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第二章第2课时 主动运输和被动运输
内容索引0102基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升
课程标准1.结合教材中的示意图进行分析,理解简单扩散和协助扩散的过程和特点。2.结合Na+-K+泵跨膜运输示意图,理解主动运输的特点及意义,并能说出主动运输与被动运输的异同点。3.联系实例分析胞吞、胞吐的特点。
基础落实•必备知识全过关
知识点一细胞质膜对不同物质的通透性不同下图为溶质的脂溶性与细胞质膜相对通透率的关系示意图,请分析回答下列问题。
1.图中系数越大,说明物质越亲油,即越强,越容易通过。2.一般来说,气体分子(如O2、CO2、N2)、相对分子质量小的不带电的极性分子(如尿素、)、脂溶性分子等容易通过细胞质膜;离子(如Na+、K+)因与水的结合而脂溶性大大降低;相对分子质量大的不带电的极性分子(如葡萄糖)和各种带电的极性分子都难以自由通过细胞质膜。3.细胞质膜对不同物质有不同的通透性。细胞内的其他细胞器膜和细胞质膜一样,都是膜。脂溶性细胞质膜乙醇选择透过性
知识点二被动运输1.简单扩散(1)概念:简单扩散又称自由扩散,是指物质通过细胞质膜进出细胞时,会顺着浓度梯度从高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。(2)方向:从浓度一侧到浓度一侧。(3)条件:不需要,也不需要消耗。(4)举例:。(5)限制因素:物质的、相对分子质量、所带电荷的种类和数量。高低载体能量水、甘油、乙醇、O2、CO2、N2、苯等进出细胞脂溶性大小
2.协助扩散(1)概念:一些物质借助于细胞质膜上的或,不需要细胞代谢供能,梯度通过细胞质膜的被动运输方式。(2)方向:从浓度一侧到浓度一侧。(3)条件:需要或的协助。(4)举例:①神经细胞的细胞质膜上Na+蛋白转运Na+;②人的肾脏通过水通道对水分子进行重吸收;③人体成熟的红细胞质膜上葡萄糖蛋白转运葡萄糖。通道蛋白载体蛋白顺浓度高低通道蛋白载体蛋白通道载体
知识点三主动运输1.概念:离子或小分子物质梯度进出细胞,不仅需要膜上的参与,还需要细胞代谢的物质运输方式。2.方向:从浓度一侧到浓度一侧。3.条件:需要的协助,需要消耗。4.举例:。5.意义:能保证细胞按照生命活动的需要,营养物质,排出和的物质。因此,主动运输对于活细胞完成各项生命活动具有重要意义。逆浓度载体蛋白供能低高载体蛋白能量氨基酸、葡萄糖、核苷酸、各种离子等进入细胞主动地选择吸收代谢废物对细胞有害
知识点四胞吞和胞吐1.胞吞(1)概念:通过的变形运动将细胞外物质转运进细胞的过程。(2)类型①吞噬:细胞以内吞较大固体颗粒的过程。②胞饮:细胞通过将细胞周围的微滴状液体摄入细胞的过程。2.胞吐(1)概念:细胞将要外排的大分子形成,移动到细胞质膜处并与之结合,再将大分子排出细胞的过程。(2)举例:真核细胞的分泌物(如激素、黏液或)可储存在细胞中特定的囊泡内,当细胞受到相应信号刺激时,这些囊泡与细胞质膜融合并将内含物释放出去。质膜大囊泡小囊泡囊泡囊泡消化酶
结论语句辨一辨(1)水分子和脂质分子都可以通过简单扩散进入细胞。()(2)简单扩散和协助扩散都不需要载体蛋白和能量。()(3)在一定浓度范围内,协助扩散的速率与膜两侧的浓度差成正比。()(4)同种物质在不同情况下的运输方式可能不同。()(5)葡萄糖进入不同细胞的运输方式不一定相同。()(6)物质进出细胞时消耗能量的转运方式一定是主动运输。()(7)主动运输需要消耗能量,同时需要载体蛋白或通道蛋白的协助。()(8)细胞的胞吞和胞吐体现了细胞质膜具有流动性。()(9)物质通过胞吞、胞吐出入细胞的过程仅穿过一层膜。()(10)大分子有机物要通过载体蛋白的协助才能进入细胞内。()√×√√√××√××
