2024年高中生物新教材同步必修第一册 第4章 第1节　第2课时　被动运输

第2课时被动运输[学习目标]1.阐明被动运输的原理和特点及影响因素。2.转运蛋白的种类和作用。1．被动运输的概念：物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。2．被动运输的类型eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(自由扩散：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，如：氧、二氧化碳、甘油、,乙醇、苯等,协助扩散：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，如：水分子、葡萄糖、,氨基酸等))3．转运蛋白：分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。名称载体蛋白通道蛋白图示转运对象与自身结合部位相适应的分子或离子与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子特点每次转运时都会发生自身构象的改变转运分子不需要与通道蛋白结合4.影响被动运输的因素(1)膜内外物质浓度梯度的大小。(2)某些物质的运输速率还与转运蛋白的数量有关。(3)温度变化会影响物质运输速率。判断正误(1)相对分子质量小的物质和离子都可以通过自由扩散进出细胞()(2)同种物质在不同情况下的运输方式可能不同()(3)温度变化会影响分子通过细胞膜的速率()答案(1)×(2)√(3)√解析(1)相对分子质量小的物质或离子的运输方式可能是自由扩散，也可能是协助扩散等其他方式。(2)如：水分子可以通过协助扩散和自由扩散进出细胞。情境导入成人每昼夜生成的原尿量可达180L，但每日排出的终尿量仅1.5L，可见原尿经过肾小管和集合管时，约有99%的水分被重吸收回血液。再从成分比较，终尿与原尿也有很大差别，例如，原尿含葡萄糖，终尿无。那么肾小管上皮细胞是如何对原尿中的物质进行重吸收的？任务一：探究气体和甘油等分子进出细胞的方式资料1：科研人员对同种物质在人工膜(只含有磷脂双分子层)和生物膜中的通透性做了比较，结果如图所示。1．请据图分析，气体和甘油是如何进出细胞的？提示人工膜和生物膜对气体和甘油的通透性相同，因此它们是通过扩散作用进出细胞的。2．甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？提示甘油、乙醇等都是脂溶性物质，与磷脂分子有较强的亲和力，容易通过磷脂双分子层进出细胞。任务二：探究水分子进出细胞的方式1．由“生物膜和人工膜对同种物质的通透性差异”的实验结果，推测水分子是如何通过细胞膜的？提示水分子通过细胞膜时的速率高于自由扩散的速率，由此推断细胞膜上可能存在特殊的水的跨膜运输方式。资料2：科学家阿格雷在红细胞膜上发现了一种疏水性跨膜蛋白AQP1。他将这种蛋白镶嵌在人工合成的脂质体上，并将镶嵌有AQP1的脂质体和普通脂质体同时放入蒸馏水中，每隔一段时间观察，结果如图所示。2．由上述实验结果，你能得出什么推论？提示疏水性跨膜蛋白AQP1能够加快水分子进入细胞的速率。任务三：探究葡萄糖进出细胞的方式资料3：人体血浆中的葡萄糖经肾小球滤过进入原尿后流经肾脏近曲小管，全部由位于管腔面的钠－葡萄糖共转运蛋白(SGLT)重吸收进入近曲小管上皮细胞，使得排出的尿液中不含葡萄糖。随后葡萄糖被位于肾脏近曲小管上皮细胞基底膜上的葡萄糖载体蛋白(GLUT)转运至组织液进而进入毛细血管，进入血浆的葡萄糖会被红细胞等吸收(注：ATP水解为ADP和Pi时放能)。1．载体蛋白(GLUT)将葡萄糖运出肾脏近曲小管上皮细胞时的运输特点是什么？提示顺浓度梯度运输、不消耗能量、需要载体蛋白的协助。2．如图表示人体成熟红细胞的部分结构和功能，葡萄糖进入红细胞时的运输特点是什么？