資源簡介

第4章 細胞的物質輸入和輸出
第1節(jié) 被動運輸
第2課時 自由擴散和協(xié)助擴散
素養(yǎng)導引
1.生命觀念:運用結構與功能觀,說出不同性質的物質進出細胞的方式不同。
2.科學思維:采用比較與歸納、模型與建模的方法,說明自由擴散和協(xié)助擴散的關系。
自由擴散和協(xié)助擴散
1.寫出圖中a~c代表的運輸方式:
a.協(xié)助擴散;b.協(xié)助擴散;c.自由擴散
2.寫出①②代表的轉運蛋白的類型:
①通道蛋白;②載體蛋白
3.①與②的區(qū)別:
發(fā)揮作用時自身構象不發(fā)生變化的是①;不需要與分子或離子結合的是①。
[思考]　性激素通過何種方式進入靶細胞
提示:自由擴散。
用磷脂雙分子層將某種不容易進入細胞的藥物(甲)包裹成小球,通過小球膜與細胞膜的融合將藥物送入細胞,從而達到治療疾病的目的。根據(jù)材料信息判斷:
1.藥物甲的化學成分最可能是蛋白質。(√)
2.甲進入細胞的方式最可能是協(xié)助擴散。(×)
分析:用磷脂雙分子層將藥物(甲)包裹成小球,通過小球膜與細胞膜的融合將藥物送入細胞,由此可知,藥物甲進入細胞的方式不可能是協(xié)助擴散。
學習任務:被動運輸?shù)哪Ｐ?br/>1.物理模型:
模型解讀:
編號 方式 特點
A 自由擴散 順濃度梯度運輸,不消耗能量 不需要轉運蛋白
B 協(xié)助擴散 需通道蛋白協(xié)助
C 協(xié)助擴散 需載體蛋白協(xié)助
[思考探究]　從細胞膜的成分分析,為什么脂溶性物質(乙醇、甘油等)通過細胞膜的方式是自由擴散
提示:細胞膜的基本支架是磷脂雙分子層,依據(jù)相似相溶的原理,脂溶性的物質可以自由通過磷脂雙分子層進出細胞。
2.數(shù)學模型:
模型解讀:
編號 方式 影響因素
甲 自由擴散 濃度差
乙 協(xié)助擴散 濃度差(O~A)和轉運蛋白數(shù)量(A點以后)
[思考探究]　如細胞內外溶液濃度差會影響物質運輸速率,溫度是否會影響水分通過細胞膜的擴散速率
提示: 會。溫度會影響膜上磷脂分子和蛋白質的流動性,水分子通過細胞膜的方式為自由擴散和協(xié)助擴散,一定溫度范圍內,提高溫度會加速水分子的擴散速率。
【學習加點料】
思維易錯:同一種物質只能有一種運輸方式嗎 舉例說明。
提示:不是。水分子既可以進行自由擴散,又可以協(xié)助擴散。
【拓展歸納】
常見物質跨膜運輸方式
(1)O2、CO2等氣體和乙醇、甘油、脂肪酸等脂溶性物質跨膜運輸方式是自由擴散。
(2)一些離子:如Na+進入神經(jīng)細胞,K+出神經(jīng)細胞;小分子有機物:如葡萄糖進入紅細胞,這些運輸方式都是協(xié)助擴散。
科學研究發(fā)現(xiàn),細胞膜上有專門供水分子進出的水通道蛋白。下列有關說法錯誤的是(　　)
A.水分子可通過自由擴散和協(xié)助擴散進出細胞
B.腎小管和集合管上皮細胞分布較多水通道蛋白
C.水分子的進出體現(xiàn)了細胞膜具有一定的流動性
D.同等條件下水分子通過細胞膜的速率遠遠高于人工膜
[解題思維]
提取關鍵點 細胞膜上有專門供水分子進出的水通道蛋白
轉化知識點 水分子進出細胞膜的方式
排除障礙點 人工膜一般不含蛋白質,水分子只能依靠自由擴散進出
【解析】選C。水分子可以通過自由擴散進出細胞,也可以借助水通道蛋白進行協(xié)助擴散,即水分子可通過自由擴散和協(xié)助擴散進出細胞,A正確;腎小管、集合管具有重吸收水的作用,對于水的重吸收依賴于水通道蛋白的協(xié)助,能加快水的運輸,因此腎小管和集合管上皮細胞分布較多水通道蛋白,B正確;水分子的進出體現(xiàn)了細胞膜具有選擇透過性的功能特點,C錯誤;細胞膜和人工膜的區(qū)別在于人工膜一般沒有蛋白質,因此,同等條件下水分子通過細胞膜的速度遠遠高于人工膜,D正確。
