4.2 主动运输与胞吞、胞吐-【打磨课】2024-2025学年高一生物同步备课课件（人教版2019必修1）

主动运输与胞吞 胞吐 2019人教版必修一 第4章　细胞的物质输入和输出 WANG JUN FANG 学习目标 1 阐明主动运输、胞吞胞吐的过程、特点和意义。（科学思维） 2 明确主动运输和被动运输的区别。（科学思维） 3 利用细胞膜的流动镶嵌结构模型解释各种物质跨膜运输的方式。（科学思维、生命观念） WANG JUN FANG 引入新课 引入新课 袁隆平院士在青岛海水稻研究发展中心提出“利用海水稻种植盐碱地，为我国增加一亿亩稻田，多养活八千万人口，响应习近平总书记一带一路’倡议和构建人类命运共同体的伟大构想，解决全世界人民的温饱问题”的梦想。 思考：袁隆平院士推广种植海水稻的意义与价值是什么？ 【提示】推广种植海水稻有利于保障国家粮食安全、促进粮食增产，盐碱地是重要的潜在耕地资源。 WANG JUN FANG 任务一 阅读材料 思考 主动运输 探究·主动运输的特点 是否顺浓度？ 是否需要转运蛋白？ 是否耗能？ 归纳主动运输的概念 主动运输的实例有哪些？ 主动运输的意义是什么？ 三种跨膜方式的比较？ WANG JUN FANG 资料1：海水稻是一种介于野生稻和栽培稻之间、普遍生长在海边滩涂地区、具有耐盐碱性质的水稻。与普通水稻不同，海水稻能在盐浓度为0.3%以上的盐碱地生长，且不出现烧苗现象。 思考1：根据水进出细胞的原理，分析烧苗现象出现的原因是什么？ 根据以上资料分析，推测海水稻耐盐碱的可能机制是什么？ 探究·主动运输的特点 主动运输 【提示】海水稻根尖细胞内溶质浓度可能比普通水稻高，能够正常吸收水分，适应盐碱度高的环境。 WANG JUN FANG 资料2：研究表明海水稻根尖成熟区细胞积累K+能够提高植物对盐碱、干旱等极端环境的抗性，且细胞内K+浓度比细胞外高出10~20倍。 思考2：K+可以通过自由扩散与协助扩散进入细胞吗？请说明原因。 探究·主动运输的特点 主动运输 【提示】K+进入细胞不符合自由扩散与协助扩散的顺浓度梯度条件。故不能通过自由扩散与协助扩散进入细胞。 WANG JUN FANG 资料3：用盐碱地土壤浸出液对海水稻进行培养（土壤浸出液K+浓度较细胞内低），得出土壤浸出液K+浓度变化曲线如图1所示。 思考3：浸出液K+浓度如何变化？根据实验结果可以得出的实验结论是什么？ 主动运输 【提示】K+可以逆浓度梯度进入细胞的结论，促使学生对物质跨膜运输方向上的认知得到发展。 主动运输特点1：逆浓度梯度运输 WANG JUN FANG 资料4：盐碱地的主要成分为NaCI、NaCO3、NaHCO3等钠盐，而高浓度外源Na+能诱导海水稻根尖成熟区细胞中K+载体蛋白的表达，进而促进海水稻抵抗盐碱环境，通过基因编辑技术将海水稻K+载体蛋白基因敲除（基因能够指导蛋白质的合成），K+则无法逆浓度梯度进入细胞。 思考4：以上材料说明海水稻K+跨膜运输时需要依靠什么物质？ 主动运输 【提示】K+逆浓度梯度进入细胞需要借助载体蛋白的结论。 一种载体蛋白是不是可以运细胞需要的所有离子种类？ 主动运输特点2：需要借助载体蛋白 WANG JUN FANG 资料5：在细胞吸收K+的过程中，Na+等和其他对细胞有害的物质均无法通过K+载体蛋白进出细胞。 主动运输 思考5：该现象体现出载体蛋白及细胞膜的何种生理特性？对植株生存的意义与价值是什么？ 【提示】载体蛋白对底物具有高度选择性，体现了细胞膜的选择透过性。意义在于有选择地吸收有用物质、排出废物，是植物适应环境的进化产物。 WANG JUN FANG 上节课我们讲的自由扩散和协助扩散都是顺浓度运输的不消耗能量，哪刚才提到的K+在逆浓度梯度进行跨膜运输时需要能量吗？ 主动运输 推测：主动运输需要消耗能量。 类比“自行车从斜坡自由下滑与爬坡上升” WANG JUN FANG 资料6：研究人员将海水稻浸泡于含有“放射性K+的培养液中，不久后测得海水稻根尖细胞中出现放射性，一段时间后，在细胞内注入呼吸抑制剂和呼吸抑制剂拮抗剂，测得细胞内放射性变化曲线如图3所示。 思考6：实验用何种方法来检测K+的流动情况？请说明AB与CD段上升以及BC段平直分别说明了什么？根据图3分析，海水稻K+跨膜运输时需要具备的条件是什么？ 主动运输 【提示】同位素标记法。细胞能呼吸时，产生的能量可以供细胞吸收K+用，细胞内放射性增加，否则放射性不变。故物质逆浓度梯度跨膜运输需要消耗能量。 主动运输特点3：需要消耗能量 WANG JUN FANG 小组合作：建构K+离子进入海水稻细胞时的主动运输概念模型图 主动运输 WANG JUN FANG 主动运输 概念：物质 浓度梯度进行跨膜运输，需要 的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的 ，这种方式叫 。 