资源简介

第2节　主动运输与胞吞、胞吐
高中生物学 必修1 分子与细胞 · 学案
班级：________　姓名：________　学号：________
一、学习目标
1．生命观念：通过分析相关资料，理解主动运输和胞吞、胞吐的过程和特点，构建核心概念，形成结构与功能观、物质与能量观。
2．科学思维：通过主动运输与被动运输的比较，提升归纳与概括的科学思维能力与建模能力。
3．社会责任：运用物质进出细胞的知识，了解与之相关的疾病，关注人体健康。
二、情境导入
小肠是人体吸收营养物质的主要器官。小肠上皮细胞能从肠腔中吸收葡萄糖，又能将其运出细胞进入组织液，还能借助Na K 泵维持细胞内外的钠钾离子浓度差，供机体生命活动所需。物质进出细胞既可能顺浓度梯度自发进行，也可能逆浓度梯度而需要额外供能，这些运输是如何实现的呢？
①葡萄糖进出小肠上皮细胞的运输方式相同吗？②细胞要逆浓度梯度摄取或排出物质，需要满足哪些条件？
三、自主预学
任务一　主动运输
1．概念：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．过程：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分子或离子。
3．实例：K 、Ca 和Na 等离子通过细胞膜；氨基酸、葡萄糖进入小肠上皮细胞。
4．意义：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。
任务二　胞吞与胞吐
1．胞吞：当细胞摄取大分子物质时，大分子先与膜上的蛋白质结合，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。
实例：细胞摄取蛋白质和多糖等大分子物质。
2．胞吐：细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，然后移动到细胞膜处并与之融合，将大分子排出细胞，这种现象叫胞吐。
3．耗能：胞吞、胞吐需要消耗细胞呼吸所释放的能量。
4．大分子运输与膜特性：蛋白质等大分子物质不能利用载体蛋白进出细胞，只能通过胞吞和胞吐的方式进出细胞。这两种方式的存在证明了细胞膜具有流动性的特点。
任务三　物质跨膜运输的方式与细胞膜结构的关系
1．选择透过性的基础：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。
2．胞吞、胞吐的条件：胞吞和胞吐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。
图1　主动运输与胞吞、胞吐知识归纳
任务四　概念辨析（判断）
葡萄糖在生物体内的运输方式主要有主动运输和协助扩散两种。小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞通过主动运输跨膜运输葡萄糖；大多数组织细胞（如红细胞）则以协助扩散顺浓度梯度运输葡萄糖。据此判断：
(1)细胞主动运输葡萄糖的结果是使物质在细胞膜内外的浓度趋于相同。(×)
(2)主动运输葡萄糖的过程中载体蛋白的空间结构不发生改变。(×)
(3)葡萄糖的吸收速率与外界葡萄糖的浓度呈正相关。(×)
(4)大分子有机物要通过载体蛋白的作用才能进入细胞内，并且需要消耗能量。(×)
(5)胞吞、胞吐过程会导致细胞膜成分的更新。(√)
(6)胞吞形成的囊泡，在细胞内可以被溶酶体中的水解酶降解。(√)
四、课堂探究
探究一　主动运输
[教材情境] 阅读教材P69～70“主动运输”并结合图示中有关葡萄糖进出小肠上皮细胞的方式，小组合作，思考并完成下列探究任务。
图2　小肠上皮细胞对葡萄糖的转运示意图
1．Na K 泵运输Na 和K 为主动运输，据图分析，主动运输的物质浓度方向和条件分别是什么？
2．主动运输过程中载体蛋白发生怎样的变化？
3．小肠上皮细胞中的葡萄糖以何种方式运出到组织液中？请说出判断依据。
4．肠腔中的葡萄糖以何种方式进入小肠上皮细胞？请说出判断依据。
5．若切断小肠上皮细胞的供氧渠道，Na 泵工作马上停止。分析影响主动运输的因素有哪些？
6．若减少小肠上皮细胞的氧气供应量，小肠上皮细胞吸收葡萄糖会不会受影响？为什么？
7．图中同一种物质进出细胞的方式是否相同？
