人教版（2019）生物必修1教案：4-1 第2课时自由扩散和协助扩散

第4章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输
第2课时 自由扩散和协助扩散
素养导引
1.生命观念:运用结构与功能观,说出不同性质的物质进出细胞的方式不同。
2.科学思维:采用比较与归纳、模型与建模的方法,说明自由扩散和协助扩散的关系。
自由扩散和协助扩散
1.写出图中a~c代表的运输方式:
a.协助扩散;b.协助扩散;c.自由扩散
2.写出①②代表的转运蛋白的类型:
①通道蛋白;②载体蛋白
3.①与②的区别:
发挥作用时自身构象不发生变化的是①;不需要与分子或离子结合的是①。
[思考]　性激素通过何种方式进入靶细胞
提示:自由扩散。
用磷脂双分子层将某种不容易进入细胞的药物(甲)包裹成小球,通过小球膜与细胞膜的融合将药物送入细胞,从而达到治疗疾病的目的。根据材料信息判断:
1.药物甲的化学成分最可能是蛋白质。(√)
2.甲进入细胞的方式最可能是协助扩散。(×)
分析:用磷脂双分子层将药物(甲)包裹成小球,通过小球膜与细胞膜的融合将药物送入细胞,由此可知,药物甲进入细胞的方式不可能是协助扩散。
学习任务:被动运输的模型
1.物理模型:
模型解读:
编号 方式 特点
A 自由扩散 顺浓度梯度运输,不消耗能量 不需要转运蛋白
B 协助扩散 需通道蛋白协助
C 协助扩散 需载体蛋白协助
[思考探究]　从细胞膜的成分分析,为什么脂溶性物质(乙醇、甘油等)通过细胞膜的方式是自由扩散
提示:细胞膜的基本支架是磷脂双分子层,依据相似相溶的原理,脂溶性的物质可以自由通过磷脂双分子层进出细胞。
2.数学模型:
模型解读:
编号 方式 影响因素
甲 自由扩散 浓度差
乙 协助扩散 浓度差(O~A)和转运蛋白数量(A点以后)
[思考探究]　如细胞内外溶液浓度差会影响物质运输速率,温度是否会影响水分通过细胞膜的扩散速率
提示: 会。温度会影响膜上磷脂分子和蛋白质的流动性,水分子通过细胞膜的方式为自由扩散和协助扩散,一定温度范围内,提高温度会加速水分子的扩散速率。
【学习加点料】
思维易错:同一种物质只能有一种运输方式吗 举例说明。
提示:不是。水分子既可以进行自由扩散,又可以协助扩散。
【拓展归纳】
常见物质跨膜运输方式
(1)O2、CO2等气体和乙醇、甘油、脂肪酸等脂溶性物质跨膜运输方式是自由扩散。
(2)一些离子:如Na+进入神经细胞,K+出神经细胞;小分子有机物:如葡萄糖进入红细胞,这些运输方式都是协助扩散。
科学研究发现,细胞膜上有专门供水分子进出的水通道蛋白。下列有关说法错误的是(　　)
A.水分子可通过自由扩散和协助扩散进出细胞
B.肾小管和集合管上皮细胞分布较多水通道蛋白
C.水分子的进出体现了细胞膜具有一定的流动性
D.同等条件下水分子通过细胞膜的速率远远高于人工膜
[解题思维]
提取关键点 细胞膜上有专门供水分子进出的水通道蛋白
转化知识点 水分子进出细胞膜的方式
排除障碍点 人工膜一般不含蛋白质,水分子只能依靠自由扩散进出
【解析】选C。水分子可以通过自由扩散进出细胞,也可以借助水通道蛋白进行协助扩散,即水分子可通过自由扩散和协助扩散进出细胞,A正确;肾小管、集合管具有重吸收水的作用,对于水的重吸收依赖于水通道蛋白的协助,能加快水的运输,因此肾小管和集合管上皮细胞分布较多水通道蛋白,B正确;水分子的进出体现了细胞膜具有选择透过性的功能特点,C错误;细胞膜和人工膜的区别在于人工膜一般没有蛋白质,因此,同等条件下水分子通过细胞膜的速度远远高于人工膜,D正确。
