质时需与被转运物质结合，构象也会发生改变
B. 通道蛋白只容许与自身孔径大小和电荷适宜的物质通过，不与被转运物质结合
C. 神经纤维上的离子通道转运钠离子时，通道蛋白的构象会发生改变
D. 葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞需要载体蛋白的协助，并消耗消化道内的ATP
D
【解析】离子通道蛋白受到某些小分子配体（如神经递质、激素等）与通道蛋白结合继而引起通道蛋白构象改变，从而使离子通道开启或关闭，C正确；葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞需要载体蛋白的协助，并消耗小肠绒毛上皮细胞内的ATP，D错误。
2.载体蛋白和通道蛋白的比较
步骤1：3个钠离子结合在蛋白质细胞质的一侧，使蛋白质改变了它的构象。
步骤2：在新构象下，蛋白质结合一个ATP分子，把它分解成腺苷二磷酸和磷酸(ADP+Pi)。ADP被释放出来，而磷酸基团仍与蛋白质结合。这个蛋白质被磷酸化。
步骤3：蛋白质的磷酸化引发了它第二次构象变化，这次变化降低了其与Na+的亲和力，因此，3个Na+就从蛋白质里释放出来，被转移到膜外。
3.主动运输（以Na+-K+泵为例）
步骤4：新的构象对K+有很强的亲和力，因此两个K+就在释放Na+的同时结合在蛋白质在细胞外的一侧上。
步骤5： K+的结合导致蛋白质又一次构象变化，这次变化使结合在蛋白质上的磷酸基团释放出来。
步骤6：释放了磷酸基团，蛋白质恢复原来的构象，两个K+暴露在细胞质一侧。这种构象对K+只有很低的亲和力，所以两个结合在蛋白质上的K+解离出来，并扩散到细胞内部。而原来这种构象对Na+有很强亲和力，当钠离子结合在上面时，又启动了另一次循环，如此重复下去。研究表明， Na+-K+泵每运转一次，消耗1个ATP，可运出3个Na+ ，运进2个K+ 。
3.主动运输（以Na+-K+泵为例）
对点练： （2022潍坊二模）Na+-K+泵由α、β两亚基组成，其中α亚基为跨膜蛋白，既有 Na+、K+结合位点，又具 ATP酶活性，如图所示。一般认为 Na+-K+泵首先在膜内侧与细胞内的Na+结合，ATP酶活性被激活后，由 ATP 水解释放的能量使泵本身构象改变，将Na+输出细胞；与此同时，泵与细胞膜外侧的K+结合，发生去磷酸化后构象再次改变，将K+输入细胞内。下列说法错误的是（ ）
A. α亚基对K+的亲和力始终大于 Na+
B. ATP水解使α亚基磷酸化，进而导致其构象改变
C. Na+-K+泵可同时完成对3个Na+和2个K+的转运
D. Na+-K+泵造成神经元膜内外的离子浓度差是静息电位和动
作电位形成的基础
A
3.主动运输（以Na+-K+泵为例）
同向协同转运蛋白和反向协同转运蛋白
ATP直接供能
ATP间接接供能
所利用的能量储存在一种溶质的电化学梯度中
光能—细菌质膜上的H+泵
【拓展1】主动运输的三种类型
对点练习1：下图为人小肠上皮细胞从肠腔中吸收葡萄糖并运输葡萄糖至组织液中的示意图。下列相关叙述错误的是（ ）
A. 葡萄糖通过载体1和载体3的运输方式不同
B. 载体1和载体2运输Na+的方式不同
C. 载体2具有ATP酶活性，能够水解ATP为运输Na+和
K+提供能量
D.载体1运输葡萄糖和运输Na+的方式都属于主动运输
D
【拓展1】主动运输的三种类型
对点练习2：鳃是硬骨鱼调节渗透压平衡的重要器官之一。右图是硬骨鱼鳃中泌氯细胞从机体内收集氯并向海水泌氯的机制图。下列相关叙述错误的是（ ）
A. 转运蛋白1运输Na+和K+都属于主动运输
B. 转运蛋白2运输Na+和Cl-都属于协助扩散
C. 泌氯细胞的泌氯需要转运蛋白1、2、3共同参与
D. 泌氯细胞中富含线粒体与其泌氯功能相适应
B
【拓展1】主动运输的三种类型
*
澄清概念
1.分子或离子通过通道蛋白时，需要与通道蛋白结合（ ）
2.少数水分子借助水通道蛋白进出细胞，更多的水分子以自由扩散方式进出细胞（ ）
3.Na+与有关载体蛋白结合排出神经细胞属于主动运输（ ）
4.细胞外液中的K+进入神经细胞属于自由扩散（ ）
