Lecture notes 细胞膜的物质转运 【摘要】各种物质的跨膜转运的主要方式包括：单纯扩散、易化扩散、主动转运、出胞与入胞。单纯扩散是指脂溶性物质通过细胞膜由高浓度侧向低浓度侧扩散的过程。水溶性小分子或离子在特殊膜蛋白的帮助下，由细胞膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散的过程，称为易化扩散，易化扩散分两种：经载体易化扩散和经通道易化扩散。主动转运指细胞通过本身的耗能过程，将物质分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程，主动转运分两种：原发性主动转运和继发性主动转运。出胞是指细胞内大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程，入胞是指细胞外大分子物质或物质团块借助于与细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程。上皮转运是指分子或离子从上皮细胞一侧转运另一侧的过程。 常见的跨膜物质转运形式如下: （一）单纯扩散 单纯扩散（simple diffusion）是指脂溶性物质通过细胞膜由高浓度侧向低浓度侧扩散的过程。人体体液中的脂溶性物质（如氧气、二氧化碳、一氧化氮和甾体类激素等）可以单纯依靠浓度差进行跨细胞膜转运。 跨膜转运物质的多少以通量表示，其大小取决于两方面的因素： 1、细胞膜两侧该物质的浓度差； 2、该物质通过细胞膜的难易程度，即通透性（permeability）的大小。 水分子虽然是极性分子，但它的分子极小，又不带电荷，故膜对它是高度通透的。另外，水分子还可通过水通道跨膜转运。 （二）膜蛋白介导的跨膜转运 带电离子和分子量稍大的水溶性分子，其跨膜转运需要由膜蛋白的介导才能完成。根据转运方式不同，介导物质转运的膜蛋白可分为载体、通道、离子泵和转运体等。由它们介导的跨膜转运根据是否消耗能量又可分为被动转运(passive transport)和主动转运(active transport)两大类。 1．易化扩散水溶性小分子或离子（Na＋、K＋、Ca2＋等）在特殊膜蛋白的帮助下，由细胞膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散的过程，称为易化扩散(facilitated diffusion)。 （1）经载体易化扩散载体是一些贯穿脂质双层的整合蛋白，它与溶质的结合位点随构象的改变而交替暴露于膜的两侧。当它在溶质浓度高的一侧与溶质结合后，即引起膜蛋白质的构象变化，把物质转运到浓度低的另一侧，然后与物质分离。在转运中载体蛋白质并不消耗，可以反复使用。 许多重要的营养物质如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等都是以经载体易化扩散方式进行转运的。经载体易化扩散具有以下特性： ①结构特异性。 ②饱和现象。 ③竞争性抑制。 （2）经通道易化扩散溶液中的Na＋、K＋、Ca２＋、Cl-等带电离子，借助于镶嵌于膜上的通道蛋白质的介导，顺浓度梯度或电位梯度的跨膜扩散，称为经通道易化扩散。中介这一过程的膜蛋白称为离子通道(ion channel)。
细胞生物学章节习题-第五章 一、选择题 1、物质进入细胞的过程，需消耗能量，但不需要载体的一项是（C ）。 A. 根吸收矿质元素离子 B. 红细胞保钾排钠 C. 腺细胞分泌的酶排出细胞 D. 小肠对Ca、P的吸收 2、母鼠抗体从血液上皮细胞进入母乳，或者乳鼠的肠上皮细胞将抗体摄入体内，都涉及将胞吞和胞吐作用相结合。这种跨膜转运方式称为（B ）。 A. 吞噬作用 B. 跨细胞转运 C. 协同转运 D. 胞吞作用 3、既能执行主动运输，又能执行被动运输的膜转运蛋白是（A ）。 A. 载体蛋白 B. 通道蛋白 C. 孔蛋白 D. ABC转运蛋白 4、动物细胞对葡萄糖或氨基酸等有机物的吸收依靠（B ）。 A. 受体介导的胞吞作用 B. Na+-K+泵工作行程的Na+电化学梯度驱动 C. Na+-K+泵工作行程的K+电化学梯度驱动 D. H+-ATPase行程的H+电化学梯度驱动 5、有关动物细胞胞内体膜或溶酶体膜上的V型质子泵的描述，错误的是（B）。 A. V型质子泵利用ATP水解供能从细胞质基质中逆H+电化学梯度将H+泵入细胞器 B. V型质子泵利用ATP水解供能从细胞器中逆H+电化学梯度将H+泵入细胞质基质 C. V型质子泵可以维持细胞质基质pH中性 D. V型质子泵有利于维持胞内体或溶酶体的pH酸性 6、流感病毒进入细胞的方式为（C ）。 A. 吞噬作用 B. 胞膜窖蛋白依赖的胞吞作用 C.网格蛋白依赖的胞吞作用 D. 大型胞饮作用 7、表皮生长因子及其受体通过胞吞作用进入细胞后（D）。 A. 将通过夸细胞转运到细胞的另一侧发挥作用 B. 受体返回质膜，而表皮生长因子进入溶酶体降解 C. 表皮生长因子被活化，刺激细胞生长 D. 进入溶酶体被降解，从而导致细胞信号转导活性下降 8、一种带电荷的小分子物质，其胞外浓度比细胞内浓度高。那么，该物质进入细胞的可能方式为（A ）。 A. 被动运输 B. 简单扩散 C. 主动运输 D.以上都错 9、对P型泵描述正确的是（D ）。 A. 位于液泡膜上 B. 位于线粒体和叶绿体上
