4.3物质跨膜运输的方式
【目标导航】
1.说明物质进出细胞的方式。
2.进行图表数据的解读
知识回顾:
1、回顾流动镶嵌模型的内容
2、回顾细胞膜的功能
【课前预习】
一、被动运输
1.水分子进出细胞取决于内外溶液的__________。当肺泡内氧的浓度________肺泡细胞内部的浓度时,氧便通过扩散作用进入肺泡细胞内部。细胞内由于细胞呼吸使二氧化碳浓度________时,二氧化碳便通过扩散作用排出细胞,进入________,经血液循环运送至肺泡,最终排出体外。物质通过简单的扩散作用进出细胞,叫做____________。
2.有一些物质不能自由通过细胞膜,如葡萄糖,它的跨膜运输需要__________的协助,叫做____________。
3.以上两种扩散统称为______________。
二、主动运输
1.Na+、K+等离子不能自由地通过磷脂双分子层,它们从__________一侧运输到__________一侧,需要____________的协助,还需要______________,这种方式叫做____________。
2.主动运输保证了活细胞按照生命活动的需要,主动的选择吸收所需要的______________,排出____________。
三、胞吞和胞吐
1.蛋白质等__________物质进出细胞的方式。依靠膜的融合,体现了膜的__________。
2.胞吞、胞吐特点:____________出入细胞的方式,需要____________,不需__________。
【课堂探究】
探究点一 被动运输
不同物质跨膜运输的方式不同,总体可分为主动运输和被动运输两大类。
1.被动运输和主动运输是如何界定的?
2.自由扩散和协助扩散有什么异同?
3.影响被动运输的因素有哪些?
【典例1】 实验发现,葡萄糖进入红细胞时,如果使用药物限制蛋白质的活动,则葡萄糖的运输速率迅速下降,如果减少能量的供应,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.自由扩散 B.主动运输
C.协助扩散 D.逆浓度梯度运输
探究点二 主动运输和胞吞、胞吐
主动运输能保证细胞按照生命活动的需要,主动选择吸收所需要的物质,对细胞有着重要的意义,请阅读教材71~72页内容,思考下列问题:
1.什么是主动运输,其主要特点有哪些?
2.影响主动运输的因素有哪些?
3.胞吞和胞吐:(1)大分子物质,如________的运输方式;(2)体现了膜的________性;(3)________消耗能量。
【典例2】 小肠绒毛上皮细胞易吸收葡萄糖,却难吸收相对分子质量比葡萄糖小的木糖,原因是 ( )
A.细胞膜上无木糖载体 B.细胞膜的磷脂分子排列紧密
C.木糖的浓度太低 D.以上三项都正确
探究点三 物质跨膜运输方式的图表分析
1.试着列表比较自由扩散、协助扩散和主动运输。
2.按照下图画出的自由扩散和协助扩散的过程图,试着在右侧画出主动运输的过程图(运输物质用▲表示)。
3.结合三种运输方式的影响因素分析下列曲线:
(1)图甲表示的方式是____________,其影响因素是膜内外的____________。
(2)图乙表示的方式是____________,O~a段主要受__________的影响,a~b段受到________________的限制,运输速率不能再上升。
(3)图丙表示的是____________,O2浓度是通过影响____________的强度而影响能量的产生,A~B段曲线不再上升的主要原因是受到________________的限制。
【典例3】 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
[核心术语锁定]
被动运输、主动运输、自由扩散、协助扩散、载体蛋白、顺浓度梯度、逆浓度梯度、胞吐、胞吞
[知识网络构建]
[规律方法归纳]
物质运输方式的判断
1.首先看物质运输方向,是否是从高浓度向低浓度运输,如果是,则为被动运输。如果不是,看是否需要载体蛋白协助,如果需要,则为协助扩散,否则为自由扩散。
2.如果为逆浓度梯度运输,则为主动运输。判断是否为主动运输还可以看运输过程中是否需要能量,运输速率是否受O2、温度等条件的限制。3.判断是否为胞吞(胞吐):一方面看被运输的物质是否为大分子或颗粒,另一方面可以看有无膜泡的运输。
【课堂练习】
1.下列现象属于自由扩散的是 ( )
①水分子通过植物细胞的细胞膜
②水分子通过植物细胞的细胞壁
③蔗糖分子通过细胞壁
④水分子或其他溶剂分子通过液泡膜
⑤水分子或其他溶剂分子通过原生质层
A.①②③ B.③④⑤ C.①④⑤ D.①③⑤
2.人体细胞从细胞液中吸收甘油的量主要取决于 ( )
A.细胞液中甘油的浓度 B.细胞膜上的载体蛋白数量
C.线粒体中呼吸作用的强度 D.液泡中物质的浓度
3.人工脂双层膜两侧存在钾离子浓度差,但钾离子不能透过。在人工膜中加入少量缬氨霉素,钾离子即可从高浓度一侧透过膜到达低浓度一侧,其他离子则不通过。缬氨霉素的作用是 ( )
A.钾离子的载体蛋白 B.破坏人工膜
C.提供主动运输的能量 D.提供载体蛋白和能量
4.甲、乙两种物质分别依赖自由扩散和协助扩散进入细胞,如果以人工合成的无蛋白的磷脂双分子层膜代替细胞膜,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
5.2002年我国首次发现了一种“穿肠蛋白质”(可被肠道直接吸收),为许多药物的利用提供了一条新途径。“穿肠蛋白质”被肠道吸收的方式是 ①自由扩散 ②协助扩散 ③主动运输 ④其他方式
A.①②③ B.③ C.④ D.②③
6.如图为番茄根细胞对K+的吸收速率和氧分压的关系图,分析此图并选出下列中不正确的说法 ( )
A.图中A、B两处用于根代谢活动的酶有很大的不同
B.A→B段,能量是限制根细胞对K+吸收速率的主要因素
C.在B点以后,通过中耕松土可进一步促进对K+的吸收,而表现为M1曲线
D.氧分压为8时,A、B曲线将演变为M2形态
7.下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______________;C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,代表被动运输的是____________。
(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______。
4.3 物质跨膜运输的方式
课 题
第4章 第3节物质跨膜运输的方式
教 学
目 标
说明物质出入细胞的方式;
进行图表数据的解读
教 学
方 法
讲述与学生练习、讨论相结合
教
材分
析
重点
物质出入细胞的方式
难点
主动运输
教具
实物投影、多媒体课件
课时安排
1课时
教学过程:
教学内容
教师组织和引导
学生活动
教学意图
回忆、复习并导入新课
前面我们学习了有关细胞膜有组成和结构,请同学们回忆并回答:
问题1:细胞膜主要由哪些物质组成?