提示顺浓度梯度运输、不消耗能量、需要载体蛋白的协助。被动运输的影响因素(1)自由扩散的影响因素：物质运输速率主要取决于膜内外物质浓度梯度的大小，也与物质分子大小和脂溶性有关。(如图A)(2)协助扩散的影响因素：除了膜内外物质浓度梯度的大小外，还与膜上转运蛋白的数量有关。当转运蛋白达到饱和时，物质浓度再增加，物质运输速率也不再增加。(如图B)(3)被动运输不消耗能量，所以物质运输速率和细胞能量供应无关。(如图C)1．(2022·广东中山一中高一期中)协助扩散需要细胞膜上载体蛋白或通道蛋白的协助。如图甲、乙分别表示载体介导和通道介导的两种协助扩散方式，其中通道介导的扩散速率比载体介导的快得多。下列有关叙述正确的是()A．该过程的运输速率与膜两侧浓度差完全呈正相关B．载体蛋白和通道蛋白均具有一定的特异性C．甲、乙两种方式均存在溶质分子与相应蛋白质的结合过程D．该过程需要消耗能量答案B解析协助扩散需要转运蛋白的协助，其运输速率既与膜两侧浓度差相关，又与转运蛋白的数量相关，因此并不是与膜两侧浓度差完全呈正相关，A错误；载体蛋白和通道蛋白均具有一定的特异性，B正确；载体蛋白在转运离子或分子时会与离子或分子结合，而离子或分子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合，C错误；该过程为协助扩散，协助扩散不需要消耗能量，D错误。2．(2023·福建泉州高一月考)肝细胞和细菌都能以协助扩散的方式吸收葡萄糖，其中细菌协助葡萄糖运输的载体蛋白为GLUT1，肝细胞协助葡萄糖运输的载体蛋白为GLUT2，其运输的速率和葡萄糖浓度的关系如图所示。下列推测错误的是()A．协助扩散可以降低细胞内外葡萄糖的浓度差B．a点与b点相比，制约葡萄糖转运速率的因素是GLUT1的数量C．c点与a点相比，c点葡萄糖转运速率低的原因可能是肝细胞GLUT2少D．载体蛋白的存在能显著提高细胞摄取葡萄糖的速率答案B解析协助扩散是将物质顺浓度梯度的运输，运输过程中，膜两侧的浓度差缩小，所以协助扩散可以降低细胞内外葡萄糖的浓度差，A正确；a点与b点相比，载体蛋白GLUT1的数量一样多，制约葡萄糖转运速率的主要因素是葡萄糖的浓度，B错误；c点与a点相比，两点葡萄糖浓度一样，因载体蛋白数量不同而运输速率不同，C正确；与无蛋白质的磷脂双分子层相比，有载体蛋白时运输速率明显加快，所以载体蛋白的存在能显著提高细胞摄取葡萄糖的速率，D正确。题组一自由扩散和协助扩散1．2019年诺贝尔生理学或医学奖授予了发现细胞感知和适应氧气变化机制的科学家。氧气进入细胞的方式是()A．主动运输 B．自由扩散C．协助扩散 D．渗透作用答案B解析氧气分子较小，可以穿过磷脂分子层的间隙，通过自由扩散的方式进入细胞，B正确。2．(2022·上海金山区高一期中)下列物质进出细胞的方式中，必须依赖于细胞膜上转运蛋白才能完成的是()A．O2进入肺泡细胞B．H2O进入根毛细胞C．葡萄糖进入红细胞D．酒精进入胃上皮细胞答案C解析O2、酒精进入细胞的方式是自由扩散，水进出细胞的方式可以是协助扩散，也可以是自由扩散，自由扩散不需要转运蛋白的协助，A、B、D错误；葡萄糖进入红细胞，属于协助扩散，需要转运蛋白的协助，C正确。3．下列关于被动运输的叙述，错误的是()A．包括自由扩散和协助扩散B．只能顺浓度梯度进行运输C．都不需要转运蛋白D．都不需要消耗能量答案C解析被动运输包括自由扩散和协助扩散，自由扩散不需要转运蛋白，不需要消耗能量；协助扩散需要转运蛋白，不需要消耗能量，C错误。4．下列与物质跨膜运输有关的叙述，错误的是()A．葡萄糖顺浓度梯度的跨膜运输需转运蛋白的协助B．乙醇和氧气进出细胞的跨膜运输方式相同C．温度对性激素通过生物膜无影响D．水跨膜运输的方式可以是自由扩散，也可以是协助扩散答案C解析温度影响膜的流动性，进而影响性激素通过生物膜的速率，C错误。题组二转运蛋白的种类和作用5．