第4章第3节物质跨膜运输的方式导学案.docx

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第4章第3节物质跨膜运输的方式导学案

导学案：

第3节物质跨膜运输的方式

【学习目标】

1.知识与技能：

①举例说明物质跨膜运输方式的类型及特点；

②说出被动运输与主动运输的异同点；

③阐述主动运输对细胞生活的意义；

④学会正确解读图表数据，提高图文转化能力。

2.过程与方法：

①运用类比和对比地方法进行学习，抓住关键，掌握本质；

②运用表格的方式进行总结，简洁明了。

3.情感态度和价值观：

①物质进出细胞的方式反映了细胞膜的功能，这是在细胞膜结构的基础上进一步的学

习，树立生物膜结构与功能相适应的生物学观点；

②参与课堂讨论与交流，同时培养积极思考的学习习惯。

【重点难点】

1.重点：

①小分子和离子跨膜运输的方式：

自由扩散、协助扩散、主动运输；

②大分子跨膜运输的方式：

胞吞和胞吐。

2.难点：

①主动运输过程及其影响因素；

②被动运输与主动运输的比较。

预习案

【学法指导】

1.预读教材指导：

①用5分钟的时间，阅读教材70页的“问题探讨”，并思考为什么有的分子可以通过无蛋白脂双层膜，而有的分子又不能，从而进一步思考物质跨膜运输的方式。

②阅读教材70页正文第一段文字，用红笔勾划出物质进出细胞的方式及其特点。

③用5分钟的时间，阅读教材70至71页的“被动运输”，观察图4-7并思考哪些分子跨膜运输是被动运输，需要什么条件；在70页用红笔勾划出概念“自由扩散”、“协助扩散”和“被动运输”。

④用5分钟的时间，阅读教材71页的“主动运输”，观察表4-1和图4-8并思考哪些分子跨膜运输是主动运输，需要什么条件；在71页用红笔勾划出概念“主动运输”。

⑤用5分钟的时间，阅读教材72页的楷体字内容，思考大分子物质如何进出细胞，需要什么条件。

2.方法技巧指导：

①通过小组讨论“人工无蛋白脂双分子层对不同分子的通过性”，并积极思考物质如何跨膜运输并需要什么条件。

②通过分析图4-7和图4-8,进行归纳比较，从而深入理解被动运输和主动运输的概念及其需要的条件；

③通过观察“胞吞”和“胞吞”图片，理解大分子物质进出细胞的过程。

④注意联系生活实际，理解研究物质跨膜运输的意义。

【教材助读】

1.扩散、自由扩散和渗透的比较：

扩散可分为多种，如生物学扩散、化学扩散、物理学扩散等，其需要和状态大体不相同，有些需要介质，有些需要能量，故不能将不同种类的扩散一概而论。

化学扩散是物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象，自由扩散和渗透都属于扩散，是生物学名词。

自由扩散指物质（可溶质或溶剂分子）从浓度高的一侧向浓度低的一侧转运。

渗透是溶剂分子（如水分子）通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散的过程，如O2进入细胞的方式属于自由扩散，但不属于渗透，而H2O进入细胞的方式属于渗透，也属于自由扩散。

