《主动运输》导学案2

《主动运输》导学案

情景点击

课程目标

1．举例说明细胞膜是选择性透过性膜。

2．举例说明物质跨膜运输方式的类型及特点。

3．指出被动运输与主动运输方式的异同点。

4．简述主动运输对细胞的生活意义。

5．举例说出大分子跨膜运输的方式。

自主预习

1．被动运输

由于物质运动而产生的物质迁移现象，称为扩散，即一种物质从高浓度区域向低浓度区域迁移的过程。

物质顺浓度梯度进出细胞，不需要消耗细胞代谢释放的能量，这样的扩散通常又被称为物质的被动运输。

(1)简单扩散：相对分子质量相对较小或脂溶性强的物质如氧气、乙醇、甘油等，可以通过扩散进出细胞。

(2)易化扩散：另一类扩散需要载体的参与，称为易化扩散或协助扩散。例如，葡萄糖就是通过载体蛋白运输进入红细胞的。

(3)渗透：水分子从浓集区域通过细胞膜等结构，向水分子稀少的区域的扩散现象。

渗透作用发生的条件：

①具有半透膜；

②半透膜两侧的溶液存在浓度梯度。

思考

我们从外界吸收的氧气通过呼吸道进入肺泡，然后进入血液，通过血液循环运送到人体各个部位的组织细胞，被线粒体利用。整个过程共穿过的生物膜的层数是多少？其穿膜方式是什么？

提示：共穿过的生物膜的层数是11层。穿膜方式是简单扩散。

2．主动运输

(1)概念：从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞代谢产生的能量。植物根细胞对矿质离子吸收以主动运输为主，葡萄糖、氨基酸进入动物小肠绒毛上皮细胞都是通过主动运输进行的。

(2)功能：主动运输能保证活细胞能够按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。可见，主动运输对于活细胞完成各项生命活动具有重要的意义。

思考

海带细胞中含有大量的碘，而海水中碘的含量很低，那么海带细胞是以什么方式吸收碘的？

提示：主动运输。

3．内吞作用和外排作用

(1)内吞的过程

细胞外大分子和颗粒性物质→小囊→小囊泡→细胞内

(2)外排的过程

细胞内的有些物质→小囊泡→细胞膜→细胞外

4．细胞膜的功能特性：选择透过性

选择透过性：即水分子自由通过，细胞要选择吸收的离子或小分子也可以通过。

课堂互动

知识点一被动运输

1．简单扩散

(1)概念：相对分子质量较小或脂溶性强的物质通过扩散进出细胞的方式。

(2)特点：①顺浓度梯度扩散；②不消耗能量；③不需要载体蛋白的协助。

(3)举例：水、气体(如O2、CO2等)、脂溶性物质(如甘油、乙醇、苯)、尿素等。

这种运输过程不消耗新陈代谢过程中释放的能量，但从物理学角度分析，物质的运输是必定要消耗能量的。简单扩散过程中分子运动的能量来自膜两侧的浓度差中所蕴藏的势能。能够通过简单扩散方式完成跨膜运输的物质，一般都能溶于磷脂双分子层中，具有一定的脂溶性。简单扩散是细胞膜的一种简单的运输方式，通过这种方式吸收是被动的，主要取决于膜两侧的浓度差(图甲)。简单扩散的速率与膜两侧该物质的浓度差成正比(图乙)。

特别提醒大量实验事实说明，许多物质通过膜的扩散都和它们在脂质中的溶解度成正比。溶解度越大，通过的速度就越快，所以脂溶性物质很容易通过细胞膜。

2．易化扩散(又称协助扩散)

(1)概念：需要载体蛋白参与的扩散。

(2)特点：①顺浓度梯度扩散；②不消耗能量；③需要载体蛋白的协助。同时，还具有比简单扩散转运速率快、存在最大转运速率等特点。

(3)举例：血液中的葡萄糖进入红细胞。

(4)易化扩散的动力也来自于膜内外物质的浓度差，物质分子从高浓度一侧向低浓度一侧扩散。但简单扩散与易化扩散有所不同。其原因是易化扩散是进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散，它的运输速率还与载体的种类和数量有关。

