4.2 主动运输与胞吞、胞吐（教学课件）生物人教版2019必修1

单细胞生物用作能量的物质包括其他较小的细胞、有机物颗粒和无法穿过质膜的大分子。许多单细胞真核生物利用一种称为胞吞作用的机制来摄取这种食物颗粒，在这个过程中制膜包裹并吞噬食物颗粒。根据摄入物质的大小和性质，细胞使用三种基本类型的包吞作用、吞噬作用、包引作用和受体介导的胞吞。如果细胞吸收的物质是颗粒，如细菌、细胞或有机片段，则这一过程称为吞噬作用。如果被吸收的物质是液体，则称为包引作用。某些类型的分子，如低密度脂蛋白，通过受体介导的胞吞作用完成跨膜运输。首先这些分子与嵌入质膜中的特定受体结合。受体分子集中在网格蛋白包裹的锯齿状凹坑中。当足够多的靶分子在包被的凹坑中积累蚀凹坑内陷并密封，然后形成一个囊泡并进入细胞中。包土作用与包吞作用相反，包土过程引起被转运物质从膜结合的小泡中排出，这些物质迁移到质膜的内表面与膜融合，然后将其内容物释放到细胞外部。 第4章 物质的输入和输出 第2节 主动运输与胞吞、胞吐 情境导入：逆水行舟，逆境中的坚持与超越 观看视频 问题探讨 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高20-25倍。 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？ 不是； 被动运输是物质从高浓度向低浓度运输。 需要细胞提供能量。 学习目标 课标要求 2.1 物质通过被动运输、主动运输等方式进出细胞，以维持细胞的正常代谢活动 2.1.2 举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量； 有些物质逆浓度梯度进出细胞需要能量和载体蛋白。 2.1.3 举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。 素养目标 1.生命观念：从结构与功能相适应的观点出发，通过对小分子物质逆浓度梯度运输和大分子物质进出细胞的过程分析，理解物质通过主动运输、胞吞与胞吐方式进出细胞，以维持细胞的正常代谢活动。 2.科学思维：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。 3.社会责任：结合物质进出细胞的方式，说明“囊性纤维化”和“阿米巴痢疾”的成因，宣扬健康生活的态度。 难点 难点 重点 知识目录 01 主动运输 02 胞吞、胞吐 新知探究 一、主动运输 探究物质的主动运输 活动1 【资料1】无论是植物细胞、动物细胞还是微生物细胞，都有许多物质的跨膜运输不同于被动运输。 例如，小肠液中氨基酸、葡萄糖的浓度远远低于它们在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K+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。 讨论： 1.这些细胞吸收物质的方式与被动运输有何区别？ 小肠上皮细胞 人红细胞 轮藻 被动运输是顺浓度梯度进行的,而小肠液中氨基酸、葡萄糖进入小肠上皮细胞中是逆浓度梯度进行的。 新知探究 一、主动运输 探究物质的主动运输 活动1 【资料2】慕尼黑工业大学的教授构建了一个能自己移动和改变形态的“类细胞”模型，由膜外壳和填入物构成。在该模型中填入了细胞骨架和驱动蛋白，作为运动的结构基础，另外还需要填入ATP作为直接能源。将该结构置于一定浓度的K+溶液中一段时间，检测发现K+不能进入其中，但若在其膜外壳加上一种蛋白质分子，则K+可以进入。 讨论： 2.