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第4章 物质的输入和输出
第1节 被动运输（第2课时）
知识回顾：细胞的失水和吸水
水进出动物细胞的原理与进出红细胞的原理是一样的，都是通过渗透作用。
其他物质是通过什么方式进出细胞呢？
知识目录
01
渗透作用
02
水进出细胞的原理
03
被动运输
新知探究
三、被动运输
【资料1】科研人员对同种物质在人工膜(只含有磷脂双分子层)和生物膜中的透性做了比较，结果如图。
人工膜和生物膜对气体和甘油的通透性相同，因此它们是通过扩散作用进出细胞的。
思考1：请据图分析气体和甘油是如何进出细胞的？
探究物质进出细胞的方式
活动
定义：像O 、CO 以及甘油、乙醇、苯等，通过简单的扩散作用进出细胞的方式，称为自由扩散，也叫简单扩散。
特征
实例
①气体分子，如氧气、二氧化碳；
②脂溶性小分子，如乙醇，甘油，苯。
1.自由扩散
细胞外
细胞内
①顺浓度梯度运输
②不需要转运蛋白
③不消耗能量
新知探究
三、被动运输
三、被动运输
水分子通过细胞膜时的速率高于自由扩散的速率，由此推断细胞膜上可能存在特殊的水的跨膜运输方式。
思考3：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？
【资料1】科研人员对同种物质在人工膜(只含有磷脂双分子层)和生物膜中的透性做了比较，结果如图。
探究物质进出细胞的方式
活动
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。
思考2：甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？
新知探究
新知探究
三、被动运输
思考：为什么不同的物质通过生物膜的情况不同呢？
人工合成的脂双层对物质的通透性
人工合成脂双层
细胞膜示意图
蛋白质
╱
磷脂双分子层
╱
探究物质进出细胞的方式
活动
三、被动运输
【资料2】科学家阿格雷在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。
探究物质进出细胞的方式
活动
新知探究
疏水性跨膜蛋白AQP1能够加快水分子进入细胞的速率。
思考4：由上述实验结果，你能得出什么推论？
磷脂双分子构成的球形脂质体
╱
三、被动运输
【资料3】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）
探究物质进出细胞的方式
活动
新知探究
三、被动运输
探究物质进出细胞的方式
活动
新知探究
思考5：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。
思考6：如右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。
新知探究
三、被动运输
2.协助扩散
定义：离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等，不能自由地通过细胞膜，需要借助膜上的转运蛋白进出细胞扩散，叫做协助扩散，也叫易化扩散。
特征
实例
①葡萄糖、氨基酸等进入红细胞；
②血浆中Na+进入神经细胞。
①顺浓度梯度运输
②需要转运蛋白
③不消耗能量
载体蛋白
通道蛋白
观看视频
新知探究
三、被动运输
3.转运蛋白
定义：
类型：分为 和 两种类型。
通道蛋白
载体蛋白
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。
新知探究
三、被动运输
3.转运蛋白
特点：
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。
新知探究
三、被动运输
3.转运蛋白
项目 载体蛋白 通道蛋白
转运特点
参与的运输方式
是否与转运的 分子结合
共同点
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、大小和电荷相适宜的分子或离子通过
协助扩散或主动运输
协助扩散
结合
不结合
①均为蛋白质；
②均分布在细胞的膜结构中；
③均控制特定物质的跨膜运输，具有特异性。
一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子、分子结合。
三、被动运输
探究物质进出细胞的方式
活动
新知探究
1988年，美国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
◎ 注意 水分子进出细胞时，既可以直接穿过磷脂双分子层，也可以穿过水通道蛋白，因此渗透作用的实质是水的自由扩散和协助扩散的叠加，以协助扩散为主。
新知探究
三、被动运输
知识拓展
通道蛋白
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，并且只有在特定刺激发生时才瞬间开放。
新知探究
三、被动运输
比较项目 自由扩散 协助扩散
运输方向
是否需要转运蛋白
是否消耗能量
举例
高浓度→低浓度
高浓度→低浓度
不需要
需要
不消耗
不消耗
①气体：O2、CO2、NH3 ；
②小分子脂质：固醇、甘油、脂肪酸等；
③脂溶性小分子：乙醇、苯等
葡萄糖进入红细胞
4.被动运输
被动运输：物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
新知探究
三、被动运输
5.影响被动运输的因素
（1）膜内外 梯度的大小。
（2）某些物质的运输速率还与 的数量有关。
（3） 变化会影响物质运输速率。
物质浓度
转运蛋白
温度
新知探究
三、被动运输
5.影响被动运输的因素
影响自由扩散速率的因素
细胞内外浓度差
自
由
扩
散
速
率
膜两侧物质浓度差
与膜两侧物质浓度差呈正比
影响因素
影响趋势
新知探究
三、被动运输
5.影响被动运输的因素
影响协助扩散速率的因素
细胞内外浓度差
协助
扩
散
速
率
①膜两侧物质的浓度差；
②膜上转运蛋白的种类和数量
当转运蛋白达到饱和时，随物质浓度增加，物质的运输速率不再增加。
影响因素
影响趋势
新知探究
三、被动运输
5.影响被动运输的因素
能量
扩散速度
绘图：在下坐标上画出自由扩散和协助扩散的曲线图。
自由扩散和协助扩散为被动运输，物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。
三、被动运输
随堂检测
1.植物细胞膜磷脂双分子层对水有一定的通透性，但研究发现大量的水通过细胞膜上的水通道蛋白进出细胞。下列关于水通道蛋白与植物体内水分代谢关系的叙述，错误的是(　　)
A.水通道蛋白活性增强的植物叶片气孔更易开放
B.水通道蛋白活性减弱的植物细胞在高渗溶液中不发生质壁分离
C.水通道蛋白活性增强的植物在缺水条件下更易发生萎蔫
D.水通道蛋白活性减弱的植物细胞伸长生长速率降低
A
三、被动运输
4.生物中除病毒外都具有生物膜，生物膜是一种动态的结构，具有膜脂的流动性和膜蛋白的运动性。下列关于生物膜的叙述，正确的是(　　)
A.细胞膜的主要成分是蛋白质和脂质，构
成细胞膜的脂质中最丰富的是胆固醇
B.性激素随血液到达全身各处，与靶细胞
膜表面受体结合，将信息传递给靶细胞
C.大肠杆菌的细胞膜是其生物膜系统的组
成部分，与动物细胞膜具有相似的结构
D.细胞内许多化学反应在生物膜上进行，
广阔的膜面积为酶提供了大量的附着位点
随堂检测
D
【解析】构成细胞膜的脂质中最丰富的是磷脂，A错误；性激素属于固醇类物质，通过自由扩散进入细胞，其受体在细胞内，B错误；生物膜系统由细胞膜、细胞器膜和核膜等结构组成，大肠杆菌为原核生物，没有生物膜系统，C错误。
课堂小结
被动运输
自由扩散
协助扩散
载体蛋白
转运蛋白
通道蛋白
如水通道蛋白、离子通道蛋白
穿过
包括
借助
磷脂双分子层
类型
特征
方向：顺浓度梯度运输
不消耗能量

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