2.影响物质进出细胞的因素：

物质进出细胞的方式一般有自由扩散、协助扩散和主动运输三种方式，但不同的进出方式有着相同或不同的影响因素。

①物质浓度的影响作用：

通过自由扩散和协助扩散进出细胞的物质，主要受细胞内外溶液浓度差影响，尤其是自由扩散，协助扩散受细胞膜上载体蛋白的影响。

②载体蛋白、通道蛋白、离子泵的影响作用：

载体蛋白、通道蛋白、离子泵主要影响协助扩散和主动运输，尤其是主动运输，它们与细胞膜上的蛋白质有关。

A.载体蛋白的作用：

载体蛋白是生物膜中运载离子或分子穿膜的一类跨膜蛋白质。

协助扩散和主动运输都必须有载体蛋白参与，有以下特性：

a.高度特异性——就是载体具有专一性；b.有饱和现象——一般运输的数量与浓度成正比，但当浓度超过一定限度时运输不再增加，说明载体的数量有限；c.竞争性。

两种物质的结构如果相似，它们会竞相与载体结合。

B.通道蛋白的作用：

通道蛋白是能形成穿膜充水小孔或通道的蛋白质，主要分为水通道蛋白和离子通道蛋白两大类。

通道蛋白是肽链因折叠而形成的球形蛋白质分子，整个球体表面有疏水性，与周围脂质相吸引，结合紧密。

而折叠时中间形成亲水孔洞，这一孔洞就会成为沟通膜两侧的水相通路，水及水中的物质将沿这一孔洞出入细胞，在细胞膜中起通道作用，但通道的开放还要受一定的机制调节。

通道蛋白的运输作用具有选择性，所以在细胞膜中有各种不同的通道蛋白。

通道蛋白参与的只是被动运输，在运输过程中并不与被运输的分子结合，也不会移动，并且是从高浓度向低浓度运输，所以运输时不消耗能量。

C.离子泵的作用：

离子泵在细胞膜中有很多，最普遍的要算钠—钾离子泵，它能始终保持膜内高K+、膜外高Na+状态。

原因是：

钠—钾离子泵能够在消耗能量的情况下，逆浓度梯度把膜内的Na+移出膜外，把膜外的K+移入膜内。

③能量的影响作用：

1）势能的作用：

以分子本身势能为动力转运的物质多见于自由扩散和协助扩散。

平常所得“自由扩散和协助扩散是不消耗能量的”是指不消耗势能以外的能量罢了。

2）ATP—泵的作用：

各种离子泵也具有酶的活性，它可以分解细胞提供的ATP，并利用释放的能量进行各种物质的主动运转。

3）电势能的作用：

细胞膜在安静状态时，膜两侧存在一定的电位差，并能维持平衡状态。

而离子泵、载体等的活动会造成膜内、外离子的分布不均，从而打破原有的平衡，造成膜对某些离子通透性改变，使离子会大量出入细胞以恢复原有的平衡状态。

【预习自测】

1.物质进出细胞时______________的扩散，叫做被动运输；根据是否需要_________的协助，分为____________（如______、______、______等）和____________（如__________________）两类。

2.主动运输是指物质从________运输到_________一侧，需要_________的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的______。

如K+、Na+、Ca2+等一些________以及____________、____________、____________等一些小分子有机物的跨膜运输。

其特点是物质____________________进行跨膜运输，需要膜上__________协助，并需要消耗细胞内化学反应所释放的______。

主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，它能保证活细胞按____________的需要，主动选择吸收所需要的____________，排出____________和对细胞_______的物质。

3.细胞摄入大分子的现象叫做____________，细胞外排大分子的现象叫做____________。

大分子进出细胞_______（需要/不需要）载体蛋白的协助，_______（需要/不需要）消耗细胞内化学反应所释放的能量，_______（属于/不属于）跨膜运输，穿过____（0/1/2）层膜。

探究案

【合作探究】

一、“人工的无蛋白质的脂双层膜对不同分子的通透性”结果分析：

1.观察结果：

观察“人工的无蛋白质的脂双层膜对不同分子的通透性”结果图发现，_____、______、______、______、______、______、______能够通过脂双层膜，离子（___、___、___、___、___、___、___）和小分子有机物（______、______、______）不能通过脂双层膜。

2.思考与讨论：

①什么样的分子能够通过脂双层？

什么样的分子不能通过？

____________________________________________________________________。

②葡萄糖不能通过无蛋白质的脂双层，但是，小肠上皮细胞能大量吸收葡萄糖，对此该如何解释？

___________________________________________________________________________

____________________________________________________________________。

③观察此图，联系已有知识，你还能提出其他问题吗？

能不能对所提出的问题作出回答？

___________________________________________________________________________

____________________________________________________________________。

二、被动运输：

1.提出问题：

什么是渗透作用？

细胞在什么条件下吸水？

在细胞吸水过程中，水分子的扩散方向如何？

渗透作用是指溶剂（如水分子）通过_________从______浓度溶液向______浓度溶液的扩散过程。

当细胞内溶液浓度_________细胞外溶液浓度，细胞渗透吸水。

在细胞吸水过程中，水分子通过_________从_____浓度溶液向_____浓度溶液扩散，即水分子通过_________从_____浓度水分子向_____浓度水分子方向扩散。

