第4章 第2節(jié) 主動運輸與胞吞、胞吐-教學(xué)設(shè)計

教學(xué)設(shè)計課程基本信息課題第4章第2節(jié)主動運輸與胞吞、胞吐教學(xué)目標教學(xué)目標：1?闡明主動運輸?shù)倪^程、特點和意義。舉例說明胞吞和胞吐的過程。解釋細胞膜控制物質(zhì)運輸?shù)墓δ芘c細胞膜結(jié)構(gòu)的關(guān)系。教學(xué)重點：1?主動運輸?shù)倪^程和特點。2.胞吞、胞吐的過程。教學(xué)難點：1?主動運輸?shù)倪^程和特點。2.胞吞、胞吐的過程。教學(xué)過程時間教學(xué)環(huán)節(jié)主要師生活動課刖學(xué)瀏覽教材內(nèi)容。對所學(xué)內(nèi)容有一個簡單了解。

習(xí)任務(wù)1.主動運輸?shù)倪^程、特占八、、和意義復(fù)習(xí)引入：上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了一些小分子物質(zhì)和離子可以順濃度梯度以被動運輸?shù)姆绞竭M出細胞。比如水分子、氧氣分子可以通過自由擴散進入細胞，葡萄糖分子可以通過載體蛋白協(xié)助擴散進入細胞，K+、Na+可以通過通道蛋白協(xié)助擴散進入細胞。是不是物質(zhì)進出細胞都是順濃度梯度進行的呢？教材69頁的問題探討：任務(wù)1：閱讀教材提供的資料，探討甲狀腺上皮細胞吸收碘離子的方式人體甲狀腺分泌的甲狀腺激素，在生命活動中起著重要作用。碘是合成甲狀腺激素的重要原料。甲狀腺濾泡上皮細胞內(nèi)碘濃度比血液中的高20?25倍。甲狀腺濾泡上皮細胞吸收碘是通過被動運輸嗎？聯(lián)想逆水行舟的情形，甲狀腺濾泡上皮細胞吸收碘是否需要細胞提供能量？引導(dǎo)學(xué)生回答以上問題：1?這一定不是被動運輸。因為被被動運輸是順濃度梯度進行的，即物質(zhì)從濃度高的地方運輸?shù)綕舛鹊偷牡胤?。而甲狀腺濾泡細胞吸收碘離子是逆濃度梯度的。2?逆水行舟顯然需要消耗能量，甲狀腺濾泡上皮細胞逆濃度梯度吸收碘離子應(yīng)該也是需要細胞提供的能量的。3.逆濃度梯度運輸物質(zhì)的方式是普遍存在于細胞中的嗎？教師列舉逆濃度梯度運輸?shù)膶嵗盒∧c液中氨基酸、葡萄糖的濃度遠遠低于它們在小腸上皮細胞中的濃度，但它們?nèi)匀荒鼙恍∧c上皮細胞吸收；人紅細胞中K+的濃度比血漿高30倍；輪藻細胞中K+的濃度比周圍水環(huán)境高63倍；人神經(jīng)細胞未興奮時細胞外的Na+遠高于細胞內(nèi)。從這些例子中我們會發(fā)現(xiàn)物質(zhì)逆濃度梯度進出細胞的運輸方式是普遍存在的。任務(wù)2:觀察主動運輸示意圖，概括主動運輸?shù)倪^程。從圖中我們可以觀察到細胞運輸?shù)奈镔|(zhì)濃度，細胞內(nèi)高于細胞外，細胞膜上有運輸這種物質(zhì)的載體，它能將這種物質(zhì)逆濃度梯度運到了細胞內(nèi)，因此這一過程消耗了細胞化學(xué)反應(yīng)釋放的能量。載體是如何將物質(zhì)從低濃度一側(cè)運輸?shù)礁邼舛纫粋?cè)的呢？我們下面再來看看主動運輸過程的模擬動畫。在這個畫面中我們能看到細胞外的Na+濃度高于細胞內(nèi)，而細胞內(nèi)的K+濃度高于細胞外。那么細胞是如何逆濃度梯度轉(zhuǎn)運這兩種離子的呢？首先三個Na+與載體蛋白結(jié)合，然后細胞中的能量物質(zhì)ATP中的磷酸基團挾能量與載體蛋白結(jié)合，引起載體蛋白發(fā)生空間結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致Na+脫離載體蛋白被轉(zhuǎn)運到細胞外。同時2個K+與載體蛋白結(jié)合，磷酸基團從載體蛋白上脫離，引起載體蛋白空間結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致K+脫離載體蛋白被轉(zhuǎn)運到細胞外。在這個主動運輸?shù)睦又屑毎哪芰课镔|(zhì)ATP，推動載體蛋白空間結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致Na+和K+發(fā)生逆濃度梯度的跨膜轉(zhuǎn)運。