物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞?doc

.第3節(jié) 物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞綇娜菡f課生物膜是一種選擇透過性膜，它的選擇性是與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的，那生物膜的這種選擇性功能是如何實現(xiàn)的呢？則在這一節(jié)中來闡述.主要介紹兩大塊內(nèi)容，一是小分子或離子進出細胞膜的方式，包括自由擴散、協(xié)助擴散、主動運輸，要求學(xué)生理解這三種方式的相同點和不同點，主要從膜兩側(cè)的濃度差、是否需要載體、是否需要消耗能量、代表的例子等方面來進行對比.二是大分子物質(zhì)進出細胞的方式，包括胞吞和胞吐，這部分內(nèi)容和前面所學(xué)的“分泌蛋白的合成和運輸”有關(guān)聯(lián)的地方，同時這又是對生物膜具有流動性的一個很好的佐證，老師要引導(dǎo)學(xué)生將知識融會貫通.本節(jié)教材中的“問題探討”設(shè)置很好，有啟發(fā)性和思考性，通過對比不同物質(zhì)通過不含蛋白質(zhì)的人工脂雙層的實驗結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生思考為什么葡萄糖不能通過脂雙層，而小腸上皮細胞不僅能吸收水，還能大量吸收葡萄糖，很自然地引出后面的協(xié)助擴散和主動運輸.值得注意的是，“問題探討”并未將所有該提的問題和盤托出，而是鼓勵學(xué)生自己提出問題.比如，學(xué)生可能會問：“鈉離子、鉀離子也不能通過脂雙層，但是卻能夠被細胞吸收，這是為什么？”也為后面講述主動運輸埋下了伏筆，同時也培養(yǎng)了提出問題的能力.本節(jié)內(nèi)容屬于原理性的內(nèi)容，但學(xué)生并不難掌握，通過自學(xué)課本，結(jié)合老師的動畫課件演示，學(xué)生還是能很容易比較出三種方式的異同的.但是學(xué)生應(yīng)用這些基本知識解決實際問題習(xí)題時，可能會有一定難度.所以建議采用“先學(xué)后教，當(dāng)堂訓(xùn)練”的教學(xué)方法能取得較好的教學(xué)效果，老師先引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)并總結(jié)對比三種跨膜運輸?shù)姆绞街愅?，然后老師稍做點撥，最后精選一些習(xí)題讓學(xué)生當(dāng)堂訓(xùn)練.在精選的習(xí)題中，可以突出一些對坐標圖表分析的題型，因為新教材越來越強調(diào)解讀數(shù)學(xué)坐標圖表的能力，并要求學(xué)生能用坐標圖表來表達一些結(jié)論.本節(jié)內(nèi)容在對坐標圖表分析上有較好教學(xué)價值.三維目標1.知識與技能（1）舉例說明物質(zhì)跨膜運輸方式的類型及特點.（2）說出被動運輸與主動運輸方式的異同點.（3）闡述主動運輸對細胞生活的意義.（4）正確解讀坐標數(shù)據(jù)圖表.2.過程與方法（1）運用類比和對比的方法進行學(xué)習(xí)，抓住關(guān)鍵，掌握本質(zhì).（2）運用表格的方式進行總結(jié)，簡潔明了.3.