1、成才之路 生物路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 必修1细胞的物质输入和输出 第 四 章 1.1.1 集合的概念第2、3 节 生物膜的流动镶嵌模型、物质跨膜运输的方式1.1.1 集合的概念第 四 章 学习目标定位 2课前自主探究 3教材问题释疑 4课堂合作探究 5思维创新升华 6方法技巧探究 7课堂知识构建 8课 时 作 业 9本节主攻要点 1本节主攻要点1脂溶性物质能优先通过细胞膜，说明细胞膜中含有脂质。2流动镶嵌模型认为：磷脂双分子层构成膜的基本支架，蛋白质分子或覆盖、或镶嵌或贯穿于磷脂双分子层中。3糖蛋白只分布于细胞膜的外表面，与细胞识别作用有关。4自由扩散既不需要载体，也不需要能量，
2、水、气体及脂溶性物质以自由扩散方式运输。5协助扩散需要载体，但不需要能量，实例是红细胞吸收葡萄糖。6主动运输既需要能量，又需要载体，无机盐离子主要以主动运输方式出入细胞。学习目标定位目标导航：1简述生物膜的流动镶嵌模型的内容。2举例说明物质跨膜运输方式的类型及特点。(重点)3正确分析坐标曲线图与相关表格数据。(难点)情境导入：1白细胞是机体防御系统的一个重要成员。它平时就在血液、淋巴等组织中巡逻，一旦发现入侵的病原微生物、代谢废物或组织细胞碎片等，它就会召集伙伴一起过来，伸出伪足将这些有害物质包裹起来吞掉，然后将其消化。白细胞伸出伪足将有害物质吞掉，会不会损伤它的细胞膜呢？2游客在漂流时顺水而
3、下，因高度落差，游客不但不消耗能量，还感觉到有一股力量在推动着，这是因为存在高度落差的缘故；一叶小舟在河流中逆流而上，需要借助外力的推动。事实上，物质的跨膜运输有类似于漂流的借助于顺浓度差的运输，也有类似于需要外力推动的逆浓度运输。那么，跨膜运输有哪些方式，又各具有哪些特点呢？课前自主探究一、对生物膜结构的探索历程119世纪末欧文顿(1)方法：对植物细胞的通透性进行实验。(2)现象：_更容易通过细胞膜。(3)结论：膜是由_组成的。220世纪初(1)方法：对_进行化学分析。(2)结论：膜的主要成分是_。脂溶性物质脂质哺乳动物红细胞的细胞膜脂质和蛋白质31925年两位荷兰科学家(1)方法：用_从人
4、的红细胞中提取_，将其在空气水界面上铺展成单分子层。(2)现象：单分子层的面积为红细胞表面积的_。(3)结 论：细 胞 膜 中 的 脂 质 分 子 必 然 排 列 为_。丙酮脂质两倍连续的两层41959年罗伯特森(1)方法：电子显微镜下观察细胞膜。(2)现象：细胞膜呈_结构。(3)结论：所有生物膜都是由_构成，是一种_的统一结构。暗亮暗的三层蛋白质脂质蛋白质三层结构静态51970年红色荧光绿色荧光红色荧光均匀分布流动性61972年桑格、尼克森在新的观察和实验证据的基础上，提出让大多数人所接受的_。二、流动镶嵌模型的基本内容1模型结构流动镶嵌模型2结构特点具有一定的_。磷脂双分子层基本支架一定的
5、流动性蛋白质分子镶嵌入贯穿运动糖蛋白糖被外表面细胞识别流动性三、物质跨膜运输的方式1判断有关物质跨膜运输方式的描述是否正确(1)自由扩散与协助扩散都属于被动运输，都只能从高浓度向低浓度运输物质。()(2)红细胞吸收葡萄糖时，需要载体蛋白协助，可以逆浓度梯度进行。()(3)主动运输需要消耗能量，将物质从低浓度运往高浓度。()(4)主动运输和协助扩散均需要载体蛋白协助。()(5)O2和CO2通过自由扩散被细胞吸收，而Na、K等则需要通过主动运输被吸收。()2主动运输的意义保证活细胞按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的_，排出_和对细胞_的物质。营养物质代谢废物有害1结合已学过的知识，举出体现细
