高中生物物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞剑ń贪福┤私贪姹匦?

1、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞浇虒W(xué)設(shè)計教學(xué)過程課前準(zhǔn)備（1）用于指導(dǎo)學(xué)生對比學(xué)習(xí)三種運(yùn)輸方式的表格。（2）自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散、主動運(yùn)輸、胞吞、胞吐五種跨膜運(yùn)輸方式的多媒體演示課件。（3）精選一些相關(guān)的習(xí)題，用于當(dāng)堂訓(xùn)練。情境創(chuàng)設(shè)前面我們講到生物膜是半透膜，有的分子可以通過而有的分子和離子則不能通過，下面我們看看圖431：圖431教師：首先大家仔細(xì)觀察，這張圖所反映的膜是不是生物膜？為什么？學(xué)生：不是生物膜，它只有磷脂雙分子層，中間沒有鑲嵌蛋白質(zhì)。教師：很好，觀察很準(zhǔn)確。這是人工合成的沒有蛋白質(zhì)的脂雙層膜。研究它的通透性。大家看什么分子能通過人工合成的脂雙層？什么分子不能通過人工合成的脂雙層？學(xué)生：氧氣、二

2、氧化碳、氮?dú)狻⑺刃》肿雍苋菀淄ㄟ^合成的脂雙層；苯、甘油、乙醇等脂溶性的分子也可以通過；氨基酸、葡萄糖等較大的有機(jī)分子和帶電荷的離子則不能通過合成的脂雙層。教師：很好，大家發(fā)現(xiàn)葡萄糖分子不能自由通過人工合成的無蛋白質(zhì)的脂雙層，但我們又知道細(xì)胞生命活動中是離不開葡萄糖的，細(xì)胞需要不斷補(bǔ)充葡萄糖以提供能量，也就是說葡萄糖肯定是可以通過細(xì)胞膜進(jìn)到細(xì)胞內(nèi)部的。那這又該如何解釋呢？學(xué)生：因?yàn)槿斯ぶp層中是沒有蛋白質(zhì)的，會不會是蛋白質(zhì)對葡萄糖等物質(zhì)的運(yùn)輸起了作用呢？教師：想得很好，大家看這個圖還能發(fā)現(xiàn)什么問題？學(xué)生：前面我們講了水稻、番茄會有選擇地吸收離子，而這個圖中顯示離子是不能通過脂雙層的，會不會離子

3、的吸收也與蛋白質(zhì)有關(guān)？教師：很好，大家開始具備一些分析問題的能力了。其實(shí)蛋白質(zhì)在物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸中起了十分重要的作用。那下面我們就一起來學(xué)習(xí)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞?。師生互?.小分子或離子的跨膜運(yùn)輸教師：這部分內(nèi)容不難，要求大家先進(jìn)行自學(xué)，首先大家看物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸有幾種方式？學(xué)生：兩大類三種：被動運(yùn)輸（自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散）和主動運(yùn)輸。教師：那這幾種方式有什么異同呢？我們?nèi)绾蝸韰^(qū)分它們？希望大家能通過自學(xué)總結(jié)出來。大家可以結(jié)合這個表格來總結(jié)：項(xiàng) 目自由擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散主動運(yùn)輸細(xì)胞膜兩側(cè)物質(zhì)濃度差是否需要載體蛋白是否消耗細(xì)胞內(nèi)的能量代表例子學(xué)生活動：閱讀課本按表格進(jìn)行總結(jié)。（約給學(xué)生十分鐘時間）在老師的引導(dǎo)

4、下完成表格。老師展示自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散和主動運(yùn)輸三種跨膜運(yùn)輸?shù)亩嗝襟w動畫。（動畫演示之前要交代清楚背景知識，如什么圖形代表什么物質(zhì)，哪邊是細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)，哪邊是細(xì)胞膜外側(cè)等，要注意引導(dǎo)學(xué)生有側(cè)重地觀察）請學(xué)生依次來填充表格：項(xiàng) 目自由擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散主動運(yùn)輸細(xì)胞膜兩側(cè)物質(zhì)濃度差由高濃度到低濃度由高濃度到低濃度由低濃度到高濃度是否需要載體蛋白不需要需要需要是否消耗細(xì)胞內(nèi)的能量不消耗不消耗需要消耗代表例子氧氣、水、二氧化碳、苯等通過細(xì)胞膜葡萄糖通過紅細(xì)胞膜葡萄糖、氨基酸通過小腸上皮細(xì)胞膜；離子通過細(xì)胞膜教師：自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散需要消耗能量嗎？為什么？學(xué)生：自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散都不需要消耗細(xì)胞代謝產(chǎn)生的能量。