物质跨膜运输实例习题精选 1.观察在0.3 g/mL蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞，发现中央液泡逐渐变小，说明() A.细胞壁相当于一层半透膜 B.洋葱表皮细胞是活的 C.此时蔗糖溶液浓度小于细胞液浓度 D.细胞壁收缩导致中央液泡失水 2.利用紫色的洋葱外表皮细胞和不同浓度的蔗糖溶液，可以探究细胞质壁分离和复原。下列有关该实验的叙述正确的是() A.该实验只是观察了质壁分离和复原现象，没有设计对照实验 B.在逐渐发生质壁分离的过程中，细胞的吸水能力逐渐增强 C.将装片在酒精灯上加热后，再观察质壁分离现象 D.不同浓度蔗糖溶液下发生质壁分离的细胞，滴加蒸馏水后都能复原 3.假定将甲、乙两株植物的表皮细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中，两种溶液的浓度均比细胞液的浓度高。蔗糖分子不能透过膜，甘油分子可以较快地透过膜。在显微镜下连续观察，甲、乙两个细胞的变化是() A.甲、乙两个细胞发生质壁分离后，不发生质壁分离复原 B.甲、乙两个细胞发生质壁分离后，乙细胞随后发生质壁分离复原 C.甲、乙两个细胞发生质壁分离后，甲细胞随后发生质壁分离复原 D.甲、乙两个细胞发生质壁分离后，又都发生质壁分离复原 4.(2010·广州质检)为探究植物A能不能移植到甲地生长，某生物学研究性学习小组通过实验测定了植物A细胞液浓度，实验结果如下表。为保证植物A移植后能正常生存，甲地土壤溶液的浓度应() A. C.≥0.2 mol/L D.≥0.3 mol/L 5.污水净化中应用的超滤膜技术指的是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术。超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到将溶液净化、分离与浓缩的目的。下列说法中合理的是() A.超滤膜技术中使用的“滤膜”实质上是一种人造生物膜 B.超滤膜技术中使用的“滤膜”实质上是一种人造半透膜 C.超滤膜技术可以滤去污水中的各种污染物
物质跨膜转运主要有 3种途径：被动运输、主动运输、胞吞与胞吐作用（膜泡运输） 第一节膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输 一、脂双层的不透性和膜转运蛋白 细胞膜上存在2类主要的转运蛋白，即：载体蛋白（ carrier protein ）和通道蛋白（channel protein ）。 载体蛋白和通道蛋白识别转运物质的方式不同：载体蛋白只允许与其结合部位相适合的溶质分子通过，而且每次转运都发生自身构象的改变；通道蛋白主要根据溶质大小和电荷进行辨别，通道开放时，足够小和带适当电荷的溶质就能通过。 （一）载体蛋白及其功能 载体蛋白为多次跨膜蛋白，又称做载体（carrier ）、通透酶和转运器（transporter ），能够与 特定溶质结合，通过自身构象的变化，将与它结合的溶质转移到膜的另一侧。 载体蛋白既可以执行被动运输、也可执行主动运输的功能。 （二）通道蛋白及其功能 通道蛋白有3种类型：离子通道、孔蛋白、水孔蛋白（ AQP。只介导被动运输。 1. 选择性离子通道，具有如下显着特征： 离子选择性（相对的） 转运离子速率高没有饱和值大多数具门控性 分为：电压门通道、配体门通道、应力激活通道 电位门通道举例： 电位门通道（voltage gated channel ）是对细胞内或细胞外特异离子浓度发生变化时，或对 其他刺激引起膜电位变化时，致使其构象变化，“门”打开。 女口：神经肌肉接点由 Ach门控通道开放而出现终板电位时，这个电位改变可使相邻的肌细胞膜中存在的电位门 Na+通道和K+通道相继激活（即通道开放），引起肌细胞动作电位；动作电位传至肌质网，Ca2+通道打开引起Ca2+外流，弓I发肌肉收缩。 配体门通道举例一一乙酰胆碱门通道 N型乙酰胆碱受体是目前了解较多的一类配体门通道。它是由4种不同的亚单位组成的 5聚体， 总分子量约为 290kd。亚单位通过氢键等非共价键，形成一个结构为 a 23Y§的梅花状通道样结 构，其中的两个a亚单位是同两分子 Ach相结合的部位。 Ach （乙酰胆碱）门通道具有具有 3种状态：开启、关闭和失活。当受体的两个a亚单位结合Ach时，引起通道构象改变，通道瞬间开启，膜外Na+内流，膜内K+外流。使该处膜内外电位差接 近于0值，形成终板电位，然后引起肌细胞动作电位，肌肉收缩。 即使在结合 Ach时，Ach门通道也处于开启和关闭交替进行的状态，只不过开启的概率大一些（90%）。Ach释放后，瞬间即被乙酰胆碱酯酶水解，通道在约1毫秒内关闭。如果 Ach存在的时间 过长（约20毫秒后），则通道会处于失活状态。 应力激活通道（机械门通道） 细胞可以接受各种各样的机械力刺激，如摩擦力、压力、牵拉力、重力、剪切力等。细胞将机械刺激的信号转化为电化学信号最终引起细胞反应的过程称为机械信号转导 （mecha notran sduct ion ）。 内耳毛细胞顶部的听毛也是对牵拉力敏感的感受装置，听毛弯曲时，毛细胞会出现暂短的感受器电位。