6、胞膜流动性的生物学实例。2人、鼠细胞融合实验是在37条件下进行的，温度会影响细胞融合的速率吗？是怎样影响的？3你认为在小分子跨膜运输的三种方式中能够体现细胞膜选择透过性的是哪种方式？提示：1.变形虫的运动、精子与卵细胞的结合、分泌蛋白的分泌过程、白细胞吞噬病原体等。2会。温度会影响分子运动的速率，进而影响细胞融合的速率。3协助扩散和主动运输。教材问题释疑第2节 生物膜的流动镶嵌模型(一)问题探讨1提示：三种材料比较，弹力布更能体现细胞膜的柔韧性和一定的通透性，相对好一些。当然，这几种材料的特点与真实的细胞膜之间还有不小的差距。2提示：有条件的话，使用微孔塑胶或利用激光给气球打上微孔都可以作为模
7、型的细胞膜。使用透析袋也可以。如果制作临时使用的模型，利用猪或其他动物的膀胱做细胞膜是更加理想的材料。(二)思考与讨论11最初认识到细胞膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析得出的。2有必要。仅靠推理得出的结论不一定准确，还应通过科学实验进行检验和修正。3提示：因为磷脂分子的“头部”亲水，所以在水空气界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，尾部则朝向空气一面。科学家因测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。(三)思考与讨论21提示：在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到了关键性的推动作用。如电子显微镜的诞生使人们终于看到了膜的存在；冰冻蚀
8、刻技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外两侧并不对称；荧光标记小鼠细胞与人细胞的融合实验又证明了膜的流动性等。没有这些技术的支持，人类的认识便不能发展。2提示：在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点始终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识；使人类一步步接近生物膜结构的真相。例如，不同生物膜的功能是有差异的。在生命系统中，一般来说，功能的不同常伴随着结构的差异，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，这显然与不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。还有，不同膜的厚度也不完全一样。由此促进学者们重新研究脂质和蛋白质相互作用的问题。一些学者使用了更加先进的技术，运用红外光谱等
9、技术证明，膜蛋白主要为球形结构。冰冻蚀刻电镜技术又证明，脂双层中分布有蛋白质颗粒，这样又发展了生物膜模型。生物膜中存在不同种类的蛋白质，以及蛋白质在生物膜中的不同分布情况，恰能较好地解释不同结构的生物膜具有不同的生理功能。第3节 物质跨膜运输的方式(一)问题探讨1从图上可以看出，氧气、二氧化碳、氮气、苯等小分子(苯还是脂溶性的)很容易通过合成的脂双层；水、甘油、乙醇等较小的分子也可以通过；氨基酸、葡萄糖等较大的有机分子和带电荷的离子则不能通过合成的脂双层。2提示：葡萄糖不能通过人工合成的无蛋白的脂双层，但小肠上皮细胞能大量吸收葡萄糖，推测小肠上皮细胞的细胞膜上有能够转运葡萄糖的蛋白质。3提示：
10、通过观察此图还可联想并提出，细胞需要的离子是否也通过细胞膜上的蛋白质来运输等问题。(二)思考与讨论1自由扩散和协助扩散都不需要消耗能量。因为二者都是顺物质的浓度梯度进行的。2自由扩散与协助扩散的共同之处是都不需要细胞消耗能量。不同之处是：前者不需要蛋白质的协助，后者必须有蛋白质的协助才能实现。3因为自由扩散和协助扩散都是顺物质的浓度梯度进行的，不需要细胞消耗能量，所以统称为被动运输。(三)旁栏思考题提示：这是细胞的胞吞作用。这对于人体有防御功能，并有利于细胞新陈代谢的正常进行。(四)技能训练1K和Mg2是通过主动运输进入细胞的。2Na和Cl是通过主动运输排出细胞的。3提示：因为以上四种离子细胞
