【学案】 第4章　第2节　主动运输与胞吞、胞吐 生物学人教版（2019） 必修1

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第2节　主动运输与胞吞、胞吐
学有目标——课标要求必明 记在平时——核心语句必背
1.阐明主动运输的过程、特点和意义。2.举例说明胞吞、胞吐的过程。3.利用细胞膜的流动镶嵌结构模型解释各种物质跨膜运输的方式。 1.主动运输既需要消耗能量，又需要载体蛋白，无机盐离子主要以主动运输方式出入细胞。2.大分子物质或颗粒性物质进出细胞依赖于胞吞或胞吐。3.物质跨膜运输与细胞膜的选择透过性和流动性有关。
[主干知识梳理]
一、主动运输
1．运输方向：逆浓度梯度。
2．基本条件
(1)细胞膜上相应载体蛋白的协助。
(2)消耗细胞内化学反应所释放的能量。
3．生理意义：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，从而保证细胞和个体生命活动的需要。
二、胞吞与胞吐
1．运输的物质：大分子物质或颗粒性物质。
2．过程
(1)胞吞
大分子→与膜上的蛋白质结合→细胞膜内陷形成小囊→小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡→进入细胞内部。
(2)胞吐
大分子先包裹在细胞内形成的囊泡中→囊泡移动到细胞膜处→与细胞膜融合→大分子排出细胞。
3．特点：不需要载体，需要消耗能量。
三、物质跨膜运输的方式与细胞膜结构的关系
1．协助扩散和主动运输依赖细胞膜上转运蛋白的种类和数量，或转运蛋白空间结构的变化，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。
2．胞吞和胞吐也需要膜上蛋白质的参与，更离不开磷脂双分子层的流动性。
[边角知识发掘]
1．被动运输是顺浓度梯度的转运方式，细胞逆浓度梯度吸收营养物质的方式为主动运输。结合图示(教材P70图4 6)回答下列问题：
(1)主动运输的方向是____________________________________________________。
提示：从低浓度一侧运输到高浓度一侧的逆浓度梯度。
(2)主动运输需要的条件是____________________________________________________。
提示：需要膜上的载体蛋白和细胞呼吸产生的能量
(3)主动运输过程中载体蛋白发生的变化是_________________________________。
提示：离子或分子与载体蛋白结合后，载体蛋白的空间结构发生变化，运输完成后载体蛋白又恢复原状
2．在人体肠道内寄生的一种变形虫——痢疾内变形虫，能分泌蛋白分解酶，溶解人的肠壁组织，“吃掉”肠壁组织细胞，并引发阿米巴痢疾，这种病原体通过饮食传播(教材P72“与社会的联系”)。请回答下列问题：
(1)痢疾内变形虫分泌蛋白分解酶的运输方式是胞吐作用，通过胞吞作用“吃掉”肠壁组织细胞。
(2)痢疾内变形虫吞噬肠壁组织细胞与细胞膜的流动性有关。
(3)如何预防阿米巴痢疾？
提示：注意个人饮食卫生、加强公共卫生建设是预防阿米巴痢疾的关键措施。
[教材问题提示]
思考·讨论(教材P71)
1．细胞膜结构的流动性是胞吞、胞吐的基础；胞吞、胞吐过程中膜的变形本身也体现了膜的流动性。
2．因为游离于细胞质基质中的核糖体所合成的蛋白质也只能游离于细胞质基质中。由于蛋白质是大分子有机物，无法直接通过被动运输或主动运输穿过细胞膜运输到细胞外，所以一般只能留在细胞内供细胞自身使用。而附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质能够斡旋内质网腔中，并借助囊泡移动进入高尔基体，经加工包装后，包裹在囊泡中的蛋白质就可以胞吐的方式分泌到细胞外。
新知探究一　主动运输
[在探究中学]
[任务驱动]　
1．从主动运输的条件角度分析，与主动运输有直接关系的细胞器有哪些？
提示：能量——线粒体，载体蛋白——核糖体。
2．主动运输需要的能量主要通过细胞进行有氧呼吸提供。植物生长需从土壤中吸收大量无机盐。请解释在农业生产中为什么要给作物松土？
提示：松土可增加土壤中O2含量，促进有氧呼吸，有利于植物主动吸收各种无机盐离子。
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：
(1)ab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。
(2)bc段：受载体蛋白数量的限制，能量供应增加，但运输速率不再增加。
[师说重难]　