情感態(tài)度與價值觀本節(jié)情感態(tài)度與價值觀的教學(xué)價值方面不太明顯，主要強調(diào)積極思考，主動自覺.教學(xué)重點1.小分子和離子跨膜運輸?shù)姆绞剑鹤杂蓴U散、協(xié)助擴散和主動運輸.2.大分子跨膜運輸?shù)姆绞剑喊毯桶?教學(xué)難點主動運輸.教具準備自由擴散、協(xié)助擴散、主動運輸、胞吞、胞吐五種跨膜運輸方式的多媒體演示課件課時安排1課時教學(xué)過程課前準備（1）用于指導(dǎo)學(xué)生對比學(xué)習(xí)三種運輸方式的表格.（2）自由擴散、協(xié)助擴散、主動運輸、胞吞、胞吐五種跨膜運輸方式的多媒體演示課件.（3）精選一些相關(guān)的習(xí)題，用于當(dāng)堂訓(xùn)練.情境創(chuàng)設(shè)前面我們講到生物膜是半透膜，有的分子可以通過而有的分子和離子則不能通過，下面我們看看圖431：圖431教師：首先大家仔細觀察，這張圖所反映的膜是不是生物膜？為什么？學(xué)生：不是生物膜，它只有磷脂雙分子層，中間沒有鑲嵌蛋白質(zhì).教師：很好，觀察很準確.這是人工合成的沒有蛋白質(zhì)的脂雙層膜.研究它的通透性.大家看什么分子能通過人工合成的脂雙層？什么分子不能通過人工合成的脂雙層？學(xué)生：氧氣、二氧化碳、氮氣、水等小分子很容易通過合成的脂雙層；苯、甘油、乙醇等脂溶性的分子也可以通過；氨基酸、葡萄糖等較大的有機分子和帶電荷的離子則不能通過合成的脂雙層.教師：很好，大家發(fā)現(xiàn)葡萄糖分子不能自由通過人工合成的無蛋白質(zhì)的脂雙層，但我們又知道細胞生命活動中是離不開葡萄糖的，細胞需要不斷補充葡萄糖以提供能量，也就是說葡萄糖肯定是可以通過細胞膜進到細胞內(nèi)部的.那這又該如何解釋呢？學(xué)生：因為人工脂雙層中是沒有蛋白質(zhì)的，會不會是蛋白質(zhì)對葡萄糖等物質(zhì)的運輸起了作用呢？教師：想得很好，大家看這個圖還能發(fā)現(xiàn)什么問題？學(xué)生：前面我們講了水稻、番茄會有選擇地吸收離子，而這個圖中顯示離子是不能通過脂雙層的，會不會離子的吸收也與蛋白質(zhì)有關(guān)？教師：很好，大家開始具備一些分析問題的能力了.其實蛋白質(zhì)在物質(zhì)的跨膜運輸中起了十分重要的作用.那下面我們就一起來學(xué)習(xí)物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞?師生互動1.小分子或離子的跨膜運輸教師：這部分內(nèi)容不難，要求大家先進行自學(xué)，首先大家看物質(zhì)的跨膜運輸有幾種方式？學(xué)生：兩大類三種：被動運輸（自由擴散、協(xié)助擴散）和主動運輸.教師：那這幾種方式有什么異同呢？我們?nèi)绾蝸韰^(qū)分它們？希望大家能通過自學(xué)總結(jié)出來.大家可以結(jié)合這個表格來總結(jié)：項 目自由擴散協(xié)助擴散主動運輸細胞膜兩側(cè)物質(zhì)濃度差是否需要載體蛋白是否消耗細胞內(nèi)的能量代表例子學(xué)生活動：閱讀課本按表格進行總結(jié).（約給學(xué)生十分鐘時間）在老師的引導(dǎo)下完成表格.老師展示自由擴散、協(xié)助擴散和主動運輸三種跨膜運輸?shù)亩嗝襟w動畫.