11、膜内外的浓度差较大，细胞只有主动运输才能维持这种状况。课堂合作探究1流动镶嵌模型的基本内容生物膜的结构和功能(1)磷脂分子状态：双分子层排列构成膜的基本支架作用：脂质、脂溶性物质更易通过膜(2)蛋白质位置镶在磷脂双分子层表面部分或全部嵌入磷脂双分子层中贯穿于整个磷脂双分子层种类有的只参与膜的构成有的起载体作用，参与主动运输过程有的与糖类结合，形成糖被，有识别、保护、润滑等作用(3)糖类有的与蛋白质结合成糖被有的与脂质结合成糖脂2生物膜的结构特点流动性(1)结构基础：磷脂分子和大多数蛋白质是运动的。(2)生理意义：完成物质运输、细胞识别、细胞融合等功能。(3)实验验证：变形虫的运动、白细胞吞噬细
12、菌、细胞胞吞和胞吐现象等。3功能特点选择透过性(1)含义：水分子可以自由通过磷脂双分子层，细胞需要的离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。(2)原因：某些离子和分子不能透过细胞膜的磷脂双分子层。与细胞膜上载体蛋白的专一性有关，如图中物质A、B有相应的载体蛋白，而物质C没有相应的载体蛋白。4流动性和选择透过性的关系(1)区别：流动性是生物膜的结构特点，选择透过性是生物膜的功能特性。(2)联系：流动性是选择透过性的基础，只有膜具有流动性，才能表现出选择透过性。知识贴士1生物膜的结构特点与功能特性一定要区分开，不可混淆。2膜的功能主要由蛋白质承担，功能越复杂的细胞，其细胞膜上
13、蛋白质的含量越高，种类越多。3载体蛋白具有专一性，在一定程度上决定了膜的选择透过性。如图是细胞膜的亚显微结构模式图，表示构成细胞膜的物质，下列有关说法错误的是()A细胞之间的相互识别与有关B表示蛋白质分子C分子大都是可以运动的D细胞膜的功能特性与分子无关导学号60100337解析 细胞膜的主要成分为蛋白质和构成基本支架的磷脂双分子层；大都是不断运动的，是细胞膜流动性的基础；糖蛋白具有识别等作用；细胞膜的结构特点是功能特性的基础。答案 D据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素D等物质较容易优先通过细胞膜，这是因为()A细胞膜具有一定的流动性B细胞膜是选择透过性膜C细胞膜的结构以磷脂双分子层为基
14、本支架D细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子答案 C解析 磷脂占细胞膜总量的50%，并形成双分子层支架。磷脂与胆固醇、脂肪酸、维生素D一样，都属于脂质，具有相似的物理性质。根据相似相溶的原理，脂质分子容易通过细胞膜。导学号601003381扩散与被动运输(1)扩散：物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象，扩散的速率与物质的浓度梯度成正比。扩散速度在气体中最大，液体中其次，固体中最小；而且浓度差越大、温度越高、参与的粒子质量越小，扩散速度也越大。(2)被动运输：物质顺浓度梯度进出细胞的扩散。被动运输2被动运输的类型自由扩散和协助扩散自由扩散协助扩散概念物质通过简单的扩散作用进出细胞的方
15、式物质借助载体蛋白进出细胞的扩散运输方向高浓度低浓度高浓度低浓度特点不需载体蛋白和能量需载体蛋白，不需能量示意图自由扩散协助扩散曲线实例小分子或脂溶性物质，如O2、CO2、H2O、甘油、脂肪酸、乙醇、苯、尿素红细胞吸收葡萄糖知识贴士(1)被动运输的速率还与该物质分子的大小、脂溶性程度等有关，如分子越小、脂溶性越强，运输速率越快。(2)表中“高浓度”和“低浓度”是指运输离子或小分子本身的浓度，而不是所处溶液的浓度。(3)两种运输方式的动力均来自细胞内外物质的浓度差，此外，协助扩散还与载体蛋白的种类和数量有关。脂质物质 能够优先通过细胞膜，这是因 为()A细胞膜以磷脂双分子层为基本骨架B细胞膜上有
16、搬运脂类物质的载体蛋白质C细胞膜外表有一层糖蛋白D磷脂分子和蛋白质分子大都可以运动解析 脂质物质能够优先通过细胞膜，是因为细胞膜以磷脂双分子层为基本骨架。答案 A导学号60100339用两种不同的荧光分子分别标记两个细胞膜中的脂质分子，再将两个细胞融合，经过一定时间后，会发现两种荧光均匀分布在细胞膜上，这表明了组成膜的脂分子()A在双层之间做翻转运动B做自旋运动C尾部做摇摆运动D沿膜平面做侧面运动答案 D解析 该实验表明组成膜的脂分子，沿膜平面作侧面运动。导学号601003401概念从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫做主动运输，