这说明K+进入“类细胞”还需要什么条件? 需要相应载体蛋白的协助，需要消耗能量。 新知探究 一、主动运输 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。 1.主动运输的定义 ①逆浓度梯度运输 ②需要消耗能量 ③需要载体蛋白参与 2.主动运输的特征 与载体蛋白结合后，在细胞内化学反应释放的能量推动下，载体蛋白的 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 ，载体蛋白随后又 ，又可以去转运___________的 其他离子或分子。 新知探究 一、主动运输 3.主动运输的过程 离子或分子 空间结构 释放出来 恢复原状 同种物质 新知探究 一、主动运输 主动运输的实例分析 活动2 【资料3】肾小球每天滤过钠约500g，每天尿液中排出3～5g。探究Na＋进、出肾小管上皮细胞的方式。肾小管上皮细胞内Na＋浓度仅为10 mmol·L－1，远低于细胞外。ATP为一种能源物质。 讨论： 3.肾小管腔中原尿里大量的Na＋以何种方式进入肾小管上皮细胞？请说出判断依据。 协助扩散；Na＋顺浓度梯度且借助于通道蛋白进入肾小管上皮细胞。 主动运输；逆浓度梯度进行，需要载体蛋白协助，且消耗能量。 4.Na＋以何种方式运出肾小管上皮细胞？请说出判断依据。 一、主动运输 主动运输的实例分析 活动2 【资料4】肾小管上皮细胞逆浓度吸收葡萄糖时， 没有直接消耗ATP，而是利用Na＋浓度差的能量。但是Na＋浓度差的建立是依靠Na＋-K＋泵的，而 Na＋-K＋泵需要消耗ATP。 讨论： 5.肾小管腔中原尿里大量的Na＋以何种方式进入肾小管 上皮细胞？请说出判断依据。 6.Na＋-K＋泵对葡萄糖的运输有无影响？ 7.图中同一种物质进出细胞的方式是否相同？并举例说明。 图中葡萄糖进入肾小管上皮细胞为主动运输；出肾小管上皮细胞为协助扩散。 有影响。 不同，如葡萄糖、Na＋。 一、主动运输 被动运输与主动运输 观看视频 一、主动运输 知识拓展 主动运输的三种功能方式 知识拓展 主动运输的三种功能方式 一、主动运输 知识拓展 协同运输 一、主动运输 协同运输时一种物质的逆浓度梯度跨膜运输，其依赖于另一种物质的顺浓度梯度转运，该过程消耗的能量来自离子电化学梯度。 协同运输包括同向协同和反向协同两种方式。 同向协同运输 反向协同运输 新知探究 一、主动运输 意义： 4.主动运输的意义 【资料5】原尿中的葡萄糖如果不能全部被肾小管上皮细胞重吸收，则会排出体外，对人体不利。机体每天可产生40～60 mmol氢离子(H＋)固定酸，这些氢离子必须被中和并由肾脏排出，否则会对机体造成严重危害。肾小管通过主动运输分泌氢离子的功能可以确保其从尿液中顺利排出。 请根据资料分析主动运输的意义。 主动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生命活动的需要。 新知探究 一、主动运输 分析下列曲线所代表的物质运输方式及物质运输速率的影响因素 活动3 ②运输方式： ； 影响a点运输速率的因素是： ； b点之后运输速率不再改变的原因是 。 运输方式： ； 影响物质运输速率的因素有： 。 自由扩散 物质浓度 协助扩散或主动运输 物质浓度 膜上转运蛋白的数量有限 新知探究 一、主动运输 分析下列曲线所代表的物质运输方式及物质运输速率的影响因素 活动3 ④运输方式： 。 a点所需能量来自于无氧呼吸，影响b点运输速率的因素是： ； c点之后运输速率不再改变的原因是 。 ③运输方式： ； 自由扩散或协助扩散或哺乳动物成熟红细胞的主动运输 主动运输 氧气浓度 膜上载体蛋白的数量有限 新知探究 一、主动运输 5.