逆 载体蛋白 能量 主动运输 WANG JUN FANG 思考7：影响主动运输的因素有哪些？ 资料7：若用呼吸抑制剂切断肾的供氧渠道，重吸收葡萄糖的速率降低。 资料8：载体介导的跨膜运输速率存在饱和现象，表现为载体对所转运物质存在量的极限，载体与所转运物质的结合达到限度，即使再提高浓度差，也不会再提高运输效率。 ② 载体蛋白的数量 【提示】① O2供应(或能量供应) 主动运输 ③ 温度 WANG JUN FANG 14 运输速率 O2浓度 运输速率 物质的浓度 Q点由 供能 P点前受 限制 P点后受 限制 P点前受 限制 P点后受 限制 Q P P 无氧呼吸 氧气浓度 载体蛋白数量 物质浓度 载体蛋白数量 思考8：温度是通过影响什么进而影响跨膜运输？ 【提示】温度通过影响酶的活性，来影响呼吸作用，从而影响能量的供给，同时温度还会影响膜的流动性，进而影响物质的跨膜运输。 主动运输 WANG JUN FANG 15 实例一 实例二 实例三 小肠液中氨基酸、葡萄糖的浓度远低于它们在小肠上皮细胞中的浓度 轮藻细胞中K+的浓度比周围水环境高63倍。 人红细胞中K+的浓度比血浆高30倍。 主动运输的其他实例： 主动运输 WANG JUN FANG 主动运输的意义： 主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，通过主动运输来选择吸收所需营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，从而保证细胞和个体生命活动的需要。 主动运输 WANG JUN FANG 物质出入 细胞的方式 被动运输 主动运输 自由扩散 协助扩散 物质运输 方向 是否需要 转运蛋白 是否需要 消耗能量 举例 顺浓度梯度 高浓度向低浓度 顺浓度梯度 高浓度向低浓度 逆浓度梯度 低浓度向高浓度 不需要 不需要 不需要 需要 需要 消耗 水、O2、CO2、甘油、乙醇、苯、性激素 葡萄糖进入红细胞 葡萄糖进入小肠上皮细胞 物质跨膜运输三种方式的比较 主动运输 WANG JUN FANG 两类主动运输 直接型 直接消耗ATP的主动运输，通常称为泵（ATP驱动泵） 间接型 利用依赖ATP的Na+-K+泵活动建立的细胞膜两侧Na+的跨膜浓度梯度主动运输 Na+-K+泵 肾小管对氨基酸、葡萄糖等的重吸收 主动运输 WANG JUN FANG 19 任务二 阅读 材料 思考 1.AtRGS1作为膜蛋白如何从细胞内运输到细胞膜上？ 2.胞吐的过程和实例？ 3.细胞可以通过何种方式减少膜上AtRGS1蛋白数量？ 4.胞吞的特点，是否需要膜蛋白的参与，是否耗能？ 5.胞吞的过程和实例？ 6.判断物质运输的方式 7.探究物质跨膜运输方式的实验设计 胞吞与胞吐 WANG JUN FANG 资料1：海水稻除了通过渗透调节的方式来抵御外界盐碱环境外，其细胞中的G蛋白也能提升植物抵御干旱、盐碱的能力，而存在于海水稻细胞膜上的蛋白质AtRGS1则能够作为信号分子与G蛋白共同发挥植物抗逆的作用。 胞吞与胞吐 思考1：AtRGS1作为膜蛋白与分泌蛋白、多糖等物质的运输方式相同，那么特定的有机大分子物质如何从细胞内运输到细胞膜上或者细胞外？ 【提示】通过胞吐将大分子运到细胞膜上或者细胞外 WANG JUN FANG (2)实例： ①分泌蛋白的排出：蛋白质类激素、消化酶、抗体等 ②神经递质的分泌等。 大分子物质 在细胞内形成 囊泡 排出 移动到细胞膜处，与其融合 (1)过程： 胞吞与胞吐 2.胞吐的过程和实例 WANG JUN FANG 22 资料2：AtRGS1蛋白能够抑制G蛋白发挥作用。当海水稻在低浓度NaCI溶液中培养时，其细胞膜上的AtRGS1蛋白数量较多，而将海水稻转移至高浓度NaCI溶液中时，发现其细胞膜上AtRGS1蛋白数量大量减少。 资料3：研究人员进一步实验，用不同浓度NaCl溶液处理植株，发现随着NaCl处理浓度的升高，细胞内囊泡逐渐增多。 胞吞与胞吐 思考3：细胞可以通过何种方式减少膜上AtRGS1蛋白数量？ 资料4：高浓度的Na+能够促使蛋白激酶使AtRGS1蛋白磷酸化，进而提供能量，发生胞吞。以此完善学生对胞吞、胞吐概念的建构。 思考4：胞吞有什么特点，是否需要膜蛋白的参与，是否耗能？ 【提示】胞吞 【提示】胞吞需要膜蛋白的参与，需要消耗能量 WANG JUN FANG (1)过程： 与膜上的蛋白质结合 细胞膜内陷 包围着大分子 从细胞膜分离 大分子物质 小囊 囊泡 进入 (2)实例： 白细胞吞噬病菌、变形虫吞食食物颗粒等。 5.