4.3
物质跨膜运输的方式导学案
【学习目标】
1．通过列表比较，掌握物质跨膜运输方式的三种类型。(重点)
2．掌握区分被动运输和主动运输的方法。(重点、难点)
3．结合具体实例，理解主动运输对细胞生活的意义。
【自主预习】
物质顺浓度梯度扩散进出细胞的过程称为被动运输，结合下图分析其特点。
1．对两种方式进行比较，完成下表。
方式
转运方向
是否需要载体蛋白
是否消耗能量
方式1
高浓度→低浓度
不需要
不消耗
方式2
高浓度→低浓度
需要
不消耗
(1)方式1中，物质通过简单的扩散作用进出细胞，叫做自由扩散。
(2)方式2中，进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散，叫做协助扩散。
(3)下列物质中，以方式1运输的是①②④⑤⑥；以方式2运输的是③。
①O2和CO2进出肺泡 ②苯被鼻黏膜细胞吸收
③红细胞吸收血液中的葡萄糖 ④水分进出根毛细胞
⑤胆固醇进入肝细胞 ⑥甘油和乙醇被小肠上皮细胞吸收
2．影响被动运输的因素有很多，下面A、B是两种被动运输方式的运输速率和被运输物质的浓度之间的关系曲线：
(1)A表示的方式是自由扩散，转运速率主要取决于物质的浓度差。
(2)图B表示的方式可能是协助扩散，AB段主要受浓度差的影响，BC段受到载体蛋白数量的限制，运输速率不能再上升。
(3)请在C图中画出被动运输的运输速率和细胞能量供应的关系曲线。
答案：
被动运输是顺浓度梯度的转运方式，细胞要逆浓度梯度吸收营养物质离不开主动运输，而大分子和颗粒性物质主要通过胞吞和胞吐进出细胞。
1．主动运输
(1)主动运输是由低浓度向高浓度的运输方式，需要膜上载体蛋白的参与，还需要消耗细胞内化学反应所释放的ATP。
(2)甲、乙、丙三种植物对土壤中M离子的吸收情况不同，甲不能吸收，乙、丙能吸收且丙吸收的速率更快，研究表明甲根毛细胞膜上不具有运输M的载体蛋白，乙、丙根毛细胞膜上具有运输M的载体蛋白，而且丙的细胞膜上运输M的载体蛋白数量多。这说明，载体蛋白的种类和数量会影响主动运输的速率。
(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：
①AB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。
②BC段：受载体蛋白数量的限制，运输速率不再增加。
2．胞吞和胞吐
(1)胞吞：大分子物质被包裹在细胞膜内陷形成的囊泡中，从细胞外进入细胞内的过程。
(2)胞吐：物质以囊泡的形式通过细胞膜，从细胞内排到细胞外的过程。
(3)由图中看出，胞吞和胞吐都要发生膜的弯曲、折叠和融合，这体现了生物膜的流动性特点。
(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，这说明胞吞和胞吐需要消耗能量。
【互动探究】
据图可知，能通过人工合成的脂双层?磷脂双分子层?的分子的共同特点是：小分子或脂溶性的分子；不能通过合成的脂双层的物质的共同特点是：分子较大或者是离子。葡萄糖不能通过合成的脂双层，但是小肠上皮细胞能吸收葡萄糖，这可能与细胞膜的蛋白质成分有关。?
