第4章 第1节 第2课时 自由扩散和协助扩散(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程生物必修第一册同步学习指导(人教版2019)

082 (1)由图甲漏斗液面上升可知，实验初始时c两侧 溶液浓度大小是a b。由图乙可知 漏斗中溶液吸水速率会 ,最终液面 不再上升，当液面不再上升时，c两侧溶液浓度 大小是a b (2)图丙中相当于图甲中c结构的是 (填 序号)，结构②中充满的液体是 (3)把一个已经发生质壁分离的细胞浸入清水当 4 中，发现细胞中液泡体积增大，说明细胞在渗 透吸水，细胞能否无限吸水？ 。 原 因是 课时小结 天利：红知袍 幼物超胆 细胞膜 牛透膜 冷透装置 今透作用 烟胞成 原理 汾透作用 原生质层 浓度差 提物细胞 细腿液 实倒：汗应困呢 夯基提能作亚 请同学们认真完成练案[13] 第2课时 自由扩散和协助扩散 课标要求 核心素养 1.闸明被动运输的原理和 1,生命观念：通过被动运输的原理和特点，形成结构与功能观 特点。 2.科学思雏：用建构模型、比较与归纳的方法理解自由扩散和协助扩散的 2.说出转运蛋白的种类和 机理。 作用。 3.社会责任：关注被动运输方面的科学进展，解决生活生产中的实际问题。 必备知识自主梳理 1.被动运输的概念：物质以 进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的 ,这种物 质跨膜运输方式称为被动运输 2.被动运输的类型 扩散：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，如：氧、二氧化碳、甘油、乙醇、苯等。 扩散：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，如：水分子、葡萄糖、氨基酸等。 3.转运蛋白：分为 和 两种类型。 名称 载体蛋白 通道蛋白 。e 图示 照现京瑶 配 ●◆● .083 与自身通道的直径和形状相适配、大小和电 转运对象 与自身 部位相适应的分子或离子 荷相适宜的分子或离子 特点 每次转运时都会发生自身 的改变 转运分子不需要与通道蛋白 4.影响被动运输的因素 (1)膜内外 梯度的大小。 (2)某些物质的运输速率还与 的数量有关。 (3) 变化会影响物质运输速率。 】自我检测 (1)甘油出入细胞取决于细胞内外的浓度差和转运蛋白的数量。 ( (2)乙醇和甘油穿过细胞膜时，不消耗能量。 ( (3)通过被动运输进人细胞的物质可能是有害物质。 ( (4)水分子借助细胞膜上水通道蛋白进出细胞需要消耗能量。 ( ) (5)温度变化会影响分子通过细胞膜的速率。 ( ) (6)相对分子质量比较小的物质都可以通过自由扩散进入细胞。 ( (7)同种物质在不同情况下的运输方式可能不同。 ( 合作探究能力提升 任参一：分析自由扩救 ●情境解读 科研之路： 资料1科研人员对同种物质在人工膜（只含有磷脂双分子层）和生物膜中的通透性做了比较，结果如图 所示。 10P ILO 10 C0, 10 10 4 10 甘油 100 10010031→ 人工硬的通达性m) 资料2科学家阿格雷在红细胞膜上发现了一种疏水性跨膜蛋白AQP1。他将这种蛋白镶嵌在人工合成 的脂质体上，并将镶嵌有AQPI的脂质体和普通脂质体同时放入蒸馏水中，每隔一段时间观察，结果如图 所示。 