资源简介

4.1 被动运输
第2课时 被动运输 教案
一、教学目标
1.阐明被动运输的原理和特点（重点）。
2.转运蛋白的种类和作用（难点）。
二、教学重难点
教学重点：1.说明探究实验的基本方法和一般过程。
2.知道细胞与外界溶液一起可以构成一个渗透系统。
3.举例说出细胞膜是选择透过性膜。
教学难点：1.如何设计实验过程（材料、实验用具、试剂的选择，实验结果的预测等）。
2.理解细胞膜不仅是半透膜，还是选择透过性膜。
三、教学过程
【导入新课】
回顾：水进出哺乳动物红细胞的原理。
当外界溶液浓度＜细胞质的浓度时，细胞吸水；当外界溶液浓度＞细胞质的浓度时，细胞失水；当外界溶液浓度＝细胞质的浓度时，水分进出平衡。
成人每昼夜生成的原尿量可达180 L，但每日排出的终尿量仅1～2 L，可见原尿经过肾小管和集合管时，约有99%的水分被重吸收回血液。再从成分比较，终尿与原尿也有很大差别，例如，原尿含葡萄糖，终尿无，肾小管上皮细胞如何对原尿中的物质进行重吸收的？
【新课学习】
目标：自由扩散和协助扩散
1.自由扩散
教师活动：展示资料，结合资料和教材内容，组织小组合作进行问题探讨，引导学生归纳总结自由扩散的含义，运输方向，特点，实例和影响因素。
学生活动：阅读材料，观察，描述，比较，概括，分析，思考，讨论并总结自由扩散的概念及特点，归纳总结。
活动1：探究气体和甘油等分子进出细胞的方式
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，结果如下图。
讲解：在科学研究的过程中，科学家往往建立一些模型来简化复杂的真实情境，肾小管上皮细胞重吸收各种分子或者离子，关键要通过细胞的细胞膜，因此科学家首先构建了一个脂双层结构来模拟细胞膜，图示为人工合成的脂双层对物质的通透性。O2，CO2，N2，苯，尿素，甘油都可以通过脂双层。而葡萄糖、蔗糖以及钾离子、钠离子、钙离子等各种离子都无法通过人工的脂双层。
问题1.请据图分析气体和甘油是如何进出细胞的？
气体和甘油对人工膜和生物膜的透性相同，因此它们是通过扩散作用进出细胞的。
问题2.甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？
提示：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。
讲解：这与分子本身的大小和性质有关，而对分子的大小和性质进行选择的，就是构成脂双层的磷脂分子。磷脂分子一端是极性的头部，另一端是长长的非极性的脂肪酸链构成的尾部，相对排列成脂双层后，小分子比大分子更容易穿膜，非极性分子比极性分子更容易穿膜。O2，CO2，N2，苯是非极性的小分子物质，对脂双层的通透性是最大的；而尿素，甘油虽然是极性分子，但是分子量小且不带电荷，也能够通过脂双层，但是通透性低于氧气等分子。葡萄糖、蔗糖分子量比较大，而且具有极性，这两个因素共同导致其无法通过脂双层；构成脂双层的磷脂分子具有长长的疏水的尾部，所以带电荷的离子难以通透。
（设计意图：让学生观察，描述分析，提高学生结概括能力，提高学生的逻辑分析能力。）
活动2：探究水分子进出细胞的方式
资料2：水分子比较小，在活细胞中含量最多，人们曾经认为它们以自由扩散穿过细胞膜磷脂分子的间隙而进出细胞。
问题1.由资料2和“生物膜和人工膜对同种物质的透性差异”的实验结果，你能得出什么推论？
提示：水分子通过细胞膜时的速率高过自由扩散的速率，由此推断细胞膜上可能存在特殊的水的跨膜运输方式。
资料3：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，结果如下图所示。
结合上述材料和问题的学习，师生共同归纳：
（1）自由扩散的概念：有些小分子物质，像O2、CO2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。
（2）自由扩散的特点：顺浓度梯度，不需要转运蛋白的协助，不消耗能量。
（3）举例：水分子，O2和CO2等气体，甘油、乙醇、苯等脂溶性小分子都是通过自由扩散方式进出细胞的。
2.协助扩散
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。
活动3：探究葡萄糖进出细胞的方式
教师活动：展示材料，组织学生分别小组讨论每给出材料后的相关问题，教师起到关键引导作用。引导学生归纳总结协助扩散的含义，运输方向，特点，实例和影响因素。
