2025届高三一轮复习课件 第7课时 物质出入细胞的方式

《分子与细胞》第二单元 人教版 高中生物一轮复习 第3课时 细胞的物质输入和输出 ——物质出入细胞的方式 被动运输 主动运输与胞吞、胞吐 概念 类型 自由扩散与协助扩散比较 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 总结深化 概念 运输方向 是否需要转运蛋白 是否消耗能量 举例 主动运输 一看浓度 概念 图例 过程 载体蛋白的特点及原因分析 主动运输特点 意义 实例 过程 举例 运输特点 各运输方式的影响因素 三看法快速判断物质出入细胞的方式 同一物质不同运输方式 探究物质跨膜运输的实验设计 二看能量 三看物质种类 葡萄糖 Na＋ K＋ 思维导图总览 2 被动运输 主动运输与胞吞、胞吐 概念 类型 自由扩散与协助扩散比较 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 总结深化 3 被动运输 主动运输与胞吞、胞吐 1.概念 类型 自由扩散与协助扩散比较 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 总结深化 物质以 方式进出细胞， 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。 扩散 不需要 2.类型 自由扩散和协助扩散 考点一 被动运输 4 被动运输 主动运输与胞吞、胞吐 类型 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 总结深化 自由扩散概念 协助扩散概念 物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，(也叫简单扩散)。 借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，(也叫易化扩散) 3.自由扩散与协助扩散比较 考点一 被动运输 5 被动运输 主动运输与胞吞、胞吐 类型 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 总结深化 通道蛋白与载体蛋白的异同 考点一 被动运输 载体蛋白:只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过 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 6 被动运输 主动运输与胞吞、胞吐 类型 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 总结深化 自由扩散概念 协助扩散概念 物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散。 借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散 考点一 被动运输 3.自由扩散与协助扩散比较 7 自由扩散概念 协助扩散概念 物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散。 借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散 运输方向 运输方向 高浓度（溶质分子多） 低浓度 （溶质分子少） 高浓度（溶质分子多） 低浓度 （溶质分子少） 考点一 被动运输 水:水分子多(低浓度)→水分子少(高浓度) 3.自由扩散与协助扩散比较 8 自由扩散概念 协助扩散概念 物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散。 借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散 运输方向 运输方向 高浓度 低浓度 高浓度 低浓度 是否需要转运蛋白 不需要 需要 是否需要消耗能量 不需要 不需要 举例 ①水分子、气体分子（氧气、二氧化碳等）； ②脂溶性小分子有机物，如甘油、苯、乙醇、尿素，固醇类 ①水分子通过水通道蛋白进出细胞； ②葡萄糖进入红细胞 考点一 被动运输 3.自由扩散与协助扩散比较 9 拓展：协助扩散实例 1.由载体蛋白参与的协助扩散 葡萄糖进入绝大多数组织细胞 (除小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞) 葡萄糖 葡萄糖转运蛋白 结合 运输 解离 复原 考点一 被动运输 ATP ADP+Pi 一系列酶的磷酸化 蛋白质合成 脂肪 合成 糖原 合成 胰岛素 胰岛素受体 囊泡 拓展：细胞对葡萄糖的摄取受胰岛素的调节 胰岛素促使葡萄糖被各种细胞吸收，特别是骨骼肌和脂肪细胞 血糖浓度低 胰岛素升高 胰岛素促使膜泡中葡萄糖转运蛋白运输到细胞上 葡萄糖被运到细胞内 葡萄糖 考点一 被动运输 2.由通道蛋白参与的协助扩散 ①水通道 小管液 肾小管 上皮细胞 肾小管 组织液 H2O H2O H2O H2O H2O 抗利尿激素 水通道 水通道蛋白广泛存在于所有细胞的细胞膜上。 