2024年高中生物新教材同步必修第一册 第4章 第2节　主动运输与胞吞、胞吐

第2节主动运输与胞吞、胞吐[学习目标]1.阐明主动运输的过程、特点和意义。2.举例说明胞吞和胞吐的过程。3.利用细胞膜的流动镶嵌模型解释各种物质跨膜运输的方式。一、主动运输1．概念：物质逆浓度梯度进行跨膜运输，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，这种方式叫作主动运输。2．过程：离子或分子与载体蛋白结合后，在细胞内化学反应释放的能量推动下，载体蛋白的空间结构发生变化，就将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧并释放出来，载体蛋白随后又恢复原状，又可以去转运同种物质的其他离子或分子。3．实例：K＋、Ca2＋和Na＋等离子通过细胞膜；氨基酸、葡萄糖进入小肠上皮细胞。4．意义：通过主动运输来选择吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，从而保证细胞和个体生命活动的需要。判断正误(1)相对分子质量小的物质或离子都可以通过自由扩散进入细胞内()(2)葡萄糖都以协助扩散的方式进入细胞()(3)细胞主动运输物质的结果是使物质在细胞膜内外的浓度趋于相等()答案(1)×(2)×(3)×解析(1)相对分子质量小的物质不一定能通过自由扩散进入细胞，离子不能通过自由扩散的方式进入细胞内。(2)葡萄糖进入人体小肠绒毛上皮细胞的方式是主动运输，进入人体红细胞的方式是协助扩散，即葡萄糖进入人体细胞的方式有主动运输和协助扩散两种。(3)主动运输需要载体蛋白和能量，一般是逆浓度梯度运输，不会使膜内外浓度趋于相等。任务一：主动运输发生条件及影响因素资料1：肾小球每天滤过钠约500g，每天尿液中排出3～5g。1．探究Na＋进、出肾小管上皮细胞的方式。肾小管上皮细胞内Na＋浓度仅为10mmol·L－1，远低于细胞外。ATP为一种能源物质。(1)肾小管腔中原尿里大量的Na＋以何种方式进入肾小管上皮细胞？请说出判断依据。提示协助扩散；Na＋顺浓度梯度且借助于通道蛋白进入肾小管上皮细胞。(2)Na＋以何种方式运出肾小管上皮细胞？请说出判断依据。提示主动运转；逆浓度梯度进行，需要载体蛋白协助，且消耗能量。资料2：原尿中的葡萄糖在肾小管几乎全部被重吸收。2．探究葡萄糖进出肾小管上皮细胞的方式。肾小管上皮细胞逆浓度吸收葡萄糖时，没有直接消耗ATP，而是利用Na＋浓度差的能量。但是Na＋浓度差的建立是依靠Na＋－K＋泵的，而Na＋－K＋泵需要消耗ATP。(1)图中葡萄糖进、出肾小管上皮细胞分别是何种方式？提示图中葡萄糖进入肾小管上皮细胞为主动运输；出肾小管上皮细胞为协助扩散。(2)Na＋－K＋泵对葡萄糖的运输有无影响？提示有影响。(3)图中同一种物质进出细胞的方式是否相同？并举例说明。提示不同，如葡萄糖、Na＋。3．请根据资料分析主动运输的意义。资料3：原尿中的葡萄糖如果不能全部被肾小管上皮细胞重吸收，则会排出体外，对人体不利。机体每天可产生40～60mmol氢离子(H＋)固定酸，这些氢离子必须被中和并由肾脏排出，否则会对机体造成严重危害。肾小管通过主动运输分泌氢离子的功能可以确保其从尿液中顺利排出。提示主动选择吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，从而保证细胞和个体生命活动的需要。4．请据资料分析影响主动运输运输速率的因素。资料4：若切断肾的供氧渠道，重吸收速率降低。资料5：载体介导的跨膜运输速率存在饱和现象，表现为载体对所转运物质存在量的极限，载体与所转运物质的结合达到限度，即使再提高浓度差，也不会再提高运输效率。提示氧气供应(或能量供应)和载体蛋白的数量会影响主动运输的速率。1．影响主动运输的因素(1)载体蛋白的种类和数量：决定所运输的物质的种类和数量。载体蛋白的数量有限，当细胞膜上的载体蛋白达到饱和时，细胞吸收相应物质的速率不再随物质浓度的增大而增加。