第1節(jié)被動(dòng)運(yùn)輸?shù)?課時(shí)（課件）

導(dǎo)入一

半透膜是指某些物質(zhì)可以透過(guò)，而另一些物質(zhì)不能透過(guò)的多孔性薄膜。透過(guò)的依據(jù)是分子或離子的大小，不具有選擇性。蔗糖分子半透膜水分子系統(tǒng)的邊界——細(xì)胞膜則可以控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞：水分子能自由通過(guò)，細(xì)胞選擇吸收的離子和小分子也可以通過(guò)，而其他的離子、小分子和大分子則不能通過(guò)，具有選擇透過(guò)性。我們把這樣的膜稱(chēng)為生物膜，如細(xì)胞膜、液泡膜等。像水分子這樣，物質(zhì)以擴(kuò)散方式進(jìn)出細(xì)胞，不需要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量，這種物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式稱(chēng)為被動(dòng)運(yùn)輸。導(dǎo)入二水分子或其他溶劑分子通過(guò)半透膜的擴(kuò)散稱(chēng)為滲透作用。成熟植物細(xì)胞的細(xì)胞膜、液泡膜以及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)稱(chēng)為原生質(zhì)層，原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜。當(dāng)細(xì)胞液與外界溶液之間出現(xiàn)濃度差時(shí)，細(xì)胞就會(huì)吸水或失水。由于原生質(zhì)層和細(xì)胞壁的伸縮性不同，從而發(fā)生質(zhì)壁分離或質(zhì)壁分離復(fù)原。導(dǎo)入二外界溶液濃度>細(xì)胞液濃度：細(xì)胞失水→原生質(zhì)層的伸縮性>細(xì)胞壁的伸縮性→質(zhì)壁分離。外界溶液濃度<細(xì)胞液濃度：細(xì)胞吸水→原生質(zhì)層逐漸恢復(fù)→質(zhì)壁分離復(fù)原。像水分子這樣，物質(zhì)以擴(kuò)散方式進(jìn)出細(xì)胞，不需要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量，這種物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式稱(chēng)為被動(dòng)運(yùn)輸。環(huán)節(jié)一：被動(dòng)運(yùn)輸?shù)念?lèi)型人工脂雙層膜對(duì)不同分子的通透性有哪些差異？為什么？

環(huán)節(jié)一：被動(dòng)運(yùn)輸?shù)念?lèi)型自由擴(kuò)散概念：我們將物質(zhì)通過(guò)簡(jiǎn)單的擴(kuò)散作用進(jìn)出細(xì)胞的方式，

稱(chēng)為自由擴(kuò)散，也叫簡(jiǎn)單擴(kuò)散。是被動(dòng)運(yùn)輸?shù)姆绞街?。運(yùn)輸方向：順濃度梯度（或順相對(duì)含量梯度）。實(shí)例：水、尿素、氣體（O2、CO2、N2等）、脂溶性小分子（甘油、乙醇、苯等）。環(huán)節(jié)一：被動(dòng)運(yùn)輸?shù)念?lèi)型自由擴(kuò)散意義：自由擴(kuò)散對(duì)于所有的細(xì)胞都非常重要。如我們熟悉

的呼吸作用的過(guò)程中，O2是細(xì)胞代謝所必需的，而CO2是

代謝的廢物，O2、CO2必須時(shí)刻通過(guò)自由擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞。

在人體的肺部，順濃度梯度的自由擴(kuò)散是O2進(jìn)入紅細(xì)胞和CO2出紅細(xì)胞的唯一方式，細(xì)胞只有不斷地獲得O2并排出CO2，完成物質(zhì)交換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，才能保證生命

活動(dòng)的正常進(jìn)行。環(huán)節(jié)一：被動(dòng)運(yùn)輸?shù)念?lèi)型協(xié)助擴(kuò)散概念：離子和一些小分子有機(jī)物如葡萄糖、氨基酸等，不

能自由地通過(guò)細(xì)胞膜，需要借助膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)出細(xì)胞，

叫作協(xié)助擴(kuò)散，也叫易化擴(kuò)散。運(yùn)輸方向：順濃度梯度（或順相對(duì)含量梯度）。實(shí)例：水分子進(jìn)出細(xì)胞（水通道蛋白）、葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)

