《主動運(yùn)輸與胞吞、胞吐》素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)

第2節(jié)主動運(yùn)輸與胞吞、胞吐一、主動運(yùn)輸1.運(yùn)輸方向:從_______→_______。2.運(yùn)輸條件:(1)_________________。(2)需要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量。低濃度高濃度需要載體蛋白協(xié)助3.實(shí)例:小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖。4.意義:保證活細(xì)胞能夠___________________,主動選擇吸收_____________,排出____________________________。按照生命活動的需要所需要的物質(zhì)代謝廢物和對細(xì)胞有害的物質(zhì)【激疑】動物細(xì)胞吸收葡萄糖的方式一定相同嗎?提示:不一定相同。小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖的方式是主動運(yùn)輸,紅細(xì)胞吸收葡萄糖的方式是協(xié)助擴(kuò)散。

二、胞吞與胞吐結(jié)合胞吞和胞吐的運(yùn)輸特點(diǎn),判斷下列說法的正誤:1.大分子物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式為胞吞、胞吐。 ()2.細(xì)胞胞吞的過程中要依賴細(xì)胞膜的流動性。 ()√√3.胞吞、胞吐過程主要依靠膜的變形,是不需要消耗能量的。()提示:胞吞、胞吐需要消耗能量。4.細(xì)胞在不斷胞吞的過程中,細(xì)胞膜的面積會越來越小。()提示:生物膜之間是可以相互轉(zhuǎn)化的,細(xì)胞膜的面積大小存在著動態(tài)平衡?！痢林R點(diǎn)一主動運(yùn)輸與胞吞、胞吐1.主動運(yùn)輸與胞吞、胞吐的比較:方式主動運(yùn)輸胞吞、胞吐運(yùn)輸方向低濃度→高濃度是否需要載體蛋白需要不需要能量消耗消耗方式主動運(yùn)輸胞吞、胞吐模型實(shí)例小腸吸收葡萄糖、無機(jī)鹽等胞吐:分泌蛋白的分泌2.載體蛋白的特性:(1)專一性:一種載體蛋白在對細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)進(jìn)行運(yùn)輸時只能對應(yīng)地運(yùn)送唯一的一種或性質(zhì)非常相近的一類物質(zhì)。(2)飽和性:細(xì)胞膜上的載體蛋白數(shù)量有限,在運(yùn)輸過程中當(dāng)所有載體蛋白都已承擔(dān)相應(yīng)的運(yùn)輸任務(wù)時,運(yùn)輸?shù)乃俣炔辉僖蚱渌麠l件而加快?！舅伎肌び懻摗考?xì)胞膜和細(xì)胞器膜吸收物質(zhì)時都具有選擇性,但因其功能不同,所選擇吸收的物質(zhì)不同,試結(jié)合膜的組成成分分析二者選擇性差異的原因是什么。(科學(xué)思維)提示:蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者,由于膜蛋白的差異導(dǎo)致選擇性出現(xiàn)差異。

【素養(yǎng)案例】(2016·全國卷Ⅰ改編)已知線粒體能夠合成一種高能物質(zhì)ATP,該物質(zhì)水解的過程中能為生命活動供能。離子泵是一種具有ATP水解酶活性的載體蛋白,能利用水解ATP釋放的能量跨膜運(yùn)輸離子。下列敘述正確的是(

)A.離子通過離子泵的跨膜運(yùn)輸屬于協(xié)助擴(kuò)散B.離子通過離子泵的跨膜運(yùn)輸是順著濃度梯度進(jìn)行的C.動物一氧化碳中毒會降低離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率D.加入蛋白質(zhì)變性劑會提高離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率【解題導(dǎo)引】(1)審題關(guān)鍵:“ATP水解供能”“離子泵”“ATP水解酶活性”是題目的關(guān)鍵信息。(2)判斷技巧:不耗能、不需要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白→自由擴(kuò)散;不耗能、需要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白→協(xié)助擴(kuò)散;耗能、需要載體蛋白→主動運(yùn)輸。

