【生物】10-11学年同步学案（人教必修1）：第四章 细胞的物质输入和输出（第3节）

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第3节 物质跨膜运输的方式
知识点一、被动运输
1．物质运输的方式
3．辨析比较
(1)渗透与扩散的比较
扩散是指某些物质分子从高浓度向低浓度的运动，可以是气体、溶剂分子，也可以是溶质分子；而渗透是水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。渗透需要半透膜，是扩散的一种特殊形式。其关系如下图所示。
(2)影响被动运输的因素
在被动运输中，物质运输的速率除取决于浓度差外，还与该物质分子的大小以及脂溶性有关。一般而言，分子越小、脂溶性越强，运输速率越大。对于协助扩散，还与载体种类和数量有关。如图所示，自由扩散随外界物质浓度升高，运输速率可持续增大；而协助扩散需要载体蛋白的协助，当超过一定限度时，随着外界物质浓度升高，运输速率不再增大，这是由于细胞膜上载体蛋白的数量有限，即具有载体饱和效应。
【活学技巧】　1.自由扩散和协助扩散的动力都是浓度差。2.二者都不需消耗细胞代谢产生的能量。
知识点二、主动运输
1．特点
(1)逆浓度梯度运输。
(2)需载体蛋白的协助。
(3)需消耗细胞呼吸产生的能量。
2．影响因素
(1)载体：细胞膜上的一类蛋白质
①
②载体具有饱和性：当细胞膜上的载体已达饱和时，细胞吸收该载体运载的物质的速度不再随物质浓度增大而增大。
(2)能量：凡是影响细胞内产生能量的因素，都能影响主动运输，如氧气浓度、温度等。如图。
(3)温度：温度可影响有关酶的活性和生物膜的流动性，因而影响物质运输速率。低温会使物质跨膜运输速率下降。
【提醒】　三种物质运输方式是小分子和离子的运输方式，不包括大分子物质；三种物质运输方式是物质进出细胞的主要运输方式，除此之外还有其他方式(通道运输)。
知识点三、胞吞和胞吐
1．过程
(1)胞吞：大分子物质囊泡―→大分子物质进入细胞内
(2)胞吐：大分子物质囊泡―→大分子物质排出细胞外
2．结构基础：细胞膜的流动性。
3．条件：二者都需要消耗能量。
【例1】　下列生理功能必须通过主动运输来实现的是(多选)(　　)
A．大部分脂溶性维生素进入小肠绒毛上皮细胞
B．红细胞从血浆中摄取K＋
C．鲨鱼将血液中多余的盐分通过鳃排出体外
D．葡萄糖进入红细胞
易错点提示　牢记主动运输的特点：①逆浓度梯度运输；②需载体蛋白的协助；③需消耗能量。
解析　小分子物质进出细胞的方式有三种：自由扩散、协助扩散和主动运输。此题中的A属于自由扩散，既不需要载体协助，也不消耗能量；B、C为主动运输，它既需载体又耗能；D为协助扩散，只需载体不耗能。
答案　BC
要识记常见物质出入细胞的方式。归纳如下：
(1)被动运输
(2)主动运输：氨基酸、C6H12O6、核苷酸、H＋、Mg2＋、K＋、Na＋、Ca2＋、Cl－、HCO。
【例2】　物质进入细胞都要穿过细胞膜，不同物质穿过细胞膜的方式不同，下列各图表示在一定范围内细胞膜外物质进入细胞膜内的三种不同情况，回答下列问题：
(1)据图指出A、B、C所表示的物质运输方式，A是____________，B是________，C是________。
(2)上述三种运输方式中，哪一种加入呼吸抑制剂后曲线会发生变化？________，为什么？________________________________________________________________________。
(3)乙醇、CO2、氨基酸进入细胞的方式分别是__________、________、________。
易错点提示　误认为主动运输都是逆浓度转运。
解析　　小分子物质进出细胞的方式有3种：自由扩散、协助扩散和主动运输。自由扩散是小分子物质进出细胞膜的方式，它总是从高浓度一侧向低浓度一侧扩散，其扩散速度与物质浓度的高低成正比，表现出A图所示的曲线；协助扩散亦是从浓度高的一侧向浓度低的一侧扩散，但这种扩散必须由载体来转运，当细胞膜上的载体达到饱和时，其扩散速度就会受到限制，表现为B图的曲线；主动运输是物质进出细胞的主要方式，该过程需要载体和能量，当外界离子的浓度高于细胞内离子浓度时(顺浓度梯度)，主动运输比自由扩散和协助扩散要快得多。主动运输逆浓度梯度进行时，在能量充足、载体没有达到饱和之前，运输速度随离子浓度的升高而加快，当载体饱和或能量不足时，主动运输就会减弱，表现为C图曲线。当加入呼吸抑制剂后，受影响的曲线是主动运输曲线。