由此推断，不同的物质跨膜运输的方式不同，各种方式有什么特点呢？
【课堂练习】
1．氧气透过肺泡进入毛细血管的过程是( )
A．全部为主动运输
B．大部分为扩散作用，少部分为主动运输
C．全部为扩散作用
D．少部分为扩散作用，大部分为主动运输
答案：C
2．某物质从低浓度向高浓度跨膜运输，该过程( )
A．没有载体参与
B．为自由扩散
C．为协助扩散
D．为主动运输
答案：D
3．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．据图可确定①为既耗能又需载体蛋白的主动运输
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．果脯腌制时蔗糖进入细胞与③胞吞作用有关
答案：A
4．如图表示一种物质的跨膜运输方式，下列叙述中正确的是( )
A．该膜中载体也能运输蔗糖
B．碘以该方式进入海带细胞
C．该方式不会出现饱和现象
D．该方式发生在被运输物质从高浓度到低浓度时
答案：D
5．大肠杆菌在繁殖时，细胞内钾离子的浓度是培养液的3
000倍。如果在培养液中加入一种叫箭毒素的药物，大肠杆菌细胞内钾离子浓度立即下降，这种药物很可能( )
A．使细胞膜变成全透性
B．抑制膜上载体蛋白的活动
C．加快细胞膜的流动
D．使载体蛋白运动方向改变
答案：B
6．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。如图分别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。据图回答下列问题。
(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、氨基酸通过细胞膜的方式分别是____________、________、________。
答案：(1)自由扩散 协助扩散 主动运输 (2)主动运输(C) 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4.1
物质跨膜运输的实例导学案
【学习目标】
1．分析教材“问题探讨”中的实验现象，了解渗透现象的发生条件和机理。
2．结合动物细胞的结构，分析动物细胞的渗透作用。
3．结合质壁分离和复原的实验，分析植物细胞的吸水和失水。
4．分析教材提供的资料，了解物质跨膜运输的其他实例，理解选择透过性膜的含义。(重点)
【自主预习】
1．渗透系统的组成：(1)半透膜；(2)膜两侧存在浓度差。
2．扩散作用和渗透作用的关系
物质从高浓度区域向低浓度区域的运动称为扩散作用。渗透作用是一种特殊方式的扩散，它是指分子或其他溶剂分子通过半透膜(或选择透过性膜)进行的扩散。
3．渗透作用的原理
细胞也具有类似于渗透装置的结构，也能发生渗透作用，结合动植物细胞结构特点，探究以下内容：
1．哺乳动物红细胞在不同浓度溶液中的形态变化。
动物细胞没有细胞壁，也没有大液泡，动物细胞的细胞膜相当于半透膜。
(1)当外界溶液浓度>细胞质浓度时，细胞失水皱缩。
(2)当外界溶液浓度<细胞质浓度时，细胞吸水膨胀，直至涨破。
(3)当外界溶液浓度＝细胞质浓度时，水分进出平衡，细胞形态基本不变。
2．植物细胞的渗透系统构成
(1)植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，称为原生质层，具有选择透过性，相当于一层半透膜。
(2)植物细胞内的液体环境主要是指液泡内部的细胞液。当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，植物细胞会失水；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，植物细胞会吸水。
3．植物细胞的吸水和失水实验
质壁分离与复原是植物细胞吸水和失水的实验证据，请完成实验过程并讨论提出的问题。
(1)实验材料：成熟的活的植物细胞(如紫色的洋葱鳞片叶表皮细胞)
(2)实验原理
①成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
②细胞液具有一定的浓度，与外界溶液形成浓度差。
③原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大。
(3)实验试剂：质量浓度为0.3_g/mL的蔗糖溶液。
(4)实验过程
(5)实验结论
①当细胞液浓度<外界溶液浓度时，细胞失水，原生质层和细胞壁分离，发生质壁分离。
②发生质壁分离的细胞，当细胞液浓度>外界溶液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。
细胞的吸水和失水是水分子顺着相对含量的梯度跨膜运输的过程，其他物质的跨膜运输有什么特点呢？结合下列材料分析：
1．观察水稻和番茄对无机盐的吸收示意图。分析：
