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4.2 主动运输与胞吞、胞吐 教案
一、教学目标
1.阐明主动运输的过程、特点和意义（重、难点）。
2.举例说明胞吞和胞吐的过程（重、难点）
3.利用细胞膜的流动镶嵌模型解释各种物质跨膜运输的方式。
二、教学重难点
教学重点：主动运输与胞吞、胞吐的特点。
教学难点：主动运输与胞吞、胞吐的特点。
三、教学过程
【新课导入】
情境导入：
肾脏是人体的重要器官，它由170～240万个肾单位（肾小球、肾小囊和肾小管）组成，肾的基本功能是生成尿液。
教师活动：展示课本有关问题探讨的内容和图片，引导学生阅读教材并思考问题。
学生活动：阅读教材中的“问题探讨”，依据被动运输的概念作出合理判断。认同主动运输方式在细胞生命活动中的普遍性。
问题探讨：
人体甲状腺分泌的甲状腺素，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。
讨论：
1.甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是通过被动运输吗？
提示：不是，被动运输是顺浓度梯度的，而甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是逆浓度梯度的。
2.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？
提示：需要能量的推动。
3.这在各种物质的跨膜运输中是特例还是具有一定的普遍性？
提示：具有普遍性。
（设计意图：利用生活情境，直入主题，引发学生思考和兴趣。引导学生建立和发展根据已有的情境提出问题、焕发进行科学探究的意识和能力；激发学生兴趣，引人不同于被动运输的物质进出方式。）
这节课我们来学习另外一种跨膜运输方式——主动运输。
【新课学习】
目标1：主动运输
讲述：其实无论是植物细胞、动物细胞还是微生物细胞，都有许多物质的跨膜运输是逆浓度梯度的。例如，小肠液中氨基酸、葡萄糖的浓度远远低于它们在小肠上皮细胞中的浓度，但它们仍能够被小肠上皮细胞吸收；人红细胞中钾离子浓度比血浆中高30倍。轮藻细胞中K+的浓度比周围水环境高63倍。这些物质为什么能逆浓度梯度运输呢？
学生活动：认真听讲，思考问题。
教师活动：展示事实，结合教材内容，组织学生小组合作，问题探讨，进而引导学生归纳总结被动运输的概念和特点。
学生活动：阅读材料，思考，讨论，概括，归纳总结被动运输的概念和特点。
事实1：肾小球滤过量180L/d，尿量1.5L/d
事实2：肾小球每天滤过钠约500g，每天尿液中排出3-5g
任务1：探究Na+进、出肾小管上皮细胞的方式
肾小管上皮细胞内Na+浓度仅为10mmol.L-1, 远低于细胞外。ATP为一种能源物质。
（1）肾小管腔中原尿里大量的Na+以何种方式进入肾小管上皮细胞？请说出判断依据。
提示：协助扩散，Na+顺浓度梯度且借助于通道蛋白进入肾小管上皮细胞。
（2）Na+以何种方式运出肾小管上皮细胞？请说出判断依据。
提示：协助扩散，Na+顺浓度梯度且借助于通道蛋白进入肾小管上皮细胞。
教师活动：动画演示主动运输的过程，引领学生归纳总结主动运输的概念，主动运输特点。
学生活动：观看动画，进行总结。
评价、总结：Na+、K+和Ca2+等离子和其他物质在逆浓度梯度跨膜运输时，首先要与膜上载体蛋白的特定部位结合，由于不同离子或分子的大小和性质不同，不同蛋白质的空间结构差别也很大，所以一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合。离子或分子与载体蛋白结合后，在细胞内化学反应释放的能量推动下，载体蛋白的空间结构发生变化，就将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧并释放出来，载体蛋白随后又恢复原状，又可以去转运同种物质的其他离子或分子。
1.主动运输概念：像这样，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
2.主动运输的特点：逆浓度梯度，需要载体蛋白的协助，需要消耗能量。
（设计意图：利用动画演示，增强直观感，培育学生观察和归纳分析的能力和意识。）
事实3 原尿中的葡萄糖在肾小管几乎全部被重吸收
任务2：探究葡萄糖进、出肾小管上皮细胞的方式
肾小管上皮细胞逆浓度吸收葡萄糖时，没有直接消耗ATP，而是利用Na+浓度差的能量。但是Na+浓度差的建立是依靠Na+-K+泵的，而Na+-K+泵需要消耗ATP。
（1）图中葡萄糖进、出肾小管上皮细胞分别是何种方式？
提示：进：主动运输 出：协助扩散
（2）Na+-K+泵对葡萄糖的运输有无影响？
提示：有影响。
（3）图中同一种物质进出细胞的方式是否相同？
提示：不同，如葡萄糖；Na+
3.主动运输的类型
（1）直接型：直接消耗ATP的主动运输，通常称为泵（ATP驱动泵）
（2）间接型：利用依赖ATP的Na+-K+泵活动建立的细胞膜两侧Na+的跨膜浓度梯度主动运输。