答案　(1)自由扩散　协助扩散　主动运输
(2)主动运输　主动运输需要呼吸作用提供能量
(3)自由扩散　自由扩散　主动运输
解答此题应分析每条曲线所对应的方式，特别是对C图曲线的分析：开始时细胞内浓度低，随着时间的延长细胞内浓度高于细胞外浓度，说明细胞能逆浓度梯度吸收该物质，故判
定该物质进出细胞是主动运输。
1．自由扩散的特点是(　　)
A．物质从高浓度一侧运输到低浓度一侧
B．需要载体协助
C．需要消耗细胞代谢释放的能量
D．物质从低浓度一侧到高浓度一侧
答案　A
解析　根据自由扩散的特点即可回答。自由扩散是物质从高浓度一侧运输到低浓度一侧。
2．下列跨膜运输的生理活动，属于主动运输的是(　　)
A．酒精进入胃黏膜细胞
B．二氧化碳由静脉血进入肺泡内
C．原尿中的葡萄糖进入肾小管上皮细胞
D．水分子出入细胞
答案　C
解析　原尿中的葡萄糖是通过重吸收进入肾小管上皮细胞的，需要消耗能量，是主动运输。而水分子、CO2和酒精通过自由扩散进行跨膜运输。
3．下列物质中，只需要载体蛋白协助进入细胞的是(　　)
A．水进入小肠细胞 B．葡萄糖进入红细胞
C．K＋进入小肠细胞 D．CO2进入肺泡
答案　B
解析　葡萄糖进入红细胞是协助扩散，只需要载体蛋白的协助不需要消耗能量。而K＋进入小肠细胞是主动运输，既需载体蛋白协助又需消耗能量。
4．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．单纯扩散 B．主动运输
C．协助扩散 D．逆浓度梯度运输
答案　C
解析　蛋白质活动受限制，葡萄糖的运输速率下降，说明蛋白质影响葡萄糖的运输，而减少能量供应，葡萄糖的运输不受影响，说明葡萄糖的运输不需要能量，蛋白质可作为载体，因此判断葡萄糖进入红细胞的方式是协助扩散，顺浓度梯度运输。
5．下图中I～Ⅳ说明了物质和离子通过细胞膜的转运方式，下列陈述中正确的是(　　)
A．所有图中均有主动运输
B．在图Ⅱ和图Ⅲ中有主动运输，在图I和图Ⅳ中有被动运输
C．在图Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ中有渗透作用
D．在图Ⅲ中为主动运输，而在图Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ中为被动运输
答案　D
一、被动运输
1．自由扩散
(1)条件：分子小、脂溶性；顺浓度梯度运输。
(2)特点：简单的扩散。
(3)动力：膜两侧的浓度差。
2．协助扩散
(1)条件：载体的协助，顺浓度梯度运输。
(2)特点：借助载体蛋白的扩散。
(3)动力：膜两侧的浓度差。
3．影响被动运输的因素
(1)除取决于浓度差外，还与该物质分子的大小以及脂溶性有关。
(2)对于协助扩散，还与载体种类和数量有关。
二、主动运输
1．特点：逆浓度梯度运输；需载体蛋白的协助；需消耗细胞呼吸产生的能量。
2．影响因素
(1)载体蛋白
(2)能量
(3)温度
三、胞吞和胞吐
1．过程
2．结构基础：细胞膜的流动性。
3．条件：二者都需要消耗能量。
1．人体细胞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．细胞膜上的载体数量
C．线粒体中呼吸作用的强度
D．液泡中物质的浓度
答案　A
解析　人体细胞细胞吸收甘油的方式属自由扩散，其吸收量与细胞液中甘油的浓度有关。细胞液中甘油浓度高时自由扩散快，吸收的多；浓度低时，扩散的慢，吸收少。
2．下列属于协助扩散的是
A．葡萄糖进入小肠上皮细胞
B．O2由肺泡进入血液
C．进行质壁分离和复原实验时用的尿素溶液
D．C6H12O6进入红细胞
答案　D
3．海带细胞中碘的浓度比海水中高出许多，其原因是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．海带细胞膜为全透性膜
B．碘的通透性强
C．海带细胞膜上运载碘的载体多
D．海水中的碘含量高
答案　C
解析　碘以主动运输的方式被海带细胞吸收，需要载体和能量，并且可以逆浓度梯度运输，细胞膜上运输碘的载体越多，被海带细胞吸收的碘越多，细胞内碘的浓度越高。
4．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
答案　A
解析　葡萄糖和木糖被小肠绒毛上皮细胞吸收都属于主动运输，各自需要相应的载体运输才可。因为载体具有专一性。