(2023·江苏盐城高一质检)如图表示被转运的溶质以协助扩散方式排出细胞的过程。下列有关分析错误的是()A．人体成熟红细胞以该方式吸收葡萄糖B．载体结合位点与被转运的溶质之间具有专一性C．载体蛋白构象发生改变的过程中需要消耗能量D．被转运的溶质从高浓度到低浓度，且具有载体饱和效应答案C解析题图表示被转运的溶质以协助扩散的方式排出细胞的过程，该过程不消耗能量，所以载体蛋白构象发生改变的过程中不需要消耗能量，C错误。6．(2022·辽宁朝阳高一期末)K＋可通过通道蛋白进出细胞，下列有关叙述错误的是()A．K＋通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合B．膜内外K＋浓度梯度的大小会影响K＋的运输速率C．K＋顺浓度梯度通过细胞膜的过程属于协助扩散D．水分子和Na＋也能借助该通道进出细胞答案D解析通道蛋白具有专一性，水分子和Na＋不能借助K＋通道蛋白进出细胞，D错误。题组三协助扩散运输速率的影响因素7．如图判断下列说法错误的是()A．由图甲可以判断物质的跨膜运输方式是自由扩散B．图甲中随着细胞外物质浓度的降低，运输速率会变慢C．图甲中表示自由扩散不需要转运蛋白的协助D．图乙说明协助扩散过程只受物质浓度差的影响答案D解析图乙表示自由扩散与物质浓度成正比例，D错误。8．(2023·北京大兴高一期末)维生素D属于脂质的一种，人体组织细胞吸收维生素D的量主要取决于()A．环境温度和氧气的含量B．细胞膜上维生素D含量及其转运蛋白数量C．细胞膜上维生素D转运蛋白的数量D．细胞外溶液与细胞质中维生素D的浓度差答案D解析维生素D属于脂溶性物质，以自由扩散的方式通过细胞膜，不消耗能量，不需要转运蛋白协助，其运输速率主要取决于膜两侧浓度差，故组织细胞吸收维生素D的量主要取决于细胞外溶液与细胞质中维生素D的浓度差，D正确。9．哺乳动物成熟红细胞的细胞膜含有丰富的水通道蛋白，硝酸银(AgNO3)可使水通道蛋白失去活性。下列叙述错误的是()A．经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会膨胀B．经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中不会变小C．未经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会迅速膨胀D．未经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中会迅速变小答案B解析经AgNO3处理的红细胞，水通道蛋白失去活性，但水可以通过自由扩散的形式进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会失水变小，A正确，B错误；未经AgNO3处理的红细胞，水可通过水通道蛋白快速进出细胞，也可通过自由扩散进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会迅速吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会迅速失水变小，C、D正确。10．(2023·山东潍坊一中高一期末)肝糖原的分解和合成对人体血糖的稳定具有重要意义。葡萄糖通过载体蛋白GLUT2以被动运输的方式进出肝细胞。下列说法错误的是()A．GLUT2对运输的物质具有高度选择性B．饥饿时，通过GLUT2将葡萄糖运出肝细胞消耗能量C．葡萄糖需与GLUT2结合才能被运进或者运出肝细胞D．葡萄糖的运输方向取决于浓度梯度而与GLUT2无关答案B解析GLUT2是一种载体蛋白，具有特异性，故GLUT2对运输的物质具有高度选择性，A正确；葡萄糖通过载体蛋白GLUT2以被动运输的方式进出肝细胞，故饥饿时，通过GLUT2将葡萄糖运出肝细胞不消耗能量，B错误；葡萄糖进出肝细胞是协助扩散，协助扩散的方向取决于物质浓度梯度，D正确。