17、如图主动运输(1)特点逆浓度梯度需要载体协助，具有选择性需要消耗能量(2)实例：小肠绒毛上皮细胞对K、Na、葡萄糖、氨基酸等营养物质的吸收。2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，保证了活细胞能够按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。3大分子物质通过细胞膜的方式胞吞和胞吐(1)过程胞吞：大分子物质与膜上蛋白质结合细胞膜内陷、分离囊泡大分子物质进入细胞内胞吐：大分子物质细胞内囊泡与细胞膜融合大分子物质排出细胞外(2)结构基础：细胞膜的流动性。(3)特点：需要消耗能量。(4)实例胞吞：单细胞动物如草履虫、变形虫等吞食食物颗粒或吞噬细菌，人
18、体白细胞吞噬细菌、衰老的细胞等胞吐：细胞分泌蛋白如消化酶、抗体等，例如胰腺细胞分泌酶原颗粒知识贴士胞吞和胞吐不是跨膜运输自由扩散、协助扩散和主动运输，都是将细胞要选择吸收的物质从细胞膜的一侧运到另一侧，即跨膜运输；而胞吞和胞吐是大分子以囊泡的形式进出细胞的运输方式。胞吞是通过细胞膜内陷形成囊泡，将大分子包围起来进入细胞。胞吐是在细胞内形成囊泡，囊泡与细胞膜融合后，将内含物释放出去。右图中曲线a、b表示物质跨(穿)膜运输的两种方式，下列表述正确的是()A脂溶性小分子物质不能通过方式a运输B与方式a有关的载体蛋白覆盖于细胞膜表面C方式b的最大转运速率与载体蛋白数量有关D抑制细胞呼吸对方式a和b的转
19、运速率均有影响解析 本题考查物质的跨膜运输。由图示可知，b物质的运输需借助于载体蛋白，因此它的最大转运速率与载体蛋白数量有关。答案 C导学号60100341新生儿小肠上皮细胞通过消耗ATP，可以直接吸收母乳中免疫球蛋白和半乳糖。这两种物质分别被吸收到血液中的方式是()A主动运输、主动运输 B内吞、主动运输C主动运输、内吞D被动运输、主动运输答案 B解析 免疫球蛋白为大分子有机物，不能通过自由扩散、协助扩散和主动运输跨膜运输，必须先与膜融合，然后内陷下去，形成小泡并与膜分离，进入细胞内部，这种方式为胞吞(内吞)；半乳糖为小分子物质，进入小肠上皮细胞需要消耗ATP和载体蛋白，为主动运输。导学号60
20、100342思维创新升华成分组成结构，结构决定功能。磷脂是骨架，但膜的主要功能由蛋白质行使。可以说，生物膜的功能越复杂，蛋白质在膜上的相对含量越高。此外，构成生物膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是运动的，因而决定了由它们构成的生物膜的结构具有一定的流动性。结构的流动性保证了载体蛋白能从生物膜的一侧转运相应的物质到另一侧，由于生物膜上不同载体的数量不同。所以，当物质进出细胞时能体现出不同的物质进出生物膜的数量、速度及难易程度的不同，即反映出物质交换过程中的选择透过性。它们的关系如下：生物膜的结构特点与生理特征1离子和小分子物质的运输物质跨膜运输的比较运输物质离子、小分子被动运输物质出入细胞的方式自由
21、扩散协助扩散主动运输是否需要载体蛋白不需要需要需要是否消耗能量不消耗不消耗消耗运输物质离子、小分子图例举例O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯等物质进出细胞红细胞吸收葡萄糖小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等2.大分子物质的运输方式胞吞胞吐条件细胞摄取或排出大分子和颗粒物质的方式原理生物膜的流动性特点物质通过囊泡转移；消耗能量；不需要载体蛋白方向由细胞外到内由细胞内到外实例变形虫吞食食物颗粒内分泌细胞分泌激素1影响因素影响物质跨膜运输的因素及相关曲线分析跨膜方式影响因素自由扩散 细胞膜内外物质的浓度差协助扩散 细胞膜内外物质的浓度差细胞膜上载体蛋白的数量和种类主动运输载体蛋白：载体蛋白有特