(2)能量：凡是影响细胞产生能量的因素都能影响主动运输，如O2浓度、温度等。2．主动运输的类型(1)直接型：直接消耗ATP的主动运输，通常称为泵(ATP驱动泵)，如Na＋－K＋泵(如图1)。(2)间接型：利用依赖ATP的Na＋－K＋泵活动建立的细胞膜两侧Na＋的跨膜浓度梯度主动运输，如肾小管对氨基酸、葡萄糖等的重吸收(如图2)。1．物质跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一，也是细胞膜的重要功能之一。如图表示某种离子跨膜运输的过程，下列叙述正确的是()A．用呼吸抑制剂处理不会影响该离子的跨膜运输B．图中膜结构一定是细胞膜C．这种运输方式能够保证活细胞主动选择吸收所需要的营养物质D．膜上载体蛋白结合离子后其空间结构发生不可逆的改变答案C解析据图分析可知，该离子的运输方式需要能量，需要载体蛋白的协助，属于主动运输，呼吸抑制剂处理会抑制细胞呼吸，能量产生受阻，会影响该离子的跨膜运输，A错误；题图中膜结构不一定是细胞膜，有可能是细胞器膜，B错误；膜上载体蛋白与离子结合后构象会发生改变，但这种改变是可逆的，D错误。2．主动运输的能量可来自ATP水解或电化学梯度(离子的浓度梯度)，如图是与小肠上皮细胞有关的葡萄糖跨膜运输的示意图，其中a、b、c表示载体蛋白。据图分析，下列叙述正确的是()A．载体蛋白b转运葡萄糖的过程中需要ATP水解供能B．在载体蛋白c的协助下，细胞内外的Na＋浓度趋于相同C．肠腔中的Na＋浓度降低，会影响小肠上皮细胞吸收葡萄糖D．机体短暂的供氧不足，会影响葡萄糖由小肠上皮细胞进入组织液答案C解析据图分析可知，载体蛋白b转运葡萄糖的过程是从高浓度向低浓度运输的，所以不需要消耗能量，即不需要ATP水解供能，A错误；在载体蛋白c的协助下，Na＋由低浓度向高浓度运输，导致细胞外的Na＋浓度远高于细胞内的Na＋浓度，B错误；由图可知，葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞伴随着Na＋从肠腔进入小肠上皮细胞，所以肠腔中的Na＋浓度降低，会影响小肠上皮细胞吸收葡萄糖，C正确；由图可知，葡萄糖由小肠上皮细胞进入组织液，需要载体，不需要能量，所以机体短暂的供氧不足，不会影响葡萄糖由小肠上皮细胞进入组织液，D错误。二、胞吞与胞吐和物质跨膜运输小结1．胞吞与胞吐(1)胞吞的过程：大分子与膜上的蛋白质结合，从而引起这部分细胞膜内陷形成小囊，包围着大分子。然后，小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部的现象。(2)胞吐的过程：细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，并与之融合，将大分子排出细胞的现象。(3)特点在物质的跨膜运输过程中，胞吞、胞吐是普遍存在的现象，它们也需要消耗细胞呼吸所释放的能量。2．细胞膜具有选择透过性的结构基础细胞膜上转运蛋白的种类和数量，或转运蛋白空间结构的变化，对许多物质的跨膜运输起着决定性的作用，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。3．胞吞与胞吐的结构基础：需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性。判断正误(1)胞吞、胞吐过程会导致膜成分的更新()(2)物质运输过程中的囊泡都来自内质网、高尔基体()(3)大分子有机物要通过载体蛋白的作用才能进入细胞内，并且要消耗能量()(4)胞吞形成的囊泡，在细胞内可以被溶酶体降解()答案(1)√(2)×(3)×(4)√解析(2)细胞内的囊泡不都来自内质网或高尔基体，也可以来自细胞膜。(3)大分子有机物要通过胞吞方式进入细胞内，该过程不需要载体蛋白，但需要膜上蛋白的识别，并且要消耗能量。任务二：物质跨膜运输方式的比较和影响因素1．