探究二　影响物质跨膜运输的因素与实验探究
1．物质进出细胞的方式比较（见下表）。
2．影响物质跨膜运输的因素
(1)细胞膜两侧物质浓度差
图3　物质运输速率与浓度差的关系
(2)O 浓度
图4　物质运输速率与O 浓度的关系
(3)温度
图5　温度影响物质运输速率的机制
3．物质跨膜运输方式的实验探究
(1)实验原理：根据主动运输和被动运输对能量和转运蛋白的需求，确定实验的自变量。
(2)实验方法
①探究是主动运输还是被动运输的方法。
图6　判断主动运输与被动运输的探究逻辑
②探究是自由扩散还是协助扩散的方法。
图7　判断自由扩散与协助扩散的探究逻辑
典例精析（一）
1．苏丹Ⅳ是一种致癌的有机染料，一些养殖户用掺入苏丹Ⅳ的饲料喂养蛋鸭，结果产出了有毒的“红心”鸭蛋。由此推断，苏丹Ⅳ能进入卵黄，说明它可能是(　)
A．脂溶性物质，进入方式是主动运输
B．脂溶性物质，进入方式是被动运输
C．水溶性物质，进入方式是主动运输
D．水溶性物质，进入方式是被动运输
2．动物细胞靠ATP水解供能驱动Na K 泵工作，结果造成细胞膜两侧的K 、Na 不均匀分布，有助于维持动物细胞的渗透平衡。如图为Na K 泵的结构(左半部分)与工作模式(右半部分)示意图。下列相关描述正确的是(　)
图8　Na K 泵的结构与工作模式示意图
A．Na K 泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白
B．在细胞内侧β亚基与Na 结合促进ATP水解，将Na 泵出细胞
C．图中K 、Na 顺浓度梯度进行输入和输出的跨膜转运方式为协助扩散
D．使用乌苯苷取代K 后，不会影响到Na K 泵的功能
探究三　胞吞与胞吐
[教材情境] 阅读教材P70～72“胞吞与胞吐”，并结合以下资料，小组合作，思考并完成下列探究任务。
资料1：下图是抗体(分泌蛋白)的合成与分泌的过程。
图9　抗体(分泌蛋白)的合成与分泌过程示意图
资料2：细胞摄取大分子的过程如图中a所示，细胞排出大分子的过程如图中b所示。
图10　胞吞(a)与胞吐(b)示意图
1．资料1中抗体(分泌蛋白)是通过自由扩散、协助扩散或者主动运输运出细胞吗？为什么？
2．据上述资料可知，大分子物质进出细胞都会发生膜的弯曲、折叠和融合，这主要体现了生物膜的什么特性？
3．资料2中a方式称为胞吞，b方式称为胞吐，试说明大分子进入细胞和排出细胞的过程。
4．如果用抑制剂降低细胞呼吸，细胞的能量供应减少，胞吞和胞吐也会受到影响，这说明什么？
拓展提升：与胞吞、胞吐有关的几个“不一定”
(1)需要载体蛋白协助的运输方式不一定是主动运输，还可能是协助扩散。
(2)消耗能量的运输方式并不一定是主动运输，胞吞和胞吐也消耗能量。
(3)顺浓度梯度的运输方式不一定是自由扩散，还可能是协助扩散。
(4)生物大分子不一定都是以胞吞、胞吐方式运输的，如RNA和蛋白质可通过核孔出入细胞核。
(5)同一种物质进入不同细胞的跨膜运输方式可能不同，如人体红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散，而小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式为主动运输。
典例精析（二）
3．据报道，一种被称作“瘦素穿肠蛋白”的药物可用于治疗肥胖，该药物可口服使用（其安全性未知）。小肠上皮细胞吸收该药物最可能的方式为(　)
A．渗透作用 B．胞吞 C．协助扩散 D．主动运输
4．图中①～⑤表示物质进出小肠上皮细胞的几种方式，下列叙述正确的是(　)
图11　小肠上皮细胞的物质转运示意图
A．葡萄糖进、出小肠上皮细胞方式不同
B．Na 主要以方式③运出小肠上皮细胞
C．多肽以方式⑤进入细胞，以方式②离开细胞
D．口服维生素D通过方式⑤被吸收
五、分层训练
A组　基础巩固
考点一　主动运输
1．已知某种物质通过细胞膜的方式如图所示，则下列说法正确的是(　)
图12　物质跨膜运输方式示意图
A．根尖细胞吸收H O的方式与此一致
B．可以表示K 进入甲状腺滤泡上皮细胞
C．该过程需要有通道蛋白的参与
D．该过程不需要消耗能量
2．正常情况下，甲、乙两种小分子物质在同一动物细胞内的浓度情况如图。在进行跨膜运输时，下列说法正确的是(　)
图13　甲、乙两种物质的胞内外浓度对比
