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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
课时目标 1.运用结构与功能观，说明细胞膜的特性与胞吞、胞吐的关系。(生命观念)
2．采用比较与归纳的方法，分析主动运输和被动运输的异同。(科学思维)
3．设计实验探究物质跨膜运输的方式。(科学探究)
4．掌握物质进出细胞的知识，了解与之相关的疾病，关注人体健康。(社会责任)
逆浓度梯度
一、主动运输
1．概念：物质_______________进行跨膜运输，需要____________的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的______，这种方式叫作主动运输。
载体蛋白
能量
2．过程
3．意义：通过主动运输来__________所需要的物质，排出________和_____________________，从而保证细胞和个体生命活动的需要。
选择吸收
代谢废物
对细胞有害的物质
二、胞吞与胞吐
1．过程
(1)胞吞：大分子与_________________结合→细胞膜内陷形成______，包围着大分子→______从细胞膜上分离下来，形成囊泡→进入_________。
(2)胞吐：大分子先包裹在细胞内形成的______中→______移动到细胞膜处→与_________融合→大分子排出细胞。
膜上的蛋白质
小囊
小囊
细胞内部
囊泡
囊泡
细胞膜
2．条件
(1)需要消耗细胞呼吸所释放的______。
(2)_________(填“需要”或“不需要”)转运蛋白的协助。
(3)______(填“需要”或“不需要”)膜上蛋白质的参与。
3．实例
(1)胞吞：吞噬细胞吞噬病原体、变形虫摄取食物。
(2)胞吐：分泌蛋白的分泌。
能量
不需要
需要
三、物质跨膜运输
1．除一些不带电荷的小分子可以____________的方式进出细胞外，离子和较小的有机分子(如葡萄糖和氨基酸等)的跨膜运输必须借助于转运蛋白，这又一次体现了______________________________。
2．细胞膜上转运蛋白的______________，或转运蛋白___________的变化，对许多物质的跨膜运输起着决定性的作用，这也是细胞膜具有_______________的结构基础。
3．胞吞或胞吐过程也需要膜上_________的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的_________。
自由扩散
蛋白质是生命活动的承担者
种类和数量
空间结构
选择透过性
蛋白质
流动性
◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”)
1．相对分子质量小的物质都可以通过自由扩散进入细胞内。(　　　)
提示：相对分子质量小的物质也可能通过协助扩散或主动运输等方式进入细胞内。
2．参与跨膜运输的转运蛋白都是相同的。(　　　)
提示：转运蛋白具有特异性，不同的物质跨膜运输所需要的转运蛋白不同。
×
×
3．细胞主动运输物质的结果是使物质在细胞膜内外的浓度趋于相等。 (　　　)
提示：细胞主动运输是将物质从低浓度到高浓度的运输。
4．植物细胞通过主动运输吸收不同无机盐离子的速率相同。(　　　)
提示：植物细胞对不同无机盐离子的吸收速率有差异。
×
×
◆名师点睛
1．胞吞和胞吐是借助于膜的融合完成的，并没有穿过膜。
2．RNA和蛋白质等大分子物质是通过核孔进出细胞核的，而不是通过胞吞、胞吐。
3．细胞膜的流动性是胞吞、胞吐的基础，胞吞、胞吐过程中膜的变形体现了膜的流动性。
◆思维启迪
1．如果细胞中线粒体功能障碍，哪些运输方式会直接受到影响？为什么？
提示：主动运输、胞吞和胞吐。这些运输方式需要能量，而能量主要由线粒体提供。
2．同一种物质进出不同细胞时，运输方式相同吗？请举例说明。
提示：不一定相同。葡萄糖进入红细胞是协助扩散，但进入小肠上皮细胞是主动运输。
◆视野拓展
主动运输与人体健康
机体每天可产生大量的H＋，这些H＋必须被中和并由肾脏排出，否则会对机体造成严重危害。肾小管通过主动运输分泌H＋，可以确保H＋从尿液中顺利排出。