22、异性和饱和现象能量：凡是能影响细胞内产能的因素均能影响主动运输，如O2浓度、温度等2.曲线分析(1)物质浓度对运输速率的影响曲线：自由扩散的动力是细胞膜两侧的浓度差，所以随物质浓度的增大运输速率增大，如甲图。协助扩散和主动运输都需要载体蛋白的协助，在物质浓度较低时，随物质浓度的增大，运输速率也逐渐增大，当达到一定物质浓度时，由于受膜上载体蛋白数量的限制，运输速率不再随浓度的增大而增大，如乙图。主动运输可以逆浓度梯度运输，它受载体蛋白数量及能量的影响，如丙图。(2)O2浓度对物质运输速率的影响曲线：自由扩散和协助扩散两者运输的动力均来自于浓度差，不需要能量，所以运输速率与O2浓度无关，不随O2浓
23、度的增加而改变，如丁图。主动运输既需要能量又需要载体蛋白，当O2浓度为戊图中a点时，细胞通过无氧呼吸供能，无氧呼吸产生能量较少，所以运输速率较低；当位于ab之间时，随O2浓度的升高，有氧呼吸加强，运输速率不断增大；当到达b点以后能量供应充足，由于受载体蛋白数量的限制，运输速率不再增大。(3)运输速率曲线的变化：物质浓度影响的自由扩散速率无最大值，而协助扩散和主动运输的速率有最大值。O2浓度影响的主动运输速率曲线的起点在纵轴上，而不是坐标原点，且运输速率有最大值。方法技巧探究案例 某实验小组要对“低温是否会影响物质的跨膜运输”进行实验探究，设计了如下实验：实验步骤：组装渗透装置两套，分别编号为1
24、、2。两组烧杯中分别加入等量的水，在长颈漏斗中分别加入等量的同一浓度蔗糖溶液，保持管内外液面高度相等。对两组装置进行不同处理：1组用水浴锅加热至37，2组的烧杯外加冰块降温。两组装置同时开始实验，几分钟后观察记录漏斗液面刻度变化。探究点 确定探究实验中的实验变量影响物质跨膜运输的因素导学号60100343请分析回答下列问题：(1)本实验是通过测定水分子通过膜的扩散即_作用速率来进行探究的。(2)实验的单一变量是_；为了直观地表示相对速率，用_作为观测指标。(3)该实验可能的结果与结论是：_；_；_。标准答案(1)渗透(2)渗透系统所处的不同环境温度 漏斗液面高度的变化(3)若单位时间内1组漏斗
25、液面高度比2组高，则说明低温会影响物质的跨膜运输且使运输速率减慢若单位时间内2组漏斗的液面高度比1组高，则说明低温会影响物质的跨膜运输且使运输速率加快若单位时间内1、2组漏斗的液面高度相同，则说明温度高低并不影响物质跨膜运输方法警示 1.得分要点：(1)必须是“渗透”。(2)必须体现“温度”、“液面高度变化”。(3)必须体现出“结果、结论，且结果和结论对应”。2错因案例：(1)错答为“跨膜”。(错因：不能理解“跨膜运输”与“渗透作用”的关系)(2)错答为“加热和冰块”、“液面高度”。(错因：不能正确辨析实验的单一变量)(3)只答出结果“1组漏斗液面高度比2组高”，漏答结论。错答为“若2组漏斗的
26、液面高度比1组高，则说明低温会影响物质的跨膜运输且运输速率减慢”。技法提炼(1)明确扩散与渗透作用的区别：“扩散”是指物质由高浓度向低浓度方向迁栘，直到混合均匀的现象；“渗透作用”是指利用半透膜把两种不同浓度的溶液隔开，浓度较低溶液中的溶剂(如水)自动地透过半透膜流向浓度较高的溶液，直到平衡为止的现象。利用清水和一定浓度的蔗糖溶液构建的渗透系统，水分子通过半透膜的扩散现象属于渗透作用。(2)如何准确定位“实验变量”：据题意，探究“低温是否会影响物质的跨膜运输”，是通过渗透装置模拟物质进出细胞进行探究的。从探究实验过程可以看出，温度是单一变量，即自变量。如果温度影响物质的跨膜运输，可能是加快物质运输也可能是减慢物质运输，则会导致实验组和对照组液面上升的速率不同，即单位时间内上升的高度不同或达到相同高度所需要的时间有差异，如果温度不影响物质跨膜运输，则对照组和实验组液面变化相同。课堂知识构建课 时 作 业（点此链接）