2.事实陈述：

①水分子进出细胞取决于细胞内外溶液的_________。

O2和CO2也是如此。

②当肺泡内O2的浓度_____（高于/等于/低于）肺泡细胞内部O2的浓度时，O2便通过_____作用进入肺泡细胞内部。

③细胞内由于______作用使CO2的浓度_____（升高/降低）时，CO2通过______作用排出细胞，进入细胞外液。

3.概念提出：

观察图4-7，理解自由扩散和协助扩散过程。

①自由扩散：

1）概念：

物质通过_______的扩散作用进出细胞，叫做自由扩散。

2）物质扩散方向：

细胞需摄取或排出的物质分子从_____浓度一侧扩散到_____浓度一侧。

3）特点：

物质____（顺/逆）浓度梯度扩散，_______（需要/不需要）载体蛋白和_______（消耗/不消耗）细胞内化学反应所释放的_____。

4）实例：

_____、_____、_____、_____、_____。

5）影响因素：

细胞内外两侧物质存在_________。

尝试绘制出通过自由扩散方式物质的运输速率与物质浓度（一定浓度范围内）以及与O2浓度（影响细胞内化学方式释放能量多少）的关系曲线图：

②协助扩散：

1）概念：

进出细胞的物质借助_______的扩散，叫做协助扩散。

2）物质扩散方向：

细胞需摄取或排出的物质分子从_____浓度一侧扩散到_____浓度一侧。

3）特点：

物质____（顺/逆）浓度梯度扩散，_______（需要/不需要）载体蛋白和_______（消耗/不消耗）细胞内化学反应所释放的_____。

4）实例：

____________________。

5）影响因素：

细胞内外两侧物质存在_________；细胞膜上_________的种类和数量。

尝试绘制出通过协助扩散方式物质的运输速率与物质浓度（一定浓度范围内）以及与O2浓度（影响细胞内化学方式释放能量多少）的关系曲线图：

③被动运输：

自由扩散和协助扩散统称为被动运输，都是物质____浓度梯度扩散。

4.思考与讨论：

①自由扩散和协助扩散需要消耗能量吗？

为什么？

____________________________________________________________________。

②自由扩散和协助扩散有什么异同？

____________________________________________________________________。

③为什么自由扩散和协助扩散统称为被动运输？

____________________________________________________________________。

三、主动运输：

1.提出问题：

植物根系吸水时土壤溶液中水分子多于细胞内水分子，是顺浓度梯度扩散的，但一般情况下，土壤溶液中植物需要的很多矿质离子的浓度总是低于细胞液的浓度，但为何植物能够不断逆浓度梯度运输这些矿质离子呢？

2.事实陈述：

①水生植物丽藻的细胞液中的K+的浓度比它们生活的池水高1065倍，其他多种离子的浓度也比池水高得多（见表4-1）。

②轮藻细胞中K+的浓度比周围水环境高63倍。

③人红细胞中K+的浓度比血浆高30倍，Na+的浓度却只有血浆的1/6。

这些细胞都在不断逆浓度梯度吸收K+。

3.概念提出：

观察图4-8，理解主动运输过程。

①概念：

Na+、K+和Ca2+等离子从___浓度一侧运输到___浓度一侧，需要______的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的_____，这种运输方式叫做主动运输。

②物质扩散方向：

细胞需摄取或排出的物质分子从_____浓度一侧运输到_____浓度一侧。

③特点：

物质____（顺/逆）浓度梯度扩散，_______（需要/不需要）载体蛋白和_______（消耗/不消耗）细胞内化学反应所释放的_____。

④实例：

K+、Na+、Ca2+等一些________以及____________、____________、____________等一些小分子有机物。

⑤影响因素：

细胞膜上_________的种类和数量；细胞内化学反应所释放的_________。

尝试绘制出通过主动运输方式物质的运输速率与物质浓度（一定浓度范围内）以及与O2浓度（影响细胞内化学方式释放能量多少）的关系曲线图：

4.思考与讨论：

①主动运输与被动运输有什么区别？

____________________________________________________________________。

②葡萄糖、氨基酸进出细胞的方式一定是主动运输吗？

说出原因。

____________________________________________________________________。

5.意义：

主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，它能保证活细胞按____________的需要，主动选择吸收所需要的____________，排出____________和对细胞_______的物质。

所以，主动运输体现了生物膜的功能特性是____________。

四、胞吞和胞吐：

1.胞吞：

当细胞摄入大分子时，首先是大分子附着在细胞膜表面，这部分细胞膜内陷形成______，包围着大分子。

然后______从细胞膜上分离下来，形成______，进入细胞内部，这种现象叫做胞吞。

2.胞吐：

当细胞需要排出大分子时，先在细胞内形成______，______移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞，这种现象叫做胞吐。