考点一 被动运输 拓展：协助扩散实例 ②离子通道 通常情况下：K+在细胞内浓度高，Na+在细胞外浓度高（Na+-K+泵造成的） K+通道 Na+通道 K+外流 Na+内流 Ca2+在细胞外浓度高于细胞质基质中浓度(Ca2+泵造成的) Ca2+通道 Ca2+内流 K+ Ca2+ Na+ 考点一 被动运输 拓展：协助扩散实例 神经细胞上的K+、Na+、Ca2+通道 考点一 被动运输 拓展：协助扩散实例 ②离子通道 神经细胞上的K+、Cl-、Ca2+通道 考点一 被动运输 拓展：协助扩散实例 ②离子通道 内耳听毛细胞的Ca2+、K+通道 考点一 被动运输 ②离子通道 拓展：协助扩散实例 考点一 被动运输 例.听毛细胞是内耳中的一种顶端具有纤毛的感觉神经细胞。声音传递到内耳中引起听毛细胞的纤毛发生偏转,使位于纤毛膜上的K+通道打开,K+内流而产生兴奋。兴奋通过听毛细胞底部传递到听觉神经细胞,最终到达大脑皮层产生听觉。下列说法错误的是( ) A.静息状态时纤毛膜外的K+浓度低于膜内 B.纤毛膜上的K+内流过程不消耗ATP C.兴奋在听毛细胞上以电信号的形式传导 D.听觉的产生过程不属于反射 A [详解] A、由分析可知，受一定刺激时K+可通过协助扩散的方式顺浓度梯度进入细胞，故静息状态时，纤毛膜外的K+浓度高于膜内，A错误; B、由分析可知，纤毛膜上的K+内流过程为协助扩散，不消耗ATP，B正确; C、兴奋在听毛细胞上以电信号的形式传导，C正确; D、由题干信息可知，兴奋最终到达大脑皮层产生听觉，没有相应的效应器，反射弧不完整，故不属于反射，D正确。 选择性 离子通道具有两个特征 每种通道只对一种或几种离子有较高的通透能力，而对其他离子通透性很小或不通透。 门控性 离子通道通常具有开和闭的两种状态。由不同的刺激(膜电位变化【电压门通道】、化学物质【配体门通道】、压力【应力激活通道】)引起通道蛋白构象改变而实现开或闭。 开 闭 考点一 被动运输 拓展：协助扩散实例 膜转运蛋白可分为两类：一类是载体蛋白；另一类是通道蛋白。载体蛋白与通道蛋白对溶质的转运机制不同，前者与特异的溶质结合后、通过自身构象的改变以实现物质的跨膜转运，而后者通过形成亲水性通道实现对特异溶质的跨膜转运。载体蛋白具有与底物（溶质）特异性结合的位点所以每种载体蛋白对底物具有高度选择性。通常只转运一种类型的分子；转运过程具有类似于酶与底物作用的饱和动力学特征；既可被底物类似物竞争性地抑制，又可被某种抑制剂非竞争性抑制以及对pH有依赖性等。与酶不同的是，载体蛋白对转运的溶质分子不作任何共价修饰。通道蛋白有3种类型离子通道、孔蛋白以及水孔蛋白。目前所发现的大多数通道蛋白都是离子通道。通道蛋白形成选择性和门控性跨膜通道。因为对离子的选择性取决于通道的直径、形状以及通道内带电荷氨基酸的分布，所以离子通道介导被动运输时不需要与溶质分子结合，只有大小和电荷适宜的离子才能通过。孔蛋白存在于革兰氏阴性细菌的外膜以及线粒体和叶绿体的外膜上。与离子通道蛋白相比，孔蛋白选择性很低，而且能通过较大的分子。水孔蛋白是近年来发现的一类新的通道蛋白。与载体蛋白相比，离子通道具有3个显著特征。第一个特征是具有极高的转运速率，比已知任何一种载体蛋白最快转运速率要高1000倍以上。驱动离子跨膜转运的动力来自溶质的浓度梯度和跨膜电位差两种力的合力，即跨膜 的电化学梯度。第二个特征是离子通道没有饱和值，即使在很高的离子浓度下它们通过的离子量依然没有最大值。第三个特征是离子通道并非连续性开放而是门控的，即通道的开启或关闭受膜电位变化，化学信号或压力刺激的调控。因此，根据激活信号的不同，离子通道可分为电压门通道，配体门通道和应力激活通道。在电压门通道中。带电荷的蛋白质结构域会随跨膜电位梯度的改变而发生相应的移动，从而使离子通道开启或关闭。在配体门通道中、细胞内外的某些小分子配体与通道蛋白结合继而引起通道蛋白构象改变，从而使离子通道开启或关闭，如神经递质作用于突触后膜上的受体（也是通道蛋白）。应力激活通道是通道蛋白感应应力而改变构象，从而开启通道形成离子流，产生电信号。内耳听觉毛细胞是依赖于这类通道的典型例子。离子通道决定了细胞膜对于特定离子的通透性，并与离子泵（如Na+-K+泵）一起，调节细胞内的离子浓度和跨膜电位。神经细胞离子通道的迅速激活导致动作电位的产生和传递，肌细胞中肌质网膜Ca2+通道的迅速开启使得储存的Ca2+释放到细胞质基质，从而引发肌肉的收缩。有些通道蛋白通常处于开放状态，如钾泄漏通道就是非门控通道，允许钾离子不断外流。 3.自由扩散与协助扩散比较 被动运输 主动运输与胞吞、胞吐 类型 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 总结深化 概念 考点一 被动运输 浓度差 运输速率(v) 0 a A B b 浓度差0~a时：协助扩散有载体蛋白的协助，因此其运输速率大于自由扩散。 浓度差大于a时：由于载体蛋白的数量有限，载体蛋白都参与了协助扩散，协助扩散的运输速率达到最大。 浓度差大于b时：由于自由扩散的速率不受载体数量的限制，因此自由扩散的速率超过协助扩散的速率。 