5.同种物质进出同一细胞的方式一定相同（ ）
6.以胞吐的方式排出细胞的物质不一定都是生物大分子（ ）
7.主动运输使膜内外物质浓度趋于一致，维持了细胞的正常代谢（ ）
1.×　提示：物质通过通道蛋白时不需要与通道蛋白结合。
2.×　提示：水分子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。
3.√　
4.×　提示：K+进入神经细胞属于主动运输。
5.×　提示：K+进入神经细胞是主动运输，排出神经细胞的方式是协助扩散。
6.√
7.×　提示：主动运输维持膜内外物质的浓度差。
【思考探究】小肠是消化和吸收的主要器官，食物中的多糖和二糖被水解成单糖后，在小肠黏膜上皮细胞的微绒毛上被吸收。为研究葡萄糖的吸收方式，研究人员进行了体外实验，实验过程及结果如下表所示：
请问：实验一、实验二、实验三的结果分别说明了什么？
提示：(1)葡萄糖的转运需要转运蛋白的协助
(2)在外界葡萄糖浓度为5 mmol/L时，小肠黏膜上皮细胞吸收葡萄糖的方式是主动运输
(3)外界葡萄糖浓度为100 mmol/L时，小肠黏膜上皮细胞可通过协助扩散的方式吸收葡萄糖
主动运输所需要能不全是来自ATP，还可以是光能、电化学梯度。
特别提醒
*
澄清概念
1.分子或离子进行跨膜运输时不需要与载体蛋白结合（ ）
2.载体蛋白转运物质时不会发生自身构象的改变（ ）
3.胞吞、胞吐依赖于膜的流动性，主动运输、协助扩散与膜的流动性无关（ ）
4.自由扩散只能顺浓度梯度，而协助扩散既可以顺浓度梯度也可以逆浓度梯度（ ）
5.一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合（ ）
1.×　提示：分子或离子进行跨膜运输时需要与载体蛋白结合。
2.×　提示：载体蛋白每次转运物质时都会发生自身构象的改变。
3.×　提示：主动运输和协助扩散也与膜的流动性有关。
4.×　提示：协助扩散也是顺浓度梯度进行的。
5.√　
【思考探究】农业生产中，农作物生长所需的氮素可以NO3-的形式由根系从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的根细胞吸收NO3-的速率与O2浓度的关系如图所示。
提示：(1)主动运输　主动运输需要呼吸作用提供能量，O2浓度小于a点，根细胞对NO3-的吸收速率与O2浓度呈正相关
(2)主动运输需要载体蛋白，此时作物乙吸收NO3-的速率受载体蛋白数量影响
(3)作物甲的NO3-最大吸收速率大于作物乙，甲需要的能量多，消耗的O2多
(4)定期松土
【拓展2】胞吞的类型
解读：胆固醇极难溶解，主要以低密度脂蛋白(LDL)的形式在血液中循环。LDL是有一层磷脂外被的胆固醇的小球。正常的肝细胞(其他一些细胞也可以)以受体介导的胞吞作用除去血液中过量的胆固醇。这种机制防止血液中胆固醇水平过高。埋藏在磷脂外被中的蛋白质与肝质膜中的受体蛋白相连接。这就使得肝细胞能够通过胞吞吸收LDL并将胆固醇加工。在一种类型的遗传性疾病中，肝质膜上的LDL受体缺失或数目很少，这种缺陷使得血液中胆固醇非常多，胆固醇积累在动脉血管壁上并引起心血管疾病的早发。
【拓展2】胞吞的类型
对点练：低密度脂蛋白（LDL）是由胆固醇、磷脂和蛋白质结合形成的复合物。LDL通过血液运送至细胞，在细胞内发生如图所示的过程。已知溶酶体是由高尔基体产生的、内含多种酸性水解酶的细胞器。下列说法错误的是（ ）
A.LDL和LDL受体之间的结合具有特异性
B.加入ATP水解酶抑制剂会影响LDL与其受体的
分离
C.溶酶体中的酸性水解酶在游离的核糖体上完成
合成
D.溶酶体内pH值过高会降低LDL的分解速率
C
【解析】由题意可知，溶酶体是由高尔基体产生的，则溶酶体中的酸性水解酶的合成一定经过内质网和高尔基体的加工，因此该酶是在附着在内质网上的核糖体上合成的，C项错误；溶酶体中的酶为酸性水解酶，pH过高，会导致酸性水解酶变性失活，降低LDL的分解速率，D项正确。
【拓展2】胞吞的类型

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