（動畫演示之前要交代清楚背景知識，如什么圖形代表什么物質(zhì)，哪邊是細胞膜內(nèi)側(cè)，哪邊是細胞膜外側(cè)等，要注意引導(dǎo)學(xué)生有側(cè)重地觀察）請學(xué)生依次來填充表格：項 目自由擴散協(xié)助擴散主動運輸細胞膜兩側(cè)物質(zhì)濃度差由高濃度到低濃度由高濃度到低濃度由低濃度到高濃度是否需要載體蛋白不需要需要需要是否消耗細胞內(nèi)的能量不消耗不消耗需要消耗代表例子氧氣、水、二氧化碳、苯等通過細胞膜葡萄糖通過紅細胞膜葡萄糖、氨基酸通過小腸上皮細胞膜；離子通過細胞膜教師：自由擴散和協(xié)助擴散需要消耗能量嗎？為什么？學(xué)生：自由擴散和協(xié)助擴散都不需要消耗細胞代謝產(chǎn)生的能量.因為二者都是順物質(zhì)的濃度梯度進行的.教師：自由擴散和協(xié)助擴散有什么異同？學(xué)生：自由擴散與協(xié)助擴散的共同之處是都是順著物質(zhì)的濃度梯度進行的，都不需要細胞消耗能量.不同之處是：前者不需要蛋白質(zhì)的協(xié)助，后者必須有蛋白質(zhì)的協(xié)助才能實現(xiàn).因為有蛋白質(zhì)的協(xié)助，協(xié)助擴散的速度遠遠比自由擴散快.教師：為什么自由擴散和協(xié)助擴散被稱為被動運輸？學(xué)生：因為自由擴散和協(xié)助擴散都是順物質(zhì)的濃度梯度進行的，不需要細胞消耗能量，所以統(tǒng)稱為被動運輸.教師：主動運輸與被動運輸?shù)膮^(qū)別是什么？這對于細胞的生活有什么意義？學(xué)生：最大的區(qū)別是是否消耗能量.主動運輸普遍存在于動植物和微生物細胞中，保證了活細胞能按照生命活動的需要，主動選擇吸收所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，主動排出代謝廢物和對細胞有害的物質(zhì).2.大分子的跨膜運輸載體蛋白雖能幫助許多離子和小的分子通過細胞膜，但對于一些像蛋白質(zhì)這樣的大分子的運輸是無能為力的，那這些特別大的分子是如何進出細胞的呢？我們來回憶一下我們以前講的分泌蛋白是如何運輸?shù)?學(xué)生：通過高爾基體形成小囊泡將分泌蛋白包住，然后小囊泡移動到細胞膜處，與細胞膜融合，將蛋白質(zhì)分泌出去.教師：很好，其實大家已經(jīng)知道了大分子的蛋白質(zhì)是如何排出的，就是通過這種方式，叫做胞吐.那大家知道白細胞是如何吃掉病菌的嗎？學(xué)生：通過細胞膜內(nèi)陷形成小囊泡包住細菌，然后囊泡從細胞膜上脫離出來，在細胞內(nèi)殺死細菌.教師：對了，這其實也就是大分子物質(zhì)進入細胞膜的方式，叫胞吞.教師精講1.小分子或離子的跨膜運輸（1）自由擴散一滴藍墨水滴到清水中，很快就會分散到清水中，使清水呈現(xiàn)藍色，這就是擴散.水分子和脂溶性的小分子物質(zhì)按照一般擴散作用的原理從分子密度高的地方向分子密度低的地方運動，能夠自由通過細胞膜，這種方式稱為自由擴散.前面我們所講的滲透作用水分子的移動也就是自由擴散.脂溶性小分子和不帶電的極性小分子順濃度梯度擴散通過質(zhì)膜的過程，不需要特殊的膜裝置協(xié)助，也不直接消耗ATP，是自由擴散，屬于被動運輸.擴散是有方向的，總是從高濃度向低濃度的方向發(fā)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)移.自由擴散的動力是物質(zhì)由高濃度流向低濃度的傾向.