水体富营养化是指水体中N、P等含量过多而引起的水质污染现象。科研人员为开展大蒜治理水体富营养化的研究，配制了不同浓度的KH2PO4溶液，将大蒜根系分别置入上述不同浓度的溶液中，一段时间后测定得出大蒜在0.01 mmol·L-1的KH2PO4溶液中吸收P的速率为0.02 mmol·L-1·h-1。大蒜根细胞中KH2PO4溶液浓度是0.04～0.12 mmol·L-1。
任务一__主动运输
[问题探究]
1．大蒜根系吸收P的运输方式是什么？为什么？
答案：主动运输。因为大蒜根细胞中的KH2PO4浓度高于配制的0.01 mmol·L-1的KH2PO4溶液，大蒜根系吸收P为逆浓度梯度运输。
2．在0.01 mmol·L-1的KH2PO4溶液中，影响大蒜根系吸收P速率的因素可能有哪些？
答案：能量和载体蛋白的数量。
1．主动运输与被动运输的比较
运输方式 方向 转运蛋白 能量
主动运输 逆浓度 需要 需要
被动
运输 自由扩散 顺浓度 不需要 不需要
协助扩散 顺浓度 需要 不需要
2.影响物质跨膜运输因素的分析
(1)物质的浓度
模型解读：
①物质的浓度主要影响自由扩散和协助扩散。自由扩散中，物质的浓度越大，运输速率越大。
②协助扩散或主动运输中，在一定物质的浓度范围内，随物质的浓度的增大，运输速率也逐渐增大；物质的浓度达到一定程度后，运输速率不再继续增大，原因是受转运蛋白数量的限制。
(2)能量
模型解读：
编号 方式 分析
甲 自由扩散或协助扩散 自由扩散和协助扩散不消耗能量
乙 主动运输 O～A段随着能量的增加，运输速率增大，A点以后影响因素是载体蛋白的数量
(3)温度
不同运输方式的判断
(1)需要转运蛋白的运输方式不一定是主动运输，协助扩散也需要转运蛋白。
(2)需要能量的运输方式不一定是主动运输，胞吞、胞吐也需要能量。
1．(2024·桂林高一检测)主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，通过主动运输来选择性吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。下列不属于主动运输特点的是 (　　)
A．需要消耗能量
B．不需要载体蛋白
C．能将物质逆浓度梯度运出细胞
D．能将物质逆浓度梯度运入细胞
B
解析：
主动运输能将物质逆浓度运入或运出细胞，既需要消耗能量，也需要载体蛋白的协助，B错误。
2．(2024·贵港高一期末)下图表示物质借助转运蛋白的跨膜运输。下列相关叙述错误的是 (　　)
A．物质a、b跨膜运输方式为协助扩散
B．物质a跨膜运输过程要与通道蛋白结合
C．物质c跨膜运输过程会发生载体蛋白磷酸化
D．载体蛋白只允许与其结合部位相适应的物质通过
B
解析：
物质a、b跨膜运输均为顺浓度梯度并且需要借助转运蛋白，方式为协助扩散，A正确；通过通道蛋白运输的物质，不需要与通道蛋白结合，B错误；物质c跨膜运输过程会发生ATP水解，产生的Pi会将载体蛋白磷酸化，C正确；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，D正确。
3．(2024·徐州高一检测)长期滥用抗生素会导致细菌耐药性增强，研究表明细菌能通过外排系统不断地排出抗生素分子(如四环素和大环内酯等)，如下图所示。下列相关叙述错误的是 (　　)
A．H＋进入细菌细胞属于协助扩散
B．细菌外排大环内酯属于主动运输
C．细菌外排四环素属于协助扩散
D．添加载体蛋白抑制剂有助于降低细菌的耐药性
C
解析：
分析题图可知，H＋进入细菌细胞为顺浓度梯度、需要转运蛋白的协助扩散，A正确；细菌外排大环内酯需要消耗ATP水解释放的能量，属于主动运输，B正确；细菌外排四环素是逆浓度梯度且借助转运蛋白的主动运输，C错误；据图分析，大肠杆菌外排抗生素分子需要载体蛋白参与，故添加载体蛋白抑制剂不利于抗生素分子的排出，从而降低细菌的耐药性，D正确。
任务二__胞吞与胞吐
一些大分子物质会与细胞膜上的特定蛋白质相互识别并被“拽住”，细胞膜内陷形成小囊泡，在能量的作用下，最终小囊泡被“剪切”下来离开细胞膜进入细胞中。
[问题探究]
1．请根据图文资料辨析大分子物质进出肾小管上皮细胞的方式是__________________________________________________________。
答案：胞吞和胞吐
2．胞吞与胞吐过程的实现与生物膜的结构特性有什么关系？
答案：生物膜的流动性是胞吞、胞吐的基础。
胞吞与胞吐的特点及意义
(1)特点
①需要消耗细胞呼吸所释放的能量。
②需要细胞膜上特定蛋白质的识别。
③依靠细胞膜的流动性。
(2)意义：完成大分子物质的运输，对生物膜的更新和维持细胞的生存与生长是必要的。