3．渗透

(1)概念：水分子从浓集区域向水分子稀少的区域的特殊的扩散现象称为渗透。注意此时水分子的运动方向是双向的，即双向渗透，但在单位时间内两个方向的扩散量不等。

(2)实例：质壁分离现象。如下图。

正常的细胞2～3发生了质壁分离的细胞

4．影响被动运输的因素

对于简单扩散，物质运输的速率主要取决于浓度差，也与该物质分子大小和脂溶性有关；易化扩散还与载体的种类和数量有关。如下图所示，简单扩散随外界物质浓度升高，运输速率可持续升高；而易化扩散需要载体蛋白的协助，当超过一定限度时，随着外界物质浓度增加，运输速率不再加快，这是由于细胞膜上载体蛋白的数量有限，即具有载体饱和效应。

【例1】下图中曲线a、b表示物质跨(穿)膜运输的两种方式，下列表述正确的是( )

A．脂溶性小分子物质不能通过方式a运输

B．与方式a有关的载体蛋白覆盖于细胞膜表面

C．方式b的最大转运速率与载体蛋白数量有关

D．抑制细胞呼吸对方式a和b的转运速率均有影响

解析：由题图知a为自由扩散(简单扩散)，b为协助扩散(易化扩散)或主动运输。脂溶性小分子以自由扩散的方式进行运输，该过程不需要载体蛋白。当载体蛋白达到饱和时，b过程达到最大速率。细胞呼吸影响主动运输而不影响自由扩散。

答案：C

反思领悟解决物质运输的相关问题，要记得哪些物质是通过什么方式进出细胞的，还要注意区别不同方式的差异和相同点。

知识点二主动运输

1．概念：主动运输是指通过细胞本身的某种耗能过程，将某种物质分子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。

2．特点：逆浓度梯度运输；需要能量；需要载体蛋白，具有选择性。

3．意义：主动运输能够按照细胞生命活动的需要，主动地有选择地吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，是物质跨膜运输的主要方式。

4．影响因素：首先是载体蛋白的种类和数量，它决定所运输的物质种类和数量；其次，由于主动运输需要消耗能量，所以凡是能够影响能量供应的因素，也都影响主动运输的速率，如温度、氧气浓度等。

它们的关系可以用图表示如下：

扩展提升被动运输与主动运输的比较

(1)适应条件：离子、小分子通过膜的方式

(2)区别

2

、CO2、H2O

甘油、乙醇、苯等出

入细胞红细胞吸收葡萄糖

小肠吸收葡萄

糖、氨基酸、无机盐

等

细胞膜外物质进入细胞的三种不同情况。研究表明，在一定浓度范围内癌细胞吸收赖氨酸的速率与其浓度成正比，由此可见癌细胞吸收赖氨酸的方式是( )

A．① B．②C．③ D．均有可能解析：癌细胞吸收赖氨酸的方式是主动运输，需要搬运赖氨酸的载体和消耗能量。在能量充足的情况下，随细胞外浓度的增大运输速率增大。由于受载体数量的限制，运输速率达一定值时，不再增加。

答案：B

反思领悟物质运输的方式有三种：一是简单扩散，被选择的物质从高浓度到低浓度直接穿膜进出细胞，不需要载体和能量；二是易化扩散，被选择的物质从高浓度到低浓度，不消耗能量，但是需要载体的协助才能进出细胞；三是主动运输，被选择的物质一般从低浓度到高浓度，需要载体和能量才能进出细胞。

规律总结1.确定某物质运输方式的方法

(1)分析被运输的物质是否通过细胞膜。

(2)明确被运输物质的性质(离子、小分子、大分子、颗粒)。

(3)分析物质的转运方向(主动运输不一定是低→高)。

(4)分析是否需载体、能量。

2．影响物质运输速率的因素

(1)影响自由扩散的因素：细胞膜内外物质的浓度差。

(2)影响协助扩散的因素：

①细胞膜内外物质的浓度差；

②细胞膜上运载物质的载体数量。

(3)影响主动运输的因素：

①载体(种类的差异性和数目的饱和性)；

②能量(如氧气浓度、温度等影响产能的因素)。

知识点三渗透作用原理和植物细胞渗透作用实例

1．渗透作用的条件、原理

(1)基本组成条件：具有半透膜

(2)渗透系统的组成(如图)及分析

①若S1溶液浓度大于S2，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的水分子数，外观上表现为S1的溶液液面上升。