问题2:细胞膜的结构是怎样的,你能画出来吗?
学生回忆(可快速地翻阅笔记)后回答。
请2-3位同学到黑板上,其他同学在纸上完成画图。
(学生讨论,教师点评)
达到复习、巩固并导入新课之目的
问题探讨
指导学生观察书本标题图,并据图开展讨论:
问题3:葡萄糖为什么不能通过合成的脂双层,而小肠上皮细胞却能大量吸收葡萄糖呢?
学生根据图示讨论回答相关问题。
(教师提醒:主要从细胞膜的成分上比较)
培养学生观察和分析问题的能力
物质跨膜运输方式
课件显示相关问题
指导学生阅读书本第一节,了解运输方式的类型。
问题4:物质出入细胞的方式有哪些?
问题5:什么是被动运输?它有几种形式?各有什么特点?
指导学生观察书本表4-1和相关内容,回答:
问题6:丽藻细胞从环境中吸收K+
的方式是什么?它与自由扩散和协助扩散有何不同?
根据课件显示的内容,完成课堂练习1、2。根据练习反馈的信息,教师加以点评和分析小结。
问题7:以上是一些离子和小分子进出细胞的方式,那么如果是一些生物大分子需要进出细胞,又是如何进行的呢?请同学阅读书本相关内容,作出回答。
问题8:细胞的胞吞和胞吐现象反映了细胞膜结构的什么特点?
学生归纳回答:物质出入细胞主要有主动运输和被动运输两种,另外还有其他的方式,如胞吞和胞吐。
指导学生阅读书本相关内容,特别提醒学生注意概念的规模描述的相关例子。
指导学生观察书本图4-7,回答书本所列问题。
学生阅读书本,总结出相关知识,
学生观察书本图4-8,比较它与图4-7有什么不同。
学生练习
学生阅读,讨论回答:
是通过胞吞和胞吐的方式进行。
学生讨论回答:细胞膜的流动性的结构特点。
培养学生阅读、理解和归纳的能力
培养学生对图表的解读能力
当堂练习反馈,检测学生对知识的掌握情况
培养学生知识迁移能力及新旧知识的联系
课堂小结
指导学生根据笔记,对本节课进行总结
课堂练习
完成书本练习和课堂练习3
课堂练习:
〖1〗列表比较物质进出细胞的三种方式:
运输方式
运输方向
是否需要载体
是否消耗细胞提供的能量
举例
自由扩散
协助扩散
主动运输
〖2〗红细胞吸收无机盐和葡萄糖的共同点是( )
A.都可以从低浓度到高浓度一边
B.都需要供给ATP
C.都需要载体协助
D.即需要载体协助又需要消耗能量
解析:此题考察物质出入细胞的三种方式,其中红细胞吸收无机盐是主动运输,既需要能量又需要载体,而红细胞吸收葡萄糖是协助扩散,只需载体协助不消耗能量。
〖3〗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,代表被动运输的是___________。
(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___________。
解析:题干给出细胞膜剖面图,根据细胞膜的有关知识我们可以知道:细胞膜是由磷脂双分子层(B)构成基本骨架,蛋白质(载体)(A)以不同的深度镶嵌在磷脂双分子层中。细胞膜的特性是具有一定的流动性,从功能上看细胞膜是一层选择透过性膜,具体表现在细胞要吸收的离子、小分子可以通过,其通过的方式有自由扩散和主动运输。自由扩散最主要的特点是由高浓度向低浓度转运(b、c、d),主动运输则是从低浓度向高浓度转运,并且需要载体、需要消耗能量(a、e);氧气是小分子物质,可以通过自由扩散进出细胞膜(b),葡萄糖从肠腔进入小肠绒毛上皮细胞必须是通过主动运输(a);若该图为神经细胞膜,当受刺激发生兴奋时,Na+由膜外流向膜内,而且是通过膜上的Na+通道(膜上的蛋白质分子)顺浓度梯度进入膜内的,不需要能量。故为图中的编号c。考查细胞膜的组成、结构特点及作用。
4.3物质跨膜运输的方式
(45分钟 100分)
一、选择题(包括12个小题,每个小题4分,共48分)
1.(2013·上海高考)葡萄糖穿越细胞膜进入红细胞的运输速率存在一个饱和值,该值的大小取决于 ( )
A.细胞内的氧浓度
B.细胞膜外的糖蛋白数量
C.细胞膜上相应载体(蛋白)的数量
D.细胞内外葡萄糖浓度差值
2.(2014·聊城模拟)下列关于物质进出细胞的叙述正确的是 ( )
A.与自由扩散有关的载体蛋白覆盖在细胞膜的外表面
B.细胞膜的选择透过性是指小分子物质全都能通过而大分子物质都不能通过
C.某物质能从低浓度向高浓度跨膜运输,该过程需要载体蛋白的协助
D.人体内红细胞和肾小管上皮细胞吸收葡萄糖都需要消耗ATP
3.(2014·上海模拟)某种植物细胞在浓度分别为200 mmol/L和400 mmol/L的M物质溶液中,细胞吸收M的速率都是10 mmol/min。对此结果最合理的解释是