A：自由扩散 B：协助扩散 比较项目：自由扩散和协助扩散运输速率比较 浓度差 转运蛋白的数量 自由扩散的速率 协助扩散的速率 考点一 被动运输 3.自由扩散与协助扩散比较 被动运输 主动运输与胞吞、胞吐 概念 类型 自由扩散与协助扩散比较 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 总结深化 概念 运输方向 是否需要转运蛋白 是否消耗能量 举例 21 被动运输 主动运输与胞吞、胞吐 概念 类型 自由扩散与协助扩散比较 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 总结深化 概念 运输方向 是否需要转运蛋白 是否消耗能量 举例 主动运输 胞吞与胞吐 22 被动运输 主动运输与胞吞、胞吐 概念 类型 自由扩散与协助扩散比较 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 总结深化 概念 运输方向 是否需要转运蛋白 是否消耗能量 举例 1.主动运输 胞吞与胞吐 （1）概念 物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫主动运输。 （2）图例 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 23 1.主动运输 概念 物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫主动运输。 图例 （3）过程 被运输的物质与膜上载体蛋白的特定部位结合后，在细胞内化学反应释放的能量推动下，载体蛋白的空间结构发生变化，就将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧并释放出来，载体蛋白随后恢复原状，又可以去转运同种物质的其他离子或分子。 （4）载体蛋白的特点及原因分析 ①特点：一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合。 ②原因分析：由于不同离子或分子的 和 不同，不同蛋白质的 差别也很大。 大小 性质 空间结构 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 24 1.主动运输 （5）主动运输特点 ①逆浓度梯度运输 ②需要消耗能量 ③需要载体蛋白的协助 （6）意义 选择吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，从而保证细胞和个体 的需要。 生命活动 （7）实例 小肠上皮细胞吸收氨基酸、葡萄糖、无机盐等 被动运输 主动运输与胞吞、胞吐 概念 类型 自由扩散与协助扩散比较 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 物质出入 细胞的方式 总结深化 概念 运输方向 是否需要转运蛋白 是否消耗能量 举例 胞吞与胞吐 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 25 ①囊性纤维化（P必二71）：与Cl-载体异常关闭有关 ATP ADP+Pi H2O 稀薄的黏液 黏稠的分泌物不断积累 功能正常的氯离子载体 功能异常的氯离子载体 氯离子 氯离子 囊性纤维化患者肺部支气管上皮细胞表面转运氯离子的载体蛋白的功能发生异常 患者支气管中黏液增多，造成细菌感染。 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 1.主动运输 （7）实例 在正常细胞内，氯离子在CFTR蛋白的协助下通过主动运输方式转运至 细胞外，随着氯离子在细胞外浓度逐渐升高，水分子向膜外扩散的速度使覆盖于肺部细胞表面的黏液被稀释。 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 1.主动运输 （7）实例 在正常细胞内，氯离子在CFTR蛋白的协助下通过 方式转运至细胞外，随着氯离子在细胞外浓度逐渐升高，水分子向膜外扩散的速度使覆盖于肺部细胞表面的黏液被稀释。 主动运输 扩展：主动运输的类型 Pi ATP ADP 光 H+ H+ H+ H+ 1.ATP驱动 2.协同转运 3.光驱动 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 1.ATP驱动 Na+ Na+ Na+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ K+ 能量 细胞外 细胞内 (1)钠钾泵(Na+-K+泵) Na+-K+泵逆浓度 将K+运入细胞 将Na+运出细胞 细胞内K+浓度高 细胞外Na+浓度高 ①分布：主要存在动物细胞膜上 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 扩展：主动运输的类型 ②生理功能 细胞内K+浓度高 细胞外Na+浓度高 a.维持动物细胞的渗透平衡 细胞内外的渗透压平衡 K+维持细胞内液的渗透压 Na+维持细胞外液的渗透压 b.