【公開課】+自由擴散和協(xié)助擴散（人教版2019必修1）

第4章細胞的物質(zhì)輸入和輸出第1節(jié)被動運輸?shù)?課時自由擴散和協(xié)助擴散情境激疑水分子的跨膜運輸會消耗能量嗎？

過去人們普遍認為水分子都是通過自由擴散進出細胞的，但是后來的研究證明水分子主要通過通道蛋白的協(xié)助進出細胞。

20世紀80年代中期，美國科學(xué)家彼得·阿格雷研究了不同的細胞膜蛋白，經(jīng)過反復(fù)研究，他發(fā)現(xiàn)一種被稱為水通道蛋白的細胞膜蛋白就是人們尋找已久的水通道。觀看視頻《通道蛋白與諾貝爾獎》素養(yǎng)目標1.運用結(jié)構(gòu)與功能觀,理解膜結(jié)構(gòu)與被動運輸相適應(yīng)。(生命觀念)2.利用物質(zhì)被動運輸?shù)南嚓P(guān)原理,對物質(zhì)出入細胞的方式進行推理和判斷。(科學(xué)思維)3.能夠利用物質(zhì)跨膜運輸原理,指導(dǎo)人類某些疾病的治療。(社會責(zé)任)學(xué)習(xí)任務(wù)自由擴散和協(xié)助擴散自主學(xué)習(xí)閱讀教材P66第一段后,完成相關(guān)問題:活動1：自由擴散新知學(xué)習(xí)過程1.概念:物質(zhì)通過簡單的_________進出細胞的方式。2.特點:___________運輸,不消耗能量,不需要膜上的蛋白質(zhì)。擴散作用順濃度梯度甘油、乙醇等分子為什么能以自由擴散的方式進出細胞?提示:因為甘油、乙醇等都是脂溶性物質(zhì),與磷脂分子有較強的親和力,容易通過磷脂雙分子層出入細胞。小組交流1.下列物質(zhì)中,以自由擴散方式通過細胞膜的是 (

)A.鈣離子 B.氨基酸C.二氧化碳 D.葡萄糖【解析】二氧化碳是氣體,以自由擴散的方式通過細胞膜,C正確;鈣離子、氨基酸、葡萄糖均以其他方式通過細胞膜,A、B、D錯誤。小題快練C2.脂溶性小分子物質(zhì)容易擴散進入細胞內(nèi),這是因為 (

)A.細胞膜以磷脂雙分子層為基本支架B.磷脂雙分子層內(nèi)不同程度地鑲嵌著蛋白質(zhì)C.細胞膜的結(jié)構(gòu)特點是具有流動性D.細胞膜是選擇透過性膜【解析】細胞膜的主要成分是磷脂,因此根據(jù)化學(xué)中的相似相溶原理可知,脂溶性的小分子物質(zhì)能以自由擴散的方式進入細胞內(nèi),是因為細胞膜以磷脂雙分子層為基本支架,B、C、D錯誤,A正確。A自主學(xué)習(xí)閱讀教材P66~67后四段文字及圖4-4,學(xué)生完成相關(guān)問題:活動2：協(xié)助擴散1.概念:借助膜上的_________進出細胞的物質(zhì)擴散方式。2.特點:___________運輸,不消耗能量,需要_________。轉(zhuǎn)運蛋白順濃度梯度轉(zhuǎn)運蛋白3.載體蛋白和通道蛋白的比較:類型通道蛋白載體蛋白不同點只容許與自身通道的_____和形狀相適配、大小和_____相適宜的分子或離子通過,被轉(zhuǎn)運物質(zhì)不需要與通道蛋白結(jié)合只容許與自身_________相適應(yīng)的分子或離子通過,每次轉(zhuǎn)運時,自身_____發(fā)生改變相同點①都屬于_________②在細胞膜上的位置都是貫穿磷脂雙分子層直徑電荷結(jié)合部位構(gòu)象轉(zhuǎn)運蛋白1.結(jié)合如圖,完成以下問題:Ⅰ.圖中字母代表的跨膜運輸方式:a._________,b._________,c._________。Ⅱ.圖中序號代表的轉(zhuǎn)運蛋白:①_________,②_________。小組交流協(xié)助擴散協(xié)助擴散自由擴散通道蛋白載體蛋白2.歸納:被動運輸?shù)念愋图皡^(qū)別:項目自由擴散協(xié)助擴散載體蛋白參與_________參與轉(zhuǎn)運方向___________是否需要轉(zhuǎn)運蛋白_______需要限制運輸速率的因素細胞內(nèi)外濃度差細胞內(nèi)外濃度差、_________的數(shù)量細胞內(nèi)外濃度差、_________的數(shù)量通道蛋白順濃度梯度不需要載體蛋白通道蛋白1.同種物質(zhì)在不同情況下的跨膜運輸方式一定相同嗎?舉例說明。提示:不一定。例如水分子有時是自由擴散,有時是協(xié)助擴散。2.鯊魚體內(nèi)能積累大量的鹽,鹽分過高時就要將多余的鹽分排出體外,推測其運輸方式可能為_________。3.從物質(zhì)運輸動力角度分析,為什么自由擴散和協(xié)助擴散都稱為被動運輸?提示:自由擴散和協(xié)助擴散的運輸動力都是物質(zhì)濃度差,即都是順濃度梯度進行的,不需要主動消耗能量,所以統(tǒng)稱為被動運輸。合作探究協(xié)助擴散1.人體組織細胞從組織液(組織細胞之間的液體)中吸收甘油的速率主要取決于 (