人的神經(jīng)細胞需要依靠這樣的主動轉(zhuǎn)運過程來維持細胞內(nèi)外的Na+和K+濃度梯度以實現(xiàn)它們的細胞功能。教師概括主動運輸?shù)母拍睿褐鲃舆\輸：逆濃度梯度進行的跨膜運輸，需要載體蛋白的協(xié)助，同時還需要消耗細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)釋放的能量，這種方式叫作主動運輸。與主動運輸相同的是，協(xié)助擴撒也需要載體，那么這兩種運輸方式到底有哪些異同呢？任務(wù)3：比較協(xié)助擴散和主動運輸?shù)漠愅?，填寫學(xué)習(xí)任務(wù)單主動運輸?shù)倪^程：與協(xié)助擴散相同的是，H+、Na+等離子和其他物質(zhì)在逆濃度梯度跨膜運輸時，也要與膜上的載體蛋白的特定部位結(jié)合。并且這些載體只能運輸離子或小分子。與協(xié)助擴散不同的是，載體蛋白的空間結(jié)構(gòu)的變化需要細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)釋放的能量的推動。載體蛋白的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后就將它所結(jié)合的離子或分子從細胞膜一側(cè)轉(zhuǎn)運到另一側(cè)并釋放出來。從圖中我們還可以看到協(xié)助擴散和主動運輸轉(zhuǎn)運的物質(zhì)運輸方向不同。在協(xié)助擴散的過程中物質(zhì)是順濃度梯度運輸?shù)?，而主動運輸?shù)倪^程中物質(zhì)是逆濃度梯度運輸?shù)?。協(xié)助擴散主動運輸相同運輸物質(zhì)離子或小分子是否需要轉(zhuǎn)運蛋白需要轉(zhuǎn)運蛋白不同運輸方向順濃度梯度逆濃度梯度是否消耗細胞能量不消耗細胞能量消耗細胞能量我們回到本節(jié)課一開始提到的甲狀腺濾泡上皮細胞逆濃度梯度吸收I-的過程?？茖W(xué)家把這一過程畫成下面這樣的示意圖。從這張示意圖中我們可以看到運輸I-的載體也運輸Na+,在這個過程中不消耗細胞化學(xué)反應(yīng)釋放的能量。但是I-的運輸借助了Na+的濃度梯度勢能，而維持Na+細胞外高于細胞內(nèi)的濃度梯度，就需要消耗細胞化學(xué)反應(yīng)釋放的能量，把順濃度梯度運進來的Na+再逆濃度梯度運出去。因此，這樣看來甲狀腺濾泡上皮細胞吸收I-最終也要消耗細胞化學(xué)反應(yīng)釋放的能量，是主動運輸?shù)倪^程。這樣的例子還有不少，比如小腸上皮細胞吸收葡萄糖。所以說判斷某種離子或小分子是否以主動運輸?shù)姆绞竭M出細胞，需要確認細胞在這一轉(zhuǎn)運過程中是否消耗了能量。細胞不僅可以主動吸收生命活動所需的離子和小分子，還能通過主動運輸排出對身體有害的物質(zhì)。很多海生動物如海鷗，它們生活在海邊，以海水中的動物為食，它們吃了這些食物后體內(nèi)鹽濃度升高會危害正常的生命活動，幸運的是它們進化出鹽腺這樣的結(jié)構(gòu)，通過鹽腺細胞的主動運輸排出多余的鹽，以維持體內(nèi)細胞正常的生命活動。神奇的是，很多生活在海邊或鹽堿地的植物也發(fā)展出這樣的泌鹽能力。如桐花樹也可以通過鹽腺主動排出體內(nèi)過多的鹽分?？梢娭鲃舆\輸這種物質(zhì)轉(zhuǎn)運方式是生物能夠適應(yīng)多種多樣環(huán)境而生存下來的一個重要的細胞學(xué)基礎(chǔ)。主動運輸?shù)囊饬x：主動運輸普遍存在于動植物和微生物細胞中，通過主動運輸來選擇吸收所需要的物質(zhì)，排出代謝廢物和對細胞有害的物質(zhì)，從而保證細胞和個體生命活動的需求。注意：不同離子或分子的大小和性質(zhì)不同，所以不同轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)差別也很大，一種轉(zhuǎn)運蛋白通常只能運輸一種或一類離子或分子。H+載體模式圖磷酸鹽離子載體模式圖不同細胞的細胞膜上的轉(zhuǎn)運蛋白的種類和數(shù)量是不同的，因此對同一物質(zhì)的運輸能力也是不同的?？茖W(xué)家研究這些轉(zhuǎn)運蛋白的結(jié)構(gòu)有什么用呢？請大家看一下教材70頁“與社會的聯(lián)系”欄目中的內(nèi)容。