高中生物题型分析---- 物质跨膜运输的方式 题型一、物质运输方式 一、考查形式 选择题或填空题 二、典型例题 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．该组织的细胞吸收甲、乙两种离子的方式分别是自由扩散和主动 运输 B．该组织细胞运输离子甲的载体蛋白数量比运输离子乙的数量多 C．两种离子均只能从低浓度的一侧运输到高浓度的一侧 D．曲线m～n段和a～b段表明两种离子浓度的升高抑制了细胞的吸收 答案 B 解析从图中可以看出，甲、乙曲线随时间的变化是：细胞内离子浓度超过细胞外离子浓度，因此对两者的吸收都是主动运输的方式，A项不正确；在相同的时间内，甲曲线表示的浓度高于乙曲线，说明甲离子的吸收速度快，主要原因是载体蛋白的数量相对较多，B项正确；可从图中直接得出：细胞内浓度无论大于或小于细胞外浓度，细胞均能吸收离子，C项不正确；D项中曲线m～n段和a～b段两种离子应该是处于平衡的状态，是由于载体蛋白数量有限引起的，而不是抑制了细胞的吸收，D项不正确。 2.如图为物质出入细胞的四种方式示意图，请据图回答： (1)图中A表示________方式，B表示________方式，C表示________方式，D表示________方式。 (2)K＋、O2和葡萄糖三种物质中，通过B方式进入红细胞的是________。 (3)与A方式相比，B方式的主要特点是需要借助________，该物质是在细胞内的________上合成的。 (4)胰岛B细胞分泌胰岛素是通过________方式进行的，该种运输方式也体现出细胞膜 ________________的特点。 (5)若在细胞中注入某种呼吸抑制剂，__________________方式将会受到较大影响。
细胞膜的物质转运功能 液态镶嵌模型学说——细胞膜是以液态的脂质双分子层为骨架，其中镶嵌着不同生理功能的蛋白质。 （一）单纯扩散 1.概念：脂溶性小分子物质由膜的高浓度区一侧向膜的低浓度区一侧顺浓度差跨膜的转运过程称为单纯扩散。 2.转运物质：除O2、CO2、NO、CO、N2等气体外，还有乙醇、类固醇类激素、尿素等。 3.特点： ① 顺浓度差，不耗能； ② 无需膜蛋白帮助； ③ 最终使转运物质在膜两侧的浓度差消失。 （二）易化扩散 是指某些非脂溶性或脂溶性较小的物质，在特殊蛋白的“帮助”下，由膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散的过程。 1.以载体蛋白为中介的易化扩散（载体转运）： ◇例子“血液中的葡萄糖和氨基酸进入到组织细胞” ◇特点： （1）载体蛋白质有结构特异性； （2）饱和现象； （3）竞争性抑制。
2.以通道为中介的易化扩散（通道转运）： 主要通过通道蛋白质（简称通道）进行的。其转运物质的能力受膜两侧电位差或化学物质的影响，故有电压门控通道和化学门控通道之分。 ◇特点： （1）相对特异性； （2）无饱和性； （3）有开放、失活、关闭不同状态。 ◇例子：Na+、K+、Ca2+等都经通道转运。 Na+通道阻断剂——河豚毒素 K+通道阻断剂——四乙铵 Ca2+通道阻断剂——异搏定 （三）主动转运 1.概念：主动转运是指细胞通过本身的耗能过程，在细胞膜上特殊蛋白质（泵）的协助下，将某些物质分子或离子经细胞膜逆浓度梯度或电位梯度转运的过程。 2.钠泵的本质 钠泵就是镶嵌于细胞膜上的Na+-K+依赖式ATP酶。 Na+-K+依赖式ATP酶（钠泵）
3.钠泵活动的生理意义： ①由钠泵形成的细胞内高K+和细胞外的高Na+，这是许多代谢反应进行的必需条件。 ②维持细胞正常的渗透压与形态。 ③它能建立起一种势能贮备。这种势能贮备是 可兴奋组织具有兴奋性的基础，这也是营养物质（如葡萄糖、氨基酸）逆浓度差跨膜转运的能量来源。 4.主动转运的类型 （1）原发性主动转运是指直接利用ATP的能量逆浓度差和电位差对离子进行的主动转运过程。 原发性主动转运是人体最重要的物质转运形式，除钠泵外，还有Ca2+泵（或称Ca2+-Mg2+依赖式ATP酶）、H+泵（质子泵）和碘泵等。 （2）继发性主动转运指物质逆浓度梯度转运所需的能量不是直接来自ATP，而是来自膜外的高势能。 如：“小肠吸收葡萄糖和氨基酸、肾小管重吸收葡萄糖和氨基酸为继发性主动转运” ※转运的都是小分子物质 （四）出胞和入胞 大分子物质或物质团块进出细胞的过程。
物质的跨膜运输 现象：cell 内外离子浓度差原因 取决于膜转运蛋白活性脂双层的疏水特征 膜转运蛋白 载体蛋白(通透酶)特性① 1、多次跨膜蛋白； 2、载体蛋白与特异的溶质结合后，通过自身构象的改变以实现物质的跨膜转运； 3、对底物具有高度选择性，通常只转运一种类型的分子； 4、转运过程具有类似于酶与底物作用的饱和动力学特征，可被底物类似物竞争性抑制，也可被抑制剂非竞争性抑制； 5、对pH 有依赖性 通道蛋白特性②通道蛋白通过形成亲水性通道实现对特异溶质的跨膜转运 类型 离子通道(ion channel)特性③ 1、对离子的选择取决于通道的直径，形状 及通道内带电氨基酸的分布； 2、具有极高的转运速率； 3、与载体蛋白不同，离子通道没有饱和性； 4、非连续性开放，而是门控的 孔蛋白(porin) 分布④存在于革兰氏阴性细菌的外膜以及线粒体和叶绿体的外膜上特性⑤ 孔蛋白选择性很低，能通过较大的分子 水孔蛋白(AQP)研究模型-血红细胞 结构特征⑥转运特点⑦ 对水分子特异通透性，同时能有效阻止质子的通过，这可能与Asn-Pro-Ala 肽段有关 小分子物质跨膜转运类型 简单扩散 以热自由运动能方式顺着电化学梯度或浓度梯度直接穿过脂双层 影响简单扩散溶质的通透性因素 分子大小极性与非极性电荷量 被动运输/协助扩散 在膜转运蛋白协助下，顺着电化学梯度或浓度梯度的扩散方式 例子 葡萄糖转运蛋白(GLUT)水孔蛋白 主动运输 由载体蛋白所介导的物质逆化学梯度或浓度梯度进行跨膜转运的方式 根据能量来源分 ATP 驱动泵⑧ 协同转运/偶联转运蛋白同向协同 