主动运输的影响因素 【资料6】若切断肾的供氧渠道，重吸收速率降低。 【资料7】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。 请据资料分析影响主动运输运输速率的因素。 氧气供应（或能量供应）和载体蛋白的数量。 细胞呼吸能释放能量，一定范围内随氧气量增加，释放的能量增加。 新知探究 一、主动运输 5.影响物质跨膜运输的因素 (1)浓度差对物质跨膜运输的影响 转运 浓度差主要影响自由扩散和协助扩散。 能量 新知探究 一、主动运输 5.影响物质跨膜运输的因素 (2)转运蛋白数量对物质跨膜运输的影响 转运蛋白数量影响协助扩散和主动运输，自由扩散不受转运蛋白数量的影响。 新知探究 一、主动运输 5.影响物质跨膜运输的因素 (3)氧气含量对物质跨膜运输的影响：通过影响细胞呼吸进而影响主动运输的速率。 新知探究 一、主动运输 5.影响物质跨膜运输的因素 (4)温度对物质跨膜运输的影响 温度 生物膜的流动性 酶活性 呼吸速率 影响 影响 影响 影响 物质运输速率 知识目录 01 主动运输 02 胞吞、胞吐 新知探究 二、胞吞、胞吐 豚鼠胰腺腺泡细胞分泌蛋白形成过程图解 3min 17min 117min 讨论： 1.小分子物质可以通过哪三种方式进出细胞？ 2.大分子物质可以进出细胞吗？举出例子。 新知探究 二、胞吞、胞吐 现象1：转运蛋白虽然能够帮助许多离子和小的分子通过细胞膜，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2：变形虫摄取水中的有机物颗粒，就需要解决大分子物质进入细胞的问题。 现象3：白细胞能吞噬入侵机体的细菌。 变形虫摄食 白细胞吞噬细菌 这些大分子和颗粒物是如何进出细胞的呢？ 新知探究 二、胞吞、胞吐 阅读教材P71，观看视频思考以下问题： 1.胞吞、胞吐过程需要载体蛋白吗？ 2.胞吞、胞吐过程需要能量吗？ 3.胞吞、胞吐过程体现了细胞膜的什么特点? 观看视频 新知探究 二、胞吞、胞吐 ①细胞外排的大分子在细胞内形成囊泡。 ②囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合。 ③大分子排出细胞。 ①细胞摄取的大分子与膜上的蛋白质结合(识别作用)。 ②细胞摄取的大分子与膜上的蛋白质结合。 ③小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部。 胞吞 胞吐 大分子 膜蛋白 大分子物质进入细胞的示意图 4. 意义： 通过胞吐细胞向外分泌分泌蛋白和激素，通过胞吞消灭细菌、癌细胞、及衰老的红细胞、细胞碎片从保证生命活动的正常进行。 2.运输特点： ①需要能量； ②不需要载体蛋白，但需要特定膜蛋白。 1.运输的物质：主要运输大分子或颗粒。 3.结构基础：细胞膜的流动性。 a.胞吞 b.胞吐 新知探究 二、胞吞、胞吐 归纳小结 胞吞、胞吐 新知探究 二、胞吞、胞吐 [易错提醒] (1)同一种物质进出不同细胞时，运输方式可能不同，如红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，而小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式则是主动运输；神经细胞膜上运入。 K＋的方式为主动运输，运出K＋的方式为协助扩散，运入K＋的载体蛋白和运出K＋的通道蛋白都具有特异性。 (2)Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输的方式进出细胞，但也可通过协助扩散的方式进出细胞，如神经细胞维持静息电位时的K＋外流和形成动作电位时的Na＋内流。 (3)RNA和蛋白质等大分子物质通过核孔进出细胞核，而不是通过胞吞、胞吐。 (4)胞吐不是只能运输大分子物质，也可以运输小分子物质，如神经递质。 新知探究 物质的输入与输出总结与拓展 观看视频 随堂检测 1.营养物质是生物生长发育的基础。依据表中信息，下列有关小肠上皮细胞吸收营养物质方式的判断，错误的是(　　) 方式 甲 乙 丙 丁 细胞外相对浓度 低 高 高 高 细胞内相对浓度 高 低 低 低 需要提供能量 是 否 是 否 需要转运蛋白 是 是 是 否 A.甲为主动运输 B.乙为协助扩散 C.丙为胞吞作用 D.丁为自由扩散 C 【解析】由题意可知，甲、乙、丙、丁为小肠上皮细胞吸收(细胞外→细胞内)营养物质的四种方式，方式甲为逆浓度梯度的运输，需要消耗能量和转运蛋白，为主动运输，A正确；方式乙为顺浓度梯度的运输，不需要消耗能量，需要转运蛋白，为协助扩散，B正确；胞吞过程虽需要消耗能量，但不需要转运蛋白的协助，则丙方式不为胞吞作用，C错误；方式丁为顺浓度梯度的运输，不需要消耗能量和转运蛋白，为自由扩散，D正确。 随堂检测 2.(2024·海南卷，3)许多红树植物从含盐量高的泥滩中吸收盐分，并通过其叶表面的盐腺主动将盐排出体外避免盐害。下列有关这些红树植物的叙述，正确的是(　　) A.根细胞吸收盐提高了其细胞液的浓度，有利于水分的吸收 B.根细胞通过自由扩散的方式吸收泥滩中的K＋ C.通过叶表面的盐腺将盐排出体外，不需要ATP提供能量 D.根细胞主要以主动运输的方式吸收水分 【解析】根细胞吸收盐提高了其细胞液的浓度，提高了细胞渗透压，有利于水分的吸收，A正确；根细胞通过主动运输的方式吸收泥滩中的K＋，B错误；根据题干，通过其叶表面的盐腺主动将盐排出体外避免盐害，所以其运输方式属于主动运输，需要ATP提供能量，C错误；根细胞吸收水分的原理是渗透作用，运输方式是被动运输，D错误。 A 随堂检测 3.细胞膜控制着物质输入和输出，下图中a、b、c表示三种物质跨膜运输的方式。下列相关叙述错误的是(　　) A.氧气和二氧化碳最可能以图中a所示方式进出细胞 B.神经细胞受到刺激时Na＋通过图中c方式内流，此时Na＋不需要与通道蛋白结合 C.血浆中葡萄糖以图中b方式进入红细胞时，需要细胞内化学反应释放的能量推动 D.蛋白质等生物大分子无法通过图中a、b、c三种方式进出细胞，但需要膜上蛋白质参与 解析　由题图可知，血浆中葡萄糖以图中b(协助扩散)方式进入红细胞时，不需要细胞内化学反应释放的能量推动，C错误。 C 随堂检测 4.一些特殊的分子常常通过受体介导的胞吞作用运入真核细胞，如图所示，被运输的分子首先与细胞膜上特定的受体结合，运输的过程是特异性的，只有分子的形状刚好与受体匹配才能进行。下列说法错误的是(　　) A.受体介导的胞吞作用依赖细胞膜的流动性 B.受体介导的胞吞作用体现了细胞膜对运输的分子具有选择性 C.受体介导的胞吞作用不需要载体蛋白参与，也不需要消耗能量 D.参与受体介导的胞吞作用的蛋白质不止一种 【解析】 受体介导的胞吞作用，体现了细胞膜的流动性，运输的过程是特异性的，也反映了细胞膜对运输的分子具有选择性，A、B正确； 受体介导的胞吞作用不需要载体蛋白参与，但需要消耗能量，C错误； 由图可知，参与该过程的蛋白质至少有受体和网格蛋白两种，D正确。 C 随堂检测 5.探究耐盐碱植物的“抗盐”策略细胞质中积累的Na＋会抑制胞质酶的活性，植物根部细胞通过多种“策略”降低细胞质中Na＋浓度，从而降低盐胁迫的损害，部分生理过程如图所示。 (1)据图可知，图示各结构中H＋浓度存在明显差异，这种差异主要由位于_______________上的H＋-ATP泵来维持。此过程中，H＋-ATP泵作为载体蛋白在转运H＋时发生的变化是什么？ 细胞膜和液泡膜 ATP水解释放的磷酸基团使载体蛋白发生磷酸化，导致其空间结构发生改变。 (3)据图分析，盐胁迫条件下，植物根部细胞降低Na＋毒害的“策略”是 ___________________________。 随堂检测 5.探究耐盐碱植物的“抗盐”策略细胞质中积累的Na＋会抑制胞质酶的活性，植物根部细胞通过多种“策略”降低细胞质中Na＋浓度，从而降低盐胁迫的损害，部分生理过程如图所示。 使Na＋进入液泡或排出细胞 (2)H＋的这种分布特点可将Na＋转运到胞外或液泡内，Na＋转运到胞外或液泡内是由 ______________________________所驱动的。若使用ATP抑制剂处理细胞，Na＋的排出量会明显减少，其原因是什么？ 细胞膜或液泡膜两侧的H＋浓度差 Na＋的运输能量来自H＋的电化学梯度，使用ATP抑制剂处理导致ATP合成量减少，排出H＋量减少，膜内外H＋浓度梯度降低，使得转运蛋白排出Na＋量减少。 课堂小结 细胞质 大分子 物质 胞吞 胞吐 小分子 物质 被动运输 主动运输 自由扩散 协助扩散 我们的队伍平均年龄应该是最大的，50岁到59岁都有一部分财产青年。不管是在审判还是一流，在最关键的时候，大家都一起共同去克服这种困难。但没有说是也不影响我对楼楼的热爱。我也想是因为我太热被逼吃。我唯一一次因为划廊船划赢了不知道的队伍。 质膜就像细胞的看门人，允许一定数量的某些物质在一定的时间进出细胞物质从高浓度区域移到低浓度区域，或从高电位移到低点位置，这就是扩散。这就被称为电化学梯度。在生物细胞上，这两种梯度往往同时存在小分子，如氧气、二氧化碳还有甘油等，可以通过磷脂之间进行自由通过质膜，而有些分子或离子不能直接穿过脂双层，所以需要转运蛋白的协助。由于其动力仍然为浓度差，所以该过程不耗能，故该过程叫做被动转运或被动运输。大分子、极性分子和带电离子可使用通道蛋白进行异化扩散。定义性物质的运输需要一种特殊的载体，它能在膜的一侧附着物质，并在蛋白构象改变后在另一侧释放。这两者分别是经通道和经载体异化扩散。水分子自由穿过质膜的过程分为渗透。前面说过，细胞的内外都是由溶液组成，溶剂能携带一些分子或离子穿过质膜，这些分子或离子从高浓度留下低浓度，直到内外达到平衡。质膜中有专门允许水分子通过的通道蛋白，称为水通道，在高渗环境中水从细胞内向细胞外的高渗环境移动。在低渗溶液中则相反，胞内溶质浓度比外界高，水会扩散到细胞内在等渗溶液中膜两侧的溶液浓度相等，水的移动达到动态平衡。当物质需要从逆浓度梯度运输时，必须进行主动运输，这个过程既要使用能量，也需要选择性蛋白载体的参与。钠钾泵是一种存在于大多数动物细胞中的特异性膜蛋白载体，它一次能排出三个钠离子，并将两个钾离子运输至细胞内。Atp直接为这些离子逆浓度梯度运输提供了动力。虽然钠离子浓度在细胞外比较高，钠钾泵仍能把钠离子泵出细胞。同时，钾离子浓度在细胞内高，钠钾泵能把钾离子逆浓度泵到细胞内。另外，还有一些物质能够逆浓度梯度进行跨膜运输，但能量并不直接来自于atp而是由主动转运其他物之十造成的高势能提供这种转运方式称为联合转运。比如钠离子与葡萄糖的联合转运，这属于同向转运。此外还有反向转运脂双层和各种内嵌蛋白组成的质膜，是细胞内部环境与外界环境的屏障。质膜的结构和功能使物质进出细胞的基础，细胞新陈代谢借此得以完成，这样细胞才能够存活下去。 