2.3物質(zhì)進出細胞的運輸方式

（第2課時—被動運輸、主動運輸、胞吞和胞吐）01細胞質(zhì)膜對不同物質(zhì)的通透性不同

19世紀末，一位科學(xué)家將植物細胞放在高濃度的蔗糖溶液中，很快就在顯微鏡下觀察到了質(zhì)壁分離現(xiàn)象，而將蔗糖溶液換成乙醇后，卻觀察不到質(zhì)壁分離現(xiàn)象。他據(jù)此推理得出，乙醇能很快擴散進入細胞，導(dǎo)致細胞內(nèi)外濃度相等，因此觀察不到質(zhì)壁分離現(xiàn)象。后來，他又用含有不同物質(zhì)的濃溶液重復(fù)這一實驗，得出結(jié)論：細胞質(zhì)膜對不同物質(zhì)有不同的通透性。在研究了細胞質(zhì)膜對許多物質(zhì)（如水、尿素、甲脲、甘油）的通透性后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)脂溶性（用油/水分配系數(shù)表示，它反映物質(zhì)在油水兩相中的分配情況。系數(shù)越大，說明物質(zhì)越親油，即脂溶性強；系數(shù)越小，越親水，即水溶性強）越強的物質(zhì)，越容易通過細胞質(zhì)膜。氣體分子(如O2、CO2、N2)、相對分子質(zhì)量小的不帶電的極性分子(如尿素、乙醇)、脂溶性分子等容易通過細胞質(zhì)膜;離子(如Na+、K+)因與水的結(jié)合而脂溶性大大降低;相對分子質(zhì)量大的不帶電的極性分子(如葡萄糖)和各種帶電的極性分子都難以自由通過細胞質(zhì)膜。細胞質(zhì)膜對不同物質(zhì)的通透性不同選擇透過性生物膜的功能特性：像水分子這樣，物質(zhì)以擴散的方式進出細胞，不需要消耗細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量，這種物質(zhì)跨膜運輸方式被稱為被動運輸。一種物質(zhì)從相對高濃度區(qū)域移動到低濃度區(qū)域（順濃度梯度）的過程，稱為擴散。02被動運輸不需要細胞供能像水分子這樣，物質(zhì)以____________進出細胞，_________消耗細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的_____，這種物質(zhì)跨膜運輸方式稱為_____________。被動運輸分為______________和_______________兩類。擴散方式不需要能量被動運輸自由擴散協(xié)助擴散被動運輸分為自由擴散（簡單擴散）和協(xié)助擴散被動運輸不需要細胞供能當物質(zhì)通過細胞質(zhì)膜進出細胞時，會順著濃度梯度從高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)移動，像這樣的過程稱為簡單擴散或自由擴散。自由擴散（簡單擴散）運輸方向：高濃度低濃度單個分子跨膜運輸不需要細胞代謝供能實例：氣體分子；甘油、乙醇、苯等脂溶性物質(zhì)特點：影響自由擴散的因素：物質(zhì)的脂溶性、相對分子質(zhì)量大小、所帶電荷的種類和數(shù)量濃度差擴散速度自由擴散（簡單擴散）（趨勢）一些物質(zhì)借助于細胞質(zhì)膜上的通道蛋白，不需要細胞代謝供能，順濃度梯度進出細胞質(zhì)膜的被動運輸方式，屬于協(xié)助擴散。通道蛋白只容許與自身通道的直徑和形狀相適配、大小電荷相適宜的分子或離子通過。分子可離子通過通道蛋白時，不需要與通道結(jié)合。依賴通道蛋白的協(xié)助擴散水子進行細胞的方式為自由擴散和協(xié)助擴散（主要方式）鈉離子通道關(guān)閉（左圖）鈉離子通道開啟（右圖）協(xié)助擴散——通道蛋白被動運輸血管激素激素受體正常成年人每天產(chǎn)生的原尿約為180L，最終只有約1.5L的尿液排出。其他的水去哪了？被腎小管細胞吸收進入血液了。該過程需要水分子大量、快速通過細胞膜進入腎臟細胞，自由擴散的運輸速率遠不能滿足生命活動的需要，而協(xié)助擴散能提高水的轉(zhuǎn)運速率。被動運輸水分子很小，不帶電荷但具有極性，盡管能夠以自由擴散過膜，但是更多的是借助細胞膜上的水通道蛋白以協(xié)助擴散的方式進出細胞。被動運輸鉀離子通道模式圖20世紀80年代，科學(xué)家又從蠶豆保衛(wèi)細胞中檢測出K+的通道。1998年，美國科學(xué)家麥金農(nóng)（R.Mackinon）解析了K+通道蛋白的立體結(jié)構(gòu)。一些物質(zhì)依賴細胞質(zhì)膜上的載體蛋白進出細胞，也不需要細胞代謝供能，順濃度梯度通過細胞質(zhì)膜，這種被動運輸方式也屬于協(xié)助擴散。依賴載體蛋白的協(xié)助擴散（1）載體蛋白載體蛋白先與被運輸?shù)碾x子或分子結(jié)合，然后通過自身構(gòu)象的變化或移動完成物質(zhì)運輸（2）通道蛋白只容許與自身通道直徑和形狀相匹配、大小和電荷相適宜的分子或離子通過；不需要與分子或離子結(jié)合。載體蛋白通道蛋白轉(zhuǎn)運特點自身構(gòu)象是否與轉(zhuǎn)運的分子結(jié)合是否有特異性實例圖示只容許與自身結(jié)合部位相適應(yīng)的分子或離子通過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改變不改變不結(jié)合結(jié)合具有具有葡萄糖通過載體蛋白進入紅細胞水分子通過水通道蛋白進出細胞運輸方向：高濃度低濃度實例：