例如CO2、O2、N2進出紅細胞，取決于血液和肺泡中該氣體的濃度差.脂溶性的甾類小分子激素（性激素、腎上腺皮質(zhì)激素）以及酰胺類、甘油、乙醇等出入細胞是自由擴散.自由擴散的速度基本上取決于分子的大小和油溶度，分子越小，油溶度越大，擴散速度越快.還與分子的大小、溶解性和電性有關(guān).例如，由于膜的基本結(jié)構(gòu)是脂類雙分子層，所以疏水性分子較易擴散，而親水性分子和離子主要是通過膜上小孔進行擴散，這種小孔的直徑小于1.0 nm，因此只有不大于1.0 nm的分子才能穿膜擴散.同種分子的擴散速度取決于膜兩側(cè)的分子濃度差，濃度差越大，擴散速度越快.用坐標圖表示，如圖432.圖432（2）協(xié)助擴散一些非脂溶性的物質(zhì)或水溶性強的物質(zhì)，依靠細胞膜上鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中特殊蛋白質(zhì)的“幫助”，順著化學(xué)濃度梯度擴散的過程.即將本來不能或極難進行的跨膜擴散變得容易進行，所以叫做協(xié)助擴散.協(xié)助擴散也是順著濃度梯度擴散，也不需要細胞提供代謝能量，但擴散速度確遠遠大于自由擴散.其物質(zhì)的運輸速度與其濃度差關(guān)系可用圖433的坐標圖433圖表示.當(dāng)細胞外側(cè)濃度增加到一定的時候，運輸速度不再增加，這是因為受到載體數(shù)量的限制.例如，存在于紅細胞膜中的葡萄糖透過體已經(jīng)分離純化出來，并已查明是一種相對分子質(zhì)量為45 000的蛋白質(zhì).將這種透過體嵌入人工制造的脂雙層中，葡萄糖分子就能很快穿過脂雙層.大體來說，葡萄糖首先結(jié)合到這一透過體的表面，使透過體在構(gòu)象上發(fā)生變化，出現(xiàn)通道，葡萄糖分子就可從這一通道進入細胞之中.如圖434：圖434（3）主動運輸主動運輸指細胞通過本身的某種耗能過程，將某種物質(zhì)的分子或離子由膜的低濃度一側(cè)移向高濃度一側(cè)的過程.按照熱力學(xué)定律，溶液中的分子由低濃度區(qū)域向高濃度區(qū)域移動，就像舉起重物或推物體沿斜坡上移，或使電荷逆電場方向移動一樣，必須由外界供給能量.在膜的主動轉(zhuǎn)運中，能量只能由膜或膜所屬的細胞來供給，這就是主動的含義.前述的單純擴散和易化擴散都屬于被動轉(zhuǎn)運，其特點是在這樣的物質(zhì)轉(zhuǎn)運過程中，物質(zhì)分子只能作順濃度差，即由膜的高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)的凈移動，而它所通過的膜并未對該過程提供能量.被動轉(zhuǎn)運時物質(zhì)移動所需的能量來自高濃度所含的勢能（圖435示），因而不需要另外圖435供能.被動轉(zhuǎn)運最終可能達到的平衡點是膜兩側(cè)該物質(zhì)的濃度差為零的情況；如果被動轉(zhuǎn)運的是某種離子，則離子移動除受濃度差的影響外，還受當(dāng)時電場力的影響，亦即當(dāng)最終的平衡點達到時，膜兩側(cè)的電化學(xué)勢的差應(yīng)為零.主動轉(zhuǎn)運與此不同，由于膜以某種方式提供了能量，物質(zhì)分子或離子可以逆濃度或逆電化學(xué)勢差而移動.