4.2主动运输与胞吞、胞吐教学设计-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

2主动运输与胞吞、胞吐 教师准备 查找相关资料和视频并制作课件。 学生准备 1．复习细胞膜上转运蛋白的种类和特点。 2．浏览教材内容，对新课内容有一个初步的了解。 导入新课 导入一 教师 一些小分子物质和离子可以顺浓度梯度以被动运输的方式进出细胞。例如，水分子和氧气分子可以通过自由扩散的方式进出细胞，葡萄糖分子可以借助载体蛋白以协助扩散的方式进出细胞，钾离子、钠离子、水分子可以借助通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞。 教师 是不是物质进出细胞都是顺浓度梯度进行的呢？ 导入二 葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质，通过在细胞内氧化分解生成ATP供组织细胞利用。因此，全身的组织细胞均具有摄取葡萄糖的能力。 由于细胞中的葡萄糖不断地被氧化分解，使细胞内的葡萄糖浓度低于血糖浓度，因此葡萄糖被组织细胞摄取是顺浓度梯度运输的过程，不需要额外消耗能量，即葡萄糖进入红细胞、肝细胞等组织细胞的运输方式为协助扩散。 食物中的很多糖类在小肠内被消化为葡萄糖。当小肠腔中的葡萄糖浓度高于小肠绒毛上皮细胞中的葡萄糖浓度时，葡萄糖能以协助扩散的方式进入小肠绒毛上皮细胞。那么当小肠腔中的葡萄糖浓度低于小肠绒毛上皮细胞中的葡萄糖浓度时，小肠绒毛上皮细胞还能不能吸收葡萄糖呢？ 教学过程 节一：主动运输 思路- 1．主动运输的概念 出示资料一及讨论题。 资料一 人体甲状腺分泌的甲状腺激素，在生命活动中起着重要作用。碘是合成甲状腺激素的重要原料。甲状腺滤泡上皮细胞内碘浓度比血液中的高20～25倍（如图）。 讨论： （1）甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是通过被动运输吗？ （2）联想逆水行舟的情形，甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是否需要细胞提供能量？ （3）这在各种物质的跨膜运输中是特例还是有一定的普遍性？ 学生 根据资料一探讨甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的方式。 提示： （1）甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是逆浓度梯度运输的，不是被动运输。 （2）需要细胞提供能量。 （3）具有普遍性。 教师 根据学生讨论的结果，出示主动运输的概念：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，这种方式叫作主动运输。 2．主动运输的特点 与被动运输相比，主动运输有什么特点？ 出示资料二及讨论题。 资料二 哺乳动物细胞内外的Na＋和K＋浓度如表： 项目 细胞内 细胞外 Na＋浓度 10~20 mmol/L 约150mmol／L K＋浓度 约100mmol／L 约5mmol／L 讨论：怎样建立和维持哺乳动物细胞内高K＋浓度、细胞外高Na＋浓度？ 学生 阅读资料二，思考并回答问题。 教师出示图片并播放动画《钠钾泵》。 以钠钾泵泵）为例归纳主动运输的特点： （1）逆浓度梯度运输； （2）需要载体蛋白协助： （3）消耗细胞内化学反应所释放的能量。 3．主动运输的类型 教师主动运输需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，可以说成消耗ATP吗？ 进行讨论。 对学生的讨论进行评价。出示图片，继续以甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘为例对主动运输中所消耗的能量进行拓展。 以钠钾泵泵）为例归纳主动运输的特点： （1）逆浓度梯度运输； （2）需要载体蛋白协助： （3）消耗细胞内化学反应所释放的能量。 3．主动运输的类型 教师主动运输需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，可以说成消耗ATP吗？ 进行讨论。 对学生的讨论进行评价。出示图片，继续以甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘为例对主动运输中所消耗的能量进行拓展。 （1）原发性主动运输 指细胞直接利用细胞内化学反应所释放的能量（如ATP），依靠膜上的载体蛋白逆浓度梯度或电位梯度跨膜转运物质的过程。如钠钾泵（Na＋-K＋泵）、钙泵等离子泵。 （2）继发性主动运输 指细胞不直接利用细胞内化学反应所释放的能量（如ATP），而是借助原发性主动运输形成的某些离子的浓度梯度，依靠膜上的转运体将其他分子或离子逆浓度梯度或电位梯度跨膜运输的过程。最常借助的离子是Na＋。如上图中的I借助Na＋的浓度梯度，依靠钠／碘同向转运体进入甲状腺滤泡上皮细胞。再如下图中的Na＋驱动的葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞。 Na＋的浓度梯度需要钠钾泵消耗能量来维持，因此继发性主动运输是间接利用细胞内化 偶有所得学反应所释放的能量。 4．载体蛋白的特点 教师 基于主动运输的过程和特点，引导学生归纳载体蛋白的特点： （1）具有特异性（或专一性）； （2）与被转运的离子或分子结合； （3）转运过程中空间结构发生变化； （4）具有饱和性； （5）可重复利用。 教师如果细胞膜上的载体蛋白结构或功能发生异常，可能会出现什么后果？ 出示资料三。 资料三 囊性纤维病：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，导致患者支气管中黏液增多，造成细菌感染。 5．主动运输的意义 教师 出示资料四及讨论题。 资料四 小肠液中氨基酸、葡萄糖的浓度远远低于小肠上皮细胞中的浓度，但它们仍然能被小肠上皮细胞吸收；人红细胞中的浓度比血浆高30倍、轮藻细胞中K＋的浓度比周围水环境高63倍，但是细胞还能通过主动运输吸收K＋。 讨论：主动运输有什么意义？你还可以举出哪些实例？ 学生 进行小组讨论、交流。 提示：主动运输能保证活细胞根据自身需求选择性地吸收或者排出特定的物质，因此，对于维持细胞生命活动的稳态具有特别重要的意义。例如，一般情况下土壤溶液中矿质元素离子的浓度都比细胞液中相应离子的浓度低，然而根毛细胞可以通过主动运输吸收自己需要的离子。人体小肠上皮细胞也可以通过主动运输从肠腔中吸收葡萄糖等营养物质。 6．影响主动运输的因素 教师 主动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，那么哪些因素会影响主动运输的速率？ 学生 进行小组讨论、交流。 师生 归纳影响主动运输的因素： （1） 浓度差（一定范围内） 主动运输可以逆浓度梯度运输物质，所以当细胞内浓度大于细胞外浓度时，物质仍能被运输进入细胞。 （2） 氧气浓度 主动运输需要消耗能量。Q点：当氧气浓度为0时，细胞可以进行无氧呼吸产生少量能量，故此时的运输速率不为0；QP段：随着氧气浓度的增加，呼吸产生的能量增多，主动运输速率增大；P点以后：当氧气浓度达到一定程度后，受载体蛋白数量的限制，运输速率不再增加。 （3）温度 7．主动运输和被动运输的比较 布置学生分组活动，列表比较主动运输和被动运输，小组间进行交流和评价。 项目 被动运输 主动运输 自由扩散 协助扩散 运输方向 顺浓度梯度（高浓度→低浓度） 逆浓度梯度（低浓度→高浓度） 特点 不需要转运蛋白，不消耗能量 需要转运蛋白，不消耗能量 需要载体蛋白，消耗能量 举例 O2、CO2等气体小分子，甘油、乙醇等脂溶性小分子 哺乳动物成熟红细胞吸收葡萄糖 小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等 特别指出：即使是同一种物质，在不同细胞中或者同一细胞的不同位置，其跨膜运输的方式也可能不同，与细胞功能和细胞所处状况相适应。例如，神经细胞产生动作电位时，Na＋内流属于协助扩散，而将Na＋运出细胞则是主动运输；水分子通过磷脂分子的间隙进出细胞属于自由扩散，而通过水通道进出细胞则属于协助扩散；小肠绒毛细胞从肠腔吸收葡萄糖为主动运输，葡萄糖出小肠绒毛细胞则是协助扩散。 设计意图 以甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘为例展示和被动运输运输方向相反的科学事实，让学生通过对该事实的分析和归纳，获取主动运输的概念和特点，培养归纳概括的科学思维。在这些基本知识的基础上，进一步设置疑问、分析资料，辅以图片，让学生理解主动运输的过程、种类和意义；分析影响因素，旨在提高学生的识图分析能力；比较主动运输与被动运输培养了学生分析比较的科学思维；补充应用实例则加深学生对主动运输意义的理解。通过分析载体蛋白的特点，展示囊性纤维病的致病机理，加强课堂知识与社会的联系。 