第1节 被动运输_教学设计第二课时（表格式）

课题 第 4 章 第 1 节 被动运输（第 2 课时）
教学目标
教学目标： 1.阐明细胞膜的选择透过性 2.描述自由扩散和协助扩散的特点，明确结构与功能相适应的生命观念； 教学重点： 自由扩散、协助扩散的原理和特点 教学难点：转运蛋白的种类和作用
教学过程
时间 教学 环节 主要师生活动
导入 教师：上节课我们一起学习了水进出细胞的原理，细胞可以通过渗透作 用吸水或失水；动物的细胞膜、植物细胞的原生质层都相当于一层半透 膜。为什么细胞膜相当于一层半透膜呢，这与其结构特点有关，这节课 我们继续讨论这个问题。
一 被 动运输 的类型 图示：人工合成的脂双层对物质的通透性、磷脂分子模式图 教师：同学们看到，O2 ，CO2 ，N2 ，苯，尿素，甘油都可以通透脂双层。而 葡萄糖、蔗糖以及钾离子、钠离子、钙离子等各种离子都无法通过人工 的脂双层。为什么呢？这与分子本身的大小和性质有关，而对分子的大 小和性质进行选择的，就是构成脂双层的磷脂分子。 磷脂分子一端是极性的头部，另一端是长长的非极性的脂肪酸链构成的 尾部，相对排列成脂双层后，小分子比大分子更容易穿膜，非极性分子
比极性分子更容易穿膜。O2，CO2，N2，苯是非极性的小分子物质，对脂 双层的通透性是最大的；而尿素，甘油虽然是极性分子，但是分子量小 且不带电荷，也能够通过脂双层，但是通透性低于氧气等分子。葡萄糖、 蔗糖分子量比较大，而且具有极性，这两个因素共同导致其无法通过脂 双层；构成脂双层的磷脂分子具有长长是疏水的尾部，所以带电荷的离 子难以通透。 提问：葡萄糖，氨基酸，无机盐离子等是所有细胞生命活动所必需的， 它们不能通过人工膜，但是一定有办法通过细胞膜。葡萄糖等物质如何 通过细胞膜呢？ 图示：人工合成的脂双层和生物膜 教师：如图所示，同学们看到，与人工合成的脂双层相比较，构成细胞 膜的脂双层中多出了一些物质，这就是膜蛋白。膜蛋白的种类很多，其 中可以协助极性的小分子、带电的离子等进行跨膜运输的膜蛋白称为转 运蛋白。 协助扩散：离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等，不能自由地 通过细胞膜，需要借助膜上的转运蛋白进出细胞扩散，叫做协助扩散， 也叫易化扩散。 自由扩散：像 O2 、CO2 以及甘油、乙醇、苯等，通过简单的扩散作用进出 细胞的方式，称为自由扩散，也叫简单扩散。 自由扩散的意义： 以细胞对氧气的吸收为例说明自由扩散对于所有细胞 都很重要。 学生活动：归纳自由扩散和协助扩散的共性 1.物质均以扩散的方式进出细胞 2.都是顺浓度梯度的跨膜运输 3.均不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量 教师引导总结被动运输的概念—— 被动运输：物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释 放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
二 转 运蛋白 的类型 教师：请同学思考：水从水多的一侧向水少的一侧扩散，属于哪种方式 的扩散呢？ 学生 1：水分子很小，应该是通过自由扩散的方式过膜； 学生 2:水分子是极性分子，而磷脂分子具有亲水的头部和长长的疏水的 尾部，疏水的尾部不停的摆动，极性分子很难通过，所以水分子虽然很 小，也难以通过自由扩散的方式通过磷脂双分子层。 教师：同学们分析的都有一定道理，但是水分子过膜的方式不能仅通过 理论分析得出，必须通过实验证实。现在，我们一起看 2 个资料： 资料 1：水分子比较小，在活细胞中含量最多，人们曾经认为它们以自由 穿过细胞膜磷脂分子的间隙而进出细胞。后来的研究发现，水分子在通 过细胞膜时的速率高过人工膜。