关于胞吞与胞吐的三点提醒
(1)胞吞过程需要某些特定的膜蛋白的作用，但是不需要转运蛋白的作用。
(2)胞吐不是只能运输大分子物质，也可以运输小分子物质，如神经递质。
(3)被动运输和主动运输主要体现了膜的选择透过性，胞吞、胞吐主要体现了膜的流动性。
1．下图表示两种细胞输入和输出物质的方式。下列相关叙述中错误的是 (　　)
A．图1表示胞吞，图2表示胞吐
B．图1和图2中两种物质运输方式说明生物膜具有流动性
C．图1过程需要消耗ATP，而图2过程不需要
D．抗体和消化酶的释放方式均与图2中的方式相同
C
解析：
分析题图可知，图1表示胞吞，图2表示胞吐，A正确；胞吞和胞吐的结构基础是生物膜具有流动性，B正确；胞吞和胞吐都是耗能过程，需要ATP为其提供能量，C错误；抗体和消化酶的释放方式都是胞吐，D正确。
2．受体介导的胞吞是细胞外的生物大分子(包括病毒、毒素等)选择性地与受体结合后，经胞吞作用而进入细胞的过程。下列相关叙述正确的是 (　　)
B
A．Na＋、K＋等离子主要通过此方式吸收
B．细胞膜的流动性是图中囊泡形成的基础
C．细胞膜上与甲结合的受体也能与乙结合
D．细胞对甲的吸收过程不需要消耗能量
解析：
Na＋、K＋等离子主要通过协助扩散或主动运输的方式被吸收，而图示的方式是胞吞，A错误；胞吞过程是依赖细胞膜的流动性实现的，细胞膜的流动性是图中囊泡形成的基础，B正确；细胞膜上与甲结合的受体不能与乙结合，因为受体具有特异性，该过程能体现细胞膜的选择透过性，C错误；细胞对甲的吸收过程为胞吞过程，该过程需要消耗能量，D错误。
霍乱是一种急性肠道传染病，“幕后黑手”为霍乱弧菌，其分泌的霍乱肠毒素是一种蛋白质，感染者会出现腹泻、呕吐等症状。
设计1：考查知识迁移能力
(1)霍乱肠毒素的基本组成单位是________，霍乱弧菌利用该物质在核糖体上经过____________反应合成霍乱肠毒素。
霍乱的治疗——社会责任
设计2：考查长句表达能力与科学思维
(2)当霍乱弧菌侵入到人体肠道后，其分泌的霍乱肠毒素(由1个A亚单位和5个B亚单位组成)引发的变化如图，霍乱肠毒素与肠细胞膜上的糖脂(GM1)结合后，发生了空间结构的改变，并通过________方式进入肠道细胞内。进入细胞后的霍乱肠毒素可催化ADP-R的合成并将其连接到Gs蛋白上，使其不断激活______________致使细胞中的________分子增加，进而激活了大量Na＋、Cl－、K＋等离子通道。试分析霍乱感染者出现腹泻、呕吐等症状的原因：_________________________________________
_____________________________________________________________。
设计3：考查问题解决能力与社会责任
(3)为了减少腹泻次数并有效缩短病程，临床上常使用多西环素、诺氟沙星等广谱杀菌药来清除病原菌。根据设计2中提到的霍乱发病机理，提出一个治疗霍乱的新方法：_____________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________。
答案：(1)氨基酸　脱水缩合
(2)胞吞　腺苷酸环化酶　cAMP　细胞中大量离子流入肠腔，导致大量水分子流入肠腔
(3)抑制腺苷酸环化酶的活性或降低细胞内cAMP的含量或抑制细胞离子通道
解析：
(1)霍乱肠毒素是一种蛋白质，基本组成单位为氨基酸，霍乱弧菌利用氨基酸在核糖体上经过脱水缩合反应合成霍乱肠毒素。(2)由图示可知，霍乱肠毒素与肠细胞膜上的糖脂(GM1)结合后，发生了空间结构的改变，并通过胞吞方式进入肠道细胞内。进入细胞后的霍乱肠毒素可催化ADP-R的合成并将其连接到Gs蛋白上，激活腺苷酸环化酶，致使细胞中的cAMP分子增加，进而激活了大量Na＋、Cl－、K＋等离子通道，促进Na＋、Cl－、K＋流入肠腔，导致大量水分子流
解析：
入肠腔，引起腹泻、呕吐等症状。(3)根据霍乱发病机理，可通过抑制腺苷酸环化酶的活性或降低细胞内cAMP的含量或抑制细胞离子通道等措施来治疗霍乱。
1．胃壁细胞内的H＋通过一种转运蛋白消耗ATP逆浓度梯度转运至细胞外，在分泌小管与Cl－结合形成HCl(胃酸的主要成分)。该过程中H＋的跨膜运输方式属于 (　　)
A．协助扩散 B．自由扩散
C．胞吐作用 D．主动运输
D
解析：
H＋通过一种转运蛋白消耗ATP逆浓度梯度转运至细胞外，属于主动运输，D正确。