囊性纖維病的主要病因是患者肺部支氣管上皮細胞表面轉(zhuǎn)運Cl-的載體蛋白的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生異常。類似的疾病還有很多，解析這些轉(zhuǎn)運蛋白的結(jié)構(gòu)，將有助于找到治療疾病的辦法。2.胞吞和胞吐的過程任務(wù)4唾液腺細胞能分泌淀粉酶，胰島細胞能分泌胰島素。淀粉酶和胰島素能通過自由擴散、協(xié)助擴散或者主動運輸運出細胞嗎？請你根據(jù)細胞膜的結(jié)構(gòu)組成做出分析。淀粉酶和胰島素都是蛋白質(zhì)，是生物大分子，因此無法像h2o或C02分子這樣通過自由擴散穿過細胞膜的脂雙層。協(xié)助擴散和主動運輸都是通過細胞膜上的轉(zhuǎn)運蛋白的運輸方式，是用來運輸離子和小分子的，也無法轉(zhuǎn)運這些大分子。我們首先來回憶一下這些分泌蛋白的合成和運輸?shù)倪^程。淀粉酶和胰島素這些分泌蛋白首先由附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體合成，然后經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的加工后，通過包裹在囊泡中運輸?shù)郊毎じ浇詈竽遗菽ず图毎と诤线@些大分子就被分泌到細胞外了。這種大分子物質(zhì)排出細胞的過程叫作胞吐。細胞不僅能排出大分子，也可以吸收大分子。我們來看這張大分子進細胞的電鏡照片。首先是細胞膜發(fā)生內(nèi)陷把大分子包圍在這個“小坑”里，然后“小坑”的口逐漸縮緊，最后形成小囊泡脫離細胞膜進入細胞。這個過程被稱為胞吞。有的同學(xué)可能要問了，細胞外的大分子那么多，細胞怎么識別哪種大分子是自己需要運進細胞的呢？問的好，下面這些示意圖就是科學(xué)家們對此進行研究的結(jié)果。細胞膜上有能夠識別大分子的蛋白質(zhì)，比如圖上這個藍色分子，它可以和紫色的大分子顆粒相結(jié)合，然后這部分細胞膜就發(fā)生內(nèi)陷，形成小囊泡并且和細胞膜分離。這樣，細胞就通過胞吞吸收了它需要的大分子。所以胞吞的過程需要細胞膜上的蛋白質(zhì)對選擇吸收的大分子進行識別。并且小囊泡的形成

和移動需要消耗細胞呼吸釋放的能量。下面請大家再看兩個單細胞生物進行胞吞和胞吐的例子。變形蟲通過胞吞攝取單細胞生物等食物，經(jīng)過細胞內(nèi)消化后，剩下的廢物經(jīng)由胞吐排出細胞。痢疾內(nèi)變形蟲通過胞吐作用分泌蛋白分解酶，溶解人的腸壁組織，通過胞吞作用“吃掉”腸壁組織細胞，并引發(fā)阿米巴痢疾。這種病原體通過飲食傳播,這就提醒我們要注意飲食衛(wèi)生、培養(yǎng)良好的個人衛(wèi)生習(xí)慣來預(yù)防阿米巴痢疾等傳染性疾病。任務(wù)5：請同學(xué)們概括胞吞、胞吐這種跨膜運輸方式，并記錄在學(xué)習(xí)任務(wù)單上。細胞通過胞吞胞吐將大分子運入或運出細胞，這需要細胞膜上的蛋白質(zhì)參與并消耗細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量。在這個過程中細胞膜的內(nèi)陷和囊泡與細胞膜的融合都離不開磷脂雙分子層的流動性。任務(wù)6：請同學(xué)們嘗試以概念圖的方式將本章所學(xué)內(nèi)容總結(jié)在學(xué)習(xí)任務(wù)單上3.本-早小結(jié)畑「:原沫度柳覽，不耗能，栽屮或適迫（箱些海子、SJftK*1ft甜愴）3.本-早小結(jié)畑「:原沫度柳覽，不耗能，栽屮或適迫（箱些海子、SJftK*1ft甜愴）Itt糧度禪童"不粧逮，不需螫戟休耗能，常要映蚩白逆秋朋悌浚.耗能.嘩賽就怵（NaJK'-衣進：II細胞陽皿理廠水建出哺孔魴掬紅細胞的廉理一擅樹細惟吸水和失軌的呻理I細胞膻具勾我們知道細胞是一個開放的生命系統(tǒng)，隨時與外界進行物質(zhì)交換。細胞是怎樣保證吸收有用的物質(zhì)，排出有害的物質(zhì)呢？首先細胞膜磷脂雙分子層有阻隔作用，物質(zhì)不能隨意進出。只有一些不帶電荷的小分子如水，02、C02和甘油、乙醇等可以自由擴散的方式進出細胞。離子和較小的有機分子（如葡萄糖和氨基酸等）的跨膜運輸必須借助于轉(zhuǎn)運蛋白。一種轉(zhuǎn)運蛋白往往只適合轉(zhuǎn)運特定的物