4.主动运输的意义
教师活动：引导学生思考主动运输的意义，并进行归纳总结。
学生活动：认真聆听，思考归纳总结。
任务3：请据资料分析主动运输的意义
资料：原尿中的葡萄糖如果不能全部被肾小管上皮细胞重吸收，则会排出体外，对人体不利。机体每天可产生40～60mmol氢离子（H+）固定酸，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+功能可以确保其从尿液中顺利排出。
提示：主动选择吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，从而保证细胞和个体生命活动的需要。
体现了生物膜的选择透过性。
提问：你还指导哪些主动运输的例子？
学生：举例介绍。
举例：葡萄糖、氨基酸进入小肠绒毛上皮细胞；植物根细胞吸收矿质元素等都属于主动运输。
提问：主动运输有什么意义？
学生：思考，自由回答。
评价、总结：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吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，从而保证细胞和个体生命活动的需要。
主动运输的意义：保证活细胞按照生命活动的需要，主动选择吸收所需的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。
注意：不同离子或分子的大小和性质不同，所以不同转运蛋白质的空间结构差别也很大，一种转运蛋白通常只能运输一种或一类离子或分子。
5.影响主动运输运输速率的因素
任务4：请据资料分析影响主动运输运输速率的因素
资料二：若切断肾的供氧渠道，重吸收马上停止。
资料三：载体介导的跨膜转运速率存在饱和现象，表现为载体对所转运物存在量的极限，载体与所转运物质的结合达到限度，即使再提高浓度差，也不会再提高运输效率。
提示：氧气供应和载体蛋白的数量会影响主动运输的速率。
教师活动：引领小组讨论，列表对比主动运输和被动运输三种方式的异同点。
学生活动：小组讨论，填表。比较主动运输和被动运输，归纳得出主动运输和被动运输的异同点。。
与社会的联系——囊性纤维病
教师活动：科学家研究这些转运蛋白的结构有什么用呢？请大家看一下教材70页“与社会的联系” 栏目中的内容。
学生活动：阅读，了解囊性纤维病。
囊性纤维化发生的一种主要原因是，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。这一发现给囊性纤维化的治疗带来了新的希望。请你通过搜集资料，了解与物质跨膜运输有关的疾病的研究进展。
提示：囊性纤维化病主要源于患者转运氯离子的CFTR蛋白异常，导致患者支气管黏液增多，易发细菌感染。
过渡：绝大部分离子、小分子物质可自由扩散或借助转运蛋白穿过细胞膜，但对于像蛋白质、多糖这样的大分子物质无法穿过细胞膜如何出入细胞呢？生物体依靠被动运输和主动运输是否能运输所有物质？
目标2：胞吞、胞吐
提出问题：转运蛋白虽然能够帮助离子和小的分子通过细胞膜，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。那么这些大分子是怎样进出细胞的呢？
教师活动：展示变形虫等多个胞吞和胞吐示意图，组织学生阅读教材，引导学生复习分泌蛋白的合成、运输、分泌过程，进而归纳总结胞吞、胞吐的过程和特点。
变形虫摄取水中的有机物颗粒，就需要解决大分子物质进入细胞的问题（图4-7）。
乳腺细胞合成的蛋白质、内分泌腺分泌细胞合成的蛋白质类激素、消化腺细胞分泌的消化酶，都需要排出细胞外。其实，大部分细胞都能够摄人和排出特定的大分子物质。这些大分子是怎样进出细胞的呢？
展示胞吞和胞吐示意图：
学生活动：观看胞吞胞吐示意图，阅读教材，复习回顾知识，思考回答相关问题，并进行归纳总结。
事实4 原尿中每天滤出的蛋白质可达1.8g左右，但尿液中几乎无蛋白质
任务5：请据图文资料辨析大分子物质进、出肾小管上皮细胞的方式
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。
教师活动：引领学生观察，思考。归纳分析胞吞胞吐过程、特点。并列表对比胞吞胞吐的异同。
学生活动：思考、回答、归纳。
（1）胞吞、胞吐过程的实现与生物膜结构的特性有什么关系？
提示：细胞结构的流动性是胞吞、胞吐的基础，胞吞、胞吐过程中膜的变形本身也体现了膜的流动性。生物膜的流动性是胞吞、胞吐的基础。
（2）物质通过胞吞、胞吐进出细胞的方式有何特点？
提示：需要消耗能量和特定蛋白质的识别。
（3）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。
提示：因为游离于细胞质基质的核糖体，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，而附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质进入内质网腔中，并借助囊泡移动进入高尔基体，经加工包装后，包裹在囊跑中的蛋白质就可以胞吐的方式分泌到细胞外。
