第四章 第15课时.docx

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第四章第15课时

第15课时　物质跨膜运输的方式

[目标导读]　1.阅读教材P70～71内容，结合P71图4－7阐明被动运输的方式和特点。

2.阅读教材P71～72内容，结合P72图4－8阐明主动运输的特点，并比较主动运输和被动运输的不同。

3.结合教材P72图示，了解胞吞和胞吐的特点。

[重难点击]　三种跨膜运输方式的特点。

1．填写流动镶嵌模型的基本内容

（1）结构模型

（2）结构特点

①特点：

具有一定的流动性。

②原因：

组成膜的蛋白质和脂质大都是可以运动的。

（3）功能特性

①特性：

选择透过性。

②体现：

水分子可以自由通过；被细胞选择吸收的小分子也可以通过；不被细胞选择吸收的离子和小分子、大分子不能通过。

2．扩散是指由于物质运动而产生的物质迁移现象，一般指一种物质由高浓度区域向低浓度区域迁移的过程。

3．物质进出细胞有的是顺相对含量梯度进行的，如水分子；有的是逆相对含量梯度进行的，如海带中富集碘。

课堂导入

师：

这是洋葱鳞片叶外表皮，它在什么情况下吸水，又在什么情况下失水呢？

生：

当洋葱细胞的细胞液浓度高于外界溶液浓度时，细胞吸水；小于外界溶液浓度时，细胞失水。

师：

对。

细胞要进行正常的生命活动，不仅要吸收水，还要吸收许多其他的物质，这些物质进出细胞是不是也像水一样取决于细胞内外溶液的浓度差呢？

科学家对此已经进行了大量的研究，并已经弄清了许多物质的跨膜运输方式。

今天呢，我们就来共同学习——物质跨膜运输的方式。

探究点一　被动运输

物质顺浓度梯度扩散进出细胞的过程称为被动运输，被动运输有两种方式，阅读教材P70～71内容，结合下图分析其特点。

1．对两种方式进行比较，完成下表

方式

转运方向

是否需要

载体蛋白

是否消

耗能量

方式1

高浓度→低浓度

不需要

不消耗

方式2

高浓度→低浓度

需要

不消耗

（1）方式1中，物质通过简单的扩散作用进出细胞，叫做自由扩散。

（2）方式2中，进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散，叫做协助扩散。

（3）下列物质中，以方式1运输的是①②④⑤⑥；以方式2运输的是③。

①O2和CO2进出肺泡　②苯被鼻黏膜细胞吸收

③红细胞吸收血液中的葡萄糖　④水分进出根毛细胞

⑤胆固醇进入肝细胞　⑥甘油和乙醇被小肠上皮细胞吸收

2．影响被动运输的因素有很多，下面A、B是两种被动运输方式的运输速率和被运输物质的浓度之间的关系曲线：

（1）图A表示的方式是自由扩散，转运速率主要取决于物质的浓度差。

（2）图B表示的方式可能是协助扩散，ab段的限制因素是浓度差，bc段的限制因素是载体蛋白的数量。

（3）请在C图中画出被动运输的运输速率和细胞能量供应的关系曲线。

答案　

小贴士　载体蛋白具有以下特性

（2）载体具有饱和性：

当细胞膜上的载体蛋白已达饱和时，细胞吸收该载体运载物质的速度不再随物质浓度增大而增大。

归纳提炼

被动运输的影响因素

（1）自由扩散的影响因素：

物质运输速率主要取决于浓度差，也与物质分子大小和脂溶性有关。

（2）协助扩散的影响因素：

除了膜两侧物质的浓度差外，还与膜上载体蛋白的种类和数量有关。

当载体蛋白达到饱和时，物质浓度再增加，物质的运输速率也不再增加。

活学活用

1．甲、乙两种物质分别以自由扩散和协助扩散进入细胞，如果以人工合成的无蛋白磷脂双分子膜代替细胞膜，并维持其他条件不变，则（　　）

A．甲物质的运输被促进B．乙物质的运输被促进

