1、第2节 主动运输与胞吞、胞吐概念认知自主学习一、主动运输 1.特点:(1)方向:_浓度梯度。(2)条件:_的协助。消耗_。2.影响因素:能量和_数量。3.实例:离子、氨基酸、葡萄糖等逆浓度通过细胞膜。逆 载体蛋白 能量 载体蛋白 4.意义:通过主动运输选择吸收所需要的物质,排出_和对细胞_的 物质,从而保证细胞和个体生活的需要。【警示】载体蛋白具有特异性,被转运的物质与载体蛋白的特定部位结合,空间 结构发生改变然后再恢复原状。代谢废物 有害 二、胞吞、胞吐 1.过程:(1)胞吞:大分子与膜上的_结合细胞膜内陷形成小囊小囊从细胞膜 上分离下来,形成_进入细胞内部。(2)胞吐:大分子先包裹在细胞内
2、形成的_中囊泡移动到_处与细 胞膜融合大分子排出细胞。2.实例:(1)胞吞:吞噬细胞吞噬病原体、变形虫摄取食物。(2)胞吐:分泌蛋白的分泌。蛋白质 囊泡 囊泡 细胞膜【点拨】胞吞、胞吐需要能量,主要体现了细胞膜具有流动性。三、物质跨膜运输的方式与细胞膜结构的关系 1.协助扩散和主动运输:依赖细胞膜上_的种类和数量,或转运蛋白 _的变化,这也是细胞膜具有_的结构基础。2.胞吞和胞吐:需要膜上_的参与,更离不开磷脂双分子层的_。转运蛋白 空间结构 选择透过性 蛋白质 流动性【质疑批判】物质进行跨膜运输的方式与分子的大小等性质有关,某同学得出了以下几个关 于物质跨膜运输的结论:植物细胞通过主动运输吸
3、收不同矿质离子的速率不同。大分子蛋白质等物质可以通过胞吞的方式进入细胞。被动运输不需要转运蛋白的参与,也不消耗能量。胞吞、胞吐过程与细胞膜上磷脂分子的流动性有关,与蛋白质无关。主动运输是逆浓度运输,既消耗能量又需要载体蛋白的协助。你的判断:正确的结论有_ 【思维激活】主动运输需要的能量主要通过细胞进行有氧呼吸提供,随着氧气浓度的增加有氧呼吸的速率增大。植物生长需从土壤中吸收大量无机盐,请解释在农业生产中给作物松土的目的是什么。提示:松土可增加土壤中O2含量,促进有氧呼吸,释放更多的能量,有利于植物主动吸收各种无机盐离子。【教材开发】P69 问题探讨 问题:甲状腺滤泡上皮细胞内的碘离子浓度比血液
4、中的高2025倍,分析碘离子进入甲状腺细胞的方式?提示:主动运输。能力形成合作探究学习任务一:自由扩散、协助扩散、主动运输和胞吞、胞吐【情境探究】请结合物质进出细胞方式的模型进行探究:【探究活动】(科学思维比较与归纳)物质进出细胞方式的比较:探讨:如果某细胞中的线粒体受损,哪些进出细胞的方式受到影响?说明你的 理由。提示:主动运输、胞吞、胞吐,因为主动运输和胞吞、胞吐需要线粒体提供能量。方式 方向 转运蛋白 能量 自由扩散 顺浓度 不需要 不需要 协助扩散 顺浓度 需要 不需要 主动运输 逆浓度 需要 需要 胞吞、胞吐-需要【易错陷阱】胞吞和胞吐的两个误区(1)误认为能进行胞吞、胞吐的一定是大
5、分子。能进行胞吞和胞吐运输方式的物质并不一定是大分子,特例是小分子神经递质。(2)误认为所有大分子都通过胞吞、胞吐进行跨膜运输。大分子通过核孔进出细胞核属于细胞核与细胞质之间的物质运输,而胞吞、胞吐属于细胞与外界进行的物质运输。【素养案例】(2020江苏高考)如图表示物质进、出小肠上皮细胞的几种方式,下列 叙述正确的是()A.葡萄糖进、出小肠上皮细胞方式不同 B.Na+主要以方式运出小肠上皮细胞 C.多肽以方式进入细胞,以方式离开细胞 D.口服维生素D通过方式被吸收【思维流程】【解析】选A。本题主要考查了物质跨膜运输的几种方式。葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式为主动运输,运出小肠上皮细胞的方式为协