教师活动：结合胞吞胞吐示意图和问题探讨，引导学生概述胞吞胞吐的过程、特点和意义。
学生活动：观察胞吞作用的过程和特点，并进行归纳总结。
1.胞吞胞吐的过程
（1）胞吞过程
归纳、总结：当细胞摄取大分子时，首先是大分子与膜上的蛋白质结合，从而引起这部分细胞膜内陷形成小囊，包围着大分子。然后，小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部，这种现象叫胞吞。
（2）胞吐过程
归纳、总结：细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞，这种现象叫胞吐。
在物质的跨膜运输过程中，胞吞、胞吐是普遍存在的现象，它们也需要消耗细胞呼吸所释放的能量。
小结：胞吞、胞吐的特点。
胞吞、胞吐的特点：消耗能量，不需要载体。
提问：想一想，胞吞、胞吐靠的是细胞膜的什么特点呢？
回答：流动性。
师生共同总结：
1.运输的物质：大分子或颗粒
2.运输特点：消耗能量、 不需要载体（需要膜上的蛋白质的参与）
3.结构基础：细胞膜的流动性
4.意义：通过胞吐细胞向外分泌分泌蛋白和激素，通过胞吞消灭细菌、癌细胞、及衰老的红细胞、细胞碎片从保证生命活动的正常进行。
提示：胞吞、胞吐属于跨膜运输，但穿过的膜层数为0层。
下面请大家再看两个单细胞生物进行胞吞和胞吐的例子。
与社会的联系——痢疾内变形虫
变形虫既能通过胞吞摄取单细胞生物等食物，又能通过胞吐排出食物残渣和废物。在人体肠道内寄生的一种变形虫一一痢疾内变形虫，能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，并引发阿米巴痢疾。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。
综上所述，除一些不带电荷的小分子可以自由扩散的方式进出细胞外，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，这又一次体现了蛋白质是生命活动的承担者。一种转运蛋白往往只适合转运特定的物质，因此，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，对许多物质的跨膜运输起着决定性的作用，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。像蛋白质这样的生物大分子，通过胞吞或胞吐进出细胞，其过程也需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性。
目标3：物质跨膜运输小结
教师活动：引领学生归纳总结判断物质出入细胞的方式。
学生活动：归纳思考回答，得出判断物质出入细胞的方式的流程图。
1.被动运输与主动运输的比较
2.分析下列曲线所代表的物质运输方式及物质运输速率的影响因素
①运输方式：_____________________； 影响物质运输速率的因素有：_____________________。
（ 自由扩散 物质浓度 ）
②运输方式：_____________________；影响a点运输速率的因素是：_____________________；b点之后运输速率不再改变的原因是______________________________________________________。
（ 协助扩散或主动运输 物质浓度 膜上转运蛋白的数量有限 ）
③运输方式：_________________________________________________________________________；
（自由扩散或协助扩散或哺乳动物成熟红细胞的主动运输）
④运输方式：___________________。a点所需能量来自于无氧呼吸，影响b点运输速率的因素是：______________________________________；c点之后运输速率不再改变的原因是____________________________________________________________________________。
（ 主动运输 氧气浓度 膜上载体蛋白的数量有限 ）
课堂小结：
四、板书设计
4.2 主动运输与胞吞、胞吐
一、主动运输
1.概念
2.特点：①逆浓度梯度运输；②需要载体（具有特异性）；③需要消耗能量（ATP）。
3.类型
4.意义
5.影响主动运输运输速率的因素
6.跨膜运输方式的比较
二、胞吞与胞吐
1.胞吞、胞吐的过程
2.运输的物质
3.运输特点：①需要消耗能量，不需要载体；②0层膜；③胞吞需要糖蛋白识别。
4.结构基础
5.意义
三、物质跨膜运输小结
1.被动运输与主动运输的比较
2.分析下列曲线所代表的物质运输方式及物质运输速率的影响因素

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