胞（載體蛋白）、K+

外流和Na+

內(nèi)流（離子通道蛋白）等。環(huán)節(jié)一：被動(dòng)運(yùn)輸?shù)念?lèi)型葡萄糖葡萄糖細(xì)胞外細(xì)胞內(nèi)葡萄糖載體蛋白葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞神經(jīng)纖維上Na+

內(nèi)流特點(diǎn)：（1）需要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)助；（2）不需要消耗能量。環(huán)節(jié)一：被動(dòng)運(yùn)輸?shù)念?lèi)型被動(dòng)運(yùn)輸自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散的本質(zhì)都是擴(kuò)散。物質(zhì)順濃度梯度進(jìn)出細(xì)胞，不需要額外提供能量，因此它們統(tǒng)稱(chēng)為被動(dòng)運(yùn)輸。自由擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散載體蛋白協(xié)助擴(kuò)散通道蛋白環(huán)節(jié)一：被動(dòng)運(yùn)輸?shù)念?lèi)型自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散的異同點(diǎn)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式濃度梯度是否需要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是否消耗能量被動(dòng)運(yùn)輸自由擴(kuò)散順濃度梯度不需要不消耗協(xié)助擴(kuò)散順濃度梯度需要不消耗環(huán)節(jié)一：被動(dòng)運(yùn)輸?shù)念?lèi)型如何探究某物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞绞亲杂蓴U(kuò)散還是協(xié)助擴(kuò)散？環(huán)節(jié)二：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的類(lèi)型葡萄糖協(xié)助擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞過(guò)程示意圖載體蛋白的特點(diǎn)：載體蛋白只容許與自身結(jié)合部位相適應(yīng)的分子或離子通過(guò)，而且每次轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)都會(huì)發(fā)生自身構(gòu)象的改變。資料1生物膜和人工膜對(duì)多種物質(zhì)的通透性坐標(biāo)圖：環(huán)節(jié)二：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的類(lèi)型水分子從水多的一側(cè)向水少的一側(cè)擴(kuò)散，屬于哪種方式的擴(kuò)散？資料2水分子比較小，在活細(xì)胞中含量最多，人們?cè)?jīng)認(rèn)為它們是自由穿過(guò)細(xì)胞膜磷脂雙分子層的間隙而進(jìn)出細(xì)胞的。后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，水分子通過(guò)細(xì)胞膜的速率高過(guò)通過(guò)人工膜，由此推斷細(xì)胞膜上可能存在特殊的輸送水分子的通道。環(huán)節(jié)二：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的類(lèi)型資料31988年，美國(guó)科學(xué)家阿格雷在分離純化多種紅細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)疏水性跨膜蛋白（命名為AQP1），他將含有AQP1的細(xì)胞和不含有此蛋白的細(xì)胞放在同一水溶液中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖:環(huán)節(jié)二：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的類(lèi)型為了進(jìn)一步驗(yàn)證，科研人員將AQP1導(dǎo)入脂質(zhì)體中進(jìn)行重組脂質(zhì)體實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重組脂質(zhì)體對(duì)水的轉(zhuǎn)運(yùn)活性比普通脂質(zhì)體高出了10倍。分析資料，歸納水分子跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞?。水分子很小，不帶電荷但具有極性。水分子可以通過(guò)膜上磷脂分子間的空隙以自由擴(kuò)散的方式進(jìn)出細(xì)胞，但是更多的是借助細(xì)胞膜上的水通道蛋白（如圖）以協(xié)助擴(kuò)散的方式進(jìn)出細(xì)胞。環(huán)節(jié)二：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的類(lèi)型水通道蛋白細(xì)胞膜資料4麥金農(nóng)利用X射線(xiàn)晶體成像技術(shù)，獲得了世界上第一張鉀離子通道的高清晰度照片，它可以讓科學(xué)家觀(guān)測(cè)到鉀離子通道在鉀離子進(jìn)入前的狀態(tài)、鉀離子在其中的狀態(tài)以及鉀離子穿過(guò)后的狀態(tài)。這樣，人們就可以“看見(jiàn)”鉀離子是如何通過(guò)通道的。