5、因?yàn)槎叨际琼樜镔|(zhì)的濃度梯度進(jìn)行的。教師：自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散有什么異同？學(xué)生：自由擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的共同之處是都是順著物質(zhì)的濃度梯度進(jìn)行的，都不需要細(xì)胞消耗能量。不同之處是：前者不需要蛋白質(zhì)的協(xié)助，后者必須有蛋白質(zhì)的協(xié)助才能實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橛械鞍踪|(zhì)的協(xié)助，協(xié)助擴(kuò)散的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比自由擴(kuò)散快。教師：為什么自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散被稱為被動運(yùn)輸？學(xué)生：因?yàn)樽杂蓴U(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散都是順物質(zhì)的濃度梯度進(jìn)行的，不需要細(xì)胞消耗能量，所以統(tǒng)稱為被動運(yùn)輸。教師：主動運(yùn)輸與被動運(yùn)輸?shù)膮^(qū)別是什么？這對于細(xì)胞的生活有什么意義？學(xué)生：最大的區(qū)別是是否消耗能量。主動運(yùn)輸普遍存在于動植物和微生物細(xì)胞中，保證了活細(xì)胞能按照生命活動的需要，主動選

6、擇吸收所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，主動排出代謝廢物和對細(xì)胞有害的物質(zhì)。2.大分子的跨膜運(yùn)輸載體蛋白雖能幫助許多離子和小的分子通過細(xì)胞膜，但對于一些像蛋白質(zhì)這樣的大分子的運(yùn)輸是無能為力的，那這些特別大的分子是如何進(jìn)出細(xì)胞的呢？我們來回憶一下我們以前講的分泌蛋白是如何運(yùn)輸?shù)?。學(xué)生：通過高爾基體形成小囊泡將分泌蛋白包住，然后小囊泡移動到細(xì)胞膜處，與細(xì)胞膜融合，將蛋白質(zhì)分泌出去。教師：很好，其實(shí)大家已經(jīng)知道了大分子的蛋白質(zhì)是如何排出的，就是通過這種方式，叫做胞吐。那大家知道白細(xì)胞是如何吃掉病菌的嗎？學(xué)生：通過細(xì)胞膜內(nèi)陷形成小囊泡包住細(xì)菌，然后囊泡從細(xì)胞膜上脫離出來，在細(xì)胞內(nèi)殺死細(xì)菌。教師：對了，這其實(shí)也就是大分

7、子物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞膜的方式，叫胞吞。教師精講1.小分子或離子的跨膜運(yùn)輸（1）自由擴(kuò)散一滴藍(lán)墨水滴到清水中，很快就會分散到清水中，使清水呈現(xiàn)藍(lán)色，這就是擴(kuò)散。水分子和脂溶性的小分子物質(zhì)按照一般擴(kuò)散作用的原理從分子密度高的地方向分子密度低的地方運(yùn)動，能夠自由通過細(xì)胞膜，這種方式稱為自由擴(kuò)散。前面我們所講的滲透作用水分子的移動也就是自由擴(kuò)散。脂溶性小分子和不帶電的極性小分子順濃度梯度擴(kuò)散通過質(zhì)膜的過程，不需要特殊的膜裝置協(xié)助，也不直接消耗ATP，是自由擴(kuò)散，屬于被動運(yùn)輸。擴(kuò)散是有方向的，總是從高濃度向低濃度的方向發(fā)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。自由擴(kuò)散的動力是物質(zhì)由高濃度流向低濃度的傾向。例如CO2、O2、N2進(jìn)出紅細(xì)

8、胞，取決于血液和肺泡中該氣體的濃度差。脂溶性的甾類小分子激素（性激素、腎上腺皮質(zhì)激素）以及酰胺類、甘油、乙醇等出入細(xì)胞是自由擴(kuò)散。自由擴(kuò)散的速度基本上取決于分子的大小和油溶度，分子越小，油溶度越大，擴(kuò)散速度越快。還與分子的大小、溶解性和電性有關(guān)。例如，由于膜的基本結(jié)構(gòu)是脂類雙分子層，所以疏水性分子較易擴(kuò)散，而親水性分子和離子主要是通過膜上小孔進(jìn)行擴(kuò)散，這種小孔的直徑小于1.0 nm，因此只有不大于1.0 nm的分子才能穿膜擴(kuò)散。同種分子的擴(kuò)散速度取決于膜兩側(cè)的分子濃度差，濃度差越大，擴(kuò)散速度越快。用坐標(biāo)圖表示，如圖432。圖432（2）協(xié)助擴(kuò)散一些非脂溶性的物質(zhì)或水溶性強(qiáng)的物質(zhì)，依靠細(xì)胞膜上鑲

9、嵌在脂質(zhì)雙分子層中特殊蛋白質(zhì)的“幫助”，順著化學(xué)濃度梯度擴(kuò)散的過程。即將本來不能或極難進(jìn)行的跨膜擴(kuò)散變得容易進(jìn)行，所以叫做協(xié)助擴(kuò)散。協(xié)助擴(kuò)散也是順著濃度梯度擴(kuò)散，也不需要細(xì)胞提供代謝能量，但擴(kuò)散速度確遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由擴(kuò)散。其物質(zhì)的運(yùn)輸速度與其濃度差關(guān)系可用圖433的坐標(biāo)圖433圖表示。當(dāng)細(xì)胞外側(cè)濃度增加到一定的時候，運(yùn)輸速度不再增加，這是因?yàn)槭艿捷d體數(shù)量的限制。例如，存在于紅細(xì)胞膜中的葡萄糖透過體已經(jīng)分離純化出來，并已查明是一種相對分子質(zhì)量為45 000的蛋白質(zhì)。將這種透過體嵌入人工制造的脂雙層中，葡萄糖分子就能很快穿過脂雙層。大體來說，葡萄糖首先結(jié)合到這一透過體的表面，使透過體在構(gòu)象上發(fā)生變化，

