《主动运输与胞吞、胞吐》素养导学

第2节主动运输与胞吞、胞吐一、主动运输1.运输方向:从_______→_______。2.运输条件:(1)_________________。(2)需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。低浓度高浓度需要载体蛋白协助3.实例:小肠上皮细胞吸收葡萄糖。4.意义:保证活细胞能够___________________,主动选择吸收_____________,排出____________________________。按照生命活动的需要所需要的物质代谢废物和对细胞有害的物质【激疑】动物细胞吸收葡萄糖的方式一定相同吗?提示:不一定相同。小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式是主动运输,红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散。

二、胞吞与胞吐结合胞吞和胞吐的运输特点,判断下列说法的正误:1.大分子物质进出细胞的方式为胞吞、胞吐。 ()2.细胞胞吞的过程中要依赖细胞膜的流动性。 ()√√3.胞吞、胞吐过程主要依靠膜的变形,是不需要消耗能量的。()提示:胞吞、胞吐需要消耗能量。4.细胞在不断胞吞的过程中,细胞膜的面积会越来越小。()提示:生物膜之间是可以相互转化的,细胞膜的面积大小存在着动态平衡。××知识点一主动运输与胞吞、胞吐1.主动运输与胞吞、胞吐的比较:方式主动运输胞吞、胞吐运输方向低浓度→高浓度是否需要载体蛋白需要不需要能量消耗消耗方式主动运输胞吞、胞吐模型实例小肠吸收葡萄糖、无机盐等胞吐:分泌蛋白的分泌2.载体蛋白的特性:(1)专一性:一种载体蛋白在对细胞内外物质进行运输时只能对应地运送唯一的一种或性质非常相近的一类物质。(2)饱和性:细胞膜上的载体蛋白数量有限,在运输过程中当所有载体蛋白都已承担相应的运输任务时,运输的速度不再因其他条件而加快。【思考·讨论】细胞膜和细胞器膜吸收物质时都具有选择性,但因其功能不同,所选择吸收的物质不同,试结合膜的组成成分分析二者选择性差异的原因是什么。(科学思维)提示:蛋白质是生命活动的主要承担者,由于膜蛋白的差异导致选择性出现差异。

【素养案例】(2016·全国卷Ⅰ改编)已知线粒体能够合成一种高能物质ATP,该物质水解的过程中能为生命活动供能。离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白,能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子。下列叙述正确的是(

)A.离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散B.离子通过离子泵的跨膜运输是顺着浓度梯度进行的C.动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率D.加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率【解题导引】(1)审题关键:“ATP水解供能”“离子泵”“ATP水解酶活性”是题目的关键信息。(2)判断技巧:不耗能、不需要转运蛋白→自由扩散;不耗能、需要转运蛋白→协助扩散;耗能、需要载体蛋白→主动运输。

【解析】选C。本题主要考查物质进出细胞的方式。A项,由题干“具有ATP水解酶活性的载体蛋白”“能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子”可知,这种跨膜运输方式属于主动运输,故错误。B项,主动运输可以逆浓度梯度进行,故错误。C项,动物一氧化碳中毒后会使细胞呼吸受抑制,细胞产生的ATP减少,影响了载体蛋白对ATP的水解,降低了离子泵跨膜运输离子的速率,故正确。D项,加入蛋白质变性剂后,离子泵会变性从而失去转运离子的功能,降低了离子泵跨膜运输离子的速率,故错误。【素养·探究】——母题追问(1)生命观念——结构与功能观上题D项加入蛋白质变性剂后,会影响小肠上皮细胞吸收氨基酸吗?提示:小肠上皮细胞吸收氨基酸需要载体蛋白协助,加入蛋白质变性剂,会影响载体蛋白的功能,所以影响小肠上皮细胞吸收氨基酸。

(2)科学思维——演绎与推理限制了细胞内线粒体的功能之后,哪些跨膜运输会受到影响?为什么?提示:主动运输、胞吞、胞吐。因为这些跨膜运输是耗能的。【素养·迁移】如图表示胰岛B细胞对不同物质的运输情况,下列叙述与图中相符的是(

)

A.运输Ca2+的载体蛋白也可以运输其他金属离子B.K+通道结构改变可导致细胞无法吸收K+C.胰岛素的释放以细胞膜的选择透过性为基础D.葡萄糖都是通过图中的运输方式进入各种细胞【解析】选B。载体蛋白具有专一性,运输Ca2+的载体蛋白不能运输其他金属离子,A错误;K+通道是由膜上的蛋白质构成的,组成通道的蛋白质结构改变导致通道结构改变,进而导致细胞无法吸收K+,B正确;胰岛素是以胞吐的方式释放的,以细胞膜的流动性为基础,C错误;题图中的葡萄糖是以协助扩散的方式进入细胞,小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式是主动运输,D错误。【方法规律】判断物质出入细胞的方式的两种方法(1)根据分子的大小、是否需要能量和转运蛋白进行判断:(2)根据运输方向判断:顺浓度梯度的跨膜运输方式是自由扩散或协助扩散,逆浓度梯度的跨膜运输方式一定是主动运输。知识点二影响物质运输速率的因素1.浓度差:(1)由于自由扩散不需要转运蛋白和能量,所以物质运输速率与物质浓度成正比。(2)由于协助扩散和主动运输需要转运蛋白,所以当所有的转运蛋白都被利用了之后,物质的运输速率将达到最大(P点),此时限制物质运输速率的因素主要是转运蛋白的数量。(3)由于主动运输可以逆浓度梯度运输物质,所以当细胞内浓度大于细胞外浓度时,物质仍可以被吸收进入细胞。2.O2浓度:(1)甲图代表的物质运输方式为自由扩散或协助扩散。(2)乙图代表主动运输方式。①A点时,物质运输所需的能量由无氧呼吸提供;②AP段表明随着O2浓度的增加,有氧呼吸产生的能量增多,主动运输的速率增大。③P点以后,当O2浓度达到一定程度后,受转运蛋白数量等因素的限制,运输速率不再增加。3.温度:(1)从细胞膜的结构特点分析,温度会影响细胞膜的流动性进而影响物质运输速率。(2)从代谢的角度分析,高温或低温均会影响酶的活性,进而影响细胞的能量供应,影响物质运输速率。【思考·讨论】1.虽然主动运输可以逆浓度吸收生物所需要的物质,但是如果外界营养物质浓度太低对细胞正常的生命活动也会有影响。试举例进一步说明。(生命观念)提示:生物对营养物质有一个量的要求,如果相关的营养物质在外界太少,无论如何进行主动运输都不能满足生物的需求。例如:缺碘的山区,由于营养缺乏,该地区的人多患“大脖子病”。植物缺镁,叶片会变黄。