思路二 教师 出示主动运输示意图，布置任务1：观察主动运输示意图，概括主动运输的特点。 学生 进行小组活动，完成任务1。 在学生概括的主动运输的特点的基础上，出示主动运输的概念。 出示图片，布置任务2：观察出细胞的示意图，思考问题，概括主动运输的过程。 问题： 1．待转运的物质是否需要与载体蛋白结合？ 2．载体蛋白运输物质时空间结构是否改变？在谁的推动下发生改变？ 3．运输完毕后，载体蛋白的空间结构如何变化？ 4．一种载体蛋白只能运输一种物质吗？ 学生 进行小组活动，完成任务2。 教师进行归纳和补充。 主动运输的过程： （1）被运输的特定分子或离子与载体蛋白特定部位结合。 （2）在细胞内化学反应释放的能量的推动下，载体蛋白的空间结构发生改变，将所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧。 （3）运输完毕后，载体蛋白恢复原状（可重复利用），又可以转运同种物质。 （4）由于被运输物质的大小和性质不同，不同载体蛋白的空间结构也有差别，所以一种载体蛋白只适合与一种或一类离子或分子结合。 教师 出示几种载体蛋白，多角度解释载体蛋白的特异性。 H＇载体模式图 磷酸盐离子载体模式图 布置任务3：比较协助扩散与主动运输中的载体蛋白的异同。 比较项目 协助扩散中的载体蛋白 主动运输中的载体蛋白 待转运物质是否与之结合 转运过程构象是否发生改变 是否需要能量驱动构象改变 学生进行小组活动，填写表格。 进行评价和总结。 播放视频《小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖的过程》，布置任务4：分析葡萄糖进出小肠绒毛上皮细胞的跨膜运输方式，回答问题。 问题：葡萄糖通过什么方式进入小肠绒毛上皮细胞？是否消耗了能量？ 进行归纳：主动运输消耗的能量可来自ATP或离子电化学梯度等。如图： 协同转运蛋白 ATP驱动泵 ,进行提醒和拓展：某物质的运输方式并不唯一，需要根据具体情况去分析判定。比如Na＋浓度梯度驱动肠腔中的葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞时，Na＋进入细胞的方式为协助扩散，葡萄糖进入细胞的方式为主动运输。Na＋从小肠绒毛上皮细胞进入组织液是逆浓度梯度运输，属于主动运输。葡萄糖从小肠绒毛上皮细胞进入组织液则是顺浓度梯度运输，属于协助扩散。葡萄糖进出小肠绒毛上皮细胞的运输方式不同，Na＋也是如此。小肠绒毛上皮细胞逆浓度梯度吸收葡萄糖时，没有直接消耗ATP，而是利用浓度差的能量。但是浓度差的建立是依靠泵的，而Na＋-K＋泵需要消耗ATP。 教师 出示例题：柽柳是强耐盐植物，它的叶子和嫩枝可以将吸收到植物体内的无机盐排出体外。柽柳的根部吸收无机盐离子是主动运输还是被动运输？如果要设计实验加以证明，请说出实验思路。 引导学生进行分析和讨论，提醒学生注意自变量的设置、因变量的检测，还要注意无关变量的控制，遵循等量、对照的原则设计实验。 提示：（1）取甲、乙两组生长状态基本相同的柽柳幼苗，放入适宜浓度的含有、K＋的 偶有所得溶液中。 （2）甲组给予正常的细胞呼吸条件，乙组抑制细胞呼吸。 （3）一段时间后测定两组植株根系对的吸收速率。 若两组植株对的吸收速率相同，说明柽柳从土壤中吸收无机盐为被动运输；若乙组吸收速率明显小于甲组吸收速率，说明柽柳从土壤中吸收无机盐为主动运输。 设计意图 通过设置任务，让学生层层递进地理解主动运输。任务1让学生概括主动运输的特点，同时也是主动运输的概念；任务2让学生直接感受到在物质转运过程中载体蛋白的变化；任务3让学生辨析两种跨膜运输的载体蛋白，体会结构与功能相适应，认同细胞的复杂性；任务4使学生明白主动运输所需的能量不只ATP一种形式，还可以是电化学势能、光驱动等其他类型，同时同一载体蛋白转运不同物质时具体的跨膜运输方式可能不同。最后通过例题提升对主动运输和被动运输的理解和应用。 环节二：胞吞与胞吐 教师出示两种现象。 现象一 转运蛋白虽然能够帮助许多离子和小分子通过细胞膜，但是，对于像蛋白质和多糖这样的生物大分子的运输却无能为力。 现象二 变形虫（如图）摄取水中的有机物颗粒，需要解决大分子物质进入细胞的问题。 提出问题：这些大分子和颗粒物质是怎样进出细胞的呢？ 布置学习任务：阅读教材，回答问题。 问题： 1．胞吞、胞吐过程运输什么物质？ 2．胞吞、胞吐过程：①是否需要转运蛋白？②是否需要消耗能量？ 3．胞吞、胞吐体现细胞膜的什么特点？ 4．