学生活动：充分阅读材料，提取关键信息，认真观看老师展示的图例思考，分析整合思考，观察，描述，比较，概括，分析认识到水分子的跨膜除了自由扩散，最主要依靠协助扩散，归纳总结协助扩散的含义，特点和实例。
资料4：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。
问题1.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？
提示：顺浓度梯度运输、不消耗能量
问题2.如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？
提示：需要借助转运蛋白、顺浓度梯度运输、不消耗能量。
归纳、讲述总结：协助扩散的过程和特点。
（1）协助扩散的概念：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，需要借助载体蛋白或通道蛋白的协助，顺浓度梯度进行跨膜运输。这种借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散，也叫易化扩散。
（2）协助扩散的特点：顺浓度梯度，需要转运蛋白的协助，消耗能量。
（3）举例：无机离子和有机小分子，如Na+，Cl-、葡萄糖、氨基酸、核苷酸等可以以协助扩散的方式进出细胞。
（设计意图：使学生综合运用到课程标准所提到的“观察，描述，比较，概括，分析”等技能提高学生提取关键信息，分析整合，根据已学知识进行分析问题，学生总结概括能力。渗透科学探究思维，体现结构与功能相适应的观点。）
活动4：比较通道蛋白和载体蛋白的异同
教师活动：动画演示转运蛋白中的通道蛋白和载体蛋白，并列表从转运特点、自身构象、是否与转运的分子结合、是否有特异性、实例等方面进行比较。
学生活动：在老师的引导下观察，描述，比较，概括，分析将通道蛋白和载体蛋白进行对比，加深对二者的认识。
讲解：通过两幅示意图，发现载体蛋白需要与被运输的物质结合，转运时会发生自身构象的改变，这意味着载体蛋白对被运输的物质具有高度的选择性，比如说膜上的葡萄糖载体蛋白只能转运葡萄糖分子；而分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合，但是通道蛋白只容许与自身通道直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过。也就是说，虽然通道蛋白不与物质结合，通道蛋白对被运输的物质同样具有特异性或选择性。
拓展资料：通道蛋白的开放和关闭受到调控
活动5：归纳：自由扩散和协助扩散有哪些共性
1.物质均以扩散的方式进出细胞
2.都是顺浓度梯度的跨膜运输
3.均不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量
3.被动运输
综合上述三个共性，我们可以总结被动运输的概念：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反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
4.被动运输的影响因素
活动6：分析被动运输的影响因素
判断：哪条曲线是自由扩散/协助扩散？ 请说出判断依据。
依据：自由扩散和协助扩散都是顺浓度梯度进行跨膜运输，不需要消耗细胞内化学反应产生的能量，因此膜内外物质浓度差的大小会直接影响运输速率，自由扩散的物质可以自由通过细胞膜，不需要膜上的转运蛋白协助，所以膜两侧的浓度差越大，其运输速率越大。
提出问题：为什么随着膜两侧浓度差的升高，物质的运输速率没有一直提高？请据资料回答：
资料5：胰岛素降血糖的原因之一是作为信号，调节组织细胞膜上葡萄糖载体蛋白的数量增多，促进血液中的葡萄糖进入组织细胞，从而降低血糖浓度。
葡萄糖载体蛋白在细胞膜上的数量是有限的，并且葡萄糖需要与载体蛋白结合后才能被转运，所以载体蛋白的数量限制了细胞吸收葡萄糖的速率。
归纳总结：被动运输的影响因素
影响被动运输的因素：温度、膜内外物质浓度梯度的大小，某些物质运输的速率还与转运蛋白的数量有关。
课堂小结：
四、板书设计
第1节 被动运输
第2课时 自由扩散与协助扩散
一、自由扩散
二、协助扩散
三、被动运输
四、被动运输的影响因素

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