2.线粒体内膜含有一种蛋白质,H+可以顺浓度差通过这种蛋白质,该过程体现了该蛋白质的什么功能?(生命观念)提示:作为转运蛋白,体现了蛋白质的运输功能。【素养案例】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载体——SGLT1和GLUT2,前者是主动运输的转运蛋白,后者是协助扩散的转运蛋白。科学家根据不同葡萄糖浓度下的运输速率绘制出如图曲线,下列说法中不正确的是(

)A.细胞运输葡萄糖时,协助扩散最高速率约为主动运输最高速率的3倍B.在较低浓度下,主动运输的载体先达到饱和状态C.小肠绒毛细胞对葡萄糖的两种运输方式同时进行D.在较高浓度下,细胞主要依赖主动运输来增大吸收速率【解题导引】(1)审题关键:“SGLT1——主动运输的转运蛋白”“GLUT2——协助扩散的转运蛋白”“横坐标——葡萄糖浓度”。(2)曲线关键:随着葡萄糖浓度的变化,关注两条曲线的变化趋势差异。【解析】选D。由图可知,细胞运输葡萄糖时,协助扩散最高速率是30左右,主动运输是10左右,故A正确;在较低浓度下主动运输先达到饱和状态,故B正确;小肠绒毛细胞对葡萄糖的两种运输方式是同时进行的,故C正确;在较高浓度下,细胞主要依赖协助扩散来增大吸收速率,故D错误。【素养·探究】——母题追问(1)生命观念——物质与能量观小肠绒毛的微绒毛中有两种运输葡萄糖转运蛋白的意义是什么?提示:总体来说提高对葡萄糖的吸收能力。既有协助扩散的转运蛋白,也有主动运输的转运蛋白,可以在吸收葡萄糖的过程中尽可能减少能量消耗。(2)科学思维——推理与分析本题中两种运输的速度都不会随着葡萄糖浓度的增加一直增加,两种运输方式都有最大速度的原因完全相同吗?为什么?提示:不完全相同。本题中协助扩散的速度受限于转运蛋白的数量。主动运输的速度不仅会受限于转运蛋白的数量,还会受限于能量供应。【素养·迁移】1.将某活组织放入适宜的完全营养液中,置于适宜的条件下培养。培养液中甲、乙两种离子的浓度保持相等且恒定,定期测得细胞中两种离子的含量,得到如图所示曲线。据图分析下列叙述中正确的是(

)A.两种离子均只能从低浓度的一侧运输到高浓度的一侧B.该组织细胞运输离子甲的转运蛋白数量比运输离子乙的数量多C.该组织细胞吸收甲、乙两种离子的方式分别是自由扩散和主动运输D.图中的两条曲线不能体现细胞膜的选择透过性【解析】选B。图示显示:初始阶段,两种离子在细胞内的浓度均低于细胞外,随着时间的推移,两种离子在细胞内的浓度逐渐升高并且高于细胞外浓度,说明两种离子既可从高浓度的一侧运输到低浓度的一侧,也能从低浓度的一侧运输到高浓度的一侧,A错误;在相同的时间内,细胞内的离子甲的浓度高于离子乙的浓度,说明该组织细胞运输离子甲的转运蛋白数量比运输离子乙的数量多,B正确;两种离子可以从低浓度的一侧运输到高浓度的一侧,表明该组织细胞吸收甲、乙两种离子的方式均为主动运输,C错误;综上分析,图中的两条曲线能体现细胞膜的选择透过性,D错误。2.小鼠细胞在浓度为100mmol·L-1和300mmol·L-1的物质N溶液中,某时刻吸收物质N的速率依次是10mmol·min-1和20mmol·min-1,下列相关叙述正确的是(

)A.持续增加物质N的浓度,其进入细胞的速率会持续增大B.增加氧气的浓度,物质N进入细胞的速率会持续增大C.增加转运蛋白的数量,物质N进入细胞的速率会持续增大D.无法确定物质N进入细胞的方式【解析】选D。若小鼠细胞吸收物质N的方式是协助扩散或主动运输,则随物质N的浓度持续增加,吸收速率不会持续增大,A项错误;若细胞吸收物质N的方式是自由扩散或协助扩散,则吸收速率与氧气浓度无关