小肠上皮细胞肾小管上皮细胞反向协同Na +/H +交换载体 光驱动泵 菌紫红质 载体蛋白 通道蛋白 参与运输的类型 协助扩散、主动运输 被动运输 在膜上状态 可移动，转运底物 固定 类型 多，根据不同底物有不同的类型 离子通道、孔蛋白、水孔通道 运输方式 通过自身构象改变实现物质跨膜运输 通过形成亲水通道实现对特异溶质的跨膜运输 运输方向 逆化学梯度或者度梯度运输 顺化学梯度或浓度梯度运输 耗能 消耗ATP 不消耗能量 饱和性 具有饱和动力学特性 没有饱和性 选择性 对底物高度选择性 离子通道有选择性；孔蛋白选择性较低；水孔蛋白只允许水分子通过 相同点 化学本质均为蛋白质、分布均在细胞的膜结构中、都有控制特定物质跨膜运输的功能 ①载体蛋白特性(通透酶)： 1、多次跨膜蛋白； 2、载体蛋白与特异的溶质结合后，通过自身构象的改变以实现物质的跨膜转运； 3、对底物具有高度选择性，通常只转运一种类型的分子；
第四章细胞的物质输出和输入 第3节物质跨膜运输的方式 一、教学目标 知识方面：说明物质进出细胞的方式；简述主动运输对细胞生命活动的意义。 能力方面：进行图表数据的解读。 情感态度价值观：强调积极主动思考。 二、教学重点、难点及解决方法 1、教学重点：物质进出细胞的方式。 解决方法： （1）介绍扩散现象，列举氧和二氧化碳进出细胞的现象，总结出自由扩散的概念。 （2）葡萄糖不能通过无蛋白质的脂双层，却能通过细胞膜，总结协助扩散的概念。 （3）列举逆浓度梯度跨膜运输现象，总结出主动运输的概念。 2、教学难点：主动运输 解决方法：通过列举逆浓度梯度跨膜运输的现象，播放相关的多媒体动画，讲清主动运输的概念及特点。 三、课时安排：1课时 四、教学方法：直观教学法、讲授法。 五、教具准备：课件 六、学生活动 指导学生，阅读教材，回答相关问题。 七、教学程序 [问题探讨]给学生呈现P70图，提出下列讨论题： 1、什么样的分子能够通过脂双层？什么样的分子不能通过？ 2、葡萄糖不能通过无蛋白质的脂双层，但是小肠上皮细胞能大量吸收葡萄糖，对此该如何解释？ 学生讨论后回答。 讲述 （一）小分子或离子的跨膜运输 1.物质顺浓度梯度的扩散进出细胞，这种扩散统称为被动运输。 类型：自由扩散，协助扩散 (1)自由扩散 往清水中滴一滴蓝墨水，清水很快变为蓝色，这就是扩散。物质通过简单的扩散作用进出细胞，叫做自由扩散。不需要载体蛋白，也不需要消耗能量，只能顺浓度梯度运输，如O2、CO2、甘油、乙醇等。 特点：（1）物质转移方向是高浓度到低浓度 （2）不需要载体蛋白的协助 （3）不需要消耗能量
(2)协助扩散 葡萄糖不能通过无蛋白质的脂双层，却能通过细胞膜，是因为镶嵌在膜上的一些特有的蛋白质，能协助葡萄糖等物质顺梯度跨膜运输，进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散，叫做协助扩散。不需要消耗能量。自由扩散和协助扩散统称为被动运输。 特点：（1）物质转移方向是高浓度到低浓度 （2）需要载体蛋白的协助 （3）不需要消耗能量 总结自由扩散，协助扩散的异同。 2.主动运输 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Na＋、K＋、Ca2＋的吸收。 特点：（1）物质转移方向是低浓度到高浓度 （2）需要载体蛋白的协助 （3）需要消耗能量
物质跨膜运输 一、结构基础：细胞膜的选择透过性 二、跨膜运输的实例：细胞的吸水和失水 原理：渗透作用。该作用必须具备两个条件： （1）具有半透膜；（2）膜两侧溶液存在浓度差。 渗透系统的组成：完整的渗透系统，由两个溶液体系（A和B）以及两者之间的半 透膜组成。当容易浓度A＞B时，水分通过半透膜从B流向A, 当容易浓度A＜B时， 水分通过半透膜从A流向B，当溶液浓度A=B时，渗透体系处于动态平衡状态。 易混易错： （1）发生渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子达到动态平衡，既不可看作没有 水分子移动也不可看做两侧溶液浓度相等。 （2）溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度； 1、动物细胞的吸水和失水：（以红细胞为例，动物细胞的细胞膜相当于半透膜） ①当细胞质浓度大于外界溶液浓度时，细胞质渗透压高于外界渗透压，细胞吸水膨 胀 ②当细胞质浓度等于外界溶液浓度时，细胞质渗透压等于外界渗透压，水分子进出 细胞处于动态平衡。 ③当细胞质浓度小于外界溶液浓度时，细胞质渗透压低于外界渗透压，细胞失水皱 缩 植物细胞的吸水和失水： 结构基础： （1）细胞液：成熟植物细胞的中央大液泡占据了细胞的大部分空间，将细胞质挤成一薄层，因此细胞内的液体环境主要指液泡的细胞液。 （2）原生质层：细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。相当于半透膜，具有选择透过性 （3）细胞壁的特性：全透性，伸缩性小 植物细胞的质壁分离和复原现象 ①当细胞液浓度小于外界溶液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象 ②当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原现象。