胞吞的过程和实例 胞吞与胞吐 WANG JUN FANG 24 （1）胞吞、胞吐过程的实现与生物膜结构的特性有什么关系？ 【提示】生物膜的流动性是胞吞、胞吐的基础 【提示】0层 胞吞与胞吐 【补充】 【与社会的联系】 在人体肠道内寄生的一种变形虫——痢疾内变形虫，能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，并引发阿米巴痢疾。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。 （2）胞吞，胞吐穿过了几层生物膜？ WANG JUN FANG 根据分子大小 胞吞（吐） 跨膜运输 被动运输 主动运输 协助扩散 自由扩散 大分子 小分子、离子 是否消耗能量 消耗 不消耗 是否需要转运蛋白 不需要 需要 注意:1.神经递质大部分是小分子物质，但释放的方式也是胞吐。 2.需要内质网高尔基体加工的蛋白质，不一定都要胞吐出去。 一看分子大小；二看能量；三看载体。 6.判断物质运输的方式： 被动运输（自由扩散、协助扩散）、主动运输、胞吞和胞吐 物质运输方式： WANG JUN FANG 26 7.探究物质跨膜运输方式的实验设计 （1）探究是主动运输还是被动运输 （2）探究是自由扩散还是协助扩散 物质运输方式 WANG JUN FANG 本课小结 阐释海水稻耐盐碱的具体机制 ▍请结合本节“主动运输”和“胞吞、胞吐”的内容，阐释海水稻能够在盐碱地存活的生理机制。 截至2023年底，全国海水稻种植面积已超100万亩，海水稻的种植，极大地提升了粮食产量，缓解了粮食危机。海水稻的种植还能有效改善土壤结构，为国家的粮食安全提供坚实保障。 这种科技创新，正是国家农业现代化的重要体现。它不仅局限于国内，还有可能成为全球粮食紧张局面的缓解者。 WANG JUN FANG 本章小结 细胞的物质输入和输出 WANG JUN FANG 1.一种物质进行跨膜运输的方式与该物质的分子大小等性质有关。判断下列有关物质跨膜运输的相关表述是否正确 （1）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。（ ） （2）大分子有机物要通过转运蛋白的作用才能进入细胞内，并且要消耗能量。 （ ） （3）被动运输都是顺浓度梯度进行的，既不需要消耗能量，也不需要借助膜上的转运蛋白。（ ） （4）主动运输都是逆浓度梯度进行的，既要消耗细胞的能量，也需要借助膜上的载体蛋白。（ ） 巩固练习 一、概念检测 √ × × × WANG JUN FANG 2.下列有关物质跨膜运输的叙述，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.脂溶性物质较易通过自由扩散进出细胞 C.葡萄糖进入红细胞需要借助转运蛋白，但不消耗能量，属于协助扩散 D.大肠杆菌吸收K+既消耗能量，又需要借助膜上的载体蛋白，属于主动运输 一、概念检测 A 巩固练习 WANG JUN FANG 巩固练习 二、拓展应用 1.怪柳（见下图）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。怪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。 【提示】主动运输和被动运输的区别之一是是否需要能量，而能量来自细胞呼吸，故可通过抑制根细胞呼吸，并观察无机盐离子吸收速率是否受影响来判断其吸收过程属于主动运输还是被动运输。具体步骤：取甲、乙两组生长状态基相同的怪柳幼苗，放入适宜浓度的含有Ca”.K的溶液中；甲组给予正常的细胞呼吸条件，乙组抑制细胞呼吸；一段时间后测定两组植株根系对Ca”t、K+的吸收速率。若两组植株对Ca”、K*的吸收速率相同，说明怪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，说明怪柳从土壤中吸收无机盐是主动运输。 WANG JUN FANG 巩固练习 2.下图表示的是一个动物细胞内外不同离子的相对浓度。据图回答问题。 （1）通过主动运输进入细胞的离子是 ，你作出判断的依据是 。 （2）通过主动运输排出细胞的离子是 ，你作出判断的依据是 。 K+和Mg2+ 这两种离子的浓度细胞内大于细胞外，细胞若要吸收这两种离子必须逆浓度梯度进行 Na+和CI— 这两种离子的浓度细胞内小于细胞外，细胞若要排出这两种离子必须逆浓度梯度进行 WANG JUN FANG 感 谢 聆 听 THANK YOU WANG JUN FANG Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$