( )
A.细胞吸收M的方式为自由扩散
B.细胞吸收M的方式为主动运输
C.细胞吸收M需要载体蛋白的参与
D.所需能量供应不足
4.(2014·天水模拟)人体红细胞中K+的浓度比血浆中高30倍,而Na+的浓度却只有血浆的1/6。关于红细胞排出Na+的方向及所需条件,正确的是 ( )
①从高浓度到低浓度 ②从低浓度到高浓度
③载体蛋白 ④ATP供能
A.① B.①③ C.①③④ D.②③④
5.如图表示物质跨膜运输的一种方式。据图分析正确的是 ( )
A.这种运输方式可逆浓度梯度进行
B.水分子是以这种方式进入细胞的
C.细胞产生的能量增加会提高物质的运输速率
D.载体蛋白在物质运输过程中形状会发生改变
6.下列物质运输方式中,符合如图两种曲线的是 ( )
A.肾小管吸收原尿中的葡萄糖
B.胃黏膜上皮细胞吸收食物中的乙醇
C.神经纤维受刺激时的Na+内流
D.肝细胞从组织液中吸收氨基酸
7.(2014·乌鲁木齐模拟)关于概念图的分析,正确的是 ( )
A.①和②所示的过程都需要消耗细胞内ATP水解释放的能量
B.只有①所示的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.腌制蜜饯时蔗糖进入细胞与过程①和②有直接关系
8.下图表示葡萄糖跨膜运输的过程,据图分析正确的是 ( )
A.该膜中的载体蛋白也能运输氨基酸
B.该膜可能是红细胞膜
C.该方式发生在被运输物质从低浓度到高浓度时
D.与该过程有关的细胞器是线粒体和核糖体
9.(2014·四平模拟)有一种物质能顺浓度梯度进出细胞,但却不能顺浓度梯度进出无蛋白质的磷脂双分子层膜。这种物质出入细胞的方式最可能是 ( )
A.自由扩散 B.协助扩散
C.主动运输 D.胞吞、胞吐
10.(2014·娄底联考)下图所示不能够表达下列哪项生理过程 ( )
A.唾液腺分泌唾液
B.胰岛细胞分泌胰岛素
C.汗腺分泌汗液
D.肠腺细胞分泌肠液
11.(2014·泰州模拟)图示植物体细胞在一定时间内吸收K+与某些条件之间的关系。假定其他条件均为理想状态。图中横坐标条件最可能是 ( )
A.载体蛋白数量 B.氧气浓度
C.光照 D.温度变化
12.(能力挑战题)(2014·中原名校联考)下图表示动物肌肉细胞细胞膜转运部分物质示意图,与图中信息不相符的是 ( )
A.甲侧为细胞外,乙侧为细胞内
B.Na+既可顺浓度梯度运输也可逆浓度梯度运输
C.图示中葡萄糖跨膜运输的直接驱动力不是ATP
D.图示中葡萄糖跨膜运输方式与细胞吸收甘油相同
二、非选择题(包括2个小题,共52分)
13.(24分)如图甲所示为物质出入细胞的示意图,乙所示为运输方式与浓度的关系,请据图回答:
(1)A代表 分子,B代表 ,C代表 。
(2)在a~e 5种过程中,代表被动运输的是 ,代表主动运输的是 ,它们可用图乙表示的是 。
(3)维生素D进入小肠上皮细胞应是图中编号a~e中的 ;葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞的过程是图中编号a~e中的 。
(4)动物细胞吸水膨胀时B的厚度变小,这说明B具有 。细胞膜从功能上来说,它是一层 膜。
14.(28分)主动运输作为一种重要的跨膜运输方式可以按照生命所需吸收营养物质,排出代谢废物,体现了生命活动的“主动性”。为探究主动运输的特点,科研人员利用下图装置进行实验,其中HgCl2是一种可以影响ATP水解的新陈代谢抑制剂。请分析回答:
(1)主动运输的特点是 __________________________________________。
(2)本实验的名称是 _______________________。
(3)请写出实验进行过程中需要控制的两个无关变量: 。
(4)实验得到如图所示的结果。
①根据实验结果,科研人员在实验前后需测定 。
②乙组和甲组结果比较,得出的结论是?_________________________________
_________________________________________________________________。
③与甲组相比,丙组吸收磷酸盐较少的原因可能是________________________
_________________________________________________________________ 。
答案解析
