第4章 细胞的物质输入和输出 第2节　主动运输与胞吞、胞吐(共29张PPT)

(共29张PPT)
第2节　主动运输与胞吞、胞吐
2019版生物学必修1 《分子与细胞》
同步课件
学习目标
1.通过对小分子物质逆浓度梯度运输的分析,说明主动运输的特点。
2.通过对大分子物质进出细胞过程的分析,说明胞吞、胞吐的特点。
3.通过对物质跨膜运输多种方式的比较,总结概括细胞膜跨膜运输各种方式的结构基础。
问题探究·知识生成
新知探究一　主动运输
建立概念·达成素养
问题探究
资料1:皮质性白内障是老年性白内障中最常见的一种类型,临床上主要表现为视力逐渐下降。经研究发现,该病的发病与晶状体的氧化损伤有关,氧化作用会损伤晶状体的细胞膜,使维持细胞内正常低钠和高钾离子浓度的钠钾泵功能明显改变,对Na+的通透性增加,使晶状体内的Na+增加,水分流失。
资料2:与细胞外液相比,动物细胞内K+浓度高、Na+浓度低,这对于细胞生命活动的正常进行是至关重要的。钠钾泵(一种ATP水解酶可水解ATP)在维持这种溶液浓度差的过程中发挥着重要的作用。细胞内的ATP和Na+与钠钾泵上相应位点结合后,ATP水解导致钠钾泵的构象发生改变,将Na+运出细胞
(如图1、2);之后,细胞外K+与钠钾泵上相应位点结合,磷酸基团与钠钾泵脱离,钠钾泵构象恢复,将K+运入细胞(如图3、4)。
结合教材P69及P70第1段,讨论下列问题。
问题(1):分析Na+和K+运输过程中,钠钾泵和ATP的作用分别是什么
提示:钠钾泵作为载体蛋白起到转运的作用;ATP水解为离子运输提供能量。
问题(2):钠钾泵既能与K+结合也能和Na+结合,是否说明钠钾泵不具有特异性
提示:不是。钠钾泵上的不同位点分别与K+和Na+结合,仍然具有特异性。
问题(3):上述物质运输的方式称为主动运输,请概括主动运输的概念。
提示: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。
问题(4):主动运输对于细胞的生活有什么意义
提示:细胞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,保证了细胞和个体生命活动的需要。
问题(5):据发病机理,提出一种预防白内障的思路。
提示:可以适量增加富含抗氧化剂食物的摄入,避免晶状体的氧化损伤。
归纳总结
不同物质跨膜运输方式的比较
物质跨膜 运输的方式 被动运输 主动运输
自由扩散 协助扩散 物质运输 方向 高浓度→ 低浓度 高浓度→ 低浓度 浓度→
浓度
是否需要 转运蛋白 不需要 需要载体蛋白 或通道蛋白 载
体蛋白
是否消耗 能量 不消耗 不消耗 .
低
高
需要
消耗
即时应用
1.如图表示某种细胞的细胞膜对不同物质的运输方式。下列叙述错误的是(　 　)
A.①物质可以是氨基酸
B.②物质可以是胆固醇
C.甲运输方式为主动运输,乙运输方式为被动运输
D.甲运输方式还需要能量,乙运输方式还需要载体蛋白
D
解析:小肠上皮细胞吸收氨基酸的方式是主动运输,因此①物质可以是氨基酸;胆固醇进入细胞的方式是自由扩散;由题图分析可知,甲图表示的运输方式为从低浓度到高浓度,需要载体蛋白和能量,是主动运输,乙图表示的运输为从高浓度到低浓度,不需要转运蛋白,是自由扩散,属于被动运输。
2.钠钾泵是一种常见的ATP-驱动泵(ATP是细胞中的直接能源物质,细胞水解ATP可以获得能量),一种在动物细胞的能量系统中起主要作用的载体,也是一种能催化ATP水解的酶。这种泵每消耗1分子的ATP,就逆浓度梯度将3分子的Na+泵出细胞外,将2分子的K+泵入细胞内。由此可知(　 　)
A.该载体不一定能催化ATP水解,但一定能促进物质的转运
B.图中,Na+跨膜运输方式是主动运输,K+的跨膜运输方式是协助扩散
C.水分子进入细胞的方式与图中Na+的跨膜运输的方式相同
D.钠钾泵对维持动物细胞的渗透压平衡起着非常重要的作用
D