注意：如果质壁分离的细胞死亡，则不会发生质壁分离的复原。 实验探究： 材料选取：紫色洋葱鳞片叶（含有颜色为佳，也可选水绵细胞） 实验结果：质壁分离前，细胞呈现紫色，原生质层紧贴细胞壁；当加入蔗糖溶液后，液泡由大变小，颜色由浅变深，原生质层与细胞壁分离；对质壁分离的细胞加入清水后，液泡由小变大，颜色由深变浅，原生质层恢复原状。 思考：不含中央大液泡的植物细胞（如根尖分生区细胞、种子的胚细胞）能发生质壁分离的现象吗？ 不能，因为不含大液泡的植物细胞不会失去较多的水，因此不会发生质壁分离的现象 细胞对无机盐离子的吸收实例： 1、水稻吸收SiO 44-多，吸收Ca2+和Mg2+少，番茄吸收Ca2+和Mg2+较多，吸收SiO 4 4-较少， 说明不同植物对不同的无机盐离子吸收表现出较大的差异。 2、人体甲状腺滤泡上皮细胞中碘的含量明显高于血液中碘的含量。 3、不同微生物对无机盐离子吸收表现出很大的差异。 物质跨膜运输的特点： 1、物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的。 2、细胞对于物质的输入和输出有选择透过性。
《物质跨膜运输的方式》教学设计 长春一中孙露 一、教学理念和策略： 本节课教学采用教师主导，学生自主、合作和交流讨论相结合的方法，最后通过概念图进行课堂小结。基本思路可以确定为：展示现象→提出问题→合作讨论→教师解释→总结概念→举例说明。 1.采用自主学习的方式，让学生自学课本P70-71内容，回答课件上展示的三个问题； 2.通过学生分工合作，交流讨论，对比分析各种运输方式的异同点，学生寻找问题，教师进行解释，总结跨膜运输的类型、特点，举例说明主动运输的意义； 3.由生物膜和人工膜功能的比较，培养学生对结构和功能相适应的辨证观点的认识； 4.启发学生通过概念图的形式对本节内容进行课堂小结以及练习，达到加深印象，巩固知识点的目的。 二、学情分析： 学生已经具备了细胞膜的结构、水跨膜运输的实例的基础，掌握了蛋白质多样性的知识，为新知识的学习奠定了认知基础。同时，高中学生还具备了一定的认知能力，思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立。但还很不完善，对事物的探究有激情，但往往对探究的目的性及过程，结论的形成缺乏理性的思考，需要结合教师的正确引导 三、教学目标 1. 知识与技能 举例说出物质跨膜运输的特例； 说明物质进出细胞的类型、概念； 说出被动运输与主动运输的异同点； 简述主动运输对细胞生活的意义； 进行图表数据的解读。 2.方法与过程: 运用类比和对比的方法进行学习，抓住关键，掌握本质。 运用表格的方式进行总结，简洁明了。 运用画概念图进行总结。 3.情感态度与价值观：
本节情感态度与价值观的教学价值方面不太明显，主要强调积极参与讨论，主动思考，大胆回答问题，也可进行集体观念的教育等。 四、课型：新课 五、课时：1课时 六、教学重点和难点 1. 教学重点 物质进出细胞膜的方式 图表数据的解读 2.教学难点 主动运输 重点,难点化解(探求新知,质疑导学,课堂反馈): 七、教学过程： 导入：今天我们继续学习第四章细胞的物质输入和输出的内容。前面通过第一节《物质的跨膜运输的实例》的学习，我们知道了生物膜的功能特点是选择透过性；第二节《生物膜的流动镶嵌模型》我们又了解到生物膜的结构特点是具有一定的流动性。基于以上两个特点，那么物质又是以什么方式跨膜运输的呢？ 首先，我们先来看一个实验现象（墨水在水中的扩散现象）这个实验说明物质色素分子从相对含量多的一侧移动向相对含量少的一侧，这就是扩散作用。而物质在进出细胞时，也是由相对含量多的一侧移向相对含量少的一侧，也就是顺相对含量的梯度跨膜运输的方式就叫做被动运输。例如我们前面学过的水分子的跨膜运输。当然还有一些物质在进出细胞时是由相对含量少的一侧移向相对含量多的一侧，逆着相对含量的梯度跨膜运输，这叫做主动运输。此外也还有其它的运输方式。下面我们先来一同学习一下被动运输。 【探究被动运输】（学生阅读教材70页内容，并完成学案） 【思考】：自由扩散和协助扩散需要消耗能量吗？为什么？ 【小结】自由扩散与协助扩散所共有的特点是什么？不同点是什么？ 【拓展】（1）对于自由扩散的：物质运输速度主要取决于膜内外的浓度差，也与物质分子大小和脂溶性有关。 （2）对于协助扩散：除了膜两侧的浓度差外，还与膜上载体的种类和数目有关。 【探究主动运输】（学生阅读教材71页内容，并完成学案）
影响物质跨膜运输的因素及曲线分析物质跨膜运输的方式有自由扩散、协助扩散和主动运输，因其特点各异，所以相应的影响因素和曲线就各有不同。 一、影响跨膜运输的因素 1、自由扩散的因素：细胞膜内外物质的浓度差。 2、影响协助扩散的因素：（1）细胞膜内外物质的浓度差；（2）细胞膜上相应载体的数量。 3、影响主动运输的因素：（1）载体的种类和数量；（2）能量。 二、影响物质运输速率的曲线分析 1、浓度（在一定范围内）对运输速率的影响曲线： （1）自由扩散的运输方向是由高浓度一侧到低浓度一侧，其动力是两侧溶液的浓度差，在一定浓度范围内，随物质浓度的增大，其运输速率越大。 （2）协助扩散或主动运输的共同特点是都需要载体协助，在物质浓度较低时，随物质浓度的增大，运输速率也逐渐增大，到达一定物质浓度时，由于受膜上载体数量的限制，运输速率不再随浓度增大而增大。 协助扩散或主动运输 2、氧气浓度对物质运输速率的影响曲线： （1）自由扩散和协助扩散统称为被动运输，其运输方向都是从高浓度一侧到低浓度一侧，其运输的动力都是浓度差，不需要能量，因此与氧气浓度无关，运输速率不随氧气浓度增大而改变。 （2）主动运输方式既需要载体协助又需要消耗能量，在氧气浓度为零时，通过细胞无氧呼吸供能，但无氧呼吸产生能量较少，所以运输速率较低，在一定范围内随氧气浓度升高，