1.【解析】选C。葡萄糖进入红细胞属于协助扩散,需要载体蛋白协助。物质跨膜运输存在饱和值与膜上相应载体蛋白的数量有关。
2.【解析】选C。自由扩散不需要载体蛋白;细胞膜的选择透过性是指细胞需要的离子、小分子可以通过,而其他的离子、小分子和大分子不能通过;某物质能从低浓度向高浓度跨膜运输,其运输方式是主动运输,该过程消耗能量并需载体蛋白的协助;人体内红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散,不消耗能量。
3.【解析】选C。物质浓度增加,细胞吸收速率不再发生变化,说明细胞对此物质的吸收一定不是自由扩散;物质吸收速率已达到最大,说明载体蛋白数量有限,但题中没有信息说明为主动运输,所以B、D不合理。
4.【解析】选D。Na+排出时是从低浓度到高浓度,因此其运输方式是主动运输,需要载体蛋白参与和ATP供能。
5.【解题指南】解答本题的关键是需要从图形中获得信息:
(1)膜两侧存在浓度差,不消耗能量。
(2)区别协助扩散和主动运输。
【解析】选D。A错误,从图示可以看出,此种运输方式是从高浓度到低浓度,需要载体蛋白,不需要能量,应属于协助扩散,协助扩散是顺浓度梯度进行的;B错误,水分子是小分子,跨膜运输方式属于自由扩散;C错误,协助扩散不需要能量;D正确,从图中可看出,载体蛋白在物质运输过程中形状会发生改变。
6.【解析】选C。由于图中曲线有饱和值,故需要载体蛋白,但其不受O2含量的影响,则图示物质的运输方式为协助扩散。肾小管吸收原尿中的葡萄糖和肝细胞从组织液中吸收氨基酸都是通过主动运输实现的;胃黏膜上皮细胞则是通过自由扩散吸收食物中的乙醇。
【误区警示】离子并不都是通过主动运输方式进行运输
在静息电位和动作电位形成过程中,K+外流和Na+内流都是由高浓度到低浓度且通过离子通道,其为协助扩散而非主动运输。
7.【解题指南】解答本题的关键有:
(1)对物质跨膜运输方式概念图的准确理解,知道各序号的含义。
(2)果脯腌制的原理。
【解析】选B。从概念图上分析,①为主动运输,②为协助扩散,③为协助扩散的实例,④为主动运输的实例。A项错误:①主动运输需要消耗细胞内ATP水解释放的能量,②协助扩散不需要能量。B项正确:主动运输可逆浓度梯度运输物质,被动运输只能顺浓度梯度运输物质。C项错误:大分子物质可通过胞吞方式进入细胞。D项错误:蔗糖进入细胞时细胞已死亡,也就不涉及跨膜运输了。
8.【解析】选B。载体蛋白具有特异性,所以运输葡萄糖的载体蛋白不能运输氨基酸,A错。从图中可以看出,该细胞膜运输葡萄糖需要载体蛋白但不需要消耗ATP,所以运输方式为协助扩散,该细胞膜可能是红细胞膜,B正确。协助扩散的运输方向是从高浓度到低浓度,与线粒体无关,C、D错。
【方法规律】要确定某种物质的运输方式,必须抓三个关键
关键一:分析被运输的物质是否通过细胞膜。
关键二:明确被运输物质微粒的性质(大分子、小分子、离子)。
关键三:分析物质通过细胞膜的运输方向(高浓度→低浓度,低浓度→高浓度),是否需要载体蛋白协助,是否需要消耗能量。
9.【解析】选B。由于该物质的运输需要蛋白质的协助,且顺浓度梯度运输,因此这种物质出入细胞的方式最可能是协助扩散。
10.【解析】选C。题图表示胞吐过程,适合大分子物质的运输,如唾液淀粉酶、胰岛素和消化酶等都通过这种方式完成。而汗腺分泌的汗液中无大分子物质,故此图不能表达该过程。
11.【解题指南】解答本题的关键是:
(1)正确识图,明确图示含义是随着自变量的改变吸收速率不变。
(2)植物体吸收K+是主动运输的过程,影响主动运输的因素包括载体蛋白和能量。
【解析】选C。细胞在一定时间内吸收K+的运输方式为主动运输,主动运输需要载体蛋白的协助,并且需要消耗能量,因而影响主动运输的因素有载体蛋白的数量、氧气浓度和温度。但从图中可知,横坐标条件变化时,吸收速率不变,不影响离子的运输,所以横坐标条件最可能是光照。
12.【解析】选D。肌细胞不能产生葡萄糖,原因是细胞内的肌糖原不能直接转化成葡萄糖,细胞要不断消耗葡萄糖,所以甲侧为细胞外,乙侧为细胞内;Na+进入细胞需要载体蛋白但不消耗能量,而运出细胞需要载体蛋白且消耗能量;分析图可知,葡萄糖进入肌细胞需要载体蛋白协助,由钠离子驱动,而细胞吸收甘油的方式是自由扩散。
【易错提醒】消耗ATP的跨膜运输方式一定是主动运输。
13.【解析】(1)细胞膜主要由蛋白质分子和磷脂分子组成,细胞膜表面还有链状的多糖分子,能与蛋白质结合成为糖蛋白,也可和脂质分子结合成糖脂。据图分析知,A代表蛋白质分子,B代表磷脂双分子层,C代表多糖。