A．甲运出细胞一定有载体蛋白参与
B．甲进入细胞一定需要能量
C．乙运出细胞一定有载体蛋白参与
D．乙进入细胞一定不需要能量
3．如图是物质跨膜运输三种方式的示意图，据图分析，下列有关说法错误的是(　)
图14　物质跨膜运输三种方式示意图
A．脂溶性物质易透过细胞膜，是因为组成细胞膜的主要成分有磷脂分子
B．经研究某动物会将体内多余的盐分通过方式①排出体外，说明其运输方式为被动运输
C．葡萄糖是细胞内主要的能源物质，进入细胞只能通过方式③
D．对某动物的心脏施加某种毒素后，对Ca 的吸收明显减少，但不影响对K 和葡萄糖的吸收，原因可能是毒素抑制了心肌细胞膜上转运Ca 载体蛋白的活性
4．协同运输是物质跨膜运输的一种方式，过程如图所示。细胞膜上的载体蛋白同时与葡萄糖和Na 结合后，在膜两侧Na 浓度梯度驱动下吸收葡萄糖，跨膜的Na 再由另一种载体蛋白运回膜外。下列有关该过程的分析，正确的是(　)
图15　协同运输示意图
A．Na 协同运输所需能量直接来自ATP
B．图示细胞吸收葡萄糖与苯、甘油等跨膜方式相同
C．Na 进入细胞内会受细胞氧气浓度的直接影响
D．甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘与Na 运出细胞的方式相同
考点二　胞吞、胞吐
5．胰岛素是由胰岛B细胞合成并释放到血浆中的蛋白质类激素。下列关于胰岛素由胰岛B细胞释放到血浆过程的叙述，正确的是(　)
A．需要转运蛋白协助
B．不消耗细胞内化学反应所释放的能量
C．存在囊泡与细胞膜的融合
D．与构成细胞膜的磷脂运动无关
6．如图表示物质甲、乙、丙和丁进出细胞的不同情况。下列叙述不正确的是(　)
图16　物质进出细胞的四种情况
A．甲可能代表O 、水和酒精
B．乙需借助膜蛋白以胞吐方式运出细胞1
C．丙需借助通道蛋白进入细胞2，该过程不受其自身浓度影响
D．丁运出细胞2的过程中需要与载体蛋白结合
B组　素养提升
7．下图为大豆胚轴原生质体对蔗糖的吸收速率与外部蔗糖浓度的关系。低浓度时(小于10 mmol/L)，吸收速率表现出饱和特性；在较高浓度下(大于10 mmol/L)，吸收速率在测定范围内仍为线性增加。实验发现，抑制ATP合成，能阻断具有饱和特征的吸收，而不影响线性部分的吸收。下列相关叙述错误的是(　)
图17　蔗糖吸收速率与蔗糖浓度的关系
A．低浓度时蔗糖的吸收属于主动运输
B．蔗糖溶液低浓度和高浓度时，运输蔗糖的转运蛋白的种类可能不同
C．大豆原生质体在一定浓度的蔗糖溶液中会发生质壁分离现象
D．细胞对蔗糖的吸收与转运蛋白的种类、蔗糖溶液的浓度都有关
8．图1是生物膜的流动镶嵌模型及物质跨膜运输示意图，其中组成离子通道的通道蛋白是横跨生物膜的亲水性通道，允许相应的离子通过，①②③④代表不同的运输方式。图2表示物质通过膜的运输速率随O 浓度变化的情况。请仔细观察图示并回答有关问题：
图18　生物膜的流动镶嵌模型与物质跨膜运输示意图
图19　物质运输速率随O 浓度的变化曲线
(1)生物膜的功能与其化学组成密切相关，功能越复杂的生物膜，____________的种类与数目越多。
(2)图2与图1中的__________(填序号)代表的物质运输方式一致。若需要跨膜运输的物质足够多，图中曲线出现BC段的主要原因是________。
(3)②③代表的运输方式为____________，二者的运输机制____(填“相同”或“不同”)。其中葡萄糖顺浓度梯度进入红细胞，而且需要载体蛋白，这种运输方式为____________，水主要以____________的方式进入细胞。
(4)柽柳是泌盐植物，其叶子和嫩枝可以将植物体内的盐分排出，是强耐盐植物。为探究柽柳从土壤中吸收盐分的方式是主动运输还是被动运输，设计了如下实验。
①实验步骤：
a．取甲、乙两组生长发育状况基本相同的柽柳幼苗植株，放入适宜浓度的含有Ca 、Na 的培养液中进行培养。
b．甲组给予正常的呼吸条件，乙组________。
c．________。
②实验结果及结论：
六、参考答案
(1)×　主动运输需要载体蛋白的协助并消耗能量，一般是逆浓度梯度运输，不会使膜内外的物质浓度趋于相同。
(2)×　主动运输过程中载体蛋白的空间结构发生改变。
(3)×　葡萄糖的吸收还受到载体蛋白的数量等因素的影响。