(1)据图，番茄吸收Ca2＋、Mg2＋多，吸收SiO少；水稻吸收SiO多，而吸收Ca2＋、Mg2＋少。说明不同植物细胞对同一无机盐离子吸收不同。同一植物细胞对不同无机盐离子的吸收不同。植物细胞对无机盐离子的吸收具有选择性。
【互动探究】
“人造细胞”是用羊皮纸或火棉胶等半透性膜材料做成的一个密闭的囊，囊里面装了等量的不同浓度的蔗糖溶液。假设有三个这样的“人造细胞”，分别用A、B、C表示。它们的蔗糖溶液浓度分别是10%、20%和30%。其中A、B细胞的外面套一金属网笼。C细胞的外面没有套金属网笼。如下图把三个“人造细胞”同时放在浓度为15%的蔗糖溶液的玻璃槽中，据图回答：
(1)经过一段时间后，三个“细胞”的变化分别是( )
A．A变大，B稍微变小，C不变
B．A变小，B稍微变大，C不变
C．A变小，B稍微变大，C变大
D．A变大，B稍微变小，C变大
(2)一段时间后，A、B的体积不再变化。此时A内蔗糖溶液的浓度和外界蔗糖溶液的浓度相比________(较高、较低、相等)。B内蔗糖溶液的浓度和外界蔗糖溶液的浓度相比________。
(3)若将C浸入玻璃槽后，每隔半小时称量一次重量。下列坐标曲线中，能正确表示测试结果的是( )
答案：(1)C (2)相等 较高 (3)B
【课堂练习】
1．植物体内有三个相邻的细胞a、b、c，已知它们的细胞液浓度大小关系是a>b>c，那么它们三者之间水分渗透的方向表示正确的是( )
答案：C
2．将人体血液置于质量分数为9%的食盐溶液中制成装片后，用显微镜观察，可以发现血细胞呈现( )
A．质壁分离
B．正常状态
C．细胞膜破裂
D．细胞皱缩
答案：D
3．把成熟的草莓浆果洗净后洒上很多蔗糖，会发生的现象是( )
A．细胞中液泡增大
B．蔗糖分子进入草莓细胞
C．整个细胞壁和原生质层间充满了水
D．细胞中的水分外渗
答案：D
4．以紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料观察植物细胞质壁分离现象，下列叙述错误的是( )
A．在发生质壁分离的细胞中能观察到紫色中央液泡逐渐缩小
B．滴加30%的蔗糖溶液比10%的蔗糖溶液引起细胞质壁分离所需时间短
C．发生质壁分离的细胞放入清水中又复原，说明细胞仍然保持活性
D．用高浓度的NaCl溶液代替蔗糖溶液不能引起细胞质壁分离
答案：D
5．将盛有一定浓度蔗糖溶液的透析袋口扎紧后浸于蒸馏水中，如图表示透析袋中蔗糖溶液浓度与时间的关系(纵坐标表示蔗糖溶液浓度)，正确的是( )
答案：B
6．在保持细胞存活的条件下，蔗糖溶液浓度与萝卜条质量变化的关系如图所示。若将处于B浓度溶液中的萝卜条移入A浓度溶液中，则该萝卜条的质量将( )
A．不变
B．增大
C．减小
D．先增后减
答案：B
7．将某一洋葱鳞片叶放在某一浓度的蔗糖溶液中，制成装片，放在显微镜下观察，有3种状态的细胞，如图所示：
(1)图B细胞处于何种生理状态？_______________________。
(2)这三个细胞在未发生上述情况之前吸水能力大小关系是___________。
(3)图中标号①指的物质是___________________________。
(4)假设将洋葱鳞片叶表皮细胞制成装片并使之处于高渗溶液中而发生质壁分离，用显微镜观察一个细胞的质壁分离发展过程，发现该细胞形态的变化顺序将如图中所示的________________________________________________________________________。
(5)若上述三幅图是同一细胞在不同浓度的外界溶液中发生的现象。则这三种溶液浓度的大小关系是___________________________。
答案：(1)质壁分离 (2)A>B>C (3)蔗糖溶液 (4)A→B→C (5)C>B>A4.2
生物膜的流动镶嵌模型导学案
【学习目标】
1．结合生物膜的结构模型，掌握流动镶嵌模型的基本内容。(重点、难点)
2．通过生物膜模型的构建过程，理解生物膜的结构和功能相适应。
【自主预习】
细胞膜具有选择透过性，是什么样的结构决定了这种特性呢？请结合下列材料进行分析：
1．从生理功能入手的科学研究
(1)材料 19世纪末，欧文顿用500多种化学物质对植物细胞进行的通透性实验，发现可以溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。
结论：膜是由脂质组成的，根据相似相溶原理，苯(非极性)和Na＋(极性)中，苯更容易通过细胞膜。
(2)材料 科学研究磷脂分子的结构如下图：
水是一种极性溶剂，根据磷脂分子的结构特点，(如下图)画出它在水—空气界面上的分布情况(用表示磷脂分子)。
答案：
(3)材料 1925年两位荷兰科学家从人的红细胞中提取的脂质铺成的单分子层面积是红细胞表面积的2倍。
结论：细胞膜中的脂质分子为连续的两层。
2．三明治模型的提出
材料 1959年罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构(如图)。
罗伯特森提出蛋白质—脂质—蛋白质的结构模型。