(2)a~e 5个过程中,b、c、d穿膜不需细胞供能,故是被动运输,它们的运输动力是膜内外该物质的浓度差,但协助扩散还受细胞膜上载体蛋白数量的限制,故b是自由扩散, c、d是协助扩散;a~e中的a、e两种方式需载体蛋白且需消耗能量,其运输方式应属主动运输。乙图中物质运输速率与细胞外浓度呈正相关,故表示自由扩散。
(3)维生素D为脂溶性物质,以自由扩散方式进入小肠上皮细胞,所以为b;葡萄糖进入小肠上皮细胞是主动运输,所以为a。
(4)动物细胞吸水膨胀时,B厚度变小,说明磷脂双分子层处于动态变化之中。这种现象证明细胞膜具有流动性。细胞膜从功能上来说最重要的特性是选择透过性。
答案:(1)蛋白质 磷脂双分子层 多糖
(2)b、c、d a、e b
(3)b a
(4)流动性 选择透过性
14.【解题指南】解答本题的突破口是:
(1)正确识图,注意甲、乙、丙、丁四个装置的不同,装置中添加物质的不同体现了自变量的不同。
(2)关注实验结果中纵坐标的含义,一定注意“浓度差”。
【解析】主动运输的特点是可逆浓度梯度运输,需要载体蛋白参与和消耗能量。从图中可知,甲、乙的自变量是有无HgCl2,甲、丙的自变量是细胞的成熟程度,观察指标是溶液中磷酸盐浓度变化,即细胞吸收磷酸盐的量。本实验的无关变量有温度、pH、溶解氧、溶液的用量、胡萝卜片的数量等。甲、乙两组都是成熟的胡萝卜片,乙中加入了HgCl2,影响ATP的水解,结果是乙组吸收磷酸盐量比甲少,说明细胞主动运输(吸收磷酸盐)需要消耗能量(或能量供应不足会影响主动运输);丙组与甲组对比,甲是成熟的胡萝卜片,丙是幼嫩的胡萝卜片,甲组吸收磷酸盐量比丙组多,说明幼嫩组织供能少或幼嫩组织细胞膜上载体蛋白少(或幼嫩组织新陈代谢不如成熟组织旺盛,产能少)。
答案:(1)可逆浓度梯度运输,需要载体蛋白和能量
(2)探究HgCl2和细胞成熟程度对细胞主动运输(吸收磷酸盐)的影响
(3)温度、pH、溶解氧、溶液的量、胡萝卜片的量等(任选两个)
(4)①溶液中磷酸盐的浓度
②细胞主动运输(吸收磷酸盐)需要能量(或能量供应不足,影响主动运输)
③幼嫩组织供能少(或幼嫩组织细胞膜上载体蛋白少)
课件60张PPT。第 3 节
物质跨膜运输的方式【知识梳理】
一、物质跨膜运输的方式1.填写有关跨膜运输方式及结构名称:
甲:_________;乙:_________;丙:_________;
a:_________。
2.影响因素:
(1)甲图:_______。
(2)乙图:_________________。
(3)丙图:_______________。自由扩散协助扩散主动运输载体蛋白浓度差浓度差和载体蛋白载体蛋白和能量3.实例分析(填写甲、乙、丙三种跨膜运输方式):
(1)水分子进入红细胞是___。
(2)葡萄糖进入红细胞是___。
(3)K+进入红细胞是___。
4.主动运输的意义:保证了活细胞能够按照生命活动的需要,
_________吸收所需要的_________,排出_________和对细胞
有害的物质。 甲乙丙主动选择营养物质代谢废物二、大分子物质进出细胞
进入细胞:_____
排出细胞:_____
2.特点:需要_________,同时体现了膜的_______。 1.方式胞吞胞吐消耗能量流动性三、扩散、自由扩散和渗透的比较高浓度→低浓度通过溶质、溶剂通过溶剂【盲点判断】
1.除去细胞膜上的蛋白质不会影响对离子的吸收。( )
2.人红细胞吸收胆固醇与吸收葡萄糖的相同点是需要载体蛋白
协助。( )
3.分泌蛋白主要是通过主动运输的方式排到细胞外的。( )
4.(2013·新课标全国卷ⅠT30改编)已知骨骼肌细胞和脂肪细
胞膜上的载体蛋白转运葡萄糖的过程不消耗ATP,则葡萄糖进
入骨骼肌细胞内的运输方式是协助扩散。( )×××√5.糖醋蒜在腌制中慢慢具有糖醋味,是细胞主动吸收蔗糖分子
和醋酸分子的结果。( )
6.(2011·重庆高考T1 C)水分子和钾离子以自由扩散方式进出
轮藻细胞。( )
7.(2012·江苏高考T1 C)主动运输机制有助于维持细胞内元素
组成的相对稳定。( )××√【盲点判断点拨】
1.细胞通过主动运输或协助扩散的方式吸收离子时,需要载体蛋白。
2.胆固醇通过自由扩散进出细胞,不需要载体蛋白;人红细胞通过协助扩散吸收葡萄糖,需要载体蛋白。
3.分泌蛋白属于大分子物质,排出细胞是通过胞吐的方式。
4.需要载体蛋白但不消耗ATP的物质跨膜运输方式是协助扩散。5.糖醋蒜在腌制过程中导致细胞死亡,细胞膜等变为全透性的,蔗糖分子和醋酸分子进入细胞,使蒜具有了糖醋味。