6、助扩散,A正确;由图示可知,Na+主要以主动运输的方式运出小肠上皮细胞,B错误;多肽以胞吞的方式进入细胞,以胞吐方式离开细胞,C错误;维生素D属于固醇类,进入细胞的方式为自由扩散,D错误。【素养迁移】(1)如果使用ATP(为各种生命活动直接提供能量)合成抑制剂,会影响图示中哪些物质进入小肠上皮细胞?提示:葡萄糖和K+。(2)图中的物质进出细胞的方式和主要影响因素分别是什么?提示:自由扩散,主要影响因素是细胞内外的物质浓度差。【题后反思】常见物质进出细胞的方式(1)水:大部分以协助扩散方式进出细胞,少部分以自由扩散方式进出细胞。(2)CO2、O2等气体和甘油、乙醇、维生素D等脂溶性物质以自由扩散
7、的方式进出细胞。(3)葡萄糖、氨基酸等小分子有机物和K+、Na+等离子绝大多数以主动运输的方式进出细胞,少数以协助扩散的方式进出细胞。(4)蛋白质等大分子物质进出细胞的方式是胞吞、胞吐。【典题加练】1.甲()、乙()两种物质在细胞膜两侧的分布情况如图所示(颗粒的多 少表示浓度的高低),在进行跨膜运输时,下列说法正确的是()A.乙进入细胞一定有载体蛋白的参与 B.乙运出细胞一定有载体蛋白的参与 C.甲进入细胞一定需要能量 D.甲运出细胞一定不需要能量【解析】选A。乙物质进入细胞是逆浓度梯度运输,一定是主动运输,需要载体蛋白的协助;乙物质运出细胞是顺浓度梯度,不一定需要载体蛋白的参与;甲物质进入细
8、胞是顺浓度梯度运输,属于被动运输,不需要消耗能量;甲物质运出细胞是逆浓度梯度运输,一定消耗能量。2.下图为植物光合作用同化物蔗糖在不同细胞间运输、转化过程的示意图。下列相关叙述正确的是()A.蔗糖的水解有利于蔗糖顺浓度梯度运输 B.单糖一定是逆浓度梯度转运至薄壁细胞 C.ATP生成抑制剂会直接抑制图中蔗糖的运输 D.蔗糖可通过单糖转运载体转运至薄壁细胞【解析】选A。蔗糖在筛管细胞中被蔗糖水解酶水解,从而使筛管细胞中的蔗糖浓度小于伴胞,伴胞中的蔗糖就可以通过胞间连丝顺浓度梯度流入筛管中,A正确;由题中信息可知,蔗糖在筛管细胞中水解为单糖,所以筛管细胞中的单糖浓度大于薄壁细胞,所以单糖顺浓度梯度转
9、运至薄壁细胞,B错误;蔗糖是顺浓度梯度通过胞间连丝进入筛管的,该过程不需要消耗能量,所以ATP生成抑制剂不会直接抑制题中蔗糖的运输,C错误;蔗糖水解产生的单糖通过单糖转运载体转运至薄壁细胞,D错误。3.物质进出细胞的方式有被动运输、主动运输和膜泡运输(胞吞和胞吐)。下 列有关物质进出细胞方式的判断,正确的是()A.依据是否消耗能量,只要运输过程中耗能就是主动运输 B.依据物质浓度梯度,顺浓度梯度的运输一定是自由扩散 C.依据是否需要载体蛋白,需要载体蛋白的运输就是协助扩散 D.依据是否形成囊泡,利用囊泡的运输就是胞吞或胞吐【解析】选D。物质进出细胞的方式中主动运输、胞吞和胞吐均消耗能量;顺 浓