影响主动运输的因素
(1)物质浓度 (2)O2浓度
(3)温度
[在应用中悟]
[典例1]　如图为氨基酸和Na＋进出肾小管上皮细胞的示意图。据图分析，下列叙述错误的是(　　)
A．管腔中氨基酸进入上皮细胞的方式为主动运输
B．上皮细胞中氨基酸进入组织液既需要载体协助，也需要消耗能量
C．Na＋进、出上皮细胞的方式是不同的
D．管腔中Na＋进入上皮细胞能体现细胞膜的选择透过性
[解析]　根据题图可知，肾小管管腔中的氨基酸进入上皮细胞为逆浓度梯度的运输，属于主动运输(其动力来自Na＋协同运输中的离子梯度)。上皮细胞中氨基酸进入组织液，是由高浓度一侧向低浓度一侧扩散，并且需要载体蛋白的协助，属于协助扩散。管腔中Na＋进入上皮细胞，是由高浓度一侧向低浓度一侧扩散，并且需要载体蛋白的协助，属于协助扩散；上皮细胞中Na＋进入组织液是由低浓度一侧向高浓度一侧的逆浓度运输，需要载体蛋白、消耗能量，属于主动运输。
[答案]　B
[典例2]　如图是胡萝卜在含氧量不同的情况下从KNO3溶液中吸收K＋和NO的曲线图。则影响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
[解析]　胡萝卜对K＋和NO的吸收方式都是主动运输，主动运输需要载体蛋白和能量，a、b两点对应的氧浓度不同，a点高于b点，且a点时吸收NO多，可见能量是a、b两点吸收量不同的影响因素；b点与c点处于同一氧浓度下，而b点吸收量高于c点，说明能量供应相同的条件下，运输K＋和运输NO的载体蛋白数量不同。
[答案]　B
■方法规律
物质出入细胞曲线题的解题关键
(1)分析此类曲线题时，要注意区分横坐标表示的意义，曲线横坐标不同，表示的物质运输方式不完全相同。
(2)解答此类问题时，要明确自由扩散、协助扩散和主动运输三种跨膜运输方式的区别和联系，主要从是否需要能量和转运蛋白两个方面考虑。
[在训练中评]
1.甲()、乙()两种物质在细胞膜两侧的分布情况如图所示(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．乙运出细胞一定有载体蛋白的参与
C．甲进入细胞一定需要能量
D．甲运出细胞一定不需要能量
解析：选A　乙物质进入细胞是逆浓度梯度运输，一定是主动运输，需要载体蛋白的协助；乙物质运出细胞是顺浓度梯度，不一定需要载体蛋白的参与；甲物质进入细胞是顺浓度梯度运输，属于被动运输，不需要消耗能量；甲物质运出细胞是逆浓度梯度运输，一定消耗能量。
2．甲、乙分别为物质进出细胞的坐标图和模式图，下列相关说法正确的是(　　)
A．甲、乙所代表的物质运输方式没有共同点
B．图乙的物质运输方式也可以逆浓度梯度进行
C．图乙所示的细胞可能是红细胞
D．婴幼儿肠道吸收乳汁中的免疫球蛋白的过程可用图乙中的跨膜运输方式表示
解析：选C　甲、乙代表的物质运输方式分别是主动运输和协助扩散，二者的共同点是都需要载体蛋白的协助；图乙所示为协助扩散的运输方式，顺浓度梯度进行；葡萄糖进入红细胞的方式是协助扩散，符合图乙所示的从高浓度一侧向低浓度一侧运输、需要载体蛋白协助的特点；婴幼儿肠道吸收乳汁中的免疫球蛋白的方式是胞吞，与图乙不符。
新知探究二　胞吞与胞吐
[在探究中学]
[任务驱动]　
离子和小分子物质可以通过被动运输和主动运输进出细胞，而大分子和颗粒性物质主要通过胞吞和胞吐进出细胞。分析如图，思考探究下列问题：
1．a方式称为胞吞，大分子物质进入细胞时，大分子与膜上的蛋白质结合，引起这部分细胞膜内陷形成小囊，包围着大分子。然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部。
2．b方式称为胞吐，细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞。
3．胞吞和胞吐都要发生膜的弯曲、折叠和融合，这主要体现了生物膜的什么特性？
提示：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，这说明什么？
提示：胞吞和胞吐需要消耗能量。
[师说重难]　
物质进出细胞的方式比较
离子和小分子物质 大分子和颗粒状物质
自由扩散 协助扩散 主动运输 胞吞和胞吐
方向 高浓度→低浓度 高浓度→低浓度 低浓度→高浓度 与浓度无关
转运蛋白 不需要 需要 需要 不需要
能量 不需要 不需要 需要 需要
图示
举例 水、O2、CO2、甘油、乙醇、苯等脂溶性物质 水借助水通道蛋白的运输、血浆中葡萄糖进入红细胞 K＋进入红细胞，葡萄糖进入小肠细胞 白细胞吞噬细菌、胰岛B细胞分泌胰岛素
[在应用中悟]