6.水分子以自由扩散方式进出细胞,钾离子以主动运输方式进出细胞。
7.主动运输使细胞能对外界物质有选择的吸收和排出,能维持细胞内元素的平衡。 【网络概览】考点一 物质的运输方式
1.物质进出细胞方式的比较:2.物质跨膜方式图解:【高考警示】
物质进出细胞的五点提醒
(1)从高浓度向低浓度方向运输的方式并非只有被动运输,主动运输也可以从高浓度向低浓度运输,如餐后小肠上皮细胞吸收葡萄糖是由高浓度向低浓度运输。
(2)从低浓度向高浓度方向运输一定是主动运输。因为逆浓度梯度运输需要消耗能量。(3)同一种物质进出不同细胞时,运输方式可能不同,如红细胞吸收葡萄糖为协助扩散,小肠上皮细胞吸收葡萄糖则是主动运输。
(4)胞吞、胞吐不属于跨膜运输方式,所以物质以这两种方式进出细胞时穿过细胞膜的层数为0。
(5)RNA和蛋白质等大分子进出细胞核通过的结构是核孔,而非胞吞、胞吐。【通关题组】
1.(被动运输与主动运输)(2012·海南高考)在动物细胞的物质运输中,属于自由扩散的是( )
A.红细胞中的Na+进入血浆
B.细胞外液中的O2进入肌细胞
C.细胞外液中的K+进入神经细胞
D.血浆中的碘进入甲状腺滤泡上皮细胞【解题指南】解答本题需明确以下两点:
(1)被动运输的特点和常见实例。
(2)神经细胞内外K+浓度的特点。【解析】选B。人红细胞中Na+的浓度只有血浆中的1/6,为了维持Na+细胞外高浓度,细胞靠主动运输运出Na+,故A项错误;O2的跨膜运输是自由扩散,故 B项正确;细胞内K+浓度高于细胞外,故细胞外液中K+进入神经细胞为主动运输,C项错误;甲状腺滤泡上皮细胞中碘浓度比血浆中的高,血浆中的碘进入甲状腺滤泡上皮细胞属于主动运输,故D项错误。2.(协助扩散与主动运输)(2013·浙江高考)某哺乳动物神经
细胞内外的K+和Na+浓度见下表。下列属于主动转运(运输)的
是( )
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【解题指南】解答本题的突破口是:
(1)离子经离子通道进出细胞属于协助扩散。
(2)主动运输的特点是逆浓度梯度运输,需要消耗能量。
【解析】选D。K+ 和Na+经离子通道排出细胞属于协助扩散;K+与有关载体蛋白结合排出细胞是顺浓度梯度进行的,属于协助扩散;Na+与有关载体蛋白结合排出细胞是逆浓度梯度进行的,属于主动运输。【互动探究】结合题中表格分析,离子进出细胞的方式有几种?
提示:有两种。一种是通过离子通道的方式,属于协助扩散;另一种需要载体蛋白的协助并需要消耗能量,属于主动运输。【解题金手指】
两种方法判断物质进出细胞的方式
(1)根据分子大小与载体蛋白、能量的需要判断:(2)根据运输方向判断:逆浓度梯度的跨膜运输方式为主动运输;顺浓度梯度的跨膜运输方式有三种可能:自由扩散、协助扩散、主动运输。若要判断是哪一种,需要再根据是否需要载体蛋白或能量判断。【加固训练】
1.(2010·广东高考)如图是植物从土壤中吸收某矿物质离子示意图。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【解析】选C。结合图示可以看出,该矿物质离子的跨膜运输有两个特点:一是逆浓度梯度,二是消耗ATP,故应为主动运输。2.携有单克隆抗体的磷脂微球体抗癌药物进入细胞的方式最可能是( )
A.主动运输 B.自由扩散
C.胞吞 D.协助扩散
【解析】选C。单克隆抗体是蛋白质,携有单克隆抗体的磷脂微球体抗癌药物进入细胞的方式是胞吞。 考点二 影响跨膜运输的曲线分析
1.物质浓度:(1)自由扩散时运输速率与物质浓度呈正相关,而协助扩散和主动运输由于有载体蛋白的参与,有饱和点的出现。
(2)载体蛋白的两大特点。
①具有特异性:不同物质的载体蛋白不同,不同细胞膜上载体蛋白的种类和数量也不同。
②具有饱和性:当细胞膜上的载体蛋白达到饱和时,细胞吸收该运载物质的速率不再随物质浓度的增大而增大。2.氧气浓度:(1)由于自由扩散和协助扩散不需要消耗能量,因此其运输速率与氧气浓度和细胞呼吸强度无关。
(2)有氧呼吸和无氧呼吸都可以为主动运输提供能量,因此,氧气浓度为0时,可由无氧呼吸为其提供能量,故右图中曲线的起点不在原点。但当以细胞呼吸强度为自变量时,曲线的起始点应在原点。3.温度:
温度影响物质运输速率时,既与分子的运动有关,也与细胞呼吸有关。【高考警示】
(1)植物吸收离子的两点提醒。
①同一种植物对不同离子的吸收量不同,取决于膜上不同种类的离子载体蛋白的数量。
