人教新课标高中生物必修一章节知识要点（物质跨膜运输的方式）.doc

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［教材优化全析］
要点提炼
物质跨膜运输，有的是顺浓度梯度的，如水、O2、CO2等，有的是逆浓度梯度的，如：Na+、Cl－、Ca2+等，而且细胞对于物质的输入和输出有选择性，这主要是因为细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。生物膜的这一特性对保证细胞正常代谢的进行非常有意义：它既能保障细胞对基本营养物质的摄取、代谢废物的排出和细胞内离子浓度的调节，又能使细胞内环境保持相对稳定。
一、自由扩散
由于分子运动而产生的物质迁移现象，即一种物质的分子从相对高浓度的区域移动到相对低浓度的区域，称为扩散，又称为自由扩散。
物质能否实现跨膜运输与物质的性质、颗粒大小及膜的选择透过性有关。生物膜的选择透过性能保证细胞正常生命活动的进行。
取少许高锰酸钾结晶，投入一杯清水中，高锰酸钾很快溶解而使水变为紫色。开始时紫色溶液只集中在高锰酸钾结晶的周围，然后逐渐扩展，最后高锰酸钾结晶完全溶解，水液也全部成为均匀的紫色溶液。这一过程就是自由扩散。
物质分子可以穿过细胞膜，在细胞内外之间进行自由扩散（如下图）。

自由扩散示意图
O2和CO2分子都可以穿过脂类双分子层而扩散。由于细胞呼吸之故，细胞内的O2浓度总是低于血浆或体液中的O2浓度，而CO2的浓度则高于血浆或体液中的CO2浓度，因而体液中的O2就向细胞内扩散，而细胞内的CO2则向血浆或体液扩散。保持或增加浓度梯度，有利于扩散的进行。血液在组织中循环，可经常保持血液和细胞之间的O2和CO2浓度梯度，因而有利于O2从血液中顺浓度梯度进入细胞和CO2从细胞中顺浓度梯度进入血液。
分子扩散的速度是与温度成正比的，温度越高，扩散速度越快。在同一温度下，由浓度来决定扩散方向与速度。
自由扩散的动力是物质由高浓度流向低浓度的倾向。例如CO2、O2、N2进出红细胞，取决于血液和肺泡中该气体的分压差。脂溶性的固醇类小分子激素（性激素、肾上腺皮质激素）以及酰胺类、甘油、乙醇等出入细胞是自由扩散。自由扩散的速度基本上取决于分子的大小和油溶度，分子越小，油溶度越大，扩散速度越快。浓度梯度越大，扩散速度越快。
分子过膜扩散的速度除取决于膜两侧的分子浓度外，还与分子的大小、溶解性和电性有关。例如，由于膜的基本结构是脂类双分子层，所以疏水性分子较易扩散，而亲水性分子和离子主要是通过膜上小孔进行扩散，这种小孔的直径小于1.0 nm，因此只有不大于1.0 nm的分子才能穿膜扩散。
全析提示
以自由扩散方式通过细胞膜的物质是：脂溶性小分子和不带电的极性小分子顺浓度梯度扩散通过细胞膜。例如：O2、CO2、H2O、甘油、脂肪酸、胆固醇、乙醇、苯等。
影响扩散速度的因素还有温度。
二、协助扩散
有些物质，如葡萄糖，通过自由扩散不易进入细胞，但它可与质膜上的载体（一种球蛋白）结合，由载体携带穿越质膜，这种跨膜运输的特点是顺浓度梯度并且必须由载体协助，这种扩散称为协助扩散（如下图）。

协助扩散示意图
要点提炼
协助扩散有两个特点：一是顺浓度梯度进行，二是需要载体协助。
自由扩散和协助扩散的动力都是浓度差，物质顺浓度梯度进出细胞，不需要消耗细胞代谢产生的能量。这样的扩散总称为物质的被动运输（passive transport）。
思考与讨论答案：（P72）
1.自由扩散和协助扩散不需要消耗能量，因为两者的动力是物质由高浓度流向低浓度的倾向，也就是浓度差。物质顺浓度梯度进出细胞，不需要消耗细胞代谢产生的能量。
2.两者共同点是都是物质顺浓度梯度的跨膜运输，都不需要能量；两者区别是自由扩散不需载体，协助扩散需要载体。也可列表区别如下：

顺浓度梯度
载体
能量
自由扩散
√
—
—
协助扩散
√
√
—
3.物质要通过自由扩散、协助扩散来实现跨膜运输，必须顺浓度梯度才能进行，否则不行。这样细胞就不能根据生命活动的需要吸收或者排出某些物质满足生命活动的需要。因此，这两种跨膜运输的方式统称为被动运输。
全析提示
被动运输不消耗细胞内的能量，相当于我们的水力发电，能节省细胞内的能源，意义重大。
三、主动运输
有些物质分子和离子，如氨基酸、葡萄糖、Na+、K+和Ca2+等离子，都不能自由地通过磷脂双分子层，它们从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫做主动运输（如下图）。