(4)×　大分子有机物通过胞吞方式进入细胞，该过程不需要载体蛋白，但需要膜上蛋白质的参与，并且需要消耗能量。
(5)√
(6)√
探究一：
1．方向是逆浓度梯度运输（由低浓度到高浓度），条件是需要膜上的载体蛋白和细胞内化学反应所释放的能量。
2．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，运输完成后载体蛋白又恢复原状。
3．协助扩散。葡萄糖顺浓度梯度且借助载体蛋白进入组织液。
4．主动运输。葡萄糖逆浓度梯度进行，需要载体蛋白协助，且消耗了Na 的势能。
5．氧气供应和载体蛋白的数量会影响主动运输的速率。
6．会。减少氧气供应量，ATP的产生会减少，影响Na 泵对Na 的运输，小肠上皮细胞内的Na 浓度升高，进而影响Na -葡萄糖同向运输蛋白对葡萄糖的运输。
7．不同，如葡萄糖进出小肠上皮细胞的方式不同。
典例1：B
卵黄膜(即细胞膜)的主要成分是脂质，苏丹Ⅳ能够进入卵黄，说明它是脂溶性物质。脂溶性物质可通过自由扩散的方式进入细胞，这种方式属于被动运输。
典例2：A
Na 泵既能催化ATP水解，又能协助Na 和K 跨膜运输，是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白。B错误：在细胞内侧α亚基与Na 结合促进ATP水解，将Na 泵出细胞；C错误：图中K 、Na 逆浓度梯度进行输入和输出的跨膜转运方式，同时消耗能量，为主动运输；D错误：Na 泵对离子运输具有特异性，使用乌苯苷取代K 后会影响其功能。
探究三：
1．不是。抗体(分泌蛋白)是生物大分子，无法直接穿过细胞膜的磷脂双分子层；协助扩散和主动运输需要膜上的转运蛋白，只能运输离子和小的分子，无法转运像蛋白质这样的生物大分子。
2．流动性。
3．胞吞：大分子物质与膜上蛋白质结合，引起这部分细胞膜内陷形成小囊包围大分子，然后小囊从细胞膜分离形成囊泡进入细胞内部；胞吐：细胞需要外排的大分子先在细胞内形成囊泡，然后移动到细胞膜处与膜融合，将大分子排出细胞。
4．说明胞吞和胞吐需要消耗能量。
典例3：B
“瘦素穿肠蛋白”是一种蛋白质，属于生物大分子，其被细胞吸收的方式最可能是胞吞。
典例4：A
葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式为主动运输，运出小肠上皮细胞的方式为协助扩散，A正确；B错误：Na 主要以方式②（主动运输）运出；C错误：多肽以⑤（胞吞）进入细胞，以胞吐方式离开细胞；D错误：维生素D属于脂溶性物质，以方式④（自由扩散）被吸收。
分层训练：
1.B　2.A　3.C　4.D　5.C　6.C　7.C
1．题图所示跨膜方式是逆浓度梯度且消耗能量，所以是主动运输，需要载体蛋白的参与，可以表示K 进入甲状腺滤泡上皮细胞；根尖细胞吸收H O的方式是自由扩散和协助扩散。
2．甲细胞外浓度高，甲运出细胞是逆浓度梯度运输，方式为主动运输，需要能量和载体蛋白；甲进入细胞是顺浓度梯度，不需要能量；乙运出细胞顺浓度梯度，不一定需要载体蛋白；乙进入细胞是主动运输，需要能量。
3．葡萄糖分子进入红细胞通过①协助扩散，进入小肠绒毛上皮细胞通过③主动运输，故C错误。
4．Na 协同运输所需能量直接来自Na 顺浓度梯度转运产生的势能，A错误；细胞吸收葡萄糖是特殊的主动运输，与苯、甘油等自由扩散方式不同，B错误；Na 进入细胞是协助扩散，不受氧气浓度的直接影响，C错误；甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是主动运输，Na 运出细胞也是主动运输，D正确。
5．胰岛素以胞吐方式释放到血浆，不需要转运蛋白协助，消耗能量，存在囊泡与细胞膜的融合，C正确。
6．丙进入细胞2是协助扩散，从高浓度向低浓度运输，受其自身浓度影响，C错误。
7．大豆胚轴原生质体没有细胞壁，不会发生质壁分离现象，C错误。
8．(1)蛋白质　(2)④　载体蛋白的数量是有限的　(3)协助扩散　不同　协助扩散　协助扩散　(4)①b.完全抑制呼吸　c.一段时间后测定两组植株根系对Ca 、Na 的吸收速率　②若甲组离子吸收速率大于乙组，说明柽柳从土壤中吸收盐分的方式是主动运输；若两组离子吸收速率基本相同，说明其方式是被动运输。

展开更多......

收起↑