體內(nèi)某種物質(zhì)分子或離子由膜的低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)移動，結(jié)果是高濃度一側(cè)濃度進一步升高，而另一側(cè)該物質(zhì)愈來愈少，甚至可以全部被轉(zhuǎn)運到另一側(cè).如小腸上皮細胞吸收某些已消化的營養(yǎng)物；腎小管上皮細胞對小管液中某些“有用”物質(zhì)進行重吸收，均屬此現(xiàn)象.由于此過程在熱力學(xué)上為耗能過程，不可能在無供能的情況下自動進行，因此如果在生物體內(nèi)出現(xiàn)這種情況，說明有主動的跨膜轉(zhuǎn)運在進行，必定伴隨了能源物質(zhì)（常常是ATP）的消耗.主動運輸因要消耗能量，而能量的產(chǎn)生又與有氧呼吸的耗氧量有關(guān)，所以其運輸速度與耗氧量有關(guān)，用坐標圖表示為圖436.圖中出現(xiàn)一段平臺期同樣是因為載體的數(shù)量是有限的.圖4362.胞吞和胞吐一些大分子或物質(zhì)團塊的轉(zhuǎn)運，是通過胞吞作用和胞吐作用來實現(xiàn)的.胞吞：胞吞是指物質(zhì)通過細胞膜的運動，從細胞外進入細胞內(nèi)的過程.如果進入的是固體物質(zhì)，稱為吞噬；如果是液態(tài)物質(zhì)，稱為吞飲.胞吞過程進行時，首先是細胞膜“辨認”環(huán)境中的某物質(zhì).這一“辨認”過程可能與細胞膜表面存在的特殊受體以及被吞物質(zhì)所帶的電荷和其表面的粗糙程度有關(guān).接著是膜和該物質(zhì)接觸，引起膜的形態(tài)和機能的變化.接觸處的膜內(nèi)陷.其周圍的膜形成了突出的偽足并包圍該物質(zhì)，然后，偽足相互接觸并發(fā)生膜的融合和斷裂，于是異物和包圍它的一部分細胞膜一起內(nèi)陷而進入細胞內(nèi).在胞質(zhì)內(nèi)，吞噬物與溶酶體接觸后，兩膜融合成一體，溶酶體內(nèi)的水解酶即可將進入的物質(zhì)進行消化.吞噬現(xiàn)象見于中性粒細胞與巨噬細胞對細菌、異物、組織碎片等的吞噬；吞飲現(xiàn)象見于人體毛細血管、肝、小腸上皮等細胞借以攝取外界蛋白質(zhì)、脂肪等.胞吐：胞吐是指物質(zhì)通過細胞膜的運動，從細胞內(nèi)排出到細胞外的過程.它是細胞把代謝產(chǎn)物或腺細胞的分泌物排到細胞外的方式.以腺細胞分泌酶原的過程為例，當(dāng)胞吐作用進行時，腺細胞內(nèi)的酶原顆粒逐漸向細胞的頂端靠近.最后酶原顆粒外包裹的膜和細胞膜接觸并融合，在融合處形成小孔，致使酶原顆粒內(nèi)容物放出細胞外.胞吞和胞吐作用也都是耗能的主動轉(zhuǎn)運過程.評價反饋1.人體組織細胞從組織液中吸收甘油的量主要取決于A.組織液中甘油的濃度B.細胞膜上甘油載體的數(shù)量C.細胞的呼吸作用強度D.細胞膜上載體的種類2.海帶細胞中碘的濃度比海水中碘的濃度高很多倍，但仍然能吸收碘，原因是A.海帶細胞能夠通過自由擴散的方式吸收碘B.海帶細胞膜上運載碘的載體多，通過協(xié)助擴散的方式吸收C.海帶細胞膜上運載碘的載體多，通過主動運輸方式吸收D.海帶細胞不斷消耗碘元素，細胞內(nèi)碘濃度不斷降低3.實驗表明，K+不能通過磷脂雙分子層的人工膜，但如在人工膜中加入少量纈氨霉素（含12個氨基酸的脂溶性抗菌素）時，K+則可以通過膜從高濃度處向低濃度處擴散.這種物質(zhì)通過膜的方式是A.自由擴散B.協(xié)助擴散C.主動運輸D.胞飲作用4.