【解析】選C。本題主要考查物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式。A項(xiàng),由題干“具有ATP水解酶活性的載體蛋白”“能利用水解ATP釋放的能量跨膜運(yùn)輸離子”可知,這種跨膜運(yùn)輸方式屬于主動運(yùn)輸,故錯誤。B項(xiàng),主動運(yùn)輸可以逆濃度梯度進(jìn)行,故錯誤。C項(xiàng),動物一氧化碳中毒后會使細(xì)胞呼吸受抑制,細(xì)胞產(chǎn)生的ATP減少,影響了載體蛋白對ATP的水解,降低了離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率,故正確。D項(xiàng),加入蛋白質(zhì)變性劑后,離子泵會變性從而失去轉(zhuǎn)運(yùn)離子的功能,降低了離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率,故錯誤?！舅仞B(yǎng)·探究】——母題追問(1)生命觀念——結(jié)構(gòu)與功能觀上題D項(xiàng)加入蛋白質(zhì)變性劑后,會影響小腸上皮細(xì)胞吸收氨基酸嗎?提示:小腸上皮細(xì)胞吸收氨基酸需要載體蛋白協(xié)助,加入蛋白質(zhì)變性劑,會影響載體蛋白的功能,所以影響小腸上皮細(xì)胞吸收氨基酸。

(2)科學(xué)思維——演繹與推理限制了細(xì)胞內(nèi)線粒體的功能之后,哪些跨膜運(yùn)輸會受到影響?為什么?提示:主動運(yùn)輸、胞吞、胞吐。因?yàn)檫@些跨膜運(yùn)輸是耗能的?！舅仞B(yǎng)·遷移】如圖表示胰島B細(xì)胞對不同物質(zhì)的運(yùn)輸情況,下列敘述與圖中相符的是(

)

A.運(yùn)輸Ca2+的載體蛋白也可以運(yùn)輸其他金屬離子B.K+通道結(jié)構(gòu)改變可導(dǎo)致細(xì)胞無法吸收K+C.胰島素的釋放以細(xì)胞膜的選擇透過性為基礎(chǔ)D.葡萄糖都是通過圖中的運(yùn)輸方式進(jìn)入各種細(xì)胞【解析】選B。載體蛋白具有專一性,運(yùn)輸Ca2+的載體蛋白不能運(yùn)輸其他金屬離子,A錯誤;K+通道是由膜上的蛋白質(zhì)構(gòu)成的,組成通道的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變導(dǎo)致通道結(jié)構(gòu)改變,進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞無法吸收K+,B正確;胰島素是以胞吐的方式釋放的,以細(xì)胞膜的流動性為基礎(chǔ),C錯誤;題圖中的葡萄糖是以協(xié)助擴(kuò)散的方式進(jìn)入細(xì)胞,小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖的方式是主動運(yùn)輸,D錯誤?！痉椒ㄒ?guī)律】判斷物質(zhì)出入細(xì)胞的方式的兩種方法(1)根據(jù)分子的大小、是否需要能量和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)行判斷:(2)根據(jù)運(yùn)輸方向判斷:順濃度梯度的跨膜運(yùn)輸方式是自由擴(kuò)散或協(xié)助擴(kuò)散,逆濃度梯度的跨膜運(yùn)輸方式一定是主動運(yùn)輸。知識點(diǎn)二影響物質(zhì)運(yùn)輸速率的因素1.濃度差:(1)由于自由擴(kuò)散不需要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和能量,所以物質(zhì)運(yùn)輸速率與物質(zhì)濃度成正比。(2)由于協(xié)助擴(kuò)散和主動運(yùn)輸需要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,所以當(dāng)所有的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白都被利用了之后,物質(zhì)的運(yùn)輸速率將達(dá)到最大(P點(diǎn)),此時限制物質(zhì)運(yùn)輸速率的因素主要是轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的數(shù)量。(3)由于主動運(yùn)輸可以逆濃度梯度運(yùn)輸物質(zhì),所以當(dāng)細(xì)胞內(nèi)濃度大于細(xì)胞外濃度時,物質(zhì)仍可以被吸收進(jìn)入細(xì)胞。2.O2濃度:(1)甲圖代表的物質(zhì)運(yùn)輸方式為自由擴(kuò)散或協(xié)助擴(kuò)散。(2)乙圖代表主動運(yùn)輸方式。①A點(diǎn)時,物質(zhì)運(yùn)輸所需的能量由無氧呼吸提供;②AP段表明隨著O2濃度的增加,有氧呼吸產(chǎn)生的能量增多,主動運(yùn)輸?shù)乃俾试龃?。③P點(diǎn)以后,當(dāng)O2濃度達(dá)到一定程度后,受轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白數(shù)量等因素的限制,運(yùn)輸速率不再增加。3.溫度:(1)從細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析,溫度會影響細(xì)胞膜的流動性進(jìn)而影響物質(zhì)運(yùn)輸速率。(2)從代謝的角度分析,高溫或低溫均會影響酶的活性,進(jìn)而影響細(xì)胞的能量供應(yīng),影響物質(zhì)運(yùn)輸速率?！舅伎肌び懻摗?.雖然主動運(yùn)輸可以逆濃度吸收生物所需要的物質(zhì),但是如果外界營養(yǎng)物質(zhì)濃度太低對細(xì)胞正常的生命活動也會有影響。試舉例進(jìn)一步說明。(生命觀念)提示:生物對營養(yǎng)物質(zhì)有一個量的要求,如果相關(guān)的營養(yǎng)物質(zhì)在外界太少,無論如何進(jìn)行主動運(yùn)輸都不能滿足生物的需求。例如:缺碘的山區(qū),由于營養(yǎng)缺乏,該地區(qū)的人多患“大脖子病”。植物缺鎂,葉片會變黃。