)A.細胞內(nèi)外甘油的濃度差B.細胞膜上甘油的數(shù)量C.細胞提供的能量多少D.細胞膜上的載體蛋白數(shù)量【解析】細胞吸收甘油的方式為自由擴散,不需要載體,也不需要能量。所以甘油吸收速率與甘油濃度成正比關(guān)系,即取決于細胞內(nèi)外甘油的濃度差,A正確,B、C、D錯誤。小題快練A2.如圖為物質(zhì)出入細胞的2種方式示意圖,請據(jù)圖回答([

]內(nèi)填序號):(1)物質(zhì)利用轉(zhuǎn)運蛋白出入細胞的運輸方式是[___]_________________。

【解析】物質(zhì)利用轉(zhuǎn)運蛋白出入細胞的運輸方式為協(xié)助擴散,即圖中①。(2)可能代表氧氣轉(zhuǎn)運方式的是圖中[____]_______________。

【解析】氧氣轉(zhuǎn)運方式為自由擴散,對應(yīng)圖中②。①協(xié)助擴散

②

自由擴散(3)①②兩種運輸方式合稱為_________________。

【解析】①②兩種運輸方式的特點是從高濃度到低濃度運輸,合稱為被動運輸。(4)從細胞膜的功能特性看,它是_______________膜。

【解析】細胞膜的功能特性是選擇透過性。被動運輸選擇透過性3.(情境應(yīng)用)無蛋白質(zhì)的人工脂雙層膜(相當于半透膜)對不同分子通透性的示意圖如下:(1)哪些分子能夠通過人工脂雙層膜?它們是順濃度梯度移動還是逆濃度梯度移動?提示:水分子、氧氣、甘油、苯等能通過人工脂雙層膜,它們都是順濃度梯度移動。(2)如果降低溫度,水分子通過人工脂雙層膜的速率是否發(fā)生變化?若是,如何變化?提示:是。降低溫度會使磷脂分子的運動減慢,會減緩水分子通過人工脂雙層膜的速率。(3)氨基酸不能通過無蛋白質(zhì)的人工脂雙層膜,卻能通過細胞膜,可能的原因是什么?提示:氨基酸的跨膜運輸需要轉(zhuǎn)運蛋白的參與,沒有蛋白質(zhì),氨基酸不能通過人工脂雙層膜。1.概念結(jié)論速判:物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞脚c物質(zhì)的特點和細胞膜的結(jié)構(gòu)有關(guān),判斷下列有關(guān)物質(zhì)跨膜運輸?shù)臄⑹龅恼`:①自由擴散吸收的物質(zhì)往往也是細胞需要的。 ()②性激素以自由擴散的方式通過細胞膜。 ()③載體蛋白和通道蛋白在轉(zhuǎn)運分子或離子時,其作用機制相同。 ()提示:作用機制不同,載體蛋白是與特定分子結(jié)合,通過自身構(gòu)象改變,將物質(zhì)從一側(cè)轉(zhuǎn)移到膜的另一側(cè)。而通道蛋白只容許與自身結(jié)合部位相適應(yīng)的分子或離子通過。④離子因為較小,通過自由擴散進出細胞。()提示:離子雖然小,但不一定通過自由擴散進出細胞,許多離子都是通過主動運輸進出細胞。五分鐘學(xué)情評價√√××2.腎小管上皮細胞膜上存在水通道蛋白,幫助水分子順濃度梯度進行跨膜運輸。這種重吸收水的方式是 (

)A.自由擴散 B.協(xié)助擴散C.主動運輸 D.滲透【解析】根據(jù)題目,水分子順濃度梯度借助水通道蛋白運輸,屬于協(xié)助擴散,B正確。B3.如圖所示為物質(zhì)跨膜運輸?shù)囊环N方式,下列相關(guān)敘述正確的是 (

)A.O2以該方式進入紅細胞B.該過程需要的蛋白質(zhì)為通道蛋白C.運輸該物質(zhì)的蛋白質(zhì)難以運輸其他物質(zhì)D.該過程的運輸方向是逆濃度梯度運輸【解析】O2的運輸方式為自由擴散,A錯誤;該過程是膜上的蛋白質(zhì)與特定分子結(jié)合,通過自身構(gòu)象改變,將物質(zhì)從一側(cè)轉(zhuǎn)移到膜的另一側(cè),此種蛋白質(zhì)為載體蛋白,B錯誤;載體蛋白有專一性的特點,故運輸該物質(zhì)的蛋白質(zhì)難以運輸其他物質(zhì),C正確;該運輸過程是順濃度梯度運輸,D錯誤。C4.(情境應(yīng)用·P68教材再開發(fā))1950年,科學(xué)家利用3H標記的水分子,測得細胞膜對水分子的透過性大于人工膜(脂雙層),據(jù)此推測細胞膜上存在有能使水分子快速通過的結(jié)構(gòu)。1988年,美國科學(xué)家阿格雷從紅細胞中分離出一種疏水性跨膜蛋白CHIP28,隨后通過實驗證明它是一種水通道蛋白。(1)跨膜蛋白