重难探究•能力素养全提升
主题一被动运输和主动运输情境探究下图表示细胞质膜结构示意图及物质进出细胞的方式,图中字母表示物质进出细胞的方式,序号表示相关物质或结构,请据图讨论解决下列问题。
1.图中b、c分别表示什么方式?c、d表示什么方式?请说出判断的理由。答案b、c都由高浓度向低浓度运输,c需要②通道蛋白的协助,b不需要,因此b、c分别表示简单扩散和协助扩散。图中②是通道蛋白,③是载体蛋白,c、d都是由高浓度向低浓度运输,因此分别表示依赖通道蛋白的协助扩散和依赖载体蛋白的协助扩散。2.a、e表示什么运输方式?与这种运输方式有直接关系的细胞器有哪些?答案a、e表示主动运输。有直接关系的细胞器有线粒体、核糖体。3.有同学说,协助扩散和主动运输在跨膜运输物质时都会出现饱和现象,你认为他做出判断的理由是什么?答案协助扩散需要通道蛋白或载体蛋白的协助,主动运输需要载体蛋白的协助,细胞质膜上通道蛋白或载体蛋白的数量是有限的,因此会出现饱和现象。
方法突破1.被动运输和主动运输比较方式被动运输主动运输简单扩散协助扩散物理模型运输方向高浓度→低浓度低浓度→高浓度载体不需要需要需要能量不消耗不消耗消耗物质类型O2、乙醇、甘油等葡萄糖进入人的红细胞小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸
【方法技巧】“三看法”快速判断物质进出细胞的方式
2.载体蛋白和通道蛋白类型不同点相同点载体蛋白与被转运的分子、离子结合,发生构象改变具有选择性通道蛋白被转运的分子、离子无需与通道蛋白结合
3.物质跨膜运输的模型分析项目模型分析简单扩散物质的运输速率只与膜两侧物质浓度差呈正相关,说明简单扩散只受物质浓度的影响协助扩散①OA段物质运输速率随膜两侧物质浓度差的升高而加快,说明此段的限制因素是物质浓度②AB段即使增加物质浓度,物质的运输速率也不再增加,此段的限制因素是载体蛋白或通道蛋白的数量
项目模型分析主动运输①OA段,细胞内物质浓度小于细胞外物质浓度,此时是顺浓度梯度运输,速率快②AB段,细胞内物质浓度大于细胞外物质浓度,此时是逆浓度梯度运输,OB段限制因素是物质浓度③BC段的限制因素是载体蛋白数量或能量供应。外界因素是氧气分压或温度
探究应用1.下图为一种溶质分子跨膜运输的示意图。下列相关叙述错误的是()A.载体①逆浓度运输溶质分子B.载体②具有ATP酶活性C.载体①和②转运方式不同D.载体②转运溶质分子的速率比简单扩散快B解析由题图可知,载体①逆浓度梯度运输溶质分子,A项正确;载体②顺浓度梯度运输溶质分子,不消耗ATP,不具有ATP酶活性,B项错误;载体①和②转运方式不同,前者是主动运输,后者是协助扩散,C项正确;协助扩散有载体协助,简单扩散没有,协助扩散的转运速率快,D项正确。
2.将洋葱表皮细胞放置在不同浓度的物质M溶液中,并测定洋葱表皮细胞吸收M的速率,结果如下图所示。对结果的解释最合理的是()A.细胞吸收M的方式为简单扩散B.细胞吸收M的方式为主动运输C.细胞吸收M需通道蛋白或载体蛋白的参与D.细胞吸收M所需能量供应不足C
解析由题图可知,物质M溶液的浓度不影响洋葱表皮细胞吸收M的速率,说明细胞对M的吸收方式不是简单扩散;通入空气也不影响洋葱表皮细胞吸收M的速率,说明细胞对M的吸收与能量无关,即细胞吸收M的方式不是主动运输;综上所述,能够影响洋葱表皮细胞吸收M的因素是通道蛋白或载体蛋白。