2.線粒體內(nèi)膜含有一種蛋白質(zhì),H+可以順濃度差通過這種蛋白質(zhì),該過程體現(xiàn)了該蛋白質(zhì)的什么功能?(生命觀念)提示:作為轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,體現(xiàn)了蛋白質(zhì)的運(yùn)輸功能?！舅仞B(yǎng)案例】研究發(fā)現(xiàn),在小腸絨毛的微絨毛面存在著兩種運(yùn)輸葡萄糖的載體——SGLT1和GLUT2,前者是主動運(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)運(yùn)蛋白,后者是協(xié)助擴(kuò)散的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白?？茖W(xué)家根據(jù)不同葡萄糖濃度下的運(yùn)輸速率繪制出如圖曲線,下列說法中不正確的是(

)A.細(xì)胞運(yùn)輸葡萄糖時,協(xié)助擴(kuò)散最高速率約為主動運(yùn)輸最高速率的3倍B.在較低濃度下,主動運(yùn)輸?shù)妮d體先達(dá)到飽和狀態(tài)C.小腸絨毛細(xì)胞對葡萄糖的兩種運(yùn)輸方式同時進(jìn)行D.在較高濃度下,細(xì)胞主要依賴主動運(yùn)輸來增大吸收速率【解題導(dǎo)引】(1)審題關(guān)鍵:“SGLT1——主動運(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)運(yùn)蛋白”“GLUT2——協(xié)助擴(kuò)散的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白”“橫坐標(biāo)——葡萄糖濃度”。(2)曲線關(guān)鍵:隨著葡萄糖濃度的變化,關(guān)注兩條曲線的變化趨勢差異?！窘馕觥窟xD。由圖可知,細(xì)胞運(yùn)輸葡萄糖時,協(xié)助擴(kuò)散最高速率是30左右,主動運(yùn)輸是10左右,故A正確;在較低濃度下主動運(yùn)輸先達(dá)到飽和狀態(tài),故B正確;小腸絨毛細(xì)胞對葡萄糖的兩種運(yùn)輸方式是同時進(jìn)行的,故C正確;在較高濃度下,細(xì)胞主要依賴協(xié)助擴(kuò)散來增大吸收速率,故D錯誤?！舅仞B(yǎng)·探究】——母題追問(1)生命觀念——物質(zhì)與能量觀小腸絨毛的微絨毛中有兩種運(yùn)輸葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的意義是什么?提示:總體來說提高對葡萄糖的吸收能力。既有協(xié)助擴(kuò)散的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,也有主動運(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)運(yùn)蛋白,可以在吸收葡萄糖的過程中盡可能減少能量消耗。(2)科學(xué)思維——推理與分析本題中兩種運(yùn)輸?shù)乃俣榷疾粫S著葡萄糖濃度的增加一直增加,兩種運(yùn)輸方式都有最大速度的原因完全相同嗎?為什么?提示:不完全相同。本題中協(xié)助擴(kuò)散的速度受限于轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的數(shù)量。主動運(yùn)輸?shù)乃俣炔粌H會受限于轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的數(shù)量,還會受限于能量供應(yīng)。【素養(yǎng)·遷移】1.將某活組織放入適宜的完全營養(yǎng)液中,置于適宜的條件下培養(yǎng)。培養(yǎng)液中甲、乙兩種離子的濃度保持相等且恒定,定期測得細(xì)胞中兩種離子的含量,得到如圖所示曲線。據(jù)圖分析下列敘述中正確的是(