10、度梯度的运输有自由扩散和协助扩散;需要载体蛋白的运输有协助扩散和主 动运输;胞吞和胞吐依赖于囊泡运输。学习任务二:影响物质运输速率的因素【情境探究】水体富营养化是指水体中N、P等含量过多而引起的水质污染现象。科研人员 为开展大蒜治理水体富营养化的研究,配制了不同浓度的KH2PO4的溶液,将大蒜 根系分别置入上述不同浓度的溶液中,一段时间后测定得出在0.01 mmol/L的 KH2PO4溶液中吸收磷的速率为0.02 mmolL-1h-1。大蒜根细胞中KH2PO4溶液 浓度是0.04 mmol/L0.12 mmol/L。思考:大蒜根系吸收磷的运输方式是什么?为什么?提示:主动运输。因为在0.01
11、mmol/L的KH2PO4溶液中,吸收磷为逆浓度运输。【探究活动】(科学思维模型与建模)1.被转运物质的浓度:模型解读:(1)被转运物质的浓度主要影响自由扩散和协助扩散。自由扩散中,被转运物 质的浓度越大,运输速率越大。(2)协助扩散或主动运输中,当被转运物质的浓度较小时,随被转运物质的浓度 的增大,运输速率也逐渐增大;被转运物质的浓度达到一定程度后,运输速率不 再继续增大,原因是受转运蛋白数量的限制。探讨:在1.00 mmol/L的KH2PO4溶液中,影响大蒜根系吸收磷元素速率的因素可 能有哪些?提示:载体蛋白的数量和能量。2.能量:模型解读:编号 方式 分析 甲 自由扩散、协助扩散 自由扩
12、散和协助扩散不消耗能量 乙 主动运输 OA随着能量增加,运输速率增加,A点以后影响因素是载体蛋白的数量 探讨:细胞中的能量主要来源于细胞的有氧呼吸,氧气浓度会影响有氧呼吸的速率。请在下面的坐标系中画出主动运输速率与O2浓度关系的曲线。提示:3.温度会影响自由扩散、协助扩散、主动运输、胞吐、胞吐的运输速率:【易错陷阱】细胞膜的结构与物质进出细胞方式关系(1)胞吞、胞吐依赖细胞膜上的蛋白质,但是这种蛋白质不是转运蛋白。(2)细胞膜的流动性会影响胞吞、胞吐,也会影响自由扩散、协助扩散和主动运输。【素养案例】如图表示营养液中K+浓度及溶氧量对小麦根系细胞K+吸收速率的影响。下列有 关两曲线形成机理的解
13、释正确的是()A.曲线ab段的形成是由于细胞膜上载体蛋白数量未达到饱和且能量充足 B.曲线cd段的形成是由于细胞内K+过多,细胞大量排出 C.e点表明植物根系可以通过自由扩散的方式吸收K+D.曲线bc、fg段的形成一定是由于细胞膜上载体蛋白数量有限【思维流程】解答本题需突破以下两个关键点:【解析】选A。由图可以看出ab段K+的吸收速率随营养液中K+浓度的升高而增 加,因此ab段的影响因素是营养液中K+的浓度,且此时载体蛋白数量未达到饱 和、能量充足,故A项正确;cd段形成的原因是cd段营养液浓度过高,细胞失水,代谢减弱而导致产能减少,因此细胞吸收K+速率减慢,故B项错误;e点表示营养 液中不含
14、有氧气,细胞可以通过无氧呼吸为K+的吸收供能,不能证明K+的吸收方 式为自由扩散,故C项错误;bc段K+的吸收速率不再随着K+浓度而变化,因此影响 bc段的原因可能是细胞膜上的载体蛋白数量,也可能是细胞内能量的多少;fg 段K+的吸收速率不随着氧气含量而变化,说明吸收速率不随着供能多少而变化,因此影响fg段K+吸收速率的因素可能是载体蛋白数量和K+浓度,故D项错误。【题后反思】根据曲线判断影响物质运输的因素(1)随横坐标的增加,物质吸收速率增加,则影响因素为横坐标。(2)随横坐标的增加,物质吸收速率不变,则影响因素为横坐标之外的因素。【典题加练】1.丽藻细胞液中K+浓度比它们生活的池水高1 0