②不同植物对同一种离子的吸收量不同,取决于不同植物的细胞膜上该离子载体蛋白的数量。
(2)不同因素对主动运输的影响不同。
①抑制某载体蛋白活性,只会导致以该载体蛋白转运的物质运输停止,对其他物质运输不影响。
②抑制细胞呼吸,所有以主动运输方式跨膜的物质运输都会受到影响。【通关题组】
1.(结合曲线图分析影响物质运输的因素)(2014·合肥模拟)某科学家在研究细胞膜运输物质时发现有下列四种关系,分别用下列四种曲线表示:
在研究肝细胞运输物质X时,发现与曲线②和③相符,试问:物质X的运输方式是( )
A.主动运输 B.自由扩散
C.胞吞和胞吐 D.协助扩散【解题指南】解答本题需明确曲线代表的含义:②曲线说明该物质的运输与浓度有关,③曲线说明与O2浓度无关,即不消耗能量。
【解析】选D。曲线②表明物质X的运输有饱和现象,即需要载体蛋白。曲线③表明物质X的运输过程与O2浓度无关,即不消耗能量。由此可断定物质X的运输方式是协助扩散。2.(结合实例分析影响物质运输的因素)研究员分离到一种动物细胞的细胞膜,将膜放在特制的仪器中,分隔两边装蒸馏水的槽。当将稀释的乙酸放入一侧时,发现另一侧槽中的pH没有变化。又将动物细胞匀浆磨碎,过滤出细胞器和膜的碎片,然后再将滤液加到加过乙酸的一侧,这时发现另外一侧的pH下降了。造成这种变化的最合理的解释是( )
A.质子(H+)通过主动运输跨膜运输
B.质子(H+)通过自由扩散跨膜运输
C.质子(H+)通过协助扩散跨膜运输
D.细胞滤液能溶解膜中的脂质【解题指南】解答本题的关键是需要明确:
(1)动物细胞匀浆滤液中含有ATP。
(2)物质跨膜运输方式的特点。
【解析】选A。pH下降说明H+运输到未加乙酸的一侧;细胞匀浆滤液中含有ATP,而主动运输需要消耗能量,说明H+跨膜运输的方式属于主动运输。【互动探究】若将题中的细胞膜换成磷脂双分子层,经过题中处理,pH会下降吗?为什么?
提示:不会。因为H+跨膜运输的方式属于主动运输,不仅需要能量还需要载体蛋白。【解题金手指】
判断曲线图中物质运输方式的方法
(1)随物质浓度的增加,有饱和点的曲线表示协助扩散或主动运输。
(2)成正比关系的曲线表示自由扩散。
(3)与呼吸作用或氧浓度有关系的曲线表示主动运输。【加固训练】
1.某哺乳动物的一种成熟细胞不含DNA。下图中能正确表示在
一定O2浓度范围内,K+进入该细胞的速率与O2浓度关系的是
( )【解析】选A。哺乳动物成熟的红细胞是没有细胞核的,也没有细胞器,只进行无氧呼吸,产生的乳酸进入血液后,与血液中的碳酸氢钠发生反应,生成乳酸钠和碳酸。因此,氧气的浓度对于K+进入该细胞的运输速率没有影响。2.(2014·四平模拟)若对离体的心肌细胞施用某种毒素,可使心肌细胞对Ca2+吸收量明显减少,而对K+、葡萄糖的吸收则不受影响。这种毒素的作用是( )
A.抑制呼吸酶的活性
B.抑制Ca2+载体蛋白的活动
C.改变了细胞膜的结构
D.改变了细胞膜两侧Ca2+的浓度【解析】选B。由题意分析知,该毒素可以影响心肌细胞对Ca2+的吸收,而不影响对K+、葡萄糖的吸收,说明其不影响能量的产生和膜的结构,因此其作用是抑制Ca2+载体蛋白的活动。1.(2012·浙江高考)人体肝细胞内CO2分压和K+浓度高于细胞外,而O2分压和Na+浓度低于细胞外,上述四种物质中通过主动转运(运输)进入该细胞的是( )
A.CO2 B.O2 C.K+ D.Na+
【解题指南】解答本题应明确两点:
(1)题干中的关键信息是四种物质在细胞内外的浓度高低和题干要求的是主动运输进入细胞内。
(2)主动运输的条件是需要载体蛋白和能量。【解析】选C。A项错误,CO2为自由扩散;B项错误,O2为自由扩散;C项正确,K+细胞内浓度高于细胞外,通过主动运输(低浓度到高浓度)进入细胞内;D项错误,Na+细胞内浓度低于细胞外,Na+进入细胞内是顺浓度梯度,属于被动运输。2.(2013·新课标全国卷Ⅰ)关于植物细胞通过主动运输方式吸收所需矿质元素离子的叙述,正确的是( )
A.吸收不同矿质元素离子的速率都相同
B.低温不影响矿质元素离子的吸收速率
C.主动运输矿质元素离子的过程只发生在活细胞中
D.叶肉细胞不能以主动运输的方式吸收矿质元素离子【解题指南】解答本题要注意两点:
(1)题干中关键词“主动运输方式吸收所需矿质元素离子”。