10、出現(xiàn)通道，葡萄糖分子就可從這一通道進(jìn)入細(xì)胞之中。如圖434：圖434（3）主動運(yùn)輸主動運(yùn)輸指細(xì)胞通過本身的某種耗能過程，將某種物質(zhì)的分子或離子由膜的低濃度一側(cè)移向高濃度一側(cè)的過程。按照熱力學(xué)定律，溶液中的分子由低濃度區(qū)域向高濃度區(qū)域移動，就像舉起重物或推物體沿斜坡上移，或使電荷逆電場方向移動一樣，必須由外界供給能量。在膜的主動轉(zhuǎn)運(yùn)中，能量只能由膜或膜所屬的細(xì)胞來供給，這就是主動的含義。前述的單純擴(kuò)散和易化擴(kuò)散都屬于被動轉(zhuǎn)運(yùn)，其特點(diǎn)是在這樣的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，物質(zhì)分子只能作順濃度差，即由膜的高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)的凈移動，而它所通過的膜并未對該過程提供能量。被動轉(zhuǎn)運(yùn)時物質(zhì)移動所需的能量來自高濃度所

11、含的勢能（圖435示），因而不需要另外圖435供能。被動轉(zhuǎn)運(yùn)最終可能達(dá)到的平衡點(diǎn)是膜兩側(cè)該物質(zhì)的濃度差為零的情況；如果被動轉(zhuǎn)運(yùn)的是某種離子，則離子移動除受濃度差的影響外，還受當(dāng)時電場力的影響，亦即當(dāng)最終的平衡點(diǎn)達(dá)到時，膜兩側(cè)的電化學(xué)勢的差應(yīng)為零。主動轉(zhuǎn)運(yùn)與此不同，由于膜以某種方式提供了能量，物質(zhì)分子或離子可以逆濃度或逆電化學(xué)勢差而移動。體內(nèi)某種物質(zhì)分子或離子由膜的低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)移動，結(jié)果是高濃度一側(cè)濃度進(jìn)一步升高，而另一側(cè)該物質(zhì)愈來愈少，甚至可以全部被轉(zhuǎn)運(yùn)到另一側(cè)。如小腸上皮細(xì)胞吸收某些已消化的營養(yǎng)物；腎小管上皮細(xì)胞對小管液中某些“有用”物質(zhì)進(jìn)行重吸收，均屬此現(xiàn)象。由于此過程在熱力學(xué)上

12、為耗能過程，不可能在無供能的情況下自動進(jìn)行，因此如果在生物體內(nèi)出現(xiàn)這種情況，說明有主動的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)在進(jìn)行，必定伴隨了能源物質(zhì)（常常是ATP）的消耗。主動運(yùn)輸因要消耗能量，而能量的產(chǎn)生又與有氧呼吸的耗氧量有關(guān)，所以其運(yùn)輸速度與耗氧量有關(guān)，用坐標(biāo)圖表示為圖436。圖中出現(xiàn)一段平臺期同樣是因?yàn)檩d體的數(shù)量是有限的。圖4362.胞吞和胞吐一些大分子或物質(zhì)團(tuán)塊的轉(zhuǎn)運(yùn)，是通過胞吞作用和胞吐作用來實(shí)現(xiàn)的。胞吞：胞吞是指物質(zhì)通過細(xì)胞膜的運(yùn)動，從細(xì)胞外進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的過程。如果進(jìn)入的是固體物質(zhì)，稱為吞噬；如果是液態(tài)物質(zhì)，稱為吞飲。胞吞過程進(jìn)行時，首先是細(xì)胞膜“辨認(rèn)”環(huán)境中的某物質(zhì)。這一“辨認(rèn)”過程可能與細(xì)胞膜表面存在的特殊受體以及被吞物質(zhì)所帶的電荷和其表面的粗糙程度有關(guān)。接著是膜和該物質(zhì)接觸，引起膜的形態(tài)和機(jī)能的變化。接觸處的膜內(nèi)陷。其周圍的膜形成了突出的偽足并包圍該物質(zhì)，然后，偽足相互接觸并發(fā)生膜的融合和斷裂，于是異物和包圍它的一部分細(xì)胞膜一起內(nèi)陷而進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。在胞質(zhì)內(nèi)，吞噬物與溶酶體接觸后，兩膜融合成一體，溶酶體內(nèi)的水解酶即可將進(jìn)入的物質(zhì)進(jìn)行消化。吞噬現(xiàn)象見于中性粒細(xì)胞與巨噬細(xì)胞對細(xì)菌、異物、組織碎片等的吞噬；吞飲