紅細胞吸收葡萄糖特點：需膜上載體蛋白或通道蛋白的協(xié)助，不需要能量影響協(xié)助擴散的因素：濃度差運輸速度濃度差和載體蛋白或通道蛋白數(shù)量協(xié)助擴散

在依賴載體蛋白的被動運輸中，載體蛋白具有高度的特異性，即載體蛋白上的結(jié)合位點只與某種或某類溶質(zhì)（如一種分子或離子）進行暫時性、可逆性的結(jié)合和分離，完成物質(zhì)的被動運輸。被動運輸將物質(zhì)順著濃度梯度從高濃度向低濃度方向運輸，其結(jié)果是促進細胞內(nèi)外物質(zhì)濃度趨同。人體甲狀腺分泌的甲狀腺激素，在生命活動中起著重要作用。碘是合成甲狀腺激素的重要原料。甲狀腺濾泡上皮細胞內(nèi)碘濃度比血液中的高20~25倍。討論1.甲狀腺濾泡上皮細胞吸收碘是通過被動運輸嗎？2.聯(lián)想逆水行舟的情形，甲狀腺濾泡上皮細胞吸收碘是否需要細胞提供能量？3.這在各種物質(zhì)的跨膜運輸中是特例還是有一定的普遍性？可以推斷：紅細胞主要吸收___主要排出___K+Na+Ca2+Cl-70.1743.2111Na+K+261501145紅細胞內(nèi)紅細胞外（血漿）人的紅細胞和血漿的各種離子濃度(mmol/l)如下：排出吸收排出吸收紅細胞之所以能保持細胞內(nèi)外離子濃度差恒定，是因為這些離子是____濃度梯度運輸逆03主動運輸需要細胞供能材料分析