主动运输示意图
知识拓展：
全析提示
主动运输有三个特点：①物质从低浓度到高浓度。②需要载体蛋白。③消耗细胞内能量。
自由扩散和协助扩散都是物理过程，分子都是从高浓度区域移向低浓度区域，生物界中还存在着相反的过程，即物质从低浓度区域移向高浓度区域。有些海藻细胞中碘的浓度比周围海水高二百万倍，但碘仍继续向细胞内移动，这种逆浓度梯度的移动是通过主动运输过程实现的。主动运输过程有两个基本的特征：第一，需要载体；第二，需要消耗能量。因此，凡是影响能量供应的因素都会影响主动运输，如氰化物能抑制ATP的形成，因而能强烈地抑制主动运输。同一道理，凡是具有活跃运输能力的细胞都含有大量线粒体，以产生足够的ATP。多细胞动物的细胞都是处于液体环境之中的，它们细胞内K+的浓度大多高于细胞外液，而Na+的浓度大多低于细胞外液。这种离子浓度梯度的形成是由于质膜中存在着一种被称为Na+—K+泵的特殊主动运输系统之故。这种主动运输系统具有重大的生理意义，动物在静止时所消耗的能量有1／3就是用于进行离子主动运输的。
被动运输与主动运输的区别及主动运输的特点。
特别提醒：Na+、K+、Ca2+、I－等物质都是通过主动运输进行跨膜运输的，另外，植物根细胞对矿质元素的吸收，葡萄糖、氨基酸进入动物小肠绒毛上皮细胞都是通过主动运输进行的。
多数营养物质都是通过主动运输进入细胞的。
主动运输的意义：主动运输能保证生活细胞按照生命活动的需要，主动地选择并吸收营养物质，排出代谢产生的废物和对细胞有害的物质。可见，主动运输对于生活细胞完成各项生命活动具有重要意义。
四、胞吞和胞吐作用
某些大分子物质和颗粒性物质，是不能通过自由扩散、协助扩散或主动运输进出细胞的，而必须通过另外的方式——胞吞和胞吐两种方式进出细胞。
主动运输能够按照细胞生命活动的需要有选择地控制物质的出入。
1.胞吞作用
大分子物质和颗粒性物质主要通过内吞作用进入细胞。这些物质附着在细胞膜上，由细胞膜内陷形成小囊，这些物质就包围在小囊内。然后，小囊从细胞膜上分离下来形成小泡，并且进入细胞内部，这种现象叫做胞吞作用。（如下图）

细胞的胞吞作用
实例：变形虫吞噬食物颗粒就是典型例子（如下图所示）。

单细胞的变形虫正在吞噬食物颗粒
人体白细胞通过胞吞作用吞噬大量的病菌后，自己会死亡。
知识拓展：
在发生胞吞作用时，要吞噬的物质附着在细胞膜上，细胞膜内陷形成小泡，将生物大分子或颗粒物质包裹在其中，然后脱离细胞进入到细胞中。变形虫、草履虫等吞噬细菌或其他食物颗粒，人体内巨噬细胞吞噬侵入的细菌、细胞碎片以及衰老的红细胞等等都是通过胞吞作用来实现的。
2.胞吐作用
胞吞作用使一些不能穿过细胞膜的物质和食物颗粒、蛋白质大分子等进入细胞之中，形成食物泡并与溶酶体融合，吞入物消化。
与胞吞作用相反，有些物质在细胞膜内被一层膜所包围，形成小泡，小泡逐渐移到细胞表面，小泡膜与细胞膜融合在一起，并且向细胞外张开，使内含物质排出细胞外，这种现象叫做胞吐作用。细胞通过胞吐作用向外分泌物质。（如下图）

细胞的胞吐作用
例如：单细胞原生动物吞入食物被消化后，所余渣滓从细胞表面排出，胰腺细胞合成的酶原粒（蛋白质）从细胞表面排出等等都是通过胞吐作用实现的。
问题解答：（P72）
高等动物通过胞吐作用向外分泌物质，单细胞动物，通过胞吐作用排出食物残渣。
人体的白细胞吞噬入侵的细菌、细胞碎片及衰老的红细胞，这是细胞的胞吞作用。
被白细胞吞噬的细菌、细胞碎片及衰老的红细胞形成小泡，然后与白细胞内的溶酶体融合而被消化，有用的被白细胞利用，没用的又被排出细胞。这样能防止疾病的发生，又能维持人体内环境的稳态，对人体非常重要。
技能训练：
答案：
1.K+、Mg2+通过主动运输进入细胞。
2.Na+、Cl－通过主动运输排出细胞。
3.依据是：主动运输是逆浓度梯度而进行的。
要点提炼
胞吞作用是一些不能穿过细胞膜的物质、食物颗粒、大分子蛋白质进入细胞内的方式。

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