15、65倍,而生活在同一片水域的轮藻仅高63倍。对两种藻类细胞积累K+的相关叙述,不正确的是()A.吸收K+的过程都需要载体蛋白的协助 B.K+的积累保证了细胞正常生命活动的需要 C.K+积累量的差异取决于细胞内外K+浓度差 D.吸收K+的过程中需要的能量可以由细胞内的线粒体提供【解析】选C。这两种藻类吸收K+的方式都是主动运输,都需要载体蛋白的协助,A正确。K+对于维持细胞内液的渗透压至关重要,其积累保证了细胞正常生命活动的需要,B正确;这两种藻类K+积累量的差异取决于它们遗传基础的差异,C错误;这两种藻类吸收K+的方式都是主动运输,能量主要由有氧呼吸提供,有氧呼吸的主要场所在线粒体,D正确。2
16、.如图表示细胞对大分子物质“胞吞”和“胞吐”的过程。下列与此有关的 叙述错误的是()A.a与b均要以膜的流动性为基础才可能发生 B.a要有内部供能才可能完成 C.b在细胞分泌的同时导致膜成分的更新 D.通过b方式排出的一定是液体【解析】选D。a是胞吞过程,b是胞吐过程,胞吞和胞吐都伴随着细胞膜的变化 和囊泡的形成,以膜的流动性为基础才可能发生,A正确;a是胞吞过程,需要细 胞膜表面的糖蛋白的识别作用,胞吞是耗能过程,需要细胞内部提供能量,B正 确;b是胞吐过程,该过程通过囊泡的形成及囊泡与细胞膜的融合来实现,因此 存在膜成分的更新,C正确;b是胞吐过程,细胞分泌大分子物质的方式。它是通 过分泌
17、泡或其他膜泡与质膜融合而将膜泡内的物质运出细胞的过程,是细胞内 大分子物质运输的方式,细胞通过胞吐向外分泌物质,比如胰腺细胞分泌酶原 颗粒(蛋白质)就是一种胞吐,D错误。学情诊断课堂测评1.(水平1概念检测)细胞膜具有控制物质进出细胞的功能,物质进出细胞的 方式与细胞膜的结构和成分有关,下列有关物质跨膜运输方式的叙述,合理的 是_。参与跨膜运输的转运蛋白都是相同的。大分子进入细胞依赖细胞膜的流动性。葡萄糖通过细胞膜的方式可能是协助扩散。主动运输是逆浓度运输,需要消耗能量,也需要载体蛋白的协助。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。【解析】选。转运蛋白具有专一性,不同的
18、物质跨膜运输所需要的转运蛋白不同,错误;大分子物质进入细胞依靠胞吞,要依赖膜的流动性,正确;葡萄糖进入细胞的方式可能是主动运输,也可能是协助扩散(如葡萄糖进入红细胞),正确;主动运输是逆浓度运输,需要消耗能量,也需要载体蛋白的协助,正确;大分子有机物需要与细胞膜上的蛋白质结合,但是该蛋白质不是转运蛋白,需要消耗能量,错误。2.(水平1)不同的物质进出细胞的方式不同,下列物质进出细胞的过程属于主 动运输的是()A.动物肺泡细胞释放CO2 B.蔗糖通过植物细胞的细胞壁 C.苯分子进入人的皮肤细胞 D.丽藻细胞吸收SO 的过程 24【解析】选D。动物肺泡细胞释放CO2的方式是自由扩散,A错误;植物细
19、胞壁是 全透性的,蔗糖不以主动运输的方式通过细胞壁,B错误;苯是脂溶性物质,苯分 子通过自由扩散进入人的皮肤细胞,C错误;植物细胞吸收无机盐离子的方式是 主动运输,D正确。3.小肠绒毛上皮细胞易吸收葡萄糖,却难吸收木糖(一种单糖),原因是()A.木糖的相对分子质量太大 B.细胞膜上无木糖的载体蛋白 C.细胞膜中磷脂排列紧密 D.膜外木糖的浓度太低【解析】选B。小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式是主动运输,需要载体蛋白协助,还需要消耗能量。但是很难吸收木糖,是因为细胞膜上没有协助木糖跨膜运输的载体蛋白,A错误;小肠绒毛上皮细胞通过主动运输吸收葡萄糖,因为细胞膜上有葡萄糖载体,难吸收相对分子质量比葡萄糖