0.5 min 1.5 min 2.5 min 3.5 min 缓嵌有AQP 的船质体 普通脂质体 不同脂质体吸水实验 084 ●问题探究 1.请根据资料1分析，气体和甘油是如何进出细胞的？ 2.甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？ 3.由“生物膜和人工膜对同种物质的通透性差异”的实验结果，推测水分子是如何通过细胞膜的？ 4.根据资料2的实验结果，能得出什么推论？ ●典例剖析 例具的收款度是创运销到低装度为 B.需要转运蛋白的协助 C,需要消耗细胞代谢释放的能量 D.物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧 》变式训练 1,细胞膜的选择透过性使细胞内微环境相对稳定，下列能以自由扩散方式通过细胞膜的是 ①蔗糖②H,0③葡萄糖④甘油⑤性激素⑥氨基酸⑦DNA A.23④5 B.2④5 C.②④56 D.①2③④⑦ ●归纳提升 1.水分子进出细胞的方式 (1)一部分通过自由扩散方式进出细胞。 (2)更多的是借助于水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞。 2.自由扩散的影响因素 物质运输速率主要取决于膜内外物质浓度梯度的大小，也与物质分子大小和脂溶性有关。 细税外该促 任务二：分析协助扩散 ●情境解读 图形情境： 角蜀格分天 ●每 。状态A)代态B 葡萄糖转运蛋白家族包括GLUT1~GLUT14,均参与葡萄糖的运输。●。。 GLUT2是肝细胞的葡萄糖转运蛋白，其作用过程如右图所示， 分于 内侧 GLUT2 .085 ●问题探究 1.据图可知，载体蛋白的状态A和状态B出现的原因是什么？ 2.图中葡萄糖进人肝细胞的方式是什么？请写出判断的理由？ 3.影响肝细胞吸收葡萄糖的速率的因素有哪些？ ●典例剖析 例如图为物质：进人组胞的示意图（图中·表示物质）。据图判断下列叙述错误的是 A.X与a结合后不会发生自身构象的改变 ● B.物质a进人细胞的方式是协助扩散 C.a的运输速率受细胞膜上X数量的限制 D.X表示载体蛋白 】变式训练 2.如图表示被转运的溶质以协助扩散方式排出细胞的过程。下列有关分析错误的是 A.人体成熟红细胞以该方式吸收葡萄糖 我体蛋白莲枸象A 构象B B.载体结合位点与被转运的溶质之间具有专一性 ●+ C.载体蛋白构象发生改变的过程中需要消耗能量 被转运的溶质〔合位发 ·载体结 D.被转运的溶质从高浓度到低浓度，且具有载体饱和效应 ●归纳提升 1.被动运输的两种方式分析 (1)物理模型 搬0磁D (2)模型解读 编号 方式 特点 A 自由扩散 不需要转运蛋白 B 协助扩散 顺浓度梯度运输，不消耗能量 需通道蛋白协助 C 协助扩散 需载体蛋白协助 2.协助扩散的影响因素 (1)除了膜内外物质浓度梯度的大小外，还与膜上转运蛋白的数量有关。当转运蛋白达到◆运输端率 h c 饱和时，物质浓度再增加，物质运输速率也不再增加。 翼胞外浓度产 086 (2)被动运输不消耗能量，所以物质运输速率和细胞能量供应无关。 ◆运输速率 罪地能金供脸 课堂达标巩固训练 1.如图表示与自由扩散、协助扩散有关的图像或曲 曲线和模式图，回答下列问题： 线。下列选项对应正确的有 ( 到胞奥 型 4别胞膜外 内 00 外 -D 0细跑内外浓度差 0细胞内外浓度弟 0=0 88 ① 丙 (1)图甲代表的物质运输方式为 ,图乙 0 细胞外浓度 细胞外浓度 代表的物质运输方式为 ,图丙代表 3 ④ 的物质运输方式为 A.