列表比较主动运输和被动运输运输方式方向转运蛋白能量实例被动运输自由扩散顺浓度梯度不需要不需要O2、CO2、乙醇、甘油、苯等协助扩散顺浓度梯度需要不需要水、葡萄糖、某些离子等主动运输逆浓度梯度需要需要小肠吸收葡萄糖、氨基酸及红细胞吸收K＋等2.分析下列曲线所代表的物质跨膜运输方式及物质运输速率的影响因素(1)①的运输方式是自由扩散，影响物质运输速率的因素是物质浓度。(2)②的运输方式是协助扩散或主动运输。影响a点运输速率的因素是物质浓度；b点之后运输速率不再改变的原因是膜上转运蛋白的数量有限(主动运输还受能量限制)。(3)③的运输方式是自由扩散或协助扩散或哺乳动物成熟红细胞的主动运输。(4)④的运输方式是主动运输。a点所需能量来自无氧呼吸，影响b点运输速率的因素是氧气浓度；c点之后运输速率不再改变的原因是膜上载体蛋白的数量有限。特别注意温度也会影响物质运输速率3．(2022·广西南宁高一期末)受体介导的胞吞是一种特殊类型的胞吞作用，主要用于细胞摄取特殊的生物大分子，其过程如图所示。下列叙述正确的是()A．构成有被小泡膜的基本支架是磷脂双分子层B．该过程需要膜上蛋白质的参与但不消耗能量C．上图说明细胞摄取大分子需要借助载体蛋白D．性激素属于分泌蛋白，促进生殖器官的发育和生殖细胞的形成答案A解析题图说明细胞摄取大分子不需要借助载体蛋白来运输，大分子通过胞吞方式进入细胞，C错误；性激素是固醇类激素，不是分泌蛋白，D错误。4．(2022·江苏徐州高一期中)如图是物质跨膜运输三种方式的示意图，据图分析，下列有关说法错误的是()A．脂溶性物质易透过细胞膜，是因为组成细胞膜的主要成分有磷脂分子B．经研究某动物会将体内多余的盐分通过方式①排出体外，说明其运输方式为被动运输C．葡萄糖是细胞内主要的能源物质，进入细胞只能通过方式③D．对某动物的心脏施加某种毒素后，对Ca2＋的吸收明显减少，但不影响对K＋和葡萄糖的吸收，原因可能是毒素抑制了心肌细胞膜上转运Ca2＋载体蛋白的活性答案C解析葡萄糖分子进入红细胞，是通过①协助扩散，葡萄糖分子进入小肠绒毛上皮细胞，是通过③主动运输，C错误。题组一主动运输1．正常生理条件下，红细胞内K＋浓度远高于细胞外，表明K＋转运进入红细胞的方式为()A．自由扩散 B．被动运输C．协助扩散 D．主动运输答案D解析正常生理条件下，红细胞内K＋浓度远高于细胞外，说明K＋是逆浓度梯度进入红细胞的，因此其跨膜运输的方式是主动运输，故选D。2．(2023·北京师大附中高一期末)研究汞在微生物中跨膜运输的机理，对防治人体汞中毒具有十分重要的意义。科学家发现，汞在微生物中跨膜运输方式多样，其中某跨膜运输如图所示，则该跨膜运输方式是()A．自由扩散 B．协助扩散C．主动运输 D．胞吞、胞吐答案C解析据图分析可知，汞进行跨膜运输时，需要载体蛋白的协助，同时需要ATP水解供能，符合主动运输的特点，C正确。3．下列有关主动运输的叙述，不正确的是()A．主动运输过程中，需要载体蛋白协助和能量B．细胞膜上的载体种类决定了细胞主动吸收的物质的类别C．主动运输的结果是细胞内外的浓度差趋于0D．温度可通过影响生物膜的流动性和有关酶的活性来影响物质运输速率答案C解析主动运输的结果是使细胞内外维持一定的浓度差，C错误。4．(2023·重庆江北区高一期末)协同运输是物质跨膜运输的一种方式，过程如图所示，细胞膜上的载体蛋白同时与葡萄糖和Na＋结合后，在膜两侧Na＋浓度梯度驱动下吸收葡萄糖，跨膜的Na＋再由另一种载体蛋白运回膜外。下列有关该过程的分析，正确的是()A．Na＋协同运输所需能量直接来自ATPB．图示细胞吸收葡萄糖与苯、甘油等跨膜方式相同C．Na＋进入细胞内会受细胞氧气浓度的影响D．甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘与Na＋运出细胞的方式相同答案D解析Na＋协同运输所需的能量，直接来自膜两侧Na＋的浓度梯度动力，A错误；细胞吸收葡萄糖所需的能量由两侧Na＋浓度梯度提供，说明细胞吸收葡萄糖是一种特殊的主动运输，苯、甘油等通过自由扩散的方式进入细胞，细胞吸收葡萄糖与苯、甘油等跨膜方式不相同，B错误；Na＋进入细胞是协助扩散，不需要能量，所以细胞中的氧浓度会影响能量供应，但不影响该过程，C错误；甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是主动运输，Na＋运出细胞需要载体，消耗能量，也是主动运输，所以甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘与Na＋运出细胞的方式相同，D正确。5．研究者将大蒜的根分别浸入不同浓度的磷酸盐溶液中，4h后测定得到如图所示的磷吸收速率曲线。下列对本实验现象作出的分析，不合理的是()A．磷通过转运蛋白进入大蒜根尖细胞B．磷吸收速率受到膜上转运蛋白的数量制约C．磷吸收一定是逆浓度梯度进行跨膜运输D．磷的吸收过程说明细胞膜具有选择透过性答案C解析由题图可知磷吸收可能是逆浓度梯度的运输，也可能是顺浓度梯度的运输，C不合理。题组二胞吞与胞吐和物质跨膜运输小结6．(2022·河北衡水高一期中)如图为巨噬细胞将细菌吞噬的过程以及细胞中的溶酶体发挥作用，下列相关叙述正确的是()A．细菌以胞吞形式进入细胞，细菌的细胞膜与巨噬细胞的膜发生了融合B．溶酶体与吞噬体的融合体现了生物膜具有流动性C．巨噬细胞吞噬的过程中既不需要载体蛋白，也不需要能量D．胞吞的过程中细菌共穿过了两层生物膜答案B解析细菌以胞吞形式进入细胞，该过程体现了细胞膜的流动性，但两者的细胞膜未发生融合，A错误；巨噬细胞吞噬的过程中不需要载体蛋白，但需要能量，C错误；胞吞的过程中细菌并未穿过生物膜，D错误。7．用磷脂双分子层将某种不容易进入细胞的药物包裹成小球，通过小球膜与细胞膜的融合将药物送入细胞，从而达到治疗疾病的目的。该药物的化学成分和进入细胞的方式最可能是()A．蛋白质胞吞B．固醇自由扩散C．性激素协助扩散D．蛋白质主动运输答案A解析由题意可知，“某种不容易进入细胞的药物”，表明该物质是大分子物质，蛋白质是大分子物质，通过胞吞进入细胞，A符合题意。8．(2022·云南玉溪高一检测)下列关于物质跨膜运输的说法中错误的是()A．果脯在腌制中慢慢变甜，是细胞主动吸收糖分的结果B．氧气、甘油和乙醇等物质进出细胞是通过自由扩散的方式进行的C．葡萄糖进入红细胞需要载体蛋白的协助D．大肠杆菌吸收K＋属于主动运输，既消耗能量，又需要膜上的载体蛋白答案A解析果脯在腌制过程中，细胞死亡，细胞膜等膜结构失去了选择透过性，糖分能直接进入细胞中，使果脯慢慢变甜，A错误。9．(2023·山东临沂第一中学高一期末)植物细胞的细胞膜、液泡膜上含有一种H＋－ATP酶，可以转运H＋，有利于细胞对细胞外溶质分子的吸收和维持液泡内的酸性环境。如图是植物细胞对H＋的运输示意图，下列叙述错误的是()A．在细胞质基质、细胞液、细胞外环境中，细胞质基质的pH最大B．主动运输是H＋跨膜进出植物细胞的唯一方式C．H＋－ATP酶是一种膜蛋白，发挥作用时需改变自身的空间结构D．植物细胞呼吸受到抑制，会影响植物细胞转运H＋答案B解析H＋运出细胞和运进液泡需要载体蛋白H＋－ATP酶的协助，同时需要ATP水解提供浓度梯度，所以细胞质基质中H＋浓度小于胞外H＋浓度和细胞液H＋浓度，H＋浓度越小，其pH越大，故细胞质基质的pH最大，A正确；细胞外H＋进入细胞的方式是协助扩散，B错误；据图分析可知，H＋－ATP酶是一种膜蛋白，能催化ATP水解通过主动运输将H＋运出细胞，H＋－ATP酶也是一种载体蛋白，载体蛋白发挥作用时需改变自身的空间结构，C正确；植物细胞呼吸受到抑制，细胞呼吸产生的ATP减少，会影响H＋的运输，从而影响细胞转运H＋，D正确。10．(2023·广西北海高一质检)如图是胡萝卜在不同氧浓度下从硝酸钾溶液中吸收K＋和NOeq\o\al(－,3)的曲线。影响A、B两点和B、C两点吸收速率不同的因素分别是()A．载体蛋白数量、能量B．能量、载体蛋白数量C．载体蛋白数量、离子浓度D．能量、离子浓度答案B解析胡萝卜吸收K＋和NOeq\o\al(－,3)的方式是主动运输，需要载体蛋白协助，消耗能量。