胡蘿卜植株對磷酸鹽的吸收可以從低濃度到高濃度，為探究胡蘿卜對磷酸鹽的吸收是否需要能量，研究人員做了以下實驗：細胞完成逆濃度梯度運輸需要__________，______________提供能量，有氧呼吸的主要場所是________________。結(jié)論：能量有氧呼吸線粒體資料1：為探究細胞吸收磷酸鹽是否需要載體蛋白：①研究人員合成人工膜將其置于磷酸鹽溶液中，并提供能量，一段時間后發(fā)現(xiàn)實驗前后磷酸鹽濃度幾乎沒有發(fā)生改變。②隨后研究人員又在人工合成的脂雙層膜中鑲嵌入某種蛋白質(zhì)，將新合成的人工膜其置于磷酸鹽溶液中，并提供能量，一段時間后發(fā)現(xiàn)實驗前后磷酸鹽濃度降低了。材料分析細胞完成逆濃度梯度運輸需要載體蛋白結(jié)論：資料2：主動運輸需要細胞供能離子或小分子物質(zhì)逆濃度梯度進出細胞，不僅需要膜上載體蛋白的參與，還需要細胞代謝供能的物質(zhì)運輸方式，稱為主動運輸。主動運輸?shù)姆绞胶芏?，如依賴Na+-K+泵、Ca2+泵等載體蛋白進行的物質(zhì)轉(zhuǎn)運。Na+-K+泵是活細胞中由ATP（供能物質(zhì)）驅(qū)動的將Na+輸出細胞外，同時將K+輸入細胞內(nèi)的運輸泵，是維持細胞內(nèi)外K+和Na+濃度差的結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ)。(4)可重復(fù)利用。(3)轉(zhuǎn)運過程中

發(fā)生變化；(2)與

或

結(jié)合；載體蛋白的特點(1)具有

性；具有飽和性；特異被轉(zhuǎn)運的離子分子空間結(jié)構(gòu)（5）不同生物膜上載體蛋白的種類和數(shù)量不同運輸方向：低濃度向高濃度特點：依賴細胞質(zhì)膜上特定的載體蛋白，還需要細胞代謝供能實例：植物根尖細胞對無機鹽的吸收以主動運輸為主，人體攝入的食物經(jīng)消化形成葡萄糖、氨基酸后，通過主動運輸進入小腸絨毛上皮細胞影響主動運輸?shù)囊蛩兀何镔|(zhì)的濃度、載體蛋白的種類和數(shù)量、能量載體蛋白具有專一性

主動運輸需要細胞供能影響主動運輸速率的因素（1）載體蛋白的種類和數(shù)量（2）能量供應(yīng)(氧氣濃度、溫度等)下面幾幅坐標圖中所表示的分別是哪種物質(zhì)運輸方式？為什么？運輸速率濃度差能量（O2濃度）運輸速率濃度差（載體數(shù)量）運輸速率自由擴散協(xié)助擴散和主動運輸主動運輸

載體有專一性且數(shù)量有限,在協(xié)助擴散和主動運輸中,載體具有“飽和效應(yīng)”主動運輸?shù)囊饬x主動運輸能保證細胞按照生命活動的需要，主動地選擇吸收營養(yǎng)物質(zhì)，排出代謝廢物和對細胞有害的物質(zhì)。因此，主動運輸對于活細胞完成各項生命活動具有重要意義。主動運輸需要細胞供能吸收所需要的物質(zhì)排出對細胞有害的物質(zhì)下圖表示物質(zhì)跨膜運輸?shù)膸追N方式，其中屬于主動運輸?shù)氖牵ǎ〢、B、C、D、C04細胞的胞吞和胞吐胞吞、胞吐是在物質(zhì)跨膜運輸中普遍存在的現(xiàn)象。變形蟲吞噬草履蟲、白細胞吞噬病菌、胰島B細胞分泌胰島素、漿細胞分泌抗體、消化腺細胞分泌消化酶都是通過胞吞胞吐來進行跨膜運輸?shù)?。真核細胞一般通過胞吞和胞吐完成蛋白質(zhì)、多核苷酸、多糖等大分子以及部分顆粒性物質(zhì)的運輸。在運輸過程中，由膜構(gòu)成的囊泡包裹著各種物質(zhì)。胞吞和胞吐涉及細胞內(nèi)多種膜的破裂與融合，是一個需要細胞代謝供能的過程。胞吞胞吐吞噬是細胞以大囊泡內(nèi)吞較大固體顆粒的過程。固體顆粒主要是直徑大于1μm的復(fù)合物、微生物、細胞碎片。變形蟲通過吞噬過程攝取食物。胞飲是指細胞通過小囊泡將細胞周圍的微滴狀液體攝入細胞的過程。液滴的直徑一般小于1μm，其中常含有離子或小分子。胞吐一般是指細胞將要外排的大分子形成囊泡，囊泡移動到細胞質(zhì)膜處并與之結(jié)合，再將大分子排出細胞的過程。真核細胞的分泌物(如激素、黏液或消化酶)可儲存在細胞中特定的囊泡內(nèi)，當細胞受到相應(yīng)信號刺激時，這些囊泡與細胞質(zhì)膜融合并將內(nèi)含物釋放出去。例如，當人哭泣時，淚腺細胞就通過胞吐排出淚液（含有無機鹽、蛋白質(zhì)等）。特點：運輸對象一般為都