有氧呼吸加强，产生的能量逐渐增多，所以运输速率不断加快，当氧气浓度足够高时，能量供应充足，但由于受到载体数量的限制，运输速率不再随氧气浓度增大而加快。 三、几点说明 1、要确定某种物质的运输方式，必须抓三个关键： （1）分析被运输的物质是否通过细胞膜； （2）明确被运输物质微粒的性质（大分子、小分子、离子）； （3）分析物质通过细胞膜的转运方向（高浓度到低浓度，低浓度到高浓度），是否需要载体协助，是否需要消耗能量。 2、在一定浓度范围内，协助扩散或主动运输速率不再随物质浓度的增大而加快，主要是因为细胞膜上运输该物质的载体蛋白的数量有限，主动运输还可能受细胞能量供应的限制。 3、氧气浓度是通过影响细胞呼吸产生能量的多少来影响主动运输速率的。 例题1、科学家在研究细胞膜运输物质时发现有下列四种关系，分别用下图中四条曲线表示，在研究具体的物质X时，发现与曲线②和④相符。则细胞膜运输物质X的方式是（） A.自由扩散 B.主动运输 C.协助扩散 D.胞吐 解析：分析跨膜运输的方式，主要应从影响跨膜运输的因素入手，尤其东载体蛋白和能量两方面考虑。曲线①说明运输速率与物质浓度呈正相关，不受其他因素的限制，应为自由扩散。因为氧气浓度的高低影响细胞呼吸，进而影响能量的供应，而主动运输需要消耗能量，曲线③说明运输速率与氧气浓度无关，说明这种方式不是主动运输，而是一种被动运输的方式。曲线②在一定范围内随物质浓度升高运输速率加快，当达到一定程度后，由于受到载体数量的限制，运输速率不再增加，而保持稳定，说明这种运输需要载体，不是自由扩散，可能是协助扩散或主动运输。曲线④说明运输速率与氧气浓度有关，说明这个过程是需要能量的，只能是主动运输。综合分析，运输物质X的方式是主动运输。 例题2、物质进入细胞都要穿过细胞膜，不同物质穿过细胞膜的方式不同，下列各图表示在一定范围内细胞膜外物质进入细胞膜内的三种不同情况。回答下列问题：运 输 速 率 O 氧气浓度 主动运输
第五章物质的跨膜运输 物质跨膜转运主要有3种途径：被动运输、主动运输、胞吞与胞吐作用（膜泡运输）。 第一节膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输 一、脂双层的不透性和膜转运蛋白 细胞膜上存在2类主要的转运蛋白，即：载体蛋白（carrier protein）和通道蛋白（channel protein）。 载体蛋白和通道蛋白识别转运物质的方式不同：载体蛋白只允许与其结合部位相适合的溶质分子通过，而且每次转运都发生自身构象的改变；通道蛋白主要根据溶质大小和电荷进行辨别，通道开放时，足够小和带适当电荷的溶质就能通过。 （一）载体蛋白及其功能 载体蛋白为多次跨膜蛋白，又称做载体（carrier）、通透酶和转运器（transporter），能够与特定溶质结合，通过自身构象的变化，将与它结合的溶质转移到膜的另一侧。 载体蛋白既可以执行被动运输、也可执行主动运输的功能。 （二）通道蛋白及其功能 通道蛋白有3种类型：离子通道、孔蛋白、水孔蛋白（AQP）。 只介导被动运输。 1. 选择性离子通道，具有如下显著特征： 离子选择性（相对的） 转运离子速率高没有饱和值 大多数具门控性 分为：电压门通道、配体门通道、应力激活通道 电位门通道举例： 电位门通道（voltage gated channel）是对细胞内或细胞外特异离子浓度发生变化时，或对其他刺激引起膜电位变化时，致使其构象变化，“门”打开。 如：神经肌肉接点由Ach门控通道开放而出现终板电位时，这个电位改变可使相邻的肌细胞膜中存在的电位门Na+通道和K+通道相继激活（即通道开放），引起肌细胞动作电位；动作电位传至肌质网，Ca2+通道打开引起Ca2+外流，引发肌肉收缩。 配体门通道举例——乙酰胆碱门通道 N型乙酰胆碱受体是目前了解较多的一类配体门通道。它是由4种不同的亚单位组成的5聚体，总分子量约为290kd。亚单位通过氢键等非共价键，形成一个结构为α2βγδ的梅花状通道样结构，其中的两个α亚单位是同两分子Ach相结合的部位。 Ach（乙酰胆碱）门通道具有具有3种状态：开启、关闭和失活。当受体的两个α亚单位结合Ach时，引起通道构象改变，通道瞬间开启，膜外Na+内流，膜内K+外流。使该处膜内外电位差接
细胞质膜和跨膜运输 细胞质膜是细胞结构的基本单位，生物膜具有界膜和区室化、调节运输、功能定位和组织化、信号检测与传递能、能量转换等功能。 现代质膜流动镶嵌模型的建立经历了近百年的时间。19世纪90年代提出Overton提出脂栅栏模型；1925年Goter和Grendel提出了脂双层膜结构；1935年Danielli和Dacson 提出了三明治模型；1959年J.D.Robertson提出了单位膜模型；1972年，S.J.Singer和G.Nicolson提出了流动镶嵌模型，也是目前的普遍接受的模型。 成熟的红细胞由于没有质膜以外的其他膜结构，成为了理想的膜结构研究细胞。红细胞中的带3蛋白是阴离子交换蛋白。血红蛋白是红细胞中唯一的非膜蛋白。当红细胞的内容物全部渗漏出来以后，质膜可以重新封闭起来，此时的红细胞称为红细胞血影。 红细胞质膜的研究工具之一是Langmuir水盘。红细胞质膜中主要有三种蛋白：血影蛋白、血型糖蛋白、带3蛋白，它们约占细胞膜蛋白60%以上。血影蛋白（spectrin）（收缩蛋白）是红细胞骨架的主要成分。