)A.兩種離子均只能從低濃度的一側(cè)運(yùn)輸?shù)礁邼舛鹊囊粋?cè)B.該組織細(xì)胞運(yùn)輸離子甲的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白數(shù)量比運(yùn)輸離子乙的數(shù)量多C.該組織細(xì)胞吸收甲、乙兩種離子的方式分別是自由擴(kuò)散和主動運(yùn)輸D.圖中的兩條曲線不能體現(xiàn)細(xì)胞膜的選擇透過性【解析】選B。圖示顯示:初始階段,兩種離子在細(xì)胞內(nèi)的濃度均低于細(xì)胞外,隨著時間的推移,兩種離子在細(xì)胞內(nèi)的濃度逐漸升高并且高于細(xì)胞外濃度,說明兩種離子既可從高濃度的一側(cè)運(yùn)輸?shù)降蜐舛鹊囊粋?cè),也能從低濃度的一側(cè)運(yùn)輸?shù)礁邼舛鹊囊粋?cè),A錯誤;在相同的時間內(nèi),細(xì)胞內(nèi)的離子甲的濃度高于離子乙的濃度,說明該組織細(xì)胞運(yùn)輸離子甲的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白數(shù)量比運(yùn)輸離子乙的數(shù)量多,B正確;兩種離子可以從低濃度的一側(cè)運(yùn)輸?shù)礁邼舛鹊囊粋?cè),表明該組織細(xì)胞吸收甲、乙兩種離子的方式均為主動運(yùn)輸,C錯誤;綜上分析,圖中的兩條曲線能體現(xiàn)細(xì)胞膜的選擇透過性,D錯誤。2.小鼠細(xì)胞在濃度為100mmol·L-1和300mmol·L-1的物質(zhì)N溶液中,某時刻吸收物質(zhì)N的速率依次是10mmol·min-1和20mmol·min-1,下列相關(guān)敘述正確的是(

)A.持續(xù)增加物質(zhì)N的濃度,其進(jìn)入細(xì)胞的速率會持續(xù)增大B.增加氧氣的濃度,物質(zhì)N進(jìn)入細(xì)胞的速率會持續(xù)增大C.增加轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的數(shù)量,物質(zhì)N進(jìn)入細(xì)胞的速率會持續(xù)增大D.無法確定物質(zhì)N進(jìn)入細(xì)胞的方式【解析】選D。若小鼠細(xì)胞吸收物質(zhì)N的方式是協(xié)助擴(kuò)散或主動運(yùn)輸,則隨物質(zhì)N的濃度持續(xù)增加,吸收速率不會持續(xù)增大,A項(xiàng)錯誤;若細(xì)胞吸收物質(zhì)N的方式是自由擴(kuò)散或協(xié)助擴(kuò)散,則吸收速率與氧氣濃度無關(guān)