5．新生儿的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。这两种物质分别被吸收到血液中的方式是(　　)
A．主动运输、主动运输 B．胞吞、主动运输
C．主动运输、胞吞 D．被动运输、主动运输
答案　B
解析　免疫球蛋白属于大分子物质，通过胞吞进入小肠上皮细胞，且消耗能量。
一、选择题
1．胆固醇、苯、尿素进入细胞内的方式是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．自由扩散 B．协助扩散
C．主动运输 D．三种方式都有
答案　A
2．下列说法中错误的是(　　)
A．果脯在腌制中慢慢变甜，是细胞主动吸收糖分的结果
B．水分子进入细胞是通过自由扩散的方式
C．葡萄糖进入红细胞需要载体蛋白的协助，但不消耗能量，属于协助扩散
D．大肠杆菌吸收K＋属于主动运输，既消耗能量又需要膜上的载体蛋白
答案　A
解析　果脯在高浓度糖水中失水死亡，糖分进入细胞使果脯变甜。
3．下列关于物质跨膜运输的描述，正确的是(　　)
A．大分子有机物要通过载体蛋白的转运才能进入细胞内，并且要消耗能量
B．相对分子质量小的物质或离子都可以通过自由扩散进入细胞内
C．主动运输发生在细胞逆浓度吸收物质时，既要消耗细胞的能量，也要依靠膜上的载体蛋白
D．协助扩散和自由扩散都是顺浓度梯度进行的，既不需要消耗能量，也不需要膜上的载体蛋白
答案　C
解析　大分子有机物通过胞吞进入细胞，离子和有些较小的物质(如氨基酸)通过主动运输进入细胞；协助扩散不消耗能量，但需要载体协助。
4．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两点吸收量不同的因素分别是(　　)
A．载体数量、能量 B．能量、载体数量
C．载体数量、离子浓度 D．能量、离子浓度
答案　B
解析　A、B两点对应的氧浓度不同，呼吸产生的能量不同，导致NO的吸收量不同。B、C两点处于相同氧浓度下，呼吸作用产生能量相同，但吸收量有差异，是因为膜上运输NO载体比运输K＋的载体数量多。
5．下图表示细胞对大分子物质“胞吞”和“胞吐”的过程，下列与此有关的叙述错误的是(　　)
A．a与b均要以膜的流动性为基础才可能发生
B．a要有细胞表面识别和内部供能才可能完成
C．b在细胞分泌的同时膜成分也随之更新
D．b与a分别是细胞排泄废物和摄取养分的基本方式
答案　D
解析　胞吞和胞吐是膜流动性的具体表现，胞吞是通过膜外表面的糖被识别，消耗能量进入细胞内；细胞分泌是高尔基体“出芽”形成的囊泡与细胞膜融合，将大分子物质排到膜外，因此，有部分高尔基体膜的成分转移到细胞；排出废物和摄取养分的基本方式是利用膜的选择透过性直接通过细胞膜以被动运输、主动运输等方式进行。
6．下列说法正确的是(　　)
①协助扩散和主动运输都需要细胞膜上的同一种载体蛋白　②小分子物质和离子只有通过协助扩散和自由扩散才能进入细胞　③所有细胞都有相同的细胞膜结构，“嵌入”支架或“漂浮”在支架两侧的蛋白质种类和数量相同　④当细胞内外存在浓度差时，细胞就会发生质壁分离或复原　⑤温度变化会影响水分子通过半透膜的扩散速率
A．⑤ B．②⑤
C．②④ D．①②③④⑤
答案　A
解析　载体具有专一性，一种载体只能转运一种或几种物质；一些离子可通过主动运输转运进入细胞；不同细胞的功能不一样，其细胞膜的结构和蛋白质的种类和数量也不相同；只有具成熟大液泡的植物细胞才会发生质壁分离和复原。
7．下列四项表示正常情况下，不同物质穿过细胞膜进入细胞内的四种情况。若在X点加入有氧呼吸抑制剂，下列曲线中将会发生明显变化的是(　　)
答案　C
解析　通过上图可以看出A、D为自由扩散，B为协助扩散。C为主动运输，需呼吸作用提供能量，所以加入有氧呼吸抑制剂，曲线就会发生明显变化。
8．2002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途径。“穿肠蛋白质”被肠道吸收的方式是(　　)
①单纯扩散　②渗透作用　③主动运输　④以上都不是
A．①②③ B．③ C．④ D．②③
答案　C
解析　“穿肠蛋白质”是大分子物质，不能通过跨膜运输方式被吸收，而是通过胞吞的方式被吸收。
9．下图是测定了某种生物的细胞对甲、乙两种物质吸收速率与该物质浓度的关系绘制成的曲线，仔细分析后，你认为下列四种说法中正确的是(　　)
A．甲物质是主动运输，乙物质是自由扩散