2．(2024·桂林高一统考期末)科学家通过电子显微镜观察发现，细胞内受损的线粒体移动到细胞膜附近时，细胞膜会形成管状的收缩丝将受损线粒体包裹，细胞在运动的过程中收缩丝向细胞外凸出，最后脱落，从而将受损的线粒体排出细胞外。细胞排出受损线粒体的方式属于 (　　)
A．自由扩散 B．协助扩散
C．主动运输 D．胞吐
D
解析：
根据题意可知，受损的线粒体会被细胞膜收缩丝包裹并排出细胞外，这种排出方式属于胞吐，D正确。
3．有一种物质逆浓度梯度透过小肠绒毛上皮细胞膜，且需膜上蛋白质的协助。这种物质及其透过小肠绒毛上皮细胞膜的方式分别是 (　　)
A．氧气，自由扩散
B．葡萄糖，协助扩散
C．葡萄糖，主动运输
D．蛋白质，胞吐
C
解析：
该物质在膜上蛋白质的协助下逆浓度梯度透过小肠绒毛上皮细胞膜，故为主动运输；葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞的方式为主动运输。故选C。
4．下图为吞噬细胞吞噬异物的过程。下列与该方式类似的过程是 (　　)
A．变形虫摄取食物
B．肝脏细胞吸收葡萄糖
C．性腺细胞分泌性激素
D．甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘
A
解析：
图示为吞噬细胞吞噬异物的过程，属于胞吞。变形虫摄取食物通过胞吞完成，A符合题意；肝脏细胞吸收葡萄糖的方式为主动运输，与图示方式不同，B不符合题意；性激素属于类固醇类激素，本质是脂质，通过自由扩散出性腺细胞，与图示方式不同，C不符合题意；甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的方式为主动运输，与图示方式不同，D不符合题意。
5．下列有关物质进出细胞的运输方式的判断，正确的是 (　　)
A．不消耗能量的运输方式一定为被动运输
B．消耗能量的运输方式一定为主动运输
C．顺浓度梯度的运输方式一定为自由扩散
D．需转运蛋白协助的运输方式一定为协助扩散
A
解析：
被动运输包括自由扩散和协助扩散，不消耗能量，A正确；消耗能量的运输方式不一定为主动运输，还有胞吞和胞吐，B错误；顺浓度梯度的运输方式不一定为自由扩散，还有协助扩散，C错误；需转运蛋白协助的运输方式不一定为协助扩散，还有主动运输，D错误。
6．下图所示为物质出入细胞的几种方式，请回答有关问题：
(1)填写以下有关物质运输方式及结构的名称：
图①：______________；图②：______________；
图③：______________；图④：______________；
a：____________；图⑤：________________。
(2)图中物质运输过程仅受“浓度差”制约的为图________。加入呼吸酶抑制剂处理，物质运输过程会受影响的是图________。
(3)甘油分子跨膜运输遵循图______所示模式，红细胞吸收葡萄糖与图______所示模式一致，水分子多数以图______所示模式进出细胞，多数离子跨膜运输方式应为图______所示模式。
(4)蛋白质的释放应符合图________所示模式，该模式__________(填“需要”或“不需要”)消耗能量，其运输机制与膜的__________有关。
答案：(1)①自由扩散　②协助扩散　③协助扩散　④主动运输　a．载体蛋白　⑤胞吞和胞吐
(2)①　④⑤
(3)①　②　③　④
(4)⑤　需要　流动性
解析：
(1)图①：物质通过生物膜从高浓度一侧向低浓度一侧运输，不需要转运蛋白，不需要能量，为自由扩散。图②：物质通过生物膜从高浓度一侧向低浓度一侧运输，需要载体蛋白，不需要能量，为协助扩散。图③：物质通过生物膜从高浓度一侧向低浓度一侧运输，需要通道蛋白，为协助扩散。图④：物质通过生物膜从低浓度一侧向高浓度一侧运输，需要载体蛋白，需要能量，为主动运输，其中结构a为载体蛋白。图⑤：物质运输需要具膜小泡的参与，为胞吞、
解析：
胞吐，需要消耗能量。(2)物质运输过程仅受“浓度差”制约的为自由扩散。呼吸酶抑制剂抑制细胞呼吸释放能量，影响主动运输和胞吞、胞吐。(3)甘油分子跨膜运输为自由扩散，红细胞吸收葡萄糖为协助扩散，水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞的，多数离子跨膜运输方式为主动运输。(4)蛋白质属于大分子物质，其释放到细胞外属于胞吐，需要消耗能量，其运输机制与膜的流动性有关。

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