高中生物人教版 (新课标)必修1《分子与细胞》第四章 细胞的物质输入和输出综合与测试集体备课课件ppt

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一、主动运输1.运输方向:逆浓度梯度。2.基本条件(1)细胞膜上相应载体蛋白的协助。(2)消耗细胞内化学反应所释放的能量。3.实例:Na+、K+、Ca2+等离子和葡萄糖、氨基酸等在逆浓度跨膜运输时。4.生理意义:通过主动运输来选择吸收所需要的物质,排出代谢废物和对细胞有害的物质,保证细胞和个体生命活动的需要。
【微思考】 囊性纤维病是细胞中转运氯离子的载体蛋白异常,影响氯离子的转运所致,这一事例说明什么问题?答案 说明细胞膜对离子的吸收具有选择性,是通过细胞膜上载体蛋白的种类和数量来实现的。
预习反馈判断正误。(1)液泡中积累了大量离子,故液泡膜不具有选择透过性。( × )(2)主动运输使膜内外物质浓度趋于一致,维持了细胞的正常代谢。( × )(3)同一种物质进出不同细胞时,运输方式可能不同。( √ )(4)相对分子质量小的物质或离子都可以通过自由扩散进入细胞内。( × )(5)被动运输都是顺浓度梯度进行的,既不需要消耗能量,也不需要借助膜上的转运蛋白。( × )(6)主动运输都是逆浓度梯度进行的,既要消耗细胞内化学反应所产生的能量,也需要借助膜上的载体蛋白。( √ )
要点笔记 胞吞、胞吐也需要消耗细胞呼吸所释放的能量。
预习反馈判断正误。(1)胞吞和胞吐都需要消耗能量,也需要载体。( × )(2)胞吞和胞吐体现了膜的结构特性——流动性。( √ )(3)胞吐的物质一定是大分子物质。( × )(4)需要消耗ATP的运输方式都是主动运输。( × )(5)大分子有机物要通过载体蛋白的协助才能进入细胞内。( × )
构建模型是研究物质出入细胞的方式中常用的科学方法。下列各图是某小组同学所构建的模型及做出的相应说明。
1.同学甲说“图1说明该物质跨膜运输时会出现饱和现象”,你认为做出判断的原因是什么?答案 图1所示物质的运输方式需要转运蛋白,受转运蛋白数量的限制,会出现饱和现象。
2.同学乙说“图2、图3所示方式为主动运输”,你认为做出判断的原因是什么?答案 图2中当细胞外浓度低于细胞内浓度时,随时间的推移,细胞内浓度还在逐步增加,说明该物质可以从低浓度一侧进入高浓度一侧,故该物质进入细胞的方式是主动运输。图3中矿质离子的跨膜运输有两个特点:一是逆浓度梯度,二是消耗ATP,故应为主动运输。
3.同学丙说“图4说明该植物吸收K+不需要转运蛋白协助”,你认同他的判断吗?答案 不认同。图4中O2浓度影响植物的呼吸作用,从而影响能量的产生,从图中可以看出K+的吸收速率受O2浓度的影响,说明吸收K+需要消耗能量,O2浓度达到一定程度后,K+吸收速率不再随着O2浓度的增加而增加,说明该过程是主动运输,需要转运蛋白协助。
【归纳提升】1.被动运输与主动运输的比较
2.不同因素对物质跨膜运输影响的曲线模型影响物质跨膜运输的因素有多种。内部因素——载体蛋白的种类、数量。外部因素——物质的浓度、影响细胞呼吸强度的因素(如O2浓度、温度等)。(1)物质浓度差(在一定的范围内)
要点笔记 主动运输的能量来源主动运输所需的能源有三种类型,除了通过水解ATP获得能量(ATP驱动的泵)之外,还可以是协同运输中的离子梯度动力(ATP间接供能)以及光驱动的泵利用光能(多见于细菌)。
【探究应用】1.下图表示小肠绒毛上皮细胞中的细胞膜对不同物质的转运(转运的方向用箭头表明,黑点的数量代表每种物质的浓度),下列叙述正确的是(　　)A.a物质可能是O2,b物质可能是葡萄糖B.a物质可能是H2O,b物质可能是甘油C.a物质可能是胆固醇,b物质可能是O2D.a物质可能是葡萄糖,b物质可能是氨基酸
答案 A解析 a物质由高浓度到低浓度运输,不需要能量和转运蛋白,运输方式是自由扩散,因而a物质可能是O2;b物质由低浓度到高浓度,且需要载体蛋白和能量,运输方式是主动运输,因而b物质可能是葡萄糖或氨基酸。
2.科学家在研究细胞膜运输物质时发现有四种关系,分别用下图中四条曲线表示,在研究具体的物质X时,发现与曲线②④相符。则细胞膜运输物质X的方式是(　　)
A.自由扩散　　　　　　B.主动运输C.协助扩散D.胞吐