[典例1]　据报道，一种称作“瘦素穿肠蛋白”的药物能治疗肥胖，可口服使用，以减轻肥胖症患者肌肉注射的痛苦。小肠上皮细胞吸收该药物最可能的方式为(　　)
A．渗透作用　　　　　 B．胞吞
C．协助扩散 D．主动运输
[解析]　瘦素穿肠蛋白是一种蛋白质，属于生物大分子，小肠上皮细胞吸收此物质的最可能方式是胞吞。
[答案]　B
[典例2]　如图是物质进出细胞方式的概念图，对图示分析正确的是(　　)
A．①②均需要消耗细胞中ATP水解释放的能量
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．③④所示运输方式依赖细胞膜的结构特点
[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；被动运输的特点是顺浓度梯度运输物质；免疫球蛋白是大分子物质，通过胞吞作用吸收；③④表示胞吞或胞吐，该过程依赖细胞膜的结构特点——流动性。
[答案]　D
■方法规律
“四看法”判断物质运输的方式
[在训练中评]
1．物质进出细胞的方式有被动运输、主动运输和膜泡运输(胞吞和胞吐)。下列有关物质进出细胞方式的判断，正确的是(　　)
A．依据是否消耗能量，只要运输过程中耗能就是主动运输
B．依据物质浓度梯度，顺浓度梯度的运输一定是自由扩散
C．依据是否需要载体蛋白，需要载体蛋白的运输就是协助扩散
D．依据是否形成囊泡，利用囊泡的运输就是胞吞或胞吐
解析：选D　物质进出细胞的方式中主动运输、胞吞和胞吐均消耗能量；顺浓度梯度的运输有自由扩散和协助扩散；需要载体蛋白的运输有协助扩散和主动运输；胞吞和胞吐依赖于囊泡运输。
2．受体介导的胞吞是一种特殊类型的胞吞作用，主要用于摄取特殊的生物大分子，其过程如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
A．该过程以膜的流动性为基础
B．该过程不能体现细胞膜的选择透过性
C．Na＋、K＋等无机盐离子也可通过此方式跨膜转运
D．受体介导的胞吞过程存在细胞识别并需要内部供能
解析：选C　胞吞与胞吐均以膜的流动性为基础，不能体现细胞膜的选择透过性，A、B正确；Na＋、K＋等无机盐离子通过主动运输或协助扩散跨膜转运，C错误；受体介导的胞吞过程消耗能量，且依赖细胞识别来实现，D正确。
科学探究——物质跨膜运输方式的实验探究
1．实验原理
根据主动运输和被动运输的条件：能量和转运蛋白，确定实验的自变量。
2．实验方法
(1)探究是主动运输还是被动运输的方法
(2)探究是自由扩散还是协助扩散的方法
[素养评价]
1．科学家在研究Na＋通过细胞膜的运输方式时，做了下述实验：先向枪乌贼神经纤维里注入微量的放射性同位素24Na＋，不久可测得神经纤维周围溶液中存在24Na＋，如果在神经纤维膜外溶液中先后加入某药物和ATP，测得周围溶液中24Na＋的量如图所示。据图做出的下列推断，错误的是(　　)
A．加入某药物后，溶液中24Na＋的量不再增加
B．加入ATP后，细胞中24Na＋的量减少
C．“某药物”的作用机理是抑制ATP水解
D．“某药物”的作用机理是抑制细胞呼吸
解析：选C　由题图可知，在神经纤维膜外溶液中先加入某药物后，测得周围溶液中24Na＋的量停止增加；加入ATP后，周围溶液中24Na＋的量迅速增加，说明Na＋从神经细胞排出需要消耗能量，属于主动运输，且该药物不能抑制ATP水解，因此该药物的作用是抑制呼吸作用的进行。
2．红树林分布于热带亚热带海岸潮间带，通常受到盐胁迫。红树林植物为抵抗盐胁迫，通过叶子和嫩枝可以将吸收到植物体内的盐分排出，是强耐盐植物。为探究红树林从海水及土壤中吸收无机盐的方式是主动运输还是被动运输，设计以下实验进行探究。
(1)实验步骤：
①取生长发育相同的红树林植物，分成A、B两组，放入适宜浓度的含有K＋、Ca2＋的溶液中；
②A组给予正常的呼吸条件，B组________________________。
(2)实验结论：
①若两组植株对K＋、Ca2＋的吸收速率相同，说明_________________________；
②________________________________，说明红树林植物从海水及土壤中吸收无机盐的方式是主动运输。
解析：主动运输和被动运输最主要的区别在于是否需要能量，而能量主要是通过细胞的呼吸作用提供的。因此实验组和对照组的自变量应为是否进行呼吸作用，因变量是无机盐离子的吸收速率。
答案：(1)②加入呼吸抑制剂　③一段时间后测定两组植株根系对K＋、Ca2＋等无机盐的吸收速率　(2)①红树林植物从海水及土壤中吸收无机盐的方式是被动运输　②若B组吸收速率明显小于A组吸收速率
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