11．科学家阿格雷和麦金农分别研究发现了水通道蛋白和钾离子通道蛋白，因此共同荣获2003年诺贝尔化学奖。下列说法正确的是()A．磷脂双分子层内部是疏水的，故水分子都要通过水通道蛋白进出细胞B．甘油和酒精的运输与依靠通道蛋白的运输方式不同，需要消耗能量C．通道蛋白贯穿于细胞膜，分子或离子通过通道蛋白时需要与其结合D．人的肾脏中肾小管细胞水通道蛋白发达，与水分的重吸收直接相关答案D解析磷脂双分子层内部是疏水的，故水分子主要通过水通道蛋白进出细胞，也可通过自由扩散进出细胞，A错误；甘油和酒精的运输属于自由扩散，不需要消耗能量，B错误；分子或离子通过通道蛋白时不需要与其结合，C错误。12．(2023·江苏泰州高一月考)如图为植物光合作用同化物蔗糖在不同细胞间运输、转化过程的示意图。下列相关叙述正确的是()A．蔗糖的水解有利于蔗糖顺浓度梯度运输B．单糖逆浓度梯度转运至薄壁细胞C．能量生成抑制剂会直接抑制图中蔗糖的运输D．蔗糖可通过单糖转运载体转运至薄壁细胞答案A解析蔗糖分子通过胞间连丝进行运输，水解后形成单糖，通过单糖转运载体顺浓度梯度运输，速率加快，A正确；图示单糖通过单糖转运载体顺浓度梯度转运至薄壁细胞，B错误；图中蔗糖运输不消耗能量，单糖顺浓度梯度运输也不消耗能量，故能量生成抑制剂不会直接抑制图中蔗糖的运输，C错误；蔗糖属于二糖，不能通过单糖转运载体转运至薄壁细胞，D错误。13．(2023·河北邯郸高一检测)如图为两种不同扩散方式对应的速率与物质浓度的关系，下列相关叙述错误的是()A．蛋白质变性剂能够抑制协助扩散，但不会抑制自由扩散B．一定浓度范围内，协助扩散的运输速率高于自由扩散C．能介导物质X运输的蛋白也一定能介导物质X的类似物的运输D．同一物质可分别通过图示的两种方式进入细胞且均不需消耗能量答案C解析自由扩散不需要蛋白质(转运蛋白)介导，而协助扩散需要，故蛋白质变性剂不影响自由扩散，但会抑制协助扩散，A正确；据图可知，一定浓度范围内，协助扩散的运输速率比自由扩散快，B正确；转运蛋白具有专一性，能介导物质X运输的蛋白不一定能介导物质X的类似物的运输，C错误；水进入细胞的方式有自由扩散和协助扩散，均不需消耗能量，D正确。14．据图中曲线，回答下列问题：(1)图A表示的运输方式是________。其运输速率主要取决于_________________________________________________________________________________________________________。(2)图B表示的方式若是协助扩散，那么ab段的限制因素是_____________________________。bc段的限制因素是______________________________________________________________。(3)请在图C中画出被动运输的运输速率和细胞能量供应之间的关系曲线。答案(1)自由扩散细胞内外物质的浓度差(或细胞内外物质浓度梯度的大小)(2)细胞内外物质的浓度差转运蛋白的数量(3)如图所示15．研究发现，水分子存在两种跨膜运输机制：一种是自由扩散，另一种是通过水通道蛋白的协助扩散。某兴趣小组为探究肾小管上皮细胞的吸水方式，进行了如下实验。步骤相关操作①实验分组：甲组：肾小管上皮细胞＋生理盐水配制的HgCl2溶液；乙组：肾小管上皮细胞＋X②将甲、乙两组制成装片，______________，显微镜观察③统计一段时间内的细胞破裂数目注：Hg2＋能显著抑制水通道蛋白的活性。回答下列问题：(1)自由扩散与协助扩散的共同点有______________________________________________________________________________________________________________________(答出两点)。(2)该实验选择肾小管上皮细胞作为实验