解析:根据题意,钠钾泵是一种常见的ATP-驱动泵,也是能催化ATP水解的酶,所以该载体一定能催化ATP水解;钠离子和钾离子都是逆浓度跨膜运输,消耗能量,所以都属于主动运输;水分子进入细胞的方式是协助扩散或自由扩散,而图中钠离子的跨膜运输方式是主动运输;钠离子在细胞外的浓度高于细胞内,钾离子浓度在细胞内高于细胞外,均是钠钾泵维持的结果,说明钠钾泵对维持动物细胞的渗透压平衡起着非常重要的作用。
新知探究二　胞吞和胞吐
问题探究
资料:对新冠病毒(SARS-CoV-2)的研究发现,嵌在病毒脂质包膜上的刺突糖蛋白(S)可以识别人宿主细胞的受体ACE-2,之后细胞通过胞吞的方式摄入病毒(如图所示)。病毒还可以通过多种方式刺激人体的免疫细胞,受刺激的免疫细胞可以产生抗体。抗体是一种分泌蛋白,其合成加工和分泌过程与其他分泌蛋白的形成过程基本相同。
问题(1):简述人体细胞摄入病毒的过程。
提示:进入人体的病毒表面的S蛋白与人细胞膜表面的ACE-2受体结合后传递信息,细胞膜内陷形成小囊,包裹病毒颗粒,小囊脱离细胞膜形成囊泡。囊泡包裹病毒进入细胞内。
问题(2):简述免疫细胞合成和分泌抗体的过程。
提示:氨基酸先在游离的核糖体上脱水缩合形成一段肽链,随后这段肽链与核糖体一起转移到内质网上继续合成并进行初步加工后,通过囊泡运输到高尔基体,进一步加工为成熟的蛋白质,再形成囊泡运输到细胞膜,囊泡与细胞膜融合后将其分泌到细胞外。
问题(3):胞吞和胞吐过程的实现与生物膜结构的特性有什么关系
提示:两者都依赖于生物膜的流动性。
问题(4):试根据病毒侵入人体的过程,提出一种治疗新冠肺炎的思路。
提示:开发一种干扰病毒的S蛋白和人体的ACE-2受体蛋白相结合的化学物质,该物质可以起到阻滞病毒进入人体细胞的作用。
归纳总结
大分子物质进出细胞的方式
(1)胞吞:大分子与膜上的蛋白质结合,从而引起这部分细胞膜内陷形成
,包围着大分子。然后,小囊从细胞膜上分离下来,形成 ,进
入细胞内部。
(2)胞吐:细胞需要外排的大分子,先在细胞内形成 ,然后移动到
处,并与之融合,将大分子排出细胞。
(3)胞吞、胞吐的条件和特点:
胞吞和胞吐 (填“需要”或“不需要”)消耗能量,这两种方式依赖于细胞膜的结构特点,即 。
小囊
囊泡
囊泡
细胞膜
需要
具有一定的流动性
快速判定物质进出细胞的方式
拓展
即时应用
3.新生儿小肠上皮细胞通过消耗ATP,可以直接吸收母乳中的免疫球蛋白和半乳糖,这两种物质被吸收到血液中的方式分别是(　 　)
A.主动运输、主动运输
B.被动运输、主动运输
C.主动运输、胞吞
D.胞吞、主动运输
解析:免疫球蛋白是大分子物质,进入细胞的方式只能是胞吞;半乳糖是小分子物质,本题题干中提到“小肠上皮细胞通过消耗ATP”,小分子物质的运输方式中消耗能量(ATP)的只有主动运输一种方式,所以吸收半乳糖的方式是主动运输。
D
4.如图表示某细胞摄取和排出生物大分子的过程。下列与此有关的叙述中,错误的是(　 　)
A.a是胞吞过程,b是胞吐过程,均需要消耗能量
B.白细胞吞噬病原体是通过a过程实现的
C.a过程细胞膜内陷形成囊泡,b过程导致细胞膜成分更新
D.核糖体上合成的蛋白质可以通过a过程进入细胞核
D
解析:由题图可知,a是胞吞过程,b是胞吐过程,细胞通过胞吞和胞吐来摄取和排出生物大分子。在胞吞、胞吐过程中,物质通过囊泡转移,需要消耗能量,但不需要转运蛋白;白细胞吞噬病原体是通过胞吞过程实现的;胞吞过程中细胞膜内陷形成囊泡,胞吐过程导致细胞膜成分更新;蛋白质通过核孔进入细胞核,不会通过胞吞方式进入细胞核。
联系实际·素养落实
[生活和实践情境]
低温处理法、载体蛋白抑制法和细胞呼吸抑制法都能影响物质进出细胞。
知识迁移·培养能力
探究:(1)低温处理法能影响物质进出细胞的原因是什么
提示:①可直接降低细胞膜的流动性;②影响酶的活性,从而影响能量供应。
(2)载体蛋白抑制法对人体成熟红细胞吸收葡萄糖有影响而对甘油无影响,原因是什么
提示:人体成熟红细胞吸收甘油为自由扩散,不需要载体蛋白,而吸收葡萄糖为协助扩散,需要载体蛋白。
(3)细胞呼吸抑制法会影响　　　　　(填下列序号)的运输。
①K+　②胰岛素　③乙醇　④氨基酸　⑤CO2
提示:①②④
(4)若想阻止某种特定金属离子进出细胞,可选用上述方法中的哪一种方法 原因是什么