C．甲物质的运输被抑制D．乙物质的运输被抑制

答案　D

解析　是否需要载体蛋白是自由扩散与协助扩散的区别。

由于人工合成的无蛋白磷脂双分子膜无蛋白质，也就没有载体蛋白，协助扩散将受到抑制。

探究点二　主动运输和胞吞、胞吐

被动运输是顺浓度梯度的转运方式，细胞要逆浓度梯度吸收营养物质离不开主动运输，而大分子和颗粒性物质主要通过胞吞和胞吐进出细胞。

1．主动运输

（1）主动运输是由低浓度向高浓度的运输方式，需要膜上载体蛋白的参与，还需要消耗细胞代谢释放的ATP。

（2）甲、乙、丙三种植物对土壤中M离子的吸收情况不同，甲不能吸收，乙、丙能吸收且丙吸收的速率更快，研究表明甲根毛细胞膜上不具有运输M的载体蛋白，乙、丙根毛细胞膜上具有运输M的载体蛋白，而且丙的细胞膜上运输M的载体蛋白数量多。

这说明，载体蛋白的种类和数量会影响主动运输的速率。

（3）研究表明，主动运输的运输速率和细胞的能量供应之间的关系如图所示，请分析：

①ab段：

随能量供应的增加，运输速率增大，说明主动运输需要消耗能量。

②bc段：

受载体蛋白数量的限制，运输速率不再增加。

2.胞吞和胞吐

（1）胞吞：

大分子物质被包裹在细胞膜内陷形成的囊泡中，从细胞外进入细胞内的过程。

（2）胞吐：

物质以囊泡的形式通过细胞膜，从细胞内排到细胞外的过程。

（3）由图中看出，胞吞和胞吐都要发生膜的弯曲、折叠和融合，这体现了生物膜的流动性特点。

（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，这说明胞吞和胞吐需要消耗能量。

小贴士　判断物质进出细胞的方式

（1）根据分子大小与是否需要载体蛋白、能量

（2）根据运输方向：

逆浓度梯度的跨膜运输方式是主动运输。

归纳提炼

1．主动运输的意义：

主动运输能够保证活细胞按照生命活动的需要，主动地选择吸收所需要的营养物质，排出新陈代谢产生的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作用。

2．主动运输的影响因素

（1）载体蛋白的种类和数量决定所运输的物质种类和数量。

（2）能量：

凡是能够影响能量供应的因素都能影响主动运输的运输速率，如温度、氧气浓度等。

3．自由扩散、协助扩散和主动运输都是将物质从细胞膜的一侧转运到另一侧，是跨膜运输的方式；胞吞和胞吐通过囊泡与膜的融合进行转运，不是跨膜运输的方式。

活学活用

2．如图是胡萝卜在不同的含氧情况下从硝酸钾溶液中吸收K＋和NO

的曲线。

影响A、B两点和B、C两点吸收量不同的因素分别是（　　）

A．载体蛋白数量、能量

B．能量、载体蛋白数量

C．载体蛋白数量、离子浓度

D．能量、离子浓度

问题导析　

（1）据图分析，胡萝卜细胞吸收K＋和NO

的方式为主动运输。

（2）影响主动运输的因素有载体蛋白的种类和数量、能量。

答案　B

解析　A、B两点对应的氧浓度不同，细胞呼吸产生的能量不同，导致NO

的吸收量不同。

B、C两点处于相同氧浓度下，呼吸作用产生能量相同，但吸收量有差异，是因为膜上运输NO

的载体蛋白比运输K＋的载体蛋白数量多。

1．大肠杆菌在繁殖时，细胞内钾离子的浓度是培养液的3000倍。

如果在培养液中加入一种叫箭毒素的药物，大肠杆菌细胞内钾离子浓度立即下降，这种药物很可能（　　）

A．使细胞膜变成全透性

B．抑制膜上载体蛋白的活动

C．加快细胞膜的流动

D．使载体蛋白运动方向改变

答案　B

解析　由于钾离子可逆浓度梯度运输进入大肠杆菌，从而在大肠杆菌细胞内大量积累钾离子，所以钾离子的运输方式为主动运输，需要载体蛋白的协助，加入箭毒素后载体蛋白的活动受到抑制，吸收受到限制。