游离于细胞质基质中的核糖体合成的蛋白质多是供细胞自身使用，而附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质能够分泌到细胞外。试分析其中的道理。 5．胞吞、胞吐只运输大分子吗？说明你判断的理由。 学生 阅读教材，完成任务。 教师 进行评价。 提示： 1．运输的物质：大分子或颗粒物。 2．运输特点：①消耗能量；②不需要转运蛋白（需要膜上的蛋白质的参与）。 3．结构基础：细胞膜的流动性。 4．因为游离于细胞质基质中的核糖体所合成的蛋白质也只能游离于细胞质基质中，由于蛋白质是大分子有机物，无法直接通过被动运输或主动运输穿过细胞膜运输到细胞外，所以一般只能留在细胞内供细胞自身使用。而附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质能够进入内质网腔中，并借助囊泡移动进入高尔基体，经加工、包装后，包裹在囊泡中的蛋白质就能以胞吐的方式分泌到细胞外。 5．胞吞、胞吐不只运输大分子，还运输小分子，如神经递质。 教师 布置任务：观察胞吞、胞吐示意图，概述胞吞、胞吐的过程，结合教材内容，说出胞吞、胞吐的意义。 胞吞示意图 胞吐示意图 学生 观察图片，结合教材内容，完成任务。 教师 对胞吞、胞吐的过程进行讲解。 1．胞吞 （1）过程：大分子物质与膜上的蛋白质结合→这部分细胞膜内陷形成小囊→小囊与细胞膜分离→形成囊泡，进入细胞内部。 （2）实例：人体白细胞吞噬病原体、变形虫摄食等。 （3）特点：消耗能量，从细胞外到细胞内。 （4）大多数情况下，大分子物质被细胞膜上的受体识别之后才能以胞吞的方式进入细胞。 2．胞吐 （1）过程：大分子物质在细胞内形成囊泡→移动到细胞膜处→囊泡与细胞膜融合→大分子物质排出细胞。 （2）实例：分泌蛋白的分泌。 （3）特点：消耗能量，从细胞内到细胞外。 3．胞吞、胞吐的意义 细胞通过胞吐向外分泌分泌蛋白和神经递质等，通过胞吞消灭细菌、癌细胞及衰老的红细胞、细胞碎片等，从而保证生命活动的正常进行。 教师 布置任务：阅读教材“与社会的联系”栏目，了解阿米巴痢疾的病因及预防措施。 学生，阅读教材内容，完成任务，了解阿米巴痢疾是痢疾内变形虫通过胞吐作用分泌蛋白分解酶，溶解人的肠壁组织，通过胞吞作用“吃掉”肠壁组织细胞而引发的。这种病原体通过饮食传播，注意个人饮食卫生、加强公共卫生建设是预防阿米巴痢疾的关键措施。 设计意图 通过设置3个学生任务，引导学生梳理胞吞、胞吐的特点、过程，了解胞吞、胞吐的意义，并通过“与社会的联系”增加对健康知识的了解，基于科学知识促进健康习惯的养成。 环节三：总结物质的运输方式，理解细胞膜结构与功能相适应 偶有所得 布置学习任务：梳理教材最后一段内容，说出物质运输方式与细胞膜结构和功能的关系。 学生阅读教材，完成学习任务。 教师｜展示内容梳理结果： 1．除一些不带电的小分子可以通过自由扩散的方式进出细胞外，离子和小分子（如葡萄糖和氨基酸等）的跨膜运输都需要转运蛋白。 体现了蛋白质是生命活动的主要承担者。 2．细胞膜具有选择透过性的基础：转运蛋白具有专一性，细胞膜上转运蛋白的种类和数量，或转运蛋白空间结构的变化影响物质的跨膜运输。 体现了细胞膜的功能特点：具有选择透过性。 3．像蛋白质这样的生物大分子，通过胞吞或胞吐进出细胞，其过程也需要膜上的蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性。 体现了细胞膜的结构特点：具有一定的流动性。 教师布置学习任务：如何判定物质出入细胞的方式？ 学生根据物质跨膜运输不同方式的特点，展开讨论，完成学习任务。 教师进行指导和点评。 教学研讨 首先，基于甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的实例引导学生归纳概括主动运输的方式和特点，并理解其生物学意义。接着紧扣主动运输的概念对主动运输方式进行深层分析，拓展到原发性主动运输和继发性主动运输，结合甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的示意图，引入钠钾泵、同向转运体等，帮助学生理解概念并拓宽视野。 通过总结物质跨膜运输方式与细胞结构的关系，进一步认识生物体结构与功能相适应的特点。结合图示和图表，掌握不同跨膜运输方式的特点及意义，通过建立影响主动运输的因素的数学模型，提升学生的科学思维和建模能力。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$