3.实例：

白细胞吞噬病菌的现象属于______，胰岛B细胞分泌胰岛素的现象属于______。

总之，大分子物质和颗粒性物质以胞吞和胞吐的方式进出细胞，这与细胞膜的________有关，_____（需要/不需要）消耗细胞内化学反应所释放的能量，但___（有/没有）穿过生物膜。

【当堂检测】

1.右图中a、b表示物质跨膜运输的方式，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

2.用呼吸抑制剂处理红细胞，下列物质吸收量正确的一组是（）

3.如右图表示细胞膜的亚显微结构，其中a和b为两种物质的运输方式，下列对细胞膜结构和功能的叙述正确的是（）

A.不同物种的细胞中①、②、③的种类均不相同

B.移植器官往往难以存活与图中①有关

C.b物质的运输方式能体现细胞膜的选择透过性，而a物质的运输方式不能体现细胞膜的选择透过性

D.①②③构成流动性的膜，是实现细胞间信息交流的物质基础

4.将某活组织放入适宜的完全营养液中，置于适宜的条件下培养，培养液中甲、乙两种离子的浓度保持相等且恒定，定期测定细胞中两种离子的含量，得到如右图所示曲线。

据图分析下列叙述中正确的是（）

A.该组织的细胞吸收甲、乙两种离子的方式分别是自由扩散和主动运输

B.该组织细胞运输离子甲的载体数量比运输离子乙的载体数量多

C.两种离子均只能从低浓度的一侧运输到高浓度的一侧

D.曲线mn段和ab段表明两种离子浓度的升高抑制了细胞对水的吸收

5.右图表示细胞对大分子物质通过“膜泡运输”的过程。

下列与此有关的叙述错误的是（）

A.a要有细胞表面识别和内部供能才可能完成

B.a、b体现了生物膜在结构和功能上具有一定的连续性

C.该图解可以证明生物膜具有一定的流动性

D.b与a分别是所有细胞排泄废物和摄取养分的基本方式

【课堂总结】

1.物质进出细胞时___浓度梯度的的扩散，叫做被动运输；根据是否需要_________的协助，分为__________和__________；二者都是物质从_____浓度一侧运输到_____浓度一侧，都_______细胞内化学反应所释放的_____。

2.物质进出细胞时___浓度梯度的运输，叫做主动运输；物质从_____浓度一侧运输到_____浓度一侧，需要_________的协助，同时还_____消耗细胞内化学反应所释放的______。

3.大分子物质和颗粒性物质以______和______的方式进出细胞，这与细胞膜的________有关，______消耗细胞内化学反应所释放的______。

训练案

【基础达标】

温馨提示：

10分钟独立完成。

人人过关，一个不少。

1.植物细胞对矿质离子的吸收之所以具有选择性,与下列哪一项有关（）

A.外界环境中离子的浓度B.植物细胞中细胞液的浓度

C.植物细胞中液泡的大小D.细胞膜上载体蛋白的种类与数量

2.能顺浓度梯度进出红细胞并需要载体蛋白的物质是（）

A.葡萄糖B.二氧化碳C.钠离子D.核酸分子

3.能够反映细胞膜具有选择透过性功能特点的实例有（）

①白细胞吞噬病菌②细胞膜外K+的浓度远低于膜内

③变形虫的变形运动④唾液腺细胞分泌唾液淀粉酶

⑤海带细胞内的I-浓度远远高于海水中的I-浓度

A.①③④B.②④⑤C.①③D.②⑤

4.甲（〇）乙（●）两种物质在细胞膜两侧的分布情况如右图（颗粒的多少表示浓度的高低），在进行跨膜运输时，下列说法正确的是（）

A.乙进入细胞一定有载体蛋白的参与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的参与D.甲运出细胞一定不需要能量