3.下列有关物质跨膜运输的叙述,错误的是()A.O2通过简单扩散进出细胞B.水稻根毛细胞吸收Mg2+需要消耗能量C.胰岛素的分泌过程属于主动运输D.葡萄糖进入人红细胞需要载体蛋白的协助,但不消耗能量,属于协助扩散C解析O2、CO2等气体分子通过简单扩散进出细胞,A项正确;水稻根毛细胞吸收Mg2+为主动运输,消耗能量,B项正确;胰岛素为大分子蛋白质,分泌过程为胞吐,C项错误;哺乳动物成熟红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散,D项正确。
4.在物质跨膜运输的方式中,关于简单扩散与协助扩散的说法,正确的是()A.简单扩散是顺浓度梯度进行,协助扩散是逆浓度梯度进行,被称为被动运输B.都不需要消耗能量,所以膜内外物质浓度梯度的大小不会影响运输的速率C.协助扩散需要载体蛋白或通道蛋白,因此其运输速率还与载体蛋白或通道蛋白的数量有关D.载体蛋白和通道蛋白在转运分子和离子时,作用机制相同C
解析协助扩散也是顺浓度梯度进行的,A项错误;简单扩散与协助扩散都不需要消耗能量,运输速率与膜内外物质浓度梯度的大小有关,B项错误;协助扩散需要载体蛋白或通道蛋白的协助,因此其运输速率还与载体蛋白或通道蛋白的数量有关,C项正确;载体蛋白转运分子和离子时要与分子和离子结合发生构象变化,通道蛋白在转运分子和离子时,不与其结合,二者作用机制不同,D项错误。
主题二胞吞和胞吐情境探究通道蛋白或载体蛋白虽然能够帮助许多离子和小分子通过细胞质膜,但是对于像蛋白质、多核苷酸和多糖这样的生物大分子的运输却无能为力。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。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入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?请结合真核细胞的胞吞、胞吐模式图,讨论相关问题。
1.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质膜内陷成囊泡,包围着大分子。试推测“膜上的蛋白质”有什么作用。答案膜上的蛋白质起识别作用,保证细胞需要的分子才能被细胞摄入。2.胞吞、胞吐过程的实现与细胞质膜的流动性有什么关系?答案细胞质膜的流动性是胞吞、胞吐的基础,胞吞、胞吐过程中细胞质膜的变形本身也体现了细胞质膜的流动性。
3.细胞在进行物质输入、输出时,不同的物质有不同的运输方式,这与哪些因素有关?这体现了细胞质膜在功能上具有什么特点?答案物质进出细胞有不同的运输方式,这与物质的分子特性、大小、浓度,特别是细胞质膜上通道蛋白或载体蛋白的种类和数量等有关。细胞通过被动运输、主动运输、胞吞、胞吐有选择性地吸收或排出物质,以维持细胞的正常代谢活动,体现了细胞质膜在功能上具有选择性的特点。
方法突破胞吞和胞吐项目胞吞胞吐示意图过程大分子物质附着在细胞质膜上→细胞质膜内陷形成囊泡→进入细胞内细胞内需要外排的大分子物质在细胞内形成囊泡→囊泡移动到细胞质膜处→囊泡与细胞质膜融合→排到细胞外实例变形虫的摄食、吞噬细胞吞噬病原体等人体内的消化酶、抗体等的分泌
探究应用1.受体介导的胞吞指细胞外的生物大分子与受体结合后,经胞吞进入细胞的过程,如下图所示。下列叙述正确的是()A.胞吞对运输的物质具有选择性B.对生物大分子的胞吞需要载体蛋白的参与C.抑制细胞呼吸不会影响胞吞D.葡萄糖分子也可通过此方式通过生物膜A
