1、物質跨膜運輸的方式教學設計教學過程課前準備（1）用于指導學生對比學習三種運輸方式的表格。（2）自由擴散、協助擴散、主動運輸、胞吞、胞吐五種跨膜運輸方式的多媒體演示課件。（3）精選一些相關的習題，用于當堂訓練。情境創設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：首先大家仔細觀察，這張圖所反映的膜是不是生物膜？為什么？學生：不是生物膜，它只有磷脂雙分子層，中間沒有鑲嵌蛋白質。教師：很好，觀察很準確。這是人工合成的沒有蛋白質的脂雙層膜。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？學生：氧氣、二

2、氧化碳、氮氣、水等小分子很容易通過合成的脂雙層；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，大家發現葡萄糖分子不能自由通過人工合成的無蛋白質的脂雙層，但我們又知道細胞生命活動中是離不開葡萄糖的，細胞需要不斷補充葡萄糖以提供能量，也就是說葡萄糖肯定是可以通過細胞膜進到細胞內部的。那這又該如何解釋呢？學生：因為人工脂雙層中是沒有蛋白質的，會不會是蛋白質對葡萄糖等物質的運輸起了作用呢？教師：想得很好，大家看這個圖還能發現什么問題？學生：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、的吸收也與蛋白質有關？教師：很好，大家開始具備一些分析問題的能力了。其實蛋白質在物質的跨膜運輸中起了十分重要的作用。那下面我們就一起來學習物質跨膜運輸的方式。師生互動1.小分子或離子的跨膜運輸教師：這部分內容不難，要求大家先進行自學，首先大家看物質的跨膜運輸有幾種方式？學生：兩大類三種：被動運輸（自由擴散、協助擴散）和主動運輸。教師：那這幾種方式有什么異同呢？我們如何來區分它們？希望大家能通過自學總結出來。大家可以結合這個表格來總結：項 目自由擴散協助擴散主動運輸細胞膜兩側物質濃度差是否需要載體蛋白是否消耗細胞內的能量代表例子學生活動：閱讀課本按表格進行總結。（約給學生十分鐘時間）在老師的引導

4、下完成表格。老師展示自由擴散、協助擴散和主動運輸三種跨膜運輸的多媒體動畫。（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，哪邊是細胞膜內側，哪邊是細胞膜外側等，要注意引導學生有側重地觀察）請學生依次來填充表格：項 目自由擴散協助擴散主動運輸細胞膜兩側物質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胞內的能量不消