如图中的曲线所示，横坐标是各种物质对人工膜的通透性，纵坐标是各 种物质对生物膜的通透性；氧气在两种膜中的通透性最高，而且是一致 的，说明氧气透过人工膜和生物膜的方式是一致的，均以自由扩散的方 式过膜；二氧化碳和甘油也是如此；但是水分子对生物膜的通透性约为 10 -2 cm 每秒，但是对人工膜的通透性约为 10 -3 cm 每秒，即水通过生物 膜的速率是人工膜的 10 倍。 由此推断细胞膜上可能存在特殊的输送水分子的通道。 资料 2:1988 年，美国科学家阿格雷从红细胞和肾小管细胞中分离出一种 新的膜蛋白，后来经过实验获得了该蛋白的氨基酸序列结构，证实了水 通道蛋白的存在。 目前，人们已经从细菌、酵母菌、植物、动物的细胞 中分离出多种水通道蛋白。关于人类对通道蛋白的探索历程，在必修 1 被 动运输一节的生物科学史话 板块有详细的描述，建议同学们课下阅读。 教师：通过上面的资料，相信同学们认识到，水分子很小，不带电荷但 具有极性，尽管能够以自由扩散过膜，但是更多的是借助细胞膜上的水 通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞。对于某些组织来说，如肾小管的 近曲小管对水的重吸收、唾液和眼泪的形成等，水分子必须借助细胞膜 上的水通道蛋白以协助扩散的方式快速进出细胞。 图示肾脏、肾单位、肾小管、肾小管上皮细胞水通道蛋白数量调控示意 图，说明在激素的调控下，肾小管上皮细胞膜上增加了多个水通道蛋白， 保证了流经肾小管的原尿中大量的水分被重吸收回血液中，维持了个体 的稳态。 图示：钾离子通道模式图 教师：20 世纪 80 年代，科学家又从蚕豆保卫细胞中检测出 K+的通道。 1998 年，美国科学家麦金农解析了 K+通道蛋白的立体结构。与此同时， 钙离子、钠离子等通道蛋白的结构一一被解析，科学家们发现，细胞膜 上存在多种离子的通道蛋白，如果这些通道蛋白结构异常，会引起很多 疾病，比如说钙离子通道异常可能会导致高血压等疾病。科学家们一直 在积极研究通道蛋白的作用机制，探索调控通道蛋白的药物，以治疗疾 病，维护人类健康。 图示：载体蛋白和通道蛋白 活动：请你比较载体蛋白和通道蛋白的异同 表格列出两者区别 通过两幅示意图，同学们发现，载体蛋白需要与被运输的物质结合， 转运时会发生自身构象的改变，这意味着载体蛋白对被运输的物质具有 高度的选择性，比如说膜上的葡萄糖载体蛋白只能转运葡萄糖分子；而 分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合，但是通道蛋白只
容许与自身通道直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通 过。也就是说，虽然通道蛋白不与物质结合，通道蛋白对被运输的物质 同样具有特异性或选择性。 内容补充：通道蛋白的开放和关闭受到调控 除了图中一 目了然的区别，通道蛋白还有一些特征：如，离子通道并不 是持续开放的，而是受到调控的，即离子通道的活性受控于适当的细胞 信号，开启或者关闭。多数情况下离子通道呈关闭状态，只有在应答膜 电位变化、化学信号或压力刺激后，跨膜的离子通道才能开启。因为通 道蛋白不是持续开放或关闭，且对通过的物质具有选择性，保证了活细 胞内外的物质浓度是高度不同的，如 Na 离子是细胞外最丰富的阳离子， 而 K 是细胞内最丰富的阳离子。这种细胞内外的离子浓度差异对于细胞 的存活和功能至关重要，比如说在动物的神经系统传递信息、对体内外 的刺激做出反应的过程中，细胞内外的 K 离子和 Na 离子通过被调控的通 道蛋白协助扩散，保证了神经系统信号的正常传递。
三 影 响被动 运输的 因素 图示： 自由扩散和协助扩散曲线 教师：请判断 :哪条曲线是自由扩散？哪条是协助扩散？请说出判断依 据。 学生①自由扩散②协助扩散 依据： 自由扩散和协助扩散都是顺浓度梯度进行跨膜运输，不需要消耗 细胞内化学反应产生的能量，因此膜内外物质浓度梯度的大小会直接影 响运输速率， 自由扩散的物质可以自由过膜，不需要膜上的转运蛋白， 所以膜两侧的浓度差越大，其运输速率越大，因此①是自由扩散；而协 助扩散需要转运蛋白，如葡萄糖、核苷酸等有机物需要先与特定的载体 蛋白结合，载体蛋白形态结构发生改变，将其运至膜的另一个，之后恢 复形态继续结合下一个分子。膜上的载体蛋白越多，能够结合并转运的 物质越多，所以借助载体蛋白的协助扩散具有饱和现象，物质的运输速 率不会随着物质的浓度差持续上升，会出现平台期，如②所示。 教师： 由此，请大家总结影响被动运输的因素。 学生： 自由扩散和协助扩散均是物质过膜的扩散，所以温度的高低会影 响扩散的速率； 由于两种扩散方式都是顺浓度梯度进行跨膜运输的，不 需要消耗细胞内化学反应产生的能量，因此膜内外物质浓度梯度的大小 会直接影响物质运输的速率，但是协助扩散需要转运蛋白，因而某些物 质运输的速率还与转运蛋白的数量有关。
小结