某些小分子，例如糖和氨基酸，可以逆浓度梯度跨膜运输。糖通过膜转运蛋白从浓度低的细胞外转运到浓度高的细胞内。糖通过偶联转运蛋白的转运是由平衡离子的运动驱动的。例如钠离子和质子就属于平衡离子，这些平衡离子从高浓度区域向低浓度区域移动。钠离子和特定的糖或者是氨基酸同时结合到细胞外的同一跨膜蛋白上，称为同向转运。当平衡离子是纳时，细胞内部用于运输糖所需的低浓度钠离子是由钠钾泵来维持的，这些钠钾泵由atp提供动力。在一个称为反向转运的相关过程中，钠离子的向内运动与另一种物质的向外运动相结合，例如钙离子。另一种转运方式与同向转运类似，钠离子和其他物质结合在同一个转运蛋白上。但在这种情况下，它们结合在魔的两侧并沿相反方向移动，这种现象叫做反向转运，细胞内较低的钠离子浓度是通过那甲泵来维持的。 甲泵是一种主动运输结构。三个钠离子与蛋白质通道结合atp提供能量来改变通道的形状，继而驱动离子通过通道。Atp中的一个磷酸基团继续与通道结合，钠离子在细胞膜外侧被释放，此时通道蛋白的新形状对钾离子具有高亲和力，然后有两个钾离子靠近并与通道蛋白结合。这种结合再次引起通道蛋白的构象改变，并且这种构象改变会释放细胞质一侧的磷酸基团。释放磷酸基团后，通道蛋白恢复到其原始形状，因此钾离子在细胞内被释放。在其原始形状中，通道蛋白对钠离子具有高亲和力。当这些离子再次结合时，他们启动另一个循环。该泵的重要特征是钠离子和钾离子都能从低浓度区域移动到高浓度区域，即每个离子都逆着其浓度梯度移动。这种类型的运动只能通过atp能量的不断消耗来实现。 溶液是一个屡见不鲜的概念，它由溶质和溶剂组成，而物质的跨膜运输就是围绕着这两种物质内外移动展开。因为细胞膜具有选择透过性的特点，所以分子的大小、携带电荷与否、亲水性或疏水性都将决定分子的通过性。自由扩散是最简单的一类跨膜运输机制，不带电荷疏水且体积小的分子可以通过顺浓度梯度自由进出细胞膜。虽然水分子体积小，能够进行自由扩散，但由于它自身还是属于清水分子，与磷脂双分子层里的疏水层并不相容，所以扩散速度很慢。那么如果需要转运大量水分子、体积更大的亲水性分子或者带电荷的物质该怎么办呢？此时他们需要依赖转运蛋白浸出细胞。转运蛋白主要分为没有结合位点的通道蛋白和有结合位点的载体蛋白这两大类。协助扩散就需要转运蛋白的帮助，可以是以上两种的任意一种，顺浓度梯度进入细胞内。因为自由扩散和协助扩散都是顺浓度梯度运输物质，他们都不需要消耗能量，所以被统称为被动运输。与此不同的是，主动运输只使用载体蛋白介导，且需要消耗能量，根据能量来源的不同，可以分为以下三类，atp驱动泵直接利用水解atp产生的能量实现物质镍浓度梯度的运输，也称为原发性主动转运。而协同转运往往是靠前者在细胞膜一侧建立的物质浓度梯度带来的能量来运输物质，并不直接消耗atp它们可以是同向或者反向转运，也称为继发性主动转运光也可以是第三种能量来驱动主动转运。特定细菌的是子溶质，可以利用光能将氢离子逆浓度蹦出细胞膜，外用顺浓度的氢离子驱动旁边的atp合成酶，产生atp除了跨细胞膜的运输方式，胞吞与包吐也被归纳为跨膜运输，虽然没有真正跨膜氮分子，还是可以用特殊的方式进出细胞。接下来是易错点的设问环节，主动运输是唯一消耗能量的转运方式吗？答案是错误的，包吞和包土的过程中，囊泡的融合和形成均需要消耗能量。小分子物质运输方式一定是自由扩散吗？答案也是不对的。小分子既可以是主动运输，也可以是被动运输，甚至通过胞吞、胞吐进出细胞。被动运输和主动运输可以同时存在吗？答案是可以的。请看葡萄糖吸收这张图，葡萄糖通过同向协同转运蛋白进入细胞内，再通过专门的转运蛋白，将葡萄糖通过协助扩散的形式转运进入血液。