20、小的木糖,说明细胞膜上无木糖载体,B正确;细胞膜的磷脂分子排列紧密是细胞膜的结构特点,不是难吸收相对分子质量比葡萄糖小的木糖的原因,C错误;细胞膜可以通过主动运输逆浓度梯度吸收所需要的物质,D错误。4.(水平1)人肝细胞合成的糖原储存在细胞内,合成的脂肪不储存在细胞内,而是以VLDL(脂肪与蛋白质复合物)形式分泌到细胞外。VLDL排出细胞的方式最可能为()A.自由扩散 B.协助扩散 C.主动运输 D.胞吐【解析】选D。根据题意,VLDL是脂肪与蛋白质复合物,是大分子物质,所以最可能通过胞吐的方式排出细胞,D正确,A、B、C错误。5.(水平2)受体介导的胞吞作用主要用于摄取特殊大分子物质,其过程
21、如图所 示,下列说法错误的是()A.网格蛋白参与细胞膜的内陷运动 B.该过程需要细胞识别,不消耗能量 C.囊泡膜的基本支架是磷脂双分子层 D.该过程体现了细胞膜的流动性【解析】选B。据题图分析,网格蛋白识别转运的特殊大分子,参与胞吞过程,即细胞膜的内陷运动,A正确;该过程为胞吞,需要消耗能量,B错误;囊泡是细胞 膜内陷形成的,具有磷脂双分子层,C正确;胞吞过程能体现细胞膜的流动性,D 正确。6.(水平1、2)如图表示物质跨膜运输的几种方式,请据图回答:(请在 内 填入图中的序号或字母)(1)细胞膜的基本支架是_。组成细胞膜的A、B两种物质 通常不是静止的,而是处于_状态的。(2)如果甲图代表小
22、肠上皮细胞的细胞膜,则葡萄糖和甘油出入此细胞膜的方 式依次是_、_。前者运输方式的特 点是_。(3)人们设计出一种膜结构,这种膜结构能将有毒重金属离子阻挡在膜的一侧,以降低污水中的有毒重金属离子对水的污染,这是模拟生物膜的 _性。答案:(1)A 磷脂双分子层 流动(运动)(2)主动运输 自由扩散 需要载体蛋白和能量,且主动运输的方向 可以从低浓度向高浓度运输(3)选择透过【解析】(1)流动镶嵌模型中的基本支架是磷脂双分子层,具有流动性,而且构 成膜的蛋白质分子大都是运动的。(2)甲图中依次表示的跨膜运输方式 为自由扩散、主动运输、协助扩散。葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式为主动 运输,脂溶性的甘油
23、通过自由扩散的方式进出细胞,两种跨膜方式的条件不 同。(3)让水分子通过而有毒重金属离子不能通过,体现了膜的选择透过性。【能力挑战题组】1.某物质的跨膜运输速率的变化如图所示,下列叙述错误的是()A.该物质不可能是甘油 B.该物质可能是无机盐离子 C.提高氧气浓度,BC段可能上升 D.限制BC段的因素一定是转运蛋白的数量【解析】选D。甘油进入细胞属于自由扩散,故该物质不可能是甘油,A正确;无机盐离子进入细胞一般是主动运输,故该物质可能是无机盐离子,B正确;图中显示随着物质浓度的增加,物质运输速率先增加后稳定,说明是协助扩散或者主动运输,B点受转运蛋白的数量或者能量的限制,故提高氧气浓度,BC段