肺泡上皮细胞吸收氧气—①④ (2)图甲运输方式与图乙对比，其相同点是 B.人的成熟红细胞吸收葡萄糖—②④ 氧气，甘油、 C.甘油进入细胞—一②③ 氨基酸中，通过图甲方式进出细胞的是 D.肌肉细胞吸收水一②④ 。 图乙运输方式体现了细胞膜具有 2.甲、乙两种物质分别依赖自由扩散和协助扩散进 的结构特点。 入细胞，如果以人工合成的无蛋白磷脂双分子膜 (3)水分子进人细胞 (填“一定”“一定 代替细胞膜，并维持其他条件不变，则( 不”或“不一定”)通过图丙运输方式，原因是 A.甲运输被促进 B.乙运输被促进 C.甲运输被抑制 D.乙运输被抑制 3.如图表示物质通过被动运输方式进出细胞的相关 课时小结 自由 写过磷脂双分子居 被动 扩散 包 运输 协助的、转运包传 我体至白 扩散 圣白 通道香白（如：水通道圣白） 夯基提能作业 请同学们认真完成练案[14]确;该细胞的失水和吸水主要取决于细胞液与外界溶液的浓度 蛋白的协助,也不需要消耗细胞代谢释放的能量,A正确,B 差,C错误;由于细胞壁具有全透性,细胞膜具有选择透过性, C.D均错误。故选A。 故糖分子可进入1.但是不能进入3.D错误。故选B 变式练 6.B 表中信息显示:该植物在浓度为0.19mol·L的蕉糖溶液 1.B 煎糖为二糖,一般需要水解为单糖才能进入细胞,①错误 中不分离,在浓度为0.23mol·L的燕糖溶液中刚发生分离, H.0进出细胞的方式为自由扩散或者协助扩散,②正确;葡帮 而细胞液的浓度范围应介于刚发生质壁分离和未发生质壁分 糖进出细胞方式为协助扩散和主动运输,③错误;甘油属于脂 离的燕糖溶液的浓度之间,即介于0.19~0.23mol·L之间; 质,进出细胞的方式为自由扩散,④正确;性激素属于脂质,进 在此基础上结合题意”乙地土壤溶液的浓度适合该植物生长 出细胞的方式为自由扩散,正确;氢基酸进出细胞一般为主 可推知:该植物细胞能够从乙地土壤溶液中吸收水分,所以乙 动运输,错误;DNA一般不会出细胞核,更不会出细胞外,7 地土壤溶液的浓度应低于该植物细胞液的浓度,最可能是< 错误。综上所述,以自由扩散方式通过细胞膜的是②④,B 0.23.B正确,A.C.D均错误。故选B。 7.B 盖上盖玻片时,将盖玻片的边缘接触液滴,并轻轻放下以防任务二 正确,A、C、D错误。故选B。 止气泡出现,A错误;细胞壁伸缩性较小,所以细胞在质壁分离 问题探究 过程中细胞长度几乎不变,因此同一细胞在质壁分离过程中,1.提示:蛋白质的自身构象发生改变。 X/Y值可能逐渐变小,液泡紫色越来越深,B正确;鳞片叶细胞 1 2.提示:协助扩散;葡萄糖是从高浓度一侧运输到低浓度一侧,且 在质壁分离复原的过程中,细胞的吸水能力逐渐减弱,C错误; 需要转运(载体)蛋白协助。 用晦解法去除细胞壁时,为维持细胞形态,晦解过程应在等渗 3.提示;细胞内外葡萄糖的浓度差、细胞膜上葡萄糖转运蛋白的 溶液中进行,低渗溶液原生质体会吸水涨破,D错误。故选B 8.(1)小于 数量。 典例剖析 (2)等于 例:A 据图可知,图中X与物质a结合后可协助物质运输,且自 (3)原生质层 135 逐渐变大,最后不再变化 身结构会发生变化,属于载体蛋白,A错误.D正确:图中物质 (4)不能 a进入细胞需要载体蛋白的协助,且是顺浓度梯度运输,不清 【解析】(1)如果都是燕糖溶液,燕糖分子不能透过半适膜 耗能量,属于协助扩散,B正确;由于载体蛋白数量有限,a的 漏斗内的液面较高,是通过其具有较高的渗透压即浓度来实现 运输速率与X的数量有关,即a的运输速率受细胞膜上X数 的,故仍然是M.