2.如图表示一种物质的跨膜运输方式，该方式最可能是（　　）

A．自由扩散B．协助扩散

C．主动运输D．胞吞

答案　B

解析　据图，该方式需要载体蛋白，不需要能量，是协助扩散。

3．如图是植物根从土壤中吸收某矿质离子示意图。

据图判断，该离子跨膜进入根毛细胞的方式为（　　）

A．自由扩散B．协助扩散

C．主动运输D．被动运输

答案　C

解析　分析图示可知，矿质离子的运输方向是从低浓度到高浓度，需要载体蛋白协助，还消耗能量，故为主动运输。

4．下图是A、B、C三种物质跨膜运输的方式，请分析：

（1）物质A、B、C跨膜运输的方式依次是____________、______________、______________。

（2）某种物质能专一性地破坏物质C的载体蛋白，若用其处理细胞后，物质B跨膜运输的速率将________，物质C跨膜运输的速率将________。

（3）三种物质的运输中，与图1曲线相符的是________。

与图2中甲曲线相符的是________，与乙曲线相符的是________________。

答案　

（1）自由扩散　协助扩散　主动运输　

（2）不变　下降　（3）物质C　物质A　物质B或物质C

解析　

（1）根据图示判断三种运输方式依次是自由扩散、协助扩散和主动运输。

（2）载体蛋白具有专一性，破坏了物质C的载体蛋白，对物质B的运输没有影响。

（3）图1中当细胞内的浓度高于细胞外浓度时，仍能吸收该物质，说明是主动运输，图2中甲吸收速率和物质的浓度成正比，是自由扩散，乙具有载体蛋白饱和的现象，说明该方式需要载体蛋白，可能是主动运输或者协助扩散。

基础过关

知识点一　被动运输

1．苏丹Ⅳ是一种致癌的有机染料，某地区的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”