是可伸缩的纤维状蛋白，α亚基和β亚基相似，反向平行排列。血型糖蛋白A（glycophorin A）(涎糖蛋白 sialo glycoprotein)，它的唾液酸中含有大量负电荷，可能防止了红细胞在循环过程中，通过狭小血管时互相聚集沉积。带3蛋白（bang 3 protein）、锚定蛋白（ankyrin）、带4.1蛋白（band 4.1 protein）、内收蛋白（adducin）。 细胞质膜主要由膜脂、膜糖、蛋白质组成。 膜脂主要包括磷脂、鞘脂、胆固醇。总量占细胞的50%,是细胞的骨架结构。膜质的流动性主要包括有三种形式：侧向扩散、旋转运动、翻转扩散。胆固醇对于调节膜的流动性和加强膜的稳定性有重要的作用。 膜糖主要包括D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、L-岩藻糖、N-乙酰-D-半乳糖胺、乙酰N-葡萄糖胺、唾液酸。占质膜成分的2%-8%,主要存在形式是N-连接方式。膜糖和细胞识别和信号传递有关。 膜蛋白占膜组分的40%-50%,一共有50多种蛋白质。根据膜脂与膜蛋白的关系分为整合蛋白、外周蛋白、脂锚定蛋白。 整合蛋白（integral protein）（内在蛋白 intrinsic protein、跨膜蛋白 transmembrane protein），分为单次跨膜、多次跨膜、多亚基跨膜。跨膜蛋白多含有25%-50%的α-helix。 外周蛋白（膜周边蛋白 peripheral protein）（附着蛋白 attachment protein）主要
高中生物物质跨膜运输的方式2019年3月20日 （考试总分：120 分考试时长： 120 分钟） 一、填空题（本题共计 5 小题，共计 20 分） 1、（4分）回答下列有关水和电解质平衡的问题。下图是钠离子在肾小管的重吸收示意图,其中,钠离子进入管壁细胞的过程与葡萄糖的转运同向同步进行。已知钠离子在滤液中的浓度和血浆中的浓度基本相等,约为153 mEq/L,而在肾小管细胞内液中仅有10 mEq/L。 （1）图中,肾小管管腔中的滤液直接来源于____。 A.血浆 B.组织液 C.淋巴液 D.尿液 （2）图中,钠离子从管腔进入管壁细胞、从管壁细胞进入细胞间隙的方式依次是_____。 （3）下列准确表示钠离子在肾小管重吸收过程的是___。 A.管腔中的钠离子→管壁细胞中的钠离子 B.管壁中的钠离子→细胞间隙中的钠离子 C.管腔中的钠离子→管壁细胞中的钠离子→细胞间隙中的钠离子 D.管腔中的钠离子→管壁细胞中的钠离子→细胞间隙中的钠离子→血管中的钠离子 （4）随着钠离子、葡萄糖、氨基酸等进入细胞间隙的量增多,使得细胞间隙的液体渗透压_____;此时促进水分从_____（单选）。 A.管壁细胞→细胞间隙 B.细胞间隙→管壁细胞 C.管壁细胞→管腔 D.血管→细胞间隙 （5）通常情况下,糖尿病患者尿液中的Na+比正常人高,据图分析原因。_______。 2、（4分）图是细胞三种物质跨膜运输的方式，请据图回答： （1）图中A，B物质分别是：A：________，B：________ （2）物质利用载体出入细胞的运输方式是图[________]和[________]． （3）物质出入细胞需消耗能量的运输方式是图[ ]________． （4）物质从细胞膜低浓度一侧运到高浓度一侧的运输方式是图[ ]________． （5）葡萄糖、CO2进入红细胞的方式分别是：________、________． （6）人体血液中的吞噬细胞能够将侵入人体内的病菌吞噬．这体现了细胞膜具有________的结构特点． （7）污水处理过程中可以利用细胞膜的________特点，将金属离子和水分开． 3、（4分）如图表示生物膜结构，图中A～G表示某物质，a～e表示物质跨膜运输方式。请据图回答下列问题： (1)最好选取____________做材料制备细胞膜。若提取细胞膜成分中的磷脂，在空气-水界面上将其铺展成单分子层，测得单分子层的面积为S，则细胞表面积接近______。 (2)将人的红细胞放在质量分数为0.6%的盐水中细胞吸水膨胀，G的厚度变小，这说明G有_______特点。 (3)细胞膜的结构与功能是相适应的，与细胞膜功能的复杂程度有密切关系的是_______。 (4)能代表氧气转运方式的有______（填字母）。若图示人体甲状腺滤泡上皮细胞膜，图中____物质表示I-。 (5)K＋、O2、葡萄糖中哪一种物质是通过方式d进入红细胞的？________，d方式称为___________。 (6)若这是癌细胞的细胞膜，则膜上含量较正常细胞减小的物质是________（填字母）。
细胞膜的基本结构和物质转运功能 第二章细胞的基本功能 细胞是人体和其他生物体的基本结构单位。体内所有的生理功能和生化反应，都是在细胞及其产物（如细胞间隙中的胶原蛋白和蛋白聚糖）的物质基础上进行的。一百多年前，光学显微镜的发明促成了细胞的发现。此后对细胞结构和功能的研究，经历了细胞水平、亚细胞水平和分子水平等具有时代特征的研究层次，从细胞这个小小的单位里揭示出众多生命现象的机制，积累了极其丰富的科学资料。可以认为，离开了对细胞及构成细胞的各种细胞器的分子组成和功能的认识，要阐明物种进化、生物遗传、个体的新陈代谢和各种生命活动以及生长、发育、衰老等生物学现象。要阐明整个人体和各系统、器官的功能活动的机制，将是不可能的。事实上，细胞生理学和分子生物学的实验技术和理论，已经迅速地向基础医学和临床医学各部门渗透。因此，学习生理学应由细胞生理开始。 