A、B两点表示不同氧浓度下吸收NOeq\o\al(－,3)的速率，载体蛋白相同，影响因素是能量；B、C两点表示在同一氧浓度下吸收K＋和NOeq\o\al(－,3)的速率，能量相同，影响因素是载体蛋白数量，故选B。11．(2023·河南周口高一期末)甲、乙分别为物质进出细胞的坐标图和模式图，下列相关说法正确的是()A．甲、乙所代表的物质运输方式没有共同点B．甲、乙所代表的物质运输方式体现了细胞膜的结构特点C．图乙中运输的物质可能是葡萄糖D．氧气分子进入细胞的过程可用图甲中的跨膜运输方式表示答案C解析甲是主动运输，乙是协助扩散，共同点都需要转运蛋白，A错误；甲、乙所代表的物质运输方式体现了细胞膜的功能特点，即选择透过性，B错误；氧气分子进入细胞的过程是自由扩散，图甲的运输方式是主动运输，不能用图甲中的跨膜运输方式表示氧气分子进入细胞的过程，D错误。12．如图表示物质进入细胞的四种方式，下列有关说法错误的是()A．温度只影响图中②和③过程的速率B．吞噬细胞通过④过程吞噬病原体C．小肠上皮细胞吸收乙醇的方式是①D．氧气进入细胞的方式是①答案A解析温度影响细胞膜的流动性，也影响能量的产生，因此对上述过程均有影响，A错误；由分析可知，④为胞吞，病原体是大分子，吞噬细胞通过胞吞过程吞噬病原体，B正确；小肠上皮细胞以自由扩散的方式吸收乙醇，即图中的①，C正确；氧气通过自由扩散的方式进入细胞，即图中的①，D正确。13．囊性纤维化是一种严重的遗传疾病，患者汗液中氯离子的浓度升高，支气管被异常黏液堵塞，导致这一疾病发生的主要原因是CFTR蛋白功能异常。如图1、2所示CFTR蛋白在氯离子跨膜运输过程中的作用，请回答下列问题：(1)正常情况下，支气管上皮细胞在转运氯离子时，氯离子首先与CFTR蛋白结合，在细胞内化学反应释放的能量推动下，CFTR蛋白的________发生变化，从而将它所结合的氯离子转运到膜的另一侧，此过程，氯离子只能与CFTR蛋白结合，原因是______________________________________________________________________________________________________。(2)囊性纤维化患者的主要临床表现为支气管中黏液增多，导致支气管反复感染和气道阻塞，呼吸急促。据图分析囊性纤维化患者支气管中黏液增多的原因是________________________________________________________________________________________________________。(3)根据能量来源的不同，可将动物细胞膜上的主动运输分为原发性主动转运和继发性主动转运，如图3中K＋进入细胞属于原发性主动转运，葡萄糖进入细胞属于继发性主动转运。通过分析，氯离子在CFTR蛋白的协助下转运至细胞外，属于________主动转运。驱动葡萄糖进入细胞的所需能量来源于_____________________________________________________。(4)科研人员发现，红细胞在清水中很容易涨破，而水生动物的卵母细胞在清水中不易破裂，红细胞快速吸水与细胞膜上的水通道蛋白CHIP28有关，水通道蛋白CHIP28可插入其他生物细胞膜上。请你设计实验验证这一结论，写出简单的设计思路并预期结果：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)空间结构(或自身构象)氯离子的大小和性质与CFTR蛋白的结合部位相适应(2)患者的CFTR蛋白异常，无法将氯离子主动运输至细胞外，导致水分子向膜外扩散速率减慢，支气管细胞表面的黏液不能被及时稀释，黏稠的分泌物不断积累(3)原发性Na＋浓度梯度(4)实验思路：将水通道蛋白CHIP28插入不含有水通道蛋白的水生动物的卵母细胞的细胞膜上，再将卵母细胞放入清水中。预期结果：卵母细胞迅速吸水膨胀后涨破14．如图1是生物膜的流动