解析分析题图可知,只有圆球形生物大分子可以与受体结合,被吞入细胞,故胞吞对运输的物质具有选择性,A项正确;对生物大分子进行胞吞后形成囊泡,不需要载体蛋白的参与,B项错误;胞吞需要消耗能量,故抑制细胞呼吸会影响胞吞,C项错误;葡萄糖分子可通过协助扩散或主动运输的方式通过生物膜,D项错误。
2.下列过程可用下图来表示的是()A.小肠上皮细胞吸收K+B.O2进入线粒体C.胰岛B细胞向外分泌大分子物质胰岛素D.Na+进入人体肾脏细胞C解析由题图可知,图中所示为胞吞或胞吐过程。小肠上皮细胞对K+的吸收是主动运输,体现了细胞质膜具有选择透过性;O2进入线粒体是简单扩散;胰岛B细胞向外分泌大分子物质胰岛素是胞吐过程,体现了细胞质膜的流动性,可用题图表示;Na+进入人体肾脏细胞是主动运输。
3.有关物质进出细胞的方式,下列判断正确的是()A.依据转运颗粒的大小,转运大分子的一般是胞吞或胞吐B.依据物质浓度梯度,只要顺浓度梯度运输的就是简单扩散C.依据是否需要通道蛋白或载体蛋白,需要通道蛋白或载体蛋白协助的就是被动运输D.依据是否消耗能量,只要运输过程中消耗能量的就是主动运输A解析大分子的蛋白质、多核苷酸或多糖进出细胞一般通过胞吞和胞吐,A项正确;顺浓度梯度的物质运输方式有简单扩散和协助扩散,B项错误;主动运输需要载体蛋白的协助,C项错误;物质进出细胞的方式中,主动运输、胞吞和胞吐均消耗能量,D项错误。
4.ABC转运蛋白是一种主动运输转运蛋白,其利用水解ATP提供的能量,实现某些物质的跨膜运输,真核细胞细胞质膜ABC转运蛋白的工作原理如图所示,其中T形成底物运输通路,A是ATP结合位置。研究表明,某些ABC转运蛋白能将抗生素或药物泵出细胞而赋予细胞抗药性。据此分析,下列说法正确的是()A.ABC转运蛋白属于通道蛋白,且具有特异性B.蛋白质不能通过ABC转运蛋白完成跨膜转移C.某些肿瘤患者化疗效果差可能与ABC转运蛋白的低表达有关D.该图表示ATP分子与转运蛋白结合引起转运蛋白构象改变进而将物质运到胞内B
解析从图中可以看出ABC转运蛋白进行物质运输时其构象发生了改变,应属于载体蛋白,对物质的运输具有特异性,A项错误;蛋白质属于大分子物质,需要通过胞吐的方式完成跨膜转移,B项正确;通过题干信息可以判断,肿瘤细胞会因ABC转运蛋白高表达而将药物泵出细胞,导致出现抗药性,化疗效果差,C项错误;分析题图中糖蛋白的位置(糖蛋白所在的一侧绝大多数为细胞外侧)和细胞质基质的位置以及题干信息可知,ATP分子与转运蛋白结合引起转运蛋白构象改变进而将物质泵到胞外,D项错误。
5.(2022江苏连云港模拟预测)植物细胞的细胞质膜、液泡膜上含有H+-ATP酶,可以转运H+,有利于细胞对细胞外溶质分子的吸收和维持液泡内的酸性环境。分析下图,下列说法错误的是()A.在细胞质基质、细胞液、细胞外环境中,细胞质基质的pH最大B.主动运输是H+跨膜进出植物细胞的唯一方式C.H+-ATP酶是一种膜蛋白,发挥作用时需要改变自身的空间结构D.植物细胞呼吸受到抑制,会影响植物细胞转运H+B
解析根据题图可知,转运H+到细胞外和液泡内需要载体蛋白H+-ATP酶的协助,属于主动运输,是逆浓度梯度进行的,所以细胞质基质的H+浓度最小,pH最大,A项正确;除了主动运输外,细胞质膜上H+还通过协助扩散方式进入植物细胞,B项错误;H+-ATP酶是一种膜蛋白,也是一种酶,在发挥功能时酶通过改变自身空间结构与底物结合催化反应,C项正确;植物细胞呼吸受到抑制,产生的ATP减少,会影响植物细胞的主动运输转运H+,D项正确。
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