>M.。(2)细施不再进行吸水和失水时即渗 量的限制,C正确。故选A 适平衡时,细胞液浓度和外界溶液浓度是相等的。图2中,如 果B、b分别表示蓝糖溶液和细胞液,且起始浓度分别为M、 变式训练 2.C 题图表示被转运的溶质以协助扩散的方式排出细胞的过 M.,则达到平衡后M.等千M.。(3)图2中1细胞膜3液泡膜 程,该过程不消耗能量,所以载体蛋白构象发生改变的过程中 及二者之间的5细胞质构成了原生质层,也是相当于一层半透 不需要消耗能量,C错误。 膜。图2过程中细胞失水,细胞液浓度逐渐增大,液泡的吸水 课堂达标 巩固训练 能力逐渐变大,最后不再变化。(4)鳞片叶表皮细胞已经高度 分化,一般不能分裂,故不能观察到染色体。 1.B ①②表示两种跨膜运输方式,分别是自由扩散,协助扩散 ③④分别表示自由扩散、协助扩散。肺泡上皮细胞吸收氧气的 第2课时 自由扩散和协助扩散 方式是自由扩散,对应①③;人的成熟红细胞吸收葡萄糖的方 式属于协助扩散,对应②④;甘油进入细胞的方式属于自由扩 必备知识自主梳理 散,对应①③;肌肉细胞吸收水的方式是自由扩散和协助扩散。 1.扩散方式 能量 对应①②③④。故选B。 2.自由 协助 2.D 甲物质的运输方式是自由扩散,特点是从高浓度运输到低 3.载体蛋白 通道蛋白 结合 构象 结合 浓度,不需要转运蛋白和能量,则以人工合成的无蛋白礴脂双 4.(1)物质浓度(2)转运蛋白(3)温度 分子膜代替细胞膜,甲运输不受影响。乙物质的运输方式是协 自我检测 助扩散,特点是从高浓度运输到低浓度,需要转运蛋白,不需要 (1)×(2)(3)(4)x(5)(6)x(7) 能量,则以人工合成的无蛋白磷脂双分子膜代替细胞膜,膜上 【解析】(1)甘油进出细胞的方式为自由扩散,不需转运蛋 没有转运蛋白,乙运输被抑制。D符合题意。 白转运。(4)水分子借助细胞膜上水通道蛋白进出细胞属于协 3.(1)自由扩散 协助扩散 协助扩散 助扩散,不消耗能量。(6)相对分子质量较小的离子不能通过自 (2)物质顺浓度梯度运输、不消耗能量 氧气、甘油 流动性 由扩散进入细施。 (3)一定不 图丙方式为通过载体蛋白(构象改变)运输的协 合作探究 能力提升 助扩散,水分子进入细胞的方式可能为通过通道蛋白(构象不 任务一 改变)的协助扩散或自由扩散 问题探究 【解析】本题结合图形考查物质的被动运输方式。(1)图甲 1.提示:人工膜和生物膜对气体和甘油的通透性相同,因此它们 中细施内外浓度差与物质运输速率成正比例关系,说明甲所代 是通过自由扩散进出细胞的。 表的物质运输方式为自由扩散;图乙曲线图中,在一定浓度范 2.提示:甘油、乙醇等都是脂溶性物质,与磷脂分子有较强的亲和 围内,随着物质浓度差增加,物质运输速率增加,但达到一定浓 力,容易通过磷脂双分子层进出细胞。 度后不再增加,原因是受到转运蛋白数量的限制,其运输方式 3.提示:水分子通过细胞膜时的速率高于自由扩散的速率,由此 属千协助扩散;图丙所代表的物质徽要载体鉴自的协助,不消 推断细胞膜上可能存在特殊的水的跨膜运输方式。 耗能量,其运输方式为协助扩散。(2)图甲运输方式为自由扩 4.提示:疏水性跨膜蛋白AOP1能够加快水分子进入细胞的 散,图乙运输方式为协助扩散,自由扩散与协助扩散相比,其共 速南。 同点是物质顺浓度梯度运输、不消耗能量。