1.下列有關物質跨膜運輸?shù)恼f法,錯誤的是(　　)
A.紅細胞去除膜蛋白后水的運輸速率會降低
B.一種物質不會有多種跨膜運輸方式
C.通道蛋白介導的水分子的協(xié)助擴散速率比自由擴散快
D.通道蛋白只容許與自身通道大小和電荷相適宜的分子或離子通過
【解析】選B。水進入紅細胞主要是通過通道蛋白以協(xié)助擴散的方式進入的,故去除膜蛋白后水的運輸速率降低,A正確;一種物質可以有多種跨膜運輸方式,比如水可以自由擴散,也可以借助水通道蛋白進行協(xié)助擴散,B錯誤;細胞膜上磷脂分子具有疏水的尾部,對水分子的跨膜運輸有一定的阻礙作用,故通道蛋白介導的水分子的協(xié)助擴散速率比自由擴散更快,C正確;通道蛋白只容許與自身通道的直徑和形狀相適配、大小和電荷相適宜的分子或離子通過,被轉運物質不需要與通道蛋白結合,D正確。
2.在物質進出細胞的方式中,自由擴散區(qū)別于協(xié)助擴散的是(　　)
A.由高濃度向低濃度擴散 B.需要轉運蛋白
C.由低濃度向高濃度擴散 D.不需要轉運蛋白
【解析】選D。自由擴散與協(xié)助擴散的相同之處是物質順濃度梯度(高濃度→低濃度)跨膜運輸,同時均不消耗能量;不同之處表現(xiàn)在自由擴散不需要轉運蛋白,而協(xié)助擴散需要轉運蛋白。
　　葡萄糖轉運蛋白家族包括GLUT1~GLUT14,均參與葡萄糖的運輸。GLUT2是肝細胞的葡萄糖轉運蛋白,其作用過程如圖所示:
探究:
(1)與葡萄糖轉運蛋白的合成和運輸有關的細胞器有哪些
(2)上述葡萄糖進入肝細胞的方式是什么 影響葡萄糖進入肝細胞速率的因素有哪些
(3)上述轉運蛋白轉運葡萄糖的過程中,其空間結構發(fā)生了變化,能否繼續(xù)轉運葡萄糖 其與通道蛋白有什么異同點
【解析】(1)葡萄糖轉運蛋白是位于細胞膜上的蛋白質,在核糖體上合成后,進入內質網(wǎng)和高爾基體進行加工、修飾,且需要線粒體提供能量。
(2)分析圖可知,葡萄糖分子順濃度梯度進入細胞,且需要轉運蛋白的協(xié)助,故屬于協(xié)助擴散,影響葡萄糖進入肝細胞速率的因素包括細胞內外葡萄糖的濃度差和轉運蛋白的數(shù)量。
(3)轉運蛋白在發(fā)揮作用后可反復利用,不會被消耗掉,由于GLUT2在發(fā)揮作用時空間結構發(fā)生了變化,故屬于載體蛋白,與通道蛋白一樣均可運輸物質,載體蛋白在發(fā)揮作用時,需與所運輸物質結合,空間構象發(fā)生變化,而通道蛋白不需要與所運輸物質結合,空間構象也不會發(fā)生變化。
答案:(1)核糖體、內質網(wǎng)、高爾基體、線粒體。
(2)協(xié)助擴散;細胞內外葡萄糖的濃度差;轉運蛋白的數(shù)量。
(3)能。二者的相同點:均起運輸作用。
不同點:a.每種載體蛋白都能與特定的溶質分子結合,通過一系列構象改變介導溶質分子的跨膜轉運,具有飽和性。
b.通道蛋白介導被動運輸時不需要與溶質分子結合,只有直徑和形狀與其相適配、大小和電荷適宜的分子或離子才能通過,沒有飽和值。
情境載體 情境類型為生活、學習和實踐情境,突出與生活的聯(lián)系
關鍵能力↓信息轉化 ①葡萄糖分子順濃度梯度進入肝細胞
②需要膜上轉運蛋白的協(xié)助
學科素養(yǎng) 培養(yǎng)生命觀念中的結構與功能觀、科學思維中的分析與比較等素養(yǎng)
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