提示:载体蛋白抑制法,载体蛋白具有专一性,而低温处理法和细胞呼吸抑制法均无专一性。
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.借助载体蛋白逆浓度梯度运输,需要细胞提供能量的运输方式称为主动运输。
2.主动运输的基本条件是需要载体蛋白的协助和消耗细胞呼吸提供的能量。
3.蛋白质和多糖等有机大分子由于分子太大,靠转运蛋白无法运输,它们进出细胞通过胞吞或胞吐。
4.胞吞、胞吐消耗细胞呼吸所释放的能量。
随堂反馈
1.如图表示某种离子的跨膜运输,但顺序打乱了,正确顺序以及这些图代表的过程分别是(　 　)
A.d—c—b—a,主动运输 B.c—b—d—a,主动运输
C.a—b—d—c,被动运输 D.a—d—b—c,被动运输
B
解析:分析题图可知,此离子跨膜运输需要载体蛋白,而且要消耗能量,因此是主动运输。该过程中被转运物先与载体蛋白结合,后消耗能量,可以判断出此离子主动运输的顺序是c—b—d—a。
2.水生植物丽藻的细胞液中K+浓度比它们生活的池水高很多倍,丽藻细胞对K+的吸收必须具备哪些基本条件(　 　)
①载体蛋白　②ATP供能　③从高浓度溶液到低浓度溶液　④从低浓度溶液到高浓度溶液
A.①② B.①③
C.②③ D.②④
A
解析:水生植物丽藻的细胞液中K+浓度比它们生活的池水高很多倍,据此可推知,丽藻细胞对K+的吸收是从低浓度溶液到高浓度溶液,其方式是主动运输,主动运输需要载体蛋白的协助,需要ATP供能。
3.如图表示两种细胞输入和输出物质的方式。下列相关叙述中,错误的是(　 　)
A.甲表示胞吞,乙表示胞吐
B.甲和乙两种物质运输方式说明生物膜具有一定的流动性
C.甲需要消耗ATP,而乙不需要
D.抗体和胰岛素的释放方式均与乙图中的方式相同
C
解析:分析题图,甲过程显示膜包裹物质,并形成囊泡进入细胞中,是胞吞;乙过程相反,是胞吐过程;胞吞和胞吐的结构基础是细胞膜具有一定的流动性;胞吞和胞吐过程是耗能过程,需ATP为之提供能量;抗体和胰岛素的释放方式都是胞吐。
4.某哺乳动物神经细胞内外的K+和Na+浓度如表。下列属于主动运输的是
(　 　)
D
离子种类 细胞内溶液浓度/ (mmol·L-1) 细胞外溶液浓度/
(mmol·L-1)
K+ 140.0 3.0
Na+ 18.0 145.0
A.K+经钾离子通道排出细胞
B.K+与有关载体蛋白结合排出细胞
C.Na+经钠离子通道排出细胞
D.Na+与有关载体蛋白结合排出细胞
解析:分析表格数据可知,K+排出神经细胞是从高浓度到低浓度运输,不需要消耗能量,不是主动运输,而K+进入细胞则属于主动运输;Na+排出神经细胞是从低浓度到高浓度运输,无法经钠离子通道排出细胞,需与有关载体蛋白结合且需要消耗能量排出细胞,属于主动运输。
5.如图甲表示某种物质跨膜运输的过程,图乙表示4种物质在神经细胞内外溶质的相对浓度。请回答下列问题。
解析:(1)图甲物质运输过程需要载体蛋白的协助,并消耗了能量,说明是主动运输。图中A侧含有糖蛋白,为细胞膜的外侧。
答案:(1)主动运输　A　只有在细胞膜的外侧才存在糖蛋白
(1)图甲所示的跨膜运输方式是　　　　　　。图中A、B分别代表细胞膜的两侧,其中　　　为细胞膜的外侧,判断的依据是　 。
(2)图乙的4种物质中,能通过图甲所示的运输方式来维持细胞内外浓度差的是
　　　　,判断的依据是　 　。
(3)CO2的跨膜运输方式是　　　　　　。
(4)胰岛素的运输方式与图甲所示的运输方式相同之处是　　　　　　　　　。
解析:(2)图乙中Na+、K+都能够逆浓度梯度进行跨膜转运,维持细胞内外较大的浓度差,说明是主动运输的方式(图乙中只有K+逆浓度梯度从细胞外主动运输到细胞内)。
(3)CO2的跨膜运输方式是自由扩散,不需要载体蛋白的协助,也不需要消耗能量。
(4)胰岛素的运输方式为胞吐,与主动运输的共同点是都消耗能量。
答案:(2)Na+、K+(或K+)　Na+、K+都能够逆浓度梯度进行跨膜转运,维持细胞内外较大的浓度差(若只填K+,则回答只有K+逆浓度梯度从细胞外主动运输到细胞内)
(3)自由扩散
(4)都消耗能量