氧气和甘油通过自 典例剖析 由扩散进出细胞,数基酸不通过被动运输方式进出细胞,通过 例:A 自由扩散是指物质通过简单的扩散作用进出细胞,其物 图甲方式(自由扩散)进出细胞的是氧气、甘油。图乙运输方 质运输方向是从高浓度一侧运输到低浓度一侧,不需要载体 式体现了细胞膜具有流动性的结构特点。(3)图丙方式为通过 -279- 载体蛋白(构象改变)运输的协助扩散,水分子进入细胞的方选择考提升练 式可能为通过通道蛋白(构象不改变)的协助扩散或自由扩 1.A 萎焉的菜叶由于细胞失水,导致细胞液浓度升高,放入清 散,故水分子进入细胞一定不通过图丙运输方式。 水中,由于细胞液浓度大干清水,因此细胞发生渗透作用重新 练案[14] 吸水,恢复挺拔,而水分进入细胞的方式为自由扩散和协助扩 散,A正确。故选A。 学业考达标练 2.D 维生素D属于脂溶性物质,以自由扩散的方式通过细胞 1.B 气体类的分子较小,可以穿过磷脂分子层的间隙,通过自由 膜,不消耗能量,不需要转运蛋白协助,其运输速率主要取决于 扩散的方式进入细胸,B正确。 2.C 水分子可以较快的通过水通道蛋白,而甘油分子难以通过 膜两侧浓度差,故组织细胞吸收维生素D的量主要取决于细胞 外溶液与细胞质中维生素D的浓度差,D正确。 水通道蛋白,说明水通道蛋白对物质具有选择性,A正确;水跨 膜不需要水通道蛋白的协助,只通过磷脂双分子层的跨膜运输 3.B 经AgNO,处理的红细胞,水通道蛋白失去活性,但水可以 通过自由扩散的形式进出细胞,故其在低渗燕糖溶液中会吸水 方式为自由扩散;水跨膜通过水通道蛋白的协助,不需要消耗 能量,属于协助扩散,说明一种物质可能有多种跨膜运输方式, 膨胀,在高渗燕糖溶液中会失水变小,A正确,B错误;未经 B正确;水分子可以较快的通过水通道蛋白出入细胞且不需消 AgNO.处理的红细胞,水可通过水通道蛋白快速进出细胞,也 耗能量,C错误;蛋白质的结构决定功能,则水通道蛋白结构改 可通过自由扩散进出细胞,故其在低渗糖溶液中会迅速吸水 变后功能也可能发生改变,D正确。故选C。 膨胀,在高渗糖溶液中会迅速失水变小.C.D正确。 3.D 图中所示水分子跨膜运输是顺浓度梯度进行的,且需要水 4.C0.、酒精进入细胞的方式是自由扩散,水进出细胞的方式 通道蛋白,不消耗能量,因此该运输方式为协助扩散,另外水分 可以是协助扩散,也可以是自由扩散,自由扩散不需要转运蛋 子还可顺浓度梯度进行,同时不需要转运蛋白的作用,即借助 白的协助,A.B.D错误;葡萄糖进入红细胞,属于协助扩散,需 自由扩散方式进入细胞,即D正确。故选D。 要转运蛋白的协助,C正确。 4.C 被动运输包括自由扩散和协助扩散,A正确;被动运输是物 5.A 蓝糖分子通过胞间连丝进行运输,水解后形成单糖,通过 质的扩散,只能顺浓度梯度进行,B正确;自由扩散不需要转运 单糖转运载体顺浓度梯度运输,速率加快,A正确;图示单糖通 蛋白,不需要消耗能量,协助扩散需要转运蛋白,不需要消耗能 过单糖转运载体顺浓度梯度转运至薄壁细胞,B错误;图中蓝 量,C错误,D正确。故选C。 糖运输不消耗能量,单糖顺浓度梯度运输也不消耗能量,故能 5.C 葡萄糖顺浓度梯度的跨膜运输是协助扩散的方式,需转运 量生成抑制剂不会直接抑制图中糖的运输,C错误;燕糖属 蛋白的协助,A正确;乙醇和氧气进出细胞的跨膜运输都是自 于二糖,不能通过单糖转运载体转运至薄壁细胞,D错误。 