答案 B解析 分析跨膜运输的方式,主要应从影响跨膜运输的因素——转运蛋白和能量两方面考虑。曲线①说明运输速率与物质的浓度有关,不受其他因素的限制,应为自由扩散。曲线②表明在一定浓度范围内随物质浓度增加,运输速率加快,当达到一定程度后,运输速率不再增加(运输速率受到转运蛋白数量的限制),说明这种运输方式需要转运蛋白,不是自由扩散,而是协助扩散或主动运输。曲线③说明运输速率与O2浓度无关,不需要能量,说明这种运输方式不是主动运输,而是一种被动运输(自由扩散或协助扩散)。曲线④说明运输速率与O2浓度有关,整个过程是需要能量的,只能是主动运输。综合分析可知,运输物质X的方式是主动运输。
3.在顺浓度梯度的情况下,葡萄糖、氨基酸等分子可以进入细胞。当细胞外葡萄糖或氨基酸的浓度低于细胞内时,如果细胞需要,它们仍能进入细胞。关于此现象,下列叙述正确的是(　　)A.这说明葡萄糖、氨基酸等分子是通过主动运输进出细胞的B.这说明主动运输既能将物质从高浓度一侧运输到低浓度一侧,也可从低浓度一侧运输到高浓度一侧C.葡萄糖、氨基酸等分子顺浓度梯度进入细胞时不需要消耗细胞内化学反应所产生的能量,逆浓度梯度进入细胞时需要D.此现象表明葡萄糖、氨基酸等分子进出细胞与浓度无关,所以它们的运输方式应为被动运输
答案 C解析 根据题意,在顺浓度梯度的情况下,葡萄糖、氨基酸等分子可以进入细胞,当细胞外葡萄糖或氨基酸的浓度低于细胞内时,如果细胞需要,它们仍能进入细胞。这是因为葡萄糖、氨基酸等分子顺浓度梯度进入细胞时不需要细胞内化学反应所产生的能量,是协助扩散的方式;逆浓度梯度进入细胞时需要消耗能量,是主动运输过程,主动运输能根据细胞需要与否,主动选择性吸收所需要的物质。
4.研究发现,在小肠绒毛的微绒毛面存在着两种运输葡萄糖的转运蛋白——SGLT1和GLUT2,前者负责主动运输,后者负责协助扩散。科学家通过体外实验,将不同葡萄糖浓度下的运输速率绘制成了如下图所示的
曲线,下列说法中错误的是(　　)A.主动运输需要消耗能量B.在较低浓度下,主动运输的转运蛋白先达到饱和状态C.在较高浓度下,细胞主要依赖主动运输来增大吸收速率D.小肠绒毛细胞对葡萄糖的运输两种方式同时进行
答案 C解析 主动运输需要能量和细胞膜上的转运蛋白的协助,A项正确;分析题图可知,在较低浓度下,主动运输的转运蛋白先达到饱和状态,B项正确;在较高浓度下,GLUT2的运输速率较大,所以细胞主要依赖协助扩散来增大吸收速率,C项错误;由题图可知,小肠绒毛细胞对葡萄糖的吸收既有协助扩散也有主动运输,D项正确。
转运蛋白虽然能够帮助许多离子和小分子通过细胞膜,但是,对于像蛋白质和多糖这样的生物大分子的运输却无能为力。变形虫摄取水中的有机物颗粒,就需要解决大分子物质进入细胞的问题。乳腺细胞合成的蛋白质、内分泌腺分泌细胞合成的蛋白质类激素、消化腺细胞分泌的消化酶,都需要排出细胞外。其实,大部分细胞都能够摄入和排出特定的大分子物质。这些大分子是怎样进出细胞的呢?下图为变形虫的胞吞和胞吐示意图。
1.当细胞摄取大分子时,首先是大分子与膜上的蛋白质结合,从而引起这部分细胞膜内陷成小囊,包围着大分子。试推测“膜上的蛋白质”有什么作用?答案 膜上的蛋白质起识别作用,保证细胞需要的分子才能被细胞摄入。2.胞吞、胞吐过程的实现体现生物膜的什么特点?答案 胞吞、胞吐过程中膜的变形体现了膜的流动性。
3.【科学思维】 细胞在进行物质输入、输出时,不同的物质有不同的运输方式,这种现象与哪些因素有关?体现了细胞膜在功能上具有什么特点?答案 不同物质进出细胞有不同的运输方式,这与物质的分子特性、大小、浓度,特别是细胞膜上转运蛋白的种类和数量等有关。体现了细胞膜在功能上具有选择透过性的特点。例如,主动运输可以逆浓度梯度进行,完成被动运输不能完成的运输任务。胞吞、胞吐可以一次性吸收或释放大量大分子物质,或者完成吞噬细菌、病毒等复杂的生命活动。这些运输过程都依赖于细胞膜的结构,细胞通过被动运输、主动运输、胞吞、胞吐有选择地吸收或排出物质以维持细胞的正常代谢活动。
【归纳提升】1.胞吞、胞吐需要消耗能量,不需要转运蛋白。2.胞吞、胞吐的结构基础是生物膜的流动性。3.胞吞和胞吐过程中都存在膜的融合,膜的面积都会发生相应的变化。4.胞吞过程与细胞膜上糖蛋白的识别作用有关。
方法技巧 判断物质出入细胞的方法
【探究应用】1.受体介导的胞吞指细胞外的生物大分子与受体结合后,经胞吞进入细胞的过程,如下图所示。下列叙述正确的是(　　)A.胞吞对运输的物质具有选择性B.对生物大分子的胞吞需要转运蛋白的参与C.抑制细胞呼吸不会影响胞吞D.葡萄糖分子也可通过此方式通过生物膜
答案 A解析 分析题图可知,只有圆球形生物大分子可以与受体结合,被吞入细胞,故胞吞对运输的物质具有选择性,A项正确;对生物大分子进行胞吞后形成囊泡,不需要转运蛋白的参与,B项错误;胞吞需要消耗能量,故抑制细胞呼吸会影响胞吞,C项错误;葡萄糖分子可通过协助扩散或主动运输的方式通过生物膜,D项错误。