细胞生理学的主要内容包括：细胞膜和组成其他细胞器的膜性结构的基本化学组成和分子结构；不同物质分子或离子的跨膜转运功能；作为细胞接受外界影响或细胞间相互影响基础的跨膜信号转换功能；以不同带电离子跨膜运动为基础的细胞生物电和有关现象；以及肌细胞如何在细胞膜电变化的触发下出现机械性 收缩活动。 第一节细胞膜的基本结构和物质转运功能 一切动物细胞都被一层薄膜所包被，称为细胞膜或质膜（plasma membrane），它把细胞内容物细胞周围环境（主要是细胞外液）分隔开来，使细胞能相对地独立于环境而存在。很明显，细胞要维持正常的生命活动，不仅细胞的内容物不能流失，而且其化学组成必须保持相对稳定，这就需要在细胞和它所和的环境之间有起屏障作用的结构；但细胞在不断进行新陈代谢的过程中，又需要经常由外界得到氧气和营养物质。排出细胞的代谢产物，而这些物质的进入和排出，都必须经过细胞膜，这就涉及到物质的跨膜转运过程。因此，细胞膜必然是一个具有特殊结构和功能的半透性膜，它允许某些物质或离子有选择的通过，但又能严格地限制其他一些物质的进出，保持了细胞内物质成分的稳定。细胞内部也存在着类似细胞膜的膜性结构。组成各种细胞器如线粒体、内质网等的膜性部分，使它们与一般胞浆之间既存在某种屏障，也进行着某些物质转运。 膜除了有物质转运功能外，还有跨膜信息传递和能量转换功能，这些功能的机制是由膜的分子组成和结构决定的。膜成分中的脂质分子层主要起了屏障作用，而膜中的特殊蛋白质则与物质、能量和信息的跨膜转运和转换有关。 一、膜的化学组成和分子结构 从低等生物草履虫以至高等哺乳动物的各种细胞，都具有类似的细胞膜结构。在电镜下可分为三层，即在膜的靠内外两侧各有一条厚约2.5nm的电子致密带，中间夹有一条厚2.5nm的透明带，总厚度约7.0~7.5nm左右这种结构不仅见
特性 流动性 存在状态 液晶态——既具有固态的有序性，又有液态的流动性 形式 ★ 胆固醇的含量：虽可稳定相变温度，但多↓ ★ 脂肪酸链的长短和饱和程度：长↓，短↑ ★ 卵磷脂、鞘磷脂的比值：卵、鞘占膜脂的50% △卵磷脂：含不饱和脂肪酸程度高 ↑ △鞘磷脂：含 饱和 脂肪酸程度高 ↓ ★ 膜蛋白的含量(内在蛋白):类似胆固醇 影响 意义 ★使膜具有缓冲作用，不易破裂 ★有利于内在蛋白作用发挥 ★有利于膜的正常分裂及吞噬、吞饮作用发挥 不对称性 ◆ 外层：胆固醇、磷脂酰胆碱(PC)、鞘磷脂(SM)含量多。 ①由于碳氢链长互相凝集，伸至全膜； ②三种成分亲合力强，影响流动。 ◆ 内层：磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰丝氨酸(PS)、磷脂酰肌醇(PI)含量多。上述三种成份头部基团带较强的负电荷，所以细胞内侧负电荷大于细胞外侧。 膜脂的不对称性 膜蛋白不对称性 ◆糖蛋白、糖脂都分布在细胞膜外表面。 ◆细胞内膜系统上的糖蛋白都位于膜腔内侧面。 膜糖类不对称性 45% 膜糖类 2-5% 识别 稳定 保护 成分 膜 55%胆固醇：占膜脂1/3 磷脂：占膜脂2/3 糖脂：占2%左右 磷脂酰胆碱 （卵磷脂PC ） 磷脂酰乙醇胺 （脑磷脂PE ） 磷脂酰丝氨酸 （PS ） 磷脂酰肌醇 （PI ） 鞘磷脂 （SM ） 糖蛋白：占膜糖类90%。 糖 脂：量少。 膜内在蛋白（整合、镶嵌、跨膜） 脂锚定蛋白（脂连接蛋白） 占膜蛋白的70-80% 镶嵌于脂质双层中间 主要是跨膜蛋白 占膜蛋白的20-30% 主要位于胞质面 细胞外表面很少 位于膜的两侧，与子分子结合 在细胞膜外表面共同构成―细胞外被‖ 或称―糖萼‖ ◆ 侧向扩散 ◆ 翻转运动 ◆ 旋转运动 ◆ 弯曲运动 ◆ 伸缩振荡 细胞膜 概念：包围在细胞质表面的一层薄膜。又称质膜。将细胞中生命物质与外界环境分隔开，维持细胞特有内环境。 功能
医学基础知识重要考点：细胞膜的跨膜物质转运功能-生理学生理学属于医学基础知识需要掌握的内容，中公卫生人才招聘考试网帮助大家梳理知识-细胞膜的跨膜物质转运功能。 1.单纯扩散：是一种简单的物理扩散，即脂溶性高和分子量小的物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧的跨膜运动。扩散的方向和速度取决于物质在膜两侧的浓度差和膜对该物质的通透性。脂溶性高、分子量小的物质容易通过细胞膜脂质双层，如O2、CO2、N2、乙醇、尿素和水分子等。扩散的最终结果是该物质在膜两侧的浓度差消失。 例题： 人体内O2、CO2、N2、水和甘油等进出细胞膜是通过 A.单纯扩散 B.易化扩散 C.主动转运 D.入胞 E.出胞 正确答案：A
2.经载体和通道膜蛋白介导的跨膜转运：带电离子和水溶性分子的跨膜转运需要由膜蛋白的介导来完成。其中经载体和通道膜蛋白介导的易化扩散属于被动转运，转运过程本身不需要消耗能量，是物质顺浓度梯度或电位梯度进行的跨膜转运。 ①经载体易化扩散指葡萄糖、氨基酸、核苷酸等许多重要的营养物质借助载体蛋白顺浓度梯度跨膜转运的过程。 ②经通道易化扩散指溶液中的Na+、Cl-、Ca2+、K+等带电离子，借助通道蛋白的介导，顺浓度梯度或电位梯度跨膜扩散。通道对离子的导通表现出的开放与关闭两种状态，受膜电位、化学信号和机械刺激等调控，因此，离子通道又分为电压门控通道(细胞膜Na+、K+、Ca2+通道)、化学门控通道(终板膜ACh受体离子通道)和机械门控通道(听毛细胞离子通道)。 氨基酸跨膜转运进入一般细胞的形式为 A.单纯扩散 B.通道转运 C.泵转运 D.载体转运 E.入胞 正确答案：D