消耗細胞代謝所釋放的能量胞吞、胞吐過程中都會發(fā)生膜的彎曲、折疊、融合，這體現(xiàn)了生物膜

的特點。流動性大分子物質(zhì)需要囊泡與細胞質(zhì)膜融合并通過胞吐釋放內(nèi)含物后，會使質(zhì)膜表面積增加，而發(fā)生在質(zhì)膜其他區(qū)域的胞吞則會減少質(zhì)膜表面積，質(zhì)膜表面積的這種動態(tài)平衡過程對細胞質(zhì)膜成分的更新和細胞的生存與生長非常必要。不需要載體需要能量實例：吞噬細胞吞噬抗原等影響因素：細胞膜的流動性、溫度和能量等特點：實例：分泌蛋白的分泌，如胰島素、消化酶等胞吞細胞外細胞內(nèi)胞吐細胞外細胞內(nèi)膜具有一定流動性結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：胞吞與胞吐比較項目運輸方向載體蛋白能量實例小分子物質(zhì)被動運輸自由擴散（簡單擴散）高濃度→低濃度不需要不需要O2、CO2、甘油、水、乙醇、苯等協(xié)助擴散（易化擴散）高濃度→低濃度需要不需要水、葡萄糖進入紅細胞等主動運輸?shù)蜐舛取邼舛刃枰枰x子、葡萄糖進入小腸絨毛上皮細胞等大分子胞吞細胞外→細胞內(nèi)不需要需要白細胞吞噬細菌等胞吐細胞內(nèi)→細胞外不需要需要分泌蛋白等（1）要確定某種物質(zhì)的運輸方式，必須“三看”：一看是否為小分子物質(zhì)跨膜運輸；二看是否需要能量；三看是否需要轉(zhuǎn)運蛋白。根據(jù)分子大小大分子物質(zhì)小分子、離子運輸方向向外胞吐向內(nèi)胞呑是否需要能量需要主動運輸不需要被動運輸是否需要轉(zhuǎn)運蛋白需要協(xié)助擴散不需要自由擴散（2）根據(jù)運輸方向判斷：逆濃度梯度的跨膜運輸方式一定是主動運輸。（3）脂質(zhì)類物質(zhì)進出細胞的方式都是自由擴散。當堂檢測1、胞吞、胞吐過程與被動運輸過程，均需要細胞膜上蛋白質(zhì)的參與。（）2、胞吞、胞吐過程與主動運輸過程，均需要消耗能量。（）3、胞吞、胞吐的過程不需要膜上的蛋白質(zhì)的參與。（）4、大分子有機物要通過轉(zhuǎn)運蛋白的作用才能進入細胞內(nèi)，并且要消耗能量。（）5、胞吞和胞吐消耗的能量來自于線粒體。（）6、細胞內(nèi)的生物大分子(如胃蛋白酶)運出細胞的方式是

（)A、胞吐B、自由擴散C、協(xié)助擴散D、被動運輸A當堂檢測6、下圖為氨基酸和鈉離子進出腎小管上皮細胞的示意圖。下表選項中正確的是（）選項管腔中氨基酸上皮細胞管腔中鈉離子上皮細胞上皮細胞中氨基酸組織液A主動運輸被動運輸主動運輸B被動運輸被動運輸被動運輸C被動運輸主動運輸被動運輸D主動運輸被動運輸被動運輸D第一類：直接消耗ATP的主動運輸。通常稱為泵（ATP驅(qū)動泵）。①Na+-K+泵②H+泵ATP驅(qū)動泵既是載體同時也是催化ATP水解的酶。第二類：間接消耗ATP的主動運輸。如圖：小腸上皮細胞逆濃度吸收葡萄糖時，沒有直接消耗ATP，而是利用Na+濃度差的能量。但是Na+濃度差的建立