2003年，麥金農(nóng)獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。環(huán)節(jié)二：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的類(lèi)型環(huán)節(jié)二：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的類(lèi)型與此同時(shí)，鈣離子通道蛋白、鈉離子通道蛋白等的結(jié)構(gòu)被一一解析?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞膜上存在多種離子的通道蛋白，如果這些通道蛋白結(jié)構(gòu)異常，會(huì)引起很多疾病。例如，鉀離子通道蛋白在所有細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用，在調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的神經(jīng)遞質(zhì)釋放、骨骼肌收縮、心率等方面發(fā)揮重要作用；鈣離子通道異?？赡軙?huì)導(dǎo)致高血壓等疾病?？茖W(xué)家們一直在積極研究通道蛋白的作用機(jī)制，探索調(diào)控通道蛋白的藥物，以治療疾病，維護(hù)人類(lèi)健康。通道蛋白的特點(diǎn)：分子或離子通過(guò)通道蛋白時(shí)，不需要與通道蛋白結(jié)合，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(guò)。環(huán)節(jié)二：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的類(lèi)型項(xiàng)目載體蛋白通道蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)只容許與自身結(jié)合部位相適應(yīng)的分子或離子通過(guò)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(guò)是否與轉(zhuǎn)運(yùn)的分子結(jié)合結(jié)合不結(jié)合構(gòu)象是否改變改變改變是否具有特異性具有具有實(shí)例葡萄糖通過(guò)載體蛋白進(jìn)入紅細(xì)胞水分子通過(guò)水通道蛋白進(jìn)出細(xì)胞圖示環(huán)節(jié)二：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的類(lèi)型核心總結(jié)1.美國(guó)科學(xué)家阿格雷和麥金農(nóng)因研究細(xì)胞膜中的通道蛋白獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。通道蛋白分為兩大類(lèi)：水通道蛋白和離子通道蛋白。阿格雷成功分離了水通道蛋白，麥金農(nóng)測(cè)出了K+通道蛋白的立體結(jié)構(gòu)。如圖為腎小管上皮細(xì)胞重吸收水和K+通道蛋白運(yùn)輸K+的示意圖。下列與通道蛋白有關(guān)的敘述錯(cuò)誤的是（）A.水通道蛋白貫穿于磷脂雙分子層B.K+的運(yùn)輸屬于協(xié)助擴(kuò)散，不需要消耗能量C.運(yùn)輸物質(zhì)直徑只要比通道蛋白自身的通道直徑小就可以通過(guò)D.細(xì)胞可通過(guò)調(diào)節(jié)通道蛋白的數(shù)量或開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)物質(zhì)運(yùn)輸C課堂練習(xí)2.1988年，科學(xué)家阿格雷分離出細(xì)胞膜上的水通道蛋白（AQP1），他將含有AQP1和不含AQP1的人工合成脂質(zhì)膜構(gòu)成的球體（脂質(zhì)體）放在同一種低濃度溶液中，結(jié)果如圖所示。結(jié)合相關(guān)知識(shí)分析，下列敘述錯(cuò)誤的是（）A.水分子不能通過(guò)不含AQP1的人工脂質(zhì)膜B.含AQP1的脂質(zhì)膜對(duì)水分子的轉(zhuǎn)運(yùn)速率更高C.水分子跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞接凶杂蓴U(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散D.推測(cè)腎小管上皮細(xì)胞的細(xì)胞膜上可能存在AQPA課堂練習(xí)3.圖甲表示一個(gè)滲透作用裝置，將半透膜袋縛于玻璃管下端，半透膜袋內(nèi)部裝有60mL質(zhì)量濃度為0.3g/mL的蔗糖溶液；圖乙表示放置在某溶液中的植物細(xì)胞失水量的變化情況；圖丙表示植物光合作用同化物蔗糖在不同細(xì)胞間運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化的過(guò)程。下列有關(guān)敘述正確的是（）A.圖甲中，若將質(zhì)量濃度為0.3g/mL的蔗糖溶液換為質(zhì)量濃

度為0.3g/mL的淀粉溶液，玻璃管內(nèi)液面高度會(huì)降低B.圖乙表示的植物細(xì)胞在某溶液中處理的10min內(nèi)發(fā)生質(zhì)壁

分離，10min后發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原C.圖丙中，蔗糖從伴胞到篩管的運(yùn)輸是以協(xié)助擴(kuò)散的方式

來(lái)完成的D.圖丙中，薄壁細(xì)胞上的單糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白運(yùn)輸?shù)姆肿邮瞧咸?/p>

糖和麥芽糖A課堂練習(xí)4.如