答案　B

解析　苏丹Ⅳ是一种致癌的有机染料，动物细胞膜上不可能具有其载体蛋白，因此苏丹Ⅳ进入卵黄是被动运输，也说明其是脂溶性的物质。

2．自由扩散的特点是（　　）

A．物质从高浓度一侧运输到低浓度一侧

B．需要载体蛋白的协助

C．需要消耗细胞代谢释放的能量

D．物质从低浓度一侧到高浓度一侧

答案　A

解析　自由扩散是物质从高浓度一侧运输到低浓度一侧。

3．实验研究发现K＋、Na＋均不能通过磷脂双分子层构成的人工细胞膜。

缬氨霉素是一种脂溶性抗生素，其基本组成单位是氨基酸。

如果在人工细胞膜中加入缬氨霉素，K＋可以通过人工细胞膜。

下列判断错误的是（　　）

A．缬氨霉素的作用类似于载体蛋白

B．缬氨霉素与离子的结合具有特异性

C．实验证明加入缬氨霉素的人工细胞膜有选择透过性

D．K＋通过人工细胞膜的方式是主动运输

答案　D

解析　物质进出细胞膜的方式有三种：

自由扩散、协助扩散和主动运输。

K＋、Na＋不能通过没有蛋白质的人工细胞膜，但是K＋能通过加入缬氨霉素的人工细胞膜。

题干并没有说明K＋通过人工细胞膜时需不需要提供ATP，所以不能确定K＋通过人工细胞膜为主动运输还是协助扩散。

知识点二　主动运输和胞吞、胞吐

4．下图中Ⅰ～Ⅳ说明了物质和离子通过细胞膜的运输方式，下列叙述中正确的是（　　）

A．均为主动运输

B．图Ⅱ和图Ⅲ为主动运输，图Ⅰ和图Ⅳ为被动运输

C．图Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ为渗透作用

D．图Ⅲ为主动运输，图Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ为被动运输

答案　D

解析　确定主动运输还是被动运输，要看运输的方向和是否需要载体蛋白和能量。

据此判断，图Ⅲ为主动运输，图Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ为被动运输。

5．下列生理功能必须通过主动运输来实现的是（　　）

A．大部分脂溶性维生素进入小肠绒毛上皮细胞

B．肾小管重吸收水分

C．鲨鱼将血液中多余的盐分通过鳃排出体外

D．葡萄糖进入红细胞

答案　C

解析　小分子物质进出细胞的方式有三种：

自由扩散、协助扩散和主动运输。

此题中的A、B属于自由扩散，既不需要载体蛋白协助，也不消耗能量；C为主动运输，它既需载体蛋白又耗能；D为协助扩散，只需载体蛋白不耗能。

6．在玉米的营养液中加入某种阴离子，结果发现玉米的根细胞在吸收该种阴离子的同时，对氯离子的吸收减少了，但对钾离子的吸收没有影响，最可能的原因是该种阴离子（　　）

A．妨碍了ATP的形成B．抑制了主动运输

C．与氯离子的载体相同D．抑制了细胞呼吸

答案　C

解析　影响主动运输的因素有能量和载体。

由题干信息可知，能量供应并未受到影响。

7．下列关于物质跨膜运输的描述，正确的是（　　）

A．大分子有机物要通过载体蛋白的转运才能进入细胞内，并且要消耗能量

B．相对分子质量小的物质或离子都可以通过自由扩散进入细胞内

C．主动运输发生在细胞逆浓度吸收物质时，既要消耗细胞呼吸产生的能量，也要依靠膜上的载体蛋白

D．协助扩散和自由扩散都是顺浓度梯度进行的，既不需要消耗能量，也不需要膜上的载体蛋白

答案　C

解析　大分子有机物通过胞吞进入细胞，离子和有些较小的物质（如氨基酸）通过主动运输进入细胞；协助扩散不消耗能量，但需要载体蛋白协助。

能力提升

8．下列说法中错误的是（　　）

A．果脯在腌制中慢慢变甜，是细胞主动吸收糖分的结果

B．水分子通过自由扩散的方式进入细胞

C．葡萄糖进入红细胞需要载体蛋白的协助，但不消耗能量，属于协助扩散

D．大肠杆菌吸收K＋属于主动运输，既消耗能量又需要膜上的载体蛋白

答案　A

解析　果脯细胞在高浓度糖水中失水死亡，糖分进入细胞使果脯变甜。

9．如果抑制小肠绒毛上皮细胞内释放能量的化学反应，则会明显影响其细胞吸收的物质是（　　）

A．氧气、甘油　B．脂肪酸、水

C．葡萄糖、水　D．葡萄糖、氨基酸

答案　D

解析　小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸的方式是主动运输，需要消耗能量。

10.如图中曲线a、b表示物质跨膜运输的两种方式，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

答案　C

解析　据图分析，曲线a表示被转运分子的转运速率与浓度成正比，符合自由扩散的特点。

曲线b表示在被转运分子的浓度较低时，随着浓度提高，转运速率增加，浓度较高时出现饱和现象，符合协助扩散和主动运输的特点（受载体蛋白数量限制）。

A项中，脂溶性小分子的跨膜运输方式是自由扩散；B项中，自由扩散与细胞膜表面的载体蛋白无关；D项中，抑制细胞呼吸，停止能量供给，影响主动运输，但对自由扩散和协助扩散无影响。

11．下列四项表示正常情况下，不同物质穿过细胞膜进入细胞内的四种情况。

若在X点加入有氧呼吸抑制剂，下列曲线中将会发生明显变化的是（　　）

答案　C

解析　通过上图可以看出，A、D为自由扩散，B为协助扩散；C为主动运输，需呼吸作用提供能量，所以加入有氧呼吸抑制剂，曲线就会发生明显变化。

12．下图是物质进出细胞方式的概念图，对图示分析正确的是（　　）

A．据图可确定①为既耗能又需载体蛋白的主动运输

B．⑤和⑥两种方式的共同特点是逆浓度梯度运输物质

C．母乳中的免疫球蛋白可通过①和③两种方式被吸收

D．果脯腌制时蔗糖进入细胞与③胞吞作用有关

答案　A

解析　据图分析可知，①是主动运输，②是被动运输，③④分别为胞吞和胞吐，⑤⑥分别为自由扩散和协助扩散。

主动运输既消耗能量也需要载体蛋白协助；被动运输的特点是物质顺浓度梯度运输；免疫球蛋白是大分子物质，通过胞吞作用吸收；蔗糖进入果脯细胞是因为在腌制过程中果脯细胞死亡，细胞膜失去了活性。

13．下图1是物质出入细胞的示意图，图2中曲线甲、乙分别代表物质进出细胞的两种方式。

（1）①曲线甲代表______________，曲线乙中Q点对应时刻细胞不再吸收物质，此时限制物质进出细胞的因素是______________。

②已知某海洋生物的细胞中物质X、物质Y浓度分别为0.60和0.14，而海水中物质X、物质Y浓度分别为0.29和0.38（浓度单位均为mol/L），由此可知，该细胞能主动地__________（吸收/排出）物质X，可用图1中的________（a、b、c……）表示。