由扩散,B正确;性激素通过生物膜是自由扩散的方式,温度影 6.B 协助扩散是将物质顺浓度梯度的运输,运输过程中,膜两侧 响膜的流动性,进而影响性激素通过生物膜的速率,C错误;水 的浓度差缩小,所以协助扩散可以降低细胞内外葡萄糖的浓度 分子可以穿过磷脂分子层的间隙,通过自由扩散的方式进出细 胞,也可以通过水通道蛋白的介导通过协助扩散进出细胞,D 差,A正确;a点与b点相比,载体蛋白GLUT1的数量一样多. 正确。故选C 制约葡萄糖转运速率的主要因素是葡萄糖的浓度,B错误;c点 6.D 分子或离子通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合,A正 与a点相比,两点葡萄糖浓度一样,因载体蛋白数量不同而运 确;浓度梯度是影响协助扩散的重要因素之一,B正确;离子顺 输速率不同,C正确;与无蛋白质的磷脂双分子层相比,有载体 浓度梯度通过细胞膜时,需要转运蛋白的协助,属于协助扩散, 蛋白时运输速率明显加快,所以载体蛋白的存在能显著提高细 C正确;通道蛋白具有专一性,水分子和N'不能借助K'通道 胞摄取葡萄糖的速率,D正确 蛋白进出细胞,D错误。 7.B 协助扩散需要转运蛋白的协助,其运输速率既与膜两侧浓 7.D 图甲中物质从高浓度一侧运向低浓度一侧,且不需要转运 度差相关,又与转运蛋白的数量相关,因此并不是与膜两侧浓 蛋白协助,属于自由扩散,自由扩散的速率与细胞膜两侧的浓 度差完全呈正相关,A错误;载体蛋白和通道蛋白均具有一定 度差是正相关的,随着细胞外物质浓度的降低,物质的运输速 的特异性,B正确;载体蛋白在转运离子或分子时会与离子或 率会变慢,A.B、C正确;在一定范围内,随着浓度差的增大,协 分子结合,而离子或分子通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白 助扩散的速率会随之增大,但是当浓度差达到一定范围时,协 结合,C错误:该过程为协助扩散,协助扩散不需要消耗能量,B 助扩散的速率会受到转运蛋白数量的限制而无法继续提升,因 错误。故选B。 此图乙表示自由扩散,而不是协助扩散,D错误。故选D 8.(1)协助扩散 不需要 8.(1)自由扩散 浓度差 (2)150 渗透 (2)浓度差 转运蛋白的数量 (3)缺乏蛋白A HC.对蛋白A的功能有抑制作用 (3)见解析图 空间结 构 蛋白A是水通道蛋白 【解析】(1)分析可知图A表示的转运方式为自由扩散,其转 【解析】 本题考查水进出细胞的方式及水通道蛋白相关实 运速率主要取决于细胞内外物质的浓度差。(2)图B表示的 转运方式若是协助扩散,那么ab段的限制因素是细胞内外物 验。(1)水分子通过水通道蛋白进出细胞的方式属于协助扩 质的浓度差,bc段转运速率不再增加,说明限制因素不再是浓 散,该过程中水分子不需要与水通道蛋白结合。(2)据图可知, 猪的红细脆在浓度为150mmol·L-的NaCl溶液中能保持正 度差,而是转运蛋白的数量。(3)被动转运不需要消耗能量,因 此,物质转运速率不会随能量的增加而改变,故绘图如下: 常的形态(细胞体积与初始体积之比为1);红细胞的吸水和失 { 水都通过渗透作用完成。(3)①分析题意,本实验目的是探究 蛋白A是否为水通道蛋白,实验的自变量是蛋白A的有无,故 应选用细胞膜中缺乏白A的卿母细胞进行实脸。②组和III 纽的差别在于HgCl.的有无,实验结果说明HgCl.对蛋白A的 功能有抑制作用;根据I组和IV组实验结果推测试剂M能恢复 0 一部分蛋白A的功能,HgCl.破坏了部分蛋白A的空问结构。 能量供应 综合上述结果,可以得出的结论是蛋白A是水通道蛋白。 -280一