B．甲物质是自由扩散，乙物质可能是主动运输
C．乙醇进入细胞的方式与乙物质相同
D．K+进入细胞的方式与甲物质相同
答案　B
解析　图中甲物质随着物质浓度的增大而吸收速率加快，说明其运输方式为自由扩散；乙物质的运输方式具有载体饱和效应，为协助扩散或主动运输。乙醇和K+进入细胞的方式分别为自由扩散和主动运输。
10．下图表明小肠绒毛上皮细胞对不同物质的转运(转运的方向由箭头表明，符号的数量代表每种物质的浓度)。下列叙述正确的是(　　)
A．a物质可能是氧气，b物质可能是葡萄糖
B．a物质可能是水，b物质可能是甘油
C．a物质可能是胆固醇，b物质可能是氧气
D．a物质可能是葡萄糖，b物质可能是氨基酸
答案　A
解析　从图中可知a从高浓度一侧运输到低浓度一侧，属于自由扩散；b在载体的协助下从低浓度一侧运输到高浓度一侧，且需要ATP，属于主动运输方式。而O2、甘油、水、胆固醇出入膜的方式是自由扩散。氨基酸、葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞则是主动运输方式。
二、非选择题
11．对法囊藻的细胞液中各种离子浓度的分析表明，细胞液中的成分与海水的成分很不相同，图中阴影部分代表法囊藻细胞液中的离子浓度。请分析回答下列问题：
(1)K+和Cl-在细胞内积累，而Na+等在细胞液中的含量低于海水的含量。这表明________________________________________________________________________。
(2) K+和Cl-进入细胞的转运方向是　　　　　　　。这种吸收方式叫　　　　，这种吸收方式需要的两个基本条件是　　　　　　　。
(3)Na+和Ca2+排出细胞的转运方向是　　　　　　　，它们的运输方式属于　　　　。
(4)法囊藻细胞液中各种离子浓度与海水中各种离子浓度不成比例，其结构基础是________________________________________________________________________
　　　　　　。
答案　(1)细胞对矿质元素的吸收具有选择性
(2)从低浓度到高浓度　主动运输　载体、能量(ATP)
(3)从低浓度到高浓度　主动运输
(4)细胞膜的载体种类和数量
解析　此题主要考查物质跨膜运输的三种方式的特点，同时还考查了识图和解读图表获取有关信息的能力。法囊藻中K+和Cl-与海水中不同，说明细胞吸收矿质元素离子具有选择性。K+和Cl-进入细胞，以及Na+和Ca2+排出细胞都是从低浓度到高浓度，属于主动运输，主动运输需要两个基本条件：载体和能量。但从细胞膜的结构上看就是载体的种类和数量。
12．某植物根系对某营养物质的吸收，与该物质溶液浓度的关系如图所示。从图中曲线可以看出，在一定浓度范围内，该植物根系对该物质的吸收速率随浓度增加而增加，当达到P点后吸收速率不再增加。有人认为这种现象可表明该植物根系对该物质的吸收方式为主动运输，也有人认为是被动运输，请设计一个实验加以确定。(已知细胞呼吸产生主动运输所需要的能量)
(1)设计并完善实验步骤
①取甲、乙两组生长发育状况相同的植株，放入适宜浓度的　　　　　　　　　　　　　　　　　　的溶液中；
②甲组的根系给予正常的呼吸条件。乙组的根系________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________。
(2)预测实验结果并分析
①若两组植株的根系对该物质的吸收速率一样，说明　　
________________________________________________________________________；
②若________________________________________________________________________，
说明________________________________________________________________________。
答案　②、①含有该营养物质
②完全抑制呼吸，其他条件相同
③一段时间后测定两组植株的根系对该物质的吸收速率
③的过程叫做　　　　。
该植物的根系对该物质的吸收方式不是主动运输　②乙组吸收速率明显小于甲组吸收速率或完全不吸收
该植物根系对该物质的吸收方式是主动运输
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