③细胞膜中水通道、离子通道是普遍存在的。

若肾集合管管壁细胞膜受刺激后发生兴奋时，水通道开放，大量水被肾集合管管壁细胞重吸收，则代表此过程中水的流动可用________（a、b、c……）表示。

（2）若图1代表某生物的细胞膜，该细胞能够分泌胰岛素，则该过程被称为________，其依赖于细胞膜的____________的结构特点。

答案　

（1）①自由扩散　能量供应　②吸收　a　③c　

（2）胞吐　流动性

解析　

（1）图2中的曲线甲表明吸收物质的数量与细胞内外溶液浓度差成正比，没有饱和现象，说明细胞吸收该物质的方式属于自由扩散。

分析曲线乙可知，在细胞内浓度高于细胞外浓度之后，仍能吸收该物质，可见细胞能够逆浓度梯度吸收该物质，并且在Q点出现饱和现象，此时细胞供能不足，说明细胞吸收该物质的方式为主动运输。

某海洋生物的细胞中物质X、物质Y浓度分别为0.60和0.14，而海水中物质X、物质Y浓度分别为0.29和0.38（浓度单位均为mol/L），由此可推知该细胞能主动地吸收物质X，可用图1中a表示。

需注意的是a、e两过程均为主动运输，但是a为膜外物质向膜内的运输（吸收），e为膜内物质向膜外运输（排出）。

细胞的内、外侧可依据糖蛋白的位置来判定，糖蛋白位于细胞膜外侧。

（2）胰岛素为大分子物质，只能通过胞吐作用分泌到细胞外，该过程依赖于细胞膜的流动性。

14．如图表示物质跨膜运输的几种方式，请据图回答下列问题（请在[　]内填入图中的序号或字母）。

（1）细胞膜的基本支架是[　]__________________。

组成细胞膜的A、B两种物质通常不是静止的，而是处于__________状态的。

（2）如果甲图代表小肠上皮细胞的细胞膜，则葡萄糖和甘油出入此细胞膜的方式依次是[　]____________、[　]____________。

前者运输方式的特点是________________________

________________________________________________________________________。

（3）人们设计出一种膜结构，这种膜结构能将有毒重金属离子阻挡在膜的一侧，以降低污水中的有毒重金属离子对水的污染，这是模拟生物膜的______________性。

（4）癌细胞转移与细胞膜上的糖蛋白减少有关。

这种物质存在于细胞膜________表面。

答案　

（1）A　磷脂双分子层　流动（运动）　

（2）②　主动运输　①　自由扩散　需要载体和能量，且主动运输的方向可以从低浓度向高浓度运输　（3）选择透过　（4）外

解析　

（1）流动镶嵌模型中的基本支架是磷脂双分子层，而且构成膜的磷脂和蛋白质分子大都是运动的。

（2）甲图中①②③依次表示的跨膜运输方式为自由扩散、主动运输、协助扩散。

葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式为主动运输，脂溶性的甘油通过自由扩散的方式进出细胞，两种跨膜方式的条件不同。

（3）让水分子通过而有毒重金属离子不能通过，体现了膜的选择透过性。

（4）由于糖蛋白有识别作用，因此分布在细胞膜的外侧。

个性拓展

15．某植物根系对某营养物质的吸收，与该物质溶液浓度的关系如图所示。

从图中曲线可以看出，在一定浓度范围内，该植物根系对该物质的吸收速率随浓度增加而增加，当达到P点后吸收速率不再增加。

有人认为这种现象可表明该植物根系对该物质的吸收方式为主动运输，也有人认为是被动运输，请设计一个实验加以确定。

（已知细胞呼吸产生主动运输所需要的能量）

（1）设计并完善实验步骤

①取甲、乙两组生理状况相同的植株，放入适宜浓度的____________________________的溶液中。

②甲组的根系给予正常的呼吸条件。

乙组的根系_____________________________________

____________________________。

③________________________________________________________________________。

（2）预测实验结果并分析

①若两组植株的根系对该物质的吸收速率一样，说明_________________________________

_____________②若__________________________________________，说明_______________

___________________________。

答案　

（1）①含有该营养物质　②完全抑制呼吸，其他条件相同　③一段时间后测定两组植株的根系对该物质的吸收速率　

（2）①该植物的根系对该物质的吸收方式不是主动运输　②乙组吸收速率明显小于甲组吸收速率或完全不吸收　该植物根系对该物质的吸收方式是主动运输