24、可能上升,C正确;限制BC段的因素是转运蛋白的数量或者能量,D错误。2.图甲表示物质出入细胞的示意图,图乙中曲线M、N分别代表物质进入细胞的 两种方式。请回答有关问题(内填字母):(1)图甲中细胞膜的外表面含有_,与细胞表面的 _有密切关系。(2)图甲中B结构是_,在a、b、c、d、e中,属于主动运输的有 _。(3)图乙中曲线M代表的跨膜运输方式为_;曲线N代表的跨膜运输方 式为_,在Q点时刻以后,某物质在细胞内浓度不再增加,限 制因素是_或_。【解析】(1)图甲中细胞膜的外表面含有D糖蛋白,与细胞表面的识别有密切 关系。(2)图甲中A表示蛋白质,其种类和数量决定了细胞膜的功能复杂程度;B表示
25、磷 脂双分子层,构成了细胞膜的基本支架;在a、b、c、d、e中,属于主动运输的 有b、e,需要载体,消耗能量。(3)图乙中曲线M代表的跨膜运输速率只与细胞外浓度有关,属于自由扩散;而N 开始时从低浓度到高浓度且有限制因素,属于主动运输,限制因素应是能量供 应或载体的数量。答案:(1)D糖蛋白(或糖被)识别 (2)磷脂双分子层 b、e(3)自由扩散 主动运输 载体蛋白数量 能量供应 素养发展创新应用素材 蛙的防御措施 蛙类分泌的毒性肽的分子量达0.52 kDa,都属于大分子分泌物,均不易 被上皮细胞吸收。那它们是如何进入捕食者血液中的呢?体外实验利用100 uM毒性肽培养上皮细胞未发现细胞裂解;
26、而当抗菌肽与 毒性肽一起培养上皮细胞时,发现细胞中乳酸脱氢酶在5分钟内大量溢出;当单 独使用抗菌肽时,也产生了相似的乳酸脱氢酶溢出水平。以上实验表明,抗菌 肽可以破坏细胞,使细胞彼此断裂游离,造成上皮细胞层穿孔,实验结果如图。因此,毒性肽就能更快地进入捕食者血液。而体内实验也有相同的发现:有抗菌肽辅助时,10分钟毒性肽的吸收量就已经达到了引起捕食者不良反应的剂量。探究(1)毒性肽是由蛙细胞的_(细胞器)合成,通过_方式分泌出来。(2)蛙类的毒性肽是如何快速进入捕食者血液,从而为蛙类赢得逃脱的可能?_。(3)抗菌肽是天然的杀菌物质,已广泛应用于药品的研发。本文的研究启示我们,在研究抗菌肽的医药价
27、值时,还应充分考虑哪些问题?_。答案:(1)核糖体(核糖体和内质网)胞吐(2)抗菌肽为毒性肽渗入打破上皮细胞层屏障(3)应充分考虑其对上皮组织的破坏作用(合理即可)【解析】(1)毒性肽属于生物大分子的分泌蛋白,蛋白质的合成场所是核糖体,分泌方式是胞吐。(2)蛙类的毒性肽能借助抗菌肽快速地进入捕食者的血液,抗菌肽为毒性肽渗入打破上皮细胞层屏障,从而帮助蛙类逃脱捕食者的捕食。(3)抗菌肽具有较强的杀菌作用,但在临床应用时还要充分考虑其对上皮组织的破坏作用。【拓展阅读】LDL与人的健康 LDL是一种低密度脂蛋白,进入细胞后会被水解,释放出胆固醇和脂肪酸,一旦 体内的胆固醇过多就会导致细胞功能障碍发生疾病,最严重的就是导致血管内 皮细胞受损,从而发生动脉粥样硬化,这是造成心脑血管病的最主要原因之 一。如图是胆固醇进入细胞的方式:探究:(1)上述LDL进入细胞的方式是什么?判断依据是什么?提示:胞吞。LDL是一种低密度脂蛋白,属于大分子物质,进入细胞的方式是胞 吞。(2)细胞膜上受体的化学本质是什么?受体的存在体现了细胞膜的什么功能?提示:蛋白质。体现了细胞膜进行细胞间的信息交流的功能。(3)结合上述材料内容分析如何预防胆固醇过高。提示:形成健康的饮食习惯,减少胆固醇的摄入;适当进行运动锻炼,增强代谢 能力。