5.研究发现，人体通过代谢产生极少ＮＯ，ＮＯ是一种脂溶性小分子物质，它能使平滑肌细胞舒张，有扩张血管的作用，试分析ＮＯ进出平滑肌的方式（）

A.自由扩散B.协助扩散C.主动运输D.胞吞作用

【能力提升】

温馨提示：

A、B层同学10分钟独立完成。

1.下列物质进出细胞的过程与线粒体密切相关的是（）

①酒精被胃黏膜吸收②细胞与内环境进行气体交换

③肾小管壁上皮细胞吸收原尿中的葡萄糖④小肠绒毛上皮细胞吸收氨基酸

A.①②B.③④C.②③④D.①②③④

2.关于右边概念图的分析，正确的是（）

A.①和②所示过程都需要消耗细胞内ATP水解释放的能量

B.只有①所示过程能逆浓度梯度运输物质

C.大分子只有通过①所示的过程才能进入细胞

D.果脯腌制时蔗糖进入细胞与过程①和②有关

3.右图表示培养液中K+浓度及溶氧量对小麦根系吸收K+速率的影响。

下列有关两曲线形成机理的解释正确的是（　　）

A.曲线ab段的形成只能是由于细胞膜上K+载体未达到饱和以及能量充足

B.曲线bc、fg段的形成只能是由于细胞膜上K+载体数量有限

C.曲线cd段的形成是由于细胞内K+过多，细胞大量排出K+

D.e点表明植物根系可以通过自由扩散方式吸收K+

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.自由扩散B.主动运输C.协助扩散D.胞吐作用

5.右图为物质出入细胞膜的示意图，请据图回答：

（1）A代表__________分子；B代表__________；D代表__________。

（2）细胞膜从功能上来说，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）在a～e的五种过程中，代表被动转运的是____________________。

（5）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__________。

（6）如果此为神经细胞膜，则当其受刺激后发生兴奋时，Na+的流动过程是编号__________。

【延伸拓展】

温馨提示：

A层同学10分钟独立完成。

1.实验发现，葡萄糖进入红细胞时，若使用药物限制蛋白质活性，则葡萄糖的运输速率迅速下降，若减少能量供应，却对运输没有影响。

由此推断葡萄糖进入红细胞的方式是（）

A.主动运输B.协助扩散C.自由扩散D.逆浓度梯度运输

2.在根吸收无机盐离子的过程中，下列因素对其吸收无机盐影响最大的是（　　）

A.根尖表皮细胞内外无机盐离子的浓度B.蒸腾作用散失水分的速度

C.离子进入根尖表皮细胞的扩散速率D.土壤溶液中氧气的浓度

3.侧芽生长素的浓度总是高于顶芽，但顶芽产生的生长素仍大量往侧芽部位积累。

生长素的这种运输方式必须具备哪些基本条件（　　）

①载体蛋白②ATP供能③从高浓度到低浓度④从低浓度到高浓度

A.①B.①②C.①②③D.①②④

4.甲、乙两种物质分别依赖自由扩散（简单扩散）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.甲运输被促进B.乙运输被促进

C.甲运输被抑制D.乙运输被抑制

5.请回答下列有关矿质元素吸收的问题。

取四株大小长势一致的蕃茄幼苗，分别培养在盛有等量完全培养液的培养瓶中，然后将其中两株蕃茄幼苗的地上部分同时剪去。

装置如下图。

（1）实验中，向甲、丙两瓶持续充入空气，测量四只培养瓶内溶液中的K＋含量，结果如下图。

①表示甲瓶溶液中K+含量变化的曲线图是_______________。

②表示丁瓶溶液中K+含量变化的曲线图是_______________。

（2）植物吸收矿质元素的主要方式是_______________，这一观点可通过_______________两装置的实验加以验证。

（3）植物的地上部分为根提供_______________，这一观点可通过_______________两装置的实验加以验证。

（4）经过一定时间后，如果甲瓶中的番茄幼苗出现了萎蔫现象，其原因可能是：

________________________________________________________________________________________。

参考答案

【预习自测】

1.顺浓度梯度；载体蛋白；自由扩散；H2O、O2、CO2；协助扩散；葡萄糖进入红细胞。

2.低浓度；高浓度；载体蛋白；能量；离子；葡萄糖、氨基酸、核苷酸；逆浓度梯度；载体蛋白；能量；生命活动；营养物质；代谢废物；有害。

3.胞吞；胞吐；需要；不需要；属于；0。

【合作探究】

一、“人工的无蛋白质的脂双层膜对不同分子的通透性”结果分析：

1.观察结果：

O2、CO2、N2、苯、H2O、甘油、乙醇；H+、Na+、K+、Ca2+、Cl-、Mg2+、HCO3-；氨基酸；葡萄糖；核苷酸。

2.思考与讨论：

（略）。

二、被动运输：

1.提出问题：

半透膜