结论：生物膜为静态的统一结构。
该模型缺点：认为生物膜是一个静态结构，无法解释细胞生长、变形虫运动、摄食等现象。
3．新技术带来新模型
(1)材料 1970年，弗雷和埃迪登分别用绿色和红色荧光染料标记两种细胞的蛋白质，并将两细胞融合，发现荧光均匀分布。
结论：细胞膜具有流动性。
①在人—鼠细胞融合的实验中，如果温度维持在0℃与37℃相比，有什么变化？
答案：两种荧光不能均匀分布，或者需要更长的时间才能分布均匀，因为温度降低影响了蛋白质运动的速度。
②下列现象中体现了生物膜的流动性的是a、b、c、d。
a．细胞融合 b．质壁分离过程中细胞膜面积减小，厚度增加 c．内质网出芽形成囊泡 d．变形虫伸出伪足
e．水稻细胞吸收硅离子比钙离子多
(2)1972年桑格和尼克森在新的观察和实验证据基础上提出流动镶嵌模型。
4．流动镶嵌模型基本内容
(1)[4]磷脂双分子层构成了细胞膜的基本骨架，它是轻油般的流体，具有流动性。
(2)蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面(如图中[2])。有的部分或全部嵌入磷脂双分子层(如图中[6])。有的横跨整个磷脂双分子层(如图中[5])。大多数蛋白质分子也是可以运动的。
(3)糖类有的和蛋白质结合构成[3]糖蛋白，有的和脂质结合构成[1]糖脂。
2．在细胞膜的外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白叫糖被，它与细胞的识别、保护、润滑、免疫等有密切关系。
【互动探究】
下面是一组关于细胞膜的实验，请分析回答下列问题：
实验一：取两种不同的动物细胞，使细胞分散成单个，然后掺在一起混合培养，发现只有同种的细胞才能结合。
实验二：科学家将一个细胞的细胞膜中的磷脂成分抽提出来，并将它在空气/水界面上铺成单分子层，发现这个单分子层的表面积相当于原来细胞表面积的两倍。
实验三：科学家们在实验中发现，脂溶性物质能够优先通过细胞膜，并且细胞膜会被能溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解。
(1)实验一可作为证明__________________________的典型例子。
(2)实验二说明__________________________________________。
(3)实验三说明___________________________________。
答案：(1)细胞间相互识别 (2)磷脂分子在细胞膜上的分布状况为双层排列 (3)组成细胞膜的物质中有脂质和蛋白质分子
【课堂练习】
1．植物的花粉四处飞扬，却只有落在同种植物的柱头上才会萌发，落到其他植物的柱头上不会萌发。经研究发现，以上事实是由于细胞之间存在着识别作用，这种识别作用与细胞膜的哪种成分有关( )
A．糖蛋白
B．磷脂
C．糖脂
D．胆固醇
答案：A
2．人的红细胞没有细胞内膜，在溶血后，只剩下一层细胞膜外壳，称血影。如果将血影中的脂类抽提出来，在水面上铺展开，并用板条将其推挤到一块，则测得的脂类面积约是红细胞表面积的( )
A．1/2倍
B．1倍
C．2倍
D．4倍
答案：C
3．下列关于细胞膜结构的流动镶嵌模型的论述中，错误的是( )
A．磷脂排列成双分子层
B．蛋白质分子覆盖或镶嵌在磷脂双分子层中
C．膜物质是固定不动的
D．膜物质的运动使其具有流动性
答案：C
4．变形虫的表面任何部分都能伸出伪足，人体内的一些白细胞可以吞噬病菌。上述生理过程的完成都依赖于细胞膜的( )
A．选择透过性
B．流动性
C．保护性
D．控制物质进出
答案：B
5．用不同的荧光染料标记的抗体，分别与人细胞和小鼠细胞的细胞膜上的一种抗原物质结合，使两类细胞分别产生绿色和红色荧光。当这两种细胞融合成一个细胞时，开始一半呈绿色，一半呈红色。但在37℃下保温40
min后，两种颜色的荧光就呈均匀分布。请据图回答下列问题：
(1)人和小鼠细胞膜表面的抗原属于构成膜结构的________物质。
(2)融合细胞表面两类荧光染料分布的动态变化，表明了组成细胞膜的________分子是可以运动的，由此可以证实与细胞膜结构“模型”相关的________________的观点是成立的。
(3)融合细胞表面两类荧光染料最终均匀分布，原因是_______________，这表明细胞膜的结构特点是具有____________________。
(4)如果该融合实验在20℃条件下进行，则两种表面抗原均匀分布的时间将大大延长，这说明________________________。若在0℃下培养40
min，则发现细胞仍然保持一半发红色荧光，另一半发绿色荧光，对这一现象的合理解释是____________________________。
答案：(1)蛋白质
(2)蛋白质等 膜物质分子能够运动
(3)构成膜结构的磷脂分子和蛋白质分子大都可以运动 一定的流动性
(4)随环境温度的降低，
膜上蛋白质分子的运动速率减慢 细胞膜的流动性特点只有在适宜的条件下才能体现