②在达到渗透平衡后，若存在液面差Δh，则S1溶液浓度仍大于S2。液柱的升高所形成的静水压，就是漏斗中溶液的渗透压，溶液越浓，渗透压就越高。

2．半透膜与选择透过性膜的比较

(1)区别：半透膜是无生命的，是指某些物质可以透过而另一些物质不能透过的多孔性薄膜，物质是否能通过取决于分子的大小。选择透过性膜是有生命的生物膜，由于载体的存在，决定了对不同物质是否吸收的选择性。细胞死亡后，其选择透过性丧失。

(2)共性：都允许水分子自由通过，都不允许大分子物质通过。

3．植物细胞的吸水和失水的实验探究

(1)探究的一般过程

提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析结果，得出结论→表达和交流→进一步探究。

(2)实验原理

成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，细胞液具有一定的浓度，能够渗透失水和吸水。

(3)实验流程图示。

(4)质壁分离的原因分析

原因：内因：原生质层具有半透性

外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度

表现：宏观上：植物坚挺

微观上：质壁分离

【例3】在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中，某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于如下图所示状态。a、b表示该部位的溶液浓度，由此可推测( )

A．a>b，细胞渗透吸水

B．a＝b，渗透系统保持动态平衡

C．a

D．上述三种情况都有可能

解析：图中所示的状态可能正处于质壁分离的过程中，也可能处于质壁分离复原的过程中，也可能细胞外液和细胞内液的浓度已经相等，而处于平衡状态。

答案：D

随堂练习

1．新鲜鱼、肉用盐渍后不易变质，其作用原理是( )

A．食盐水有杀菌作用

B．浓盐水中含水少，细菌无法生存

C．由于渗透作用，使细菌失水死亡

D．食盐损坏了新鲜鱼、肉的营养成分

解析：新鲜鱼、肉用盐渍后，细胞通过渗透作用失去大量水分，细菌等微生物无法正常生活因而不易变质。

答案：C

2．红苋菜细胞的液泡中含有呈紫红色的花青素。将红苋菜的叶片切成小块后放入水中，水的颜色无明显变化。若进行加热，随着水温的升高，水的颜色逐渐变红。其原因是( ) A．细胞壁在加温后受到破坏

B．水温升高，花青素的溶解度加大

C．加温使细胞膜和液泡膜失去选择透过性

D．加温使花青素分子的活性加大而容易透过细胞膜

解析：高温会使膜的选择透过性丧失，从而使细胞膜和液泡膜具有全透性，大分子的花青素进入水中，使水变红。

答案：C

3．人体中，K＋很容易穿过细胞膜，但许多细胞内部的K＋比这些细胞外部的K＋浓度要高，如人的红细胞中K＋的浓度比血浆中K＋的浓度高30倍。这种物质进入细胞的方式属于( )

A．简单扩散B．易化扩散

C．被动运输D．主动运输

解析：包括人体各种细胞在内的所有动物细胞，其细胞内液和细胞外液中K＋浓度都有很大的不同。这是因为在各种细胞膜上普遍存在着一种特殊的蛋白质载体，可被K＋、Na＋等激活，水解ATP以获得能量，并逆着浓度梯度将膜外的K＋移入膜内，同时也将膜内的Na＋移出膜外。所以这种方式属于主动运输。

答案：D

4．科学家在研究细胞膜运输物质时发现有下列四种关系，分别用下图中四条曲线表示，在研究具体的物质X时，发现与曲线②和④相符。试问：细胞膜运输物质X的方式是( )

A．简单(自由)扩散B．主动运输

C．易化(协助)扩散D．胞吐

解析：由曲线②和④可知，此物质的运输速率开始时随物质浓度、氧气浓度的升高加快，但当物质浓度、氧气浓度达到一定的值后，其运输速率不再增加，反映出此物质运输需要能量，需要载体协助，所以属于主动运输。

答案：B

5．下图为物质出入细胞膜的示意图，请据图完成下列问题。

(1) A代表________分子；B代表________。

(2)细胞膜从功能上说，它是一层________膜。

(3)动物细胞吸水膨胀时B的厚度变小，这说明B具有________。

(4)可能代表氧气转运过程的是图中编号________；葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞的过程是图中编号________。

答案：(1)蛋白质磷脂双分子层(2)选择通透性(3)一定的流动性(4)b a