1.下列有关物质跨膜运输的说法,错误的是(　　)
A.红细胞去除膜蛋白后水的运输速率会降低
B.一种物质不会有多种跨膜运输方式
C.通道蛋白介导的水分子的协助扩散速率比自由扩散快
D.通道蛋白只容许与自身通道大小和电荷相适宜的分子或离子通过
【解析】选B。水进入红细胞主要是通过通道蛋白以协助扩散的方式进入的,故去除膜蛋白后水的运输速率降低,A正确;一种物质可以有多种跨膜运输方式,比如水可以自由扩散,也可以借助水通道蛋白进行协助扩散,B错误;细胞膜上磷脂分子具有疏水的尾部,对水分子的跨膜运输有一定的阻碍作用,故通道蛋白介导的水分子的协助扩散速率比自由扩散更快,C正确;通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过,被转运物质不需要与通道蛋白结合,D正确。
2.在物质进出细胞的方式中,自由扩散区别于协助扩散的是(　　)
A.由高浓度向低浓度扩散 B.需要转运蛋白
C.由低浓度向高浓度扩散 D.不需要转运蛋白
【解析】选D。自由扩散与协助扩散的相同之处是物质顺浓度梯度(高浓度→低浓度)跨膜运输,同时均不消耗能量;不同之处表现在自由扩散不需要转运蛋白,而协助扩散需要转运蛋白。
　　葡萄糖转运蛋白家族包括GLUT1~GLUT14,均参与葡萄糖的运输。GLUT2是肝细胞的葡萄糖转运蛋白,其作用过程如图所示:
探究:
(1)与葡萄糖转运蛋白的合成和运输有关的细胞器有哪些
(2)上述葡萄糖进入肝细胞的方式是什么 影响葡萄糖进入肝细胞速率的因素有哪些
(3)上述转运蛋白转运葡萄糖的过程中,其空间结构发生了变化,能否继续转运葡萄糖 其与通道蛋白有什么异同点
【解析】(1)葡萄糖转运蛋白是位于细胞膜上的蛋白质,在核糖体上合成后,进入内质网和高尔基体进行加工、修饰,且需要线粒体提供能量。
(2)分析图可知,葡萄糖分子顺浓度梯度进入细胞,且需要转运蛋白的协助,故属于协助扩散,影响葡萄糖进入肝细胞速率的因素包括细胞内外葡萄糖的浓度差和转运蛋白的数量。
(3)转运蛋白在发挥作用后可反复利用,不会被消耗掉,由于GLUT2在发挥作用时空间结构发生了变化,故属于载体蛋白,与通道蛋白一样均可运输物质,载体蛋白在发挥作用时,需与所运输物质结合,空间构象发生变化,而通道蛋白不需要与所运输物质结合,空间构象也不会发生变化。
答案:(1)核糖体、内质网、高尔基体、线粒体。
(2)协助扩散;细胞内外葡萄糖的浓度差;转运蛋白的数量。
(3)能。二者的相同点:均起运输作用。
不同点:a.每种载体蛋白都能与特定的溶质分子结合,通过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜转运,具有饱和性。
b.通道蛋白介导被动运输时不需要与溶质分子结合,只有直径和形状与其相适配、大小和电荷适宜的分子或离子才能通过,没有饱和值。
情境载体 情境类型为生活、学习和实践情境,突出与生活的联系
关键能力↓信息转化 ①葡萄糖分子顺浓度梯度进入肝细胞
②需要膜上转运蛋白的协助
学科素养 培养生命观念中的结构与功能观、科学思维中的分析与比较等素养
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