神经细胞(可兴奋细胞)静息电位和动作电位形成的基础 细胞内K+浓度高 细胞外Na+浓度高 K+外流 Na+内流 静息电位(外正内负) 动作电位(外负内正) 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 扩展：主动运输的类型 1.ATP驱动 (1)钠钾泵(Na+-K+泵) c.作为其他物质逆浓度运输的动力(协同转运） 细胞外 Na+浓度高 Na+顺浓度内流 为其他物质逆浓度运输提供能量 细胞外 细胞内 细胞外 细胞内 同向转运 逆向转运 Na+ Na+ 葡萄糖 H+ 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 扩展：主动运输的类型 1.ATP驱动 (1)钠钾泵(Na+-K+泵) ②生理功能 （2） Ca2+泵 细胞膜上 的Ca2+泵 内质网和液泡等膜上Ca2+泵 Ca2+泵 出细胞 Ca2+泵 入细胞器 细胞质基质低钙环境 ATP ADP+Pi Ca2+ ATP ADP+Pi 内质网 细胞质基质 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 扩展：主动运输的类型 1.ATP驱动 （3） H+泵 ①细菌和真菌及植物细胞膜上没有Na+-K+泵，有H+泵，形成H+浓度，为营养物的吸收提供动力(H+驱动的同向协同转运)。 ATP ADP+Pi H+ H+ 小分子 营养物质 ②溶酶体和液泡等膜上存在H+泵，形成这些细胞器内部的酸性环境。 ATP ADP+Pi H+ 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 扩展：主动运输的类型 1.ATP驱动 （4）ABC转运蛋白 ATP ATP ATP酶 2ATP 2ADP+2Pi 细胞外 细胞内 ①存在于原核细胞膜上，将物质运入细胞 2个ATP与2个ATP酶结合 2个ATP酶聚合 转运蛋白结构改变，与物质结合并运输 ATP被水解，转运蛋白结构恢复 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 扩展：主动运输的类型 1.ATP驱动 ATP ATP ATP酶 2ATP 2ADP+2Pi 细胞外 细胞内 ②存在于真核细胞膜上，将物质运出细胞 2个ATP与2个ATP酶结合 2个ATP酶聚合 转运蛋白结构改变，与物质结合并运输 ATP被水解，转运蛋白结构恢复 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 扩展：主动运输的类型 1.ATP驱动 （4）ABC转运蛋白 2.协同转运 细胞外 细胞内 细胞外 细胞内 （1）同向转运 （2）逆向转运 Na+ Na+ 葡萄糖 H+ 也称继发性主动运输或次级主动运输 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 扩展：主动运输的类型 ① Na+-葡萄糖同向转运载体：存在于小肠和肾小管的上皮细胞 小肠或肾小管腔 小肠或肾小管上皮细胞 组织液 高Na+ 低葡萄糖 高Na+ 低葡萄糖 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 扩展：主动运输的类型 2.协同转运 （1）同向转运 ATP ADP+Pi H+ H+ 2. 植物液泡膜上有H+-Ca2+、H+-蔗糖逆向运输载体 液泡腔 (pH=3~6) H+ Ca2+ 蔗糖 蔗糖的主动运输 Ca2+的主动运输 H+驱动蔗糖逆向转运，使得液泡在白天将叶绿体光合作用合成的多余蔗糖储存在液泡中，夜间再将这些蔗糖运到细胞质基质。 H+ Na+的主动运输 Na+ 细胞质基质 (pH=7.0) H+的主动运输 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 扩展：主动运输的类型 2.协同转运 （2）逆向转运 光 H+ H+ H+ H+ 3.光驱动 一种噬盐的厌氧细胞膜上特有的蛋白质(细菌视紫红质)，可在光能的激发下，逆浓度将H+运出细胞，造成细胞外积累高能浓度H+，这种H+浓度差可被另一种蛋白利用合成ATP。 H+ H+ ATP ADP+Pi 细胞外 细胞内 ATP合酶 细菌视紫红质 光能 H+浓度差(势能) ATP中的化学能 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 扩展：主动运输的类型 水 葡萄糖 Na+ K+ Ca2+ 总结：常见物质的扩膜运输方式 自由扩散和协助扩散(通过水通道的协助扩散速率更快) 协助扩散(通过葡萄糖转运蛋白进入绝大多数组织细胞) 主动运输(通过Na+驱动的主动运输进入小肠和肾小管上皮细胞) 主动运输(通过Na+-K+泵排出细胞) 协助扩散(通过Na+通道流入细胞) 主动运输(通过Na+-K+泵进入细胞) 协助扩散(通过K+通道流出细胞) 主动运输(通过Ca2+泵排出细胞后进入内质网等细胞器) 协助扩散(通过Ca2+通道进入细胞质基质) 考点二 主动运输与胞吞、胞吐 $$