下列物質(zhì)中易通過細胞膜的是A.淀粉B.甘油C.蛋白質(zhì)D.糖類5.圖437是胡蘿卜在不同的含氧情況下從硝酸鉀溶液中吸收K+和NO的曲線.影響A、B兩點和B、C兩點吸收量不同的因素分別是圖437A.載體數(shù)量、能量B.能量、載體數(shù)量C.載體數(shù)量、離子濃度D.能量、離子濃度6.對細胞膜的選擇性起主要作用的物質(zhì)是A.膽固醇B.多糖C.蛋白質(zhì)D.磷脂7.圖438為物質(zhì)出入細胞膜的示意圖，請據(jù)圖回答： 圖438A代表_分子；B代表_；D代表_.細胞膜從功能上來說，它是一層_膜.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度升高到一定程度時，B的厚度變薄而面積增大，這說明B具有_.在ae的五種過程中，代表被動運輸?shù)氖莀.可能代表氧氣運輸過程的是圖中編號_；葡萄糖從腸腔進入小腸上皮細胞的過程是圖中編號_.細胞膜上與細胞識別、信息傳遞有密切關(guān)系的化學(xué)物質(zhì)是_.8.圖439中縱坐標表示物質(zhì)通過心肌細胞細胞膜的運輸速率.請據(jù)圖回答：圖439心肌細胞吸收氧氣和葡萄糖的方式依次為_（填序號）.圖B中出現(xiàn)平區(qū)的主要原因是_.若對心肌細胞施用某種毒素，結(jié)果鈣離子吸收量明顯減少，而鉀離子、葡萄糖等物質(zhì)的吸收量不受影響，其原因是_.若用呼吸抑制劑處理心肌細胞，則鈣離子、鉀離子、葡萄糖等物質(zhì)的吸收均受到明顯影響，其原因是_.9.科學(xué)家在研究鈉通過細胞膜的運輸方式時，做了下述實驗：先向槍烏賊神經(jīng)纖維里注入微量的放射性同位素24Na.不久可測得神經(jīng)纖維周圍溶液中存在24Na.如果在神經(jīng)纖維膜外溶液中先后加入某藥物和ATP，測得神經(jīng)纖維周圍溶液中24Na的量如圖4310所示.圖4310由此可見，神經(jīng)纖維排出24Na需要_，24Na通過細胞膜的方式是_.藥物的作用機理是_.參考答案：1.A 2.C 3.B 4.B 5.B 6.C7.蛋白質(zhì) 磷脂分子 多糖/糖蛋白/糖被 選擇透過性 流動性 b、 c、 d b a 糖被/糖蛋白8.A圖和B圖 載體蛋白的數(shù)量有限 毒素只對鈣離子的載體蛋白起抑制作用主動吸收需要的能量來不及提供9.消耗能量 主動運輸 抑制細胞呼吸從而抵制能量的產(chǎn)生課堂小結(jié)這節(jié)課主要學(xué)習(xí)了物質(zhì)的跨膜運輸方式，分為兩大類：被動運輸和主動運輸.被動運輸包括自由擴散和協(xié)助擴散，它們都是順濃度梯度運輸?shù)倪^程，不需要消耗能量，但協(xié)助擴散需要載體蛋白協(xié)助.主動運輸是逆濃度梯度運輸?shù)倪^程，需要消耗細胞的能量，還需要載體蛋白的協(xié)助.布置作業(yè)完成書本“技能訓(xùn)練”（P73）課后拓展細胞膜主動運輸功能的實驗實驗?zāi)康模候炞C和認識細胞主動運輸?shù)幕驹?，學(xué)會研究活細胞生理功能的操作方法.實驗原理：細胞主動運輸是一種耗能的活性功能.它的運輸速度跟環(huán)境有關(guān)，運用高溫明顯抑制主動運輸?shù)倪M行，因此，也就能觀察到主動運輸現(xiàn)象.材料器具：活蝗蟲，蟋蟀，蟑螂（蜚蠊）或其他大型昆蟲；培養(yǎng)皿或小燒杯，鑷子，解剖針，解剖蠟盤，剪刀，載玻片，酒