(2)主动运输应具备载体蛋白、能量这两个条件。【解析】选C。本题以植物细胞吸收矿质元素离子为命题线索,综合考查主动运输的条件和影响因素。主动运输既需要载体蛋白的协助,又需要消耗能量ATP。由于细胞膜上所含的载体蛋白种类和数量不同,因而植物细胞吸收不同矿质元素离子的速率不同,A错误;低温通过影响酶的活性进而影响细胞呼吸,使得细胞呼吸速率降低,产生的能量减少,导致细胞对矿质元素离子的吸收速率降低,B错误;矿质元素离子进出细胞的方式为主动运输,该过程只发生在活细胞中,C正确;在根外施肥或叶面施肥时,叶肉细胞能通过主动运输方式吸收矿质元素离子,起到快速吸收矿质元素离子的作用,D错误。3.(2013·北京高考)在细胞生命活动中,不可能发生的过程是
( )
A.神经递质由突触小泡分泌到胞外
B.mRNA从细胞核进入细胞质
C.老化受损的细胞器融入溶酶体中
D.O2通过主动运输进入线粒体【解题指南】解答本题需要关注以下两点:
(1)区别自由扩散、主动运输、胞吐。
(2)理解核孔、溶酶体的作用。
【解析】选D。本题考查对胞吐、跨膜运输、细胞衰老等过程的理解。A项,神经递质通过突触小泡和突触前膜融合,将其分泌到胞外,故正确;B项,mRNA通过核孔从细胞核进入细胞质,故正确;C项,老化受损的细胞器融入溶酶体中被分解消化,故正确;D项,O2是通过自由扩散方式跨膜的,故错误。4.(2011·北京高考)下列与细胞内物质运输有关的叙述,正确的是( )
A.叶绿体合成的ATP通过核孔进入细胞核
B.氢离子可以通过扩散作用进入液泡内
C.溶酶体内的酶由内质网形成的小泡(囊泡)运入
D.内质网的膜结构成分可以转移到细胞膜中【解析】选D。叶绿体中的ATP是在光反应阶段产生的,这些ATP给暗反应供能,暗反应合成有机物。氢离子的跨膜运输属于主动运输,不能通过扩散作用进入液泡内;溶酶体内的酶主要是蛋白质,在内质网上的核糖体合成后,需经内质网和高尔基体的运输、加工、修饰。溶酶体可看作从高尔基体上掉落的囊泡,而不是由内质网形成的囊泡运入;细胞内的膜系统在必要时可以相互转化,如内质网在运输分泌蛋白时可以形成囊泡与高尔基体膜融合,然后高尔基体膜可以再形成囊泡运输分泌蛋白到达细胞膜,与细胞膜融合,通过这个过程内质网的膜结构成分就可以间接地转移到细胞膜中。5.(2014·成都模拟)由图中曲线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【解题指南】解答本题的关键是:
(1)正确分析a和b两曲线所表示的运输方式,a转运速率与被转运分子的浓度呈正相关,为自由扩散,B曲线有饱和值,与载体蛋白含量有关;也可能与能量有关。
(2)明确各种运输方式的特点。【解析】选C。分析坐标曲线可以看出,a为自由扩散,b为协助扩散或主动运输。脂溶性小分子物质通过自由扩散(即方式a)运输;方式a与载体蛋白无关,只与浓度有关;抑制细胞呼吸,能量供应不足,导致主动运输受阻,而与自由扩散(协助扩散)无关,因此D错误。6.(2011·海南高考)原尿中葡萄糖、氨基酸等物质的浓度与血浆中的基本相同。原尿经肾小管上皮细胞的选择性重吸收和分泌作用后形成尿液。正常情况下尿液中不含葡萄糖。肾小管上皮细胞中的葡萄糖通过被动运输的方式进入组织液。下图为肾小管及相关结构示意图。回答问题:
(1)肾小管上皮细胞中的葡萄糖浓度_________(填“高于”或“低于”或“等于”)组织液中的。
(2)原尿中的葡萄糖进入肾小管上皮细胞的运输方式是________,需要________________的参与。
(3)肾小管上皮细胞重吸收水分的原理是________________,
原尿中葡萄糖未能被完全重吸收从而导致尿量增加的原因是
_________________________________________________。【解析】本题通过肾小管对水分和葡萄糖的重吸收作用的相关知识,考查分析、应用能力。
(1)由于肾小管上皮细胞中葡萄糖以被动运输的方式进入组织液,故肾小管上皮细胞中的葡萄糖浓度应该高于组织液中的。
(2)肾小管上皮细胞对葡萄糖进行重吸收形成尿液,尿液中葡萄糖含量很少,故葡萄糖从低浓度向高浓度运输,属于主动运输,需要载体蛋白和能量的参与。
(3)肾小管上皮细胞吸收葡萄糖后使细胞内液浓度增大,从而发生渗透吸水,若原尿中葡萄糖未被完全重吸收,而被排出时需要带走部分水分,从而使尿量增加。答案:(1)高于
(2)主动运输载体蛋白和能量
(3)渗透作用排出葡萄糖时要带走部分水分【延伸探究】分析题干信息,肾小管上皮细胞中的葡萄糖进入组织液时为哪种方式?并说明原因。
提示:协助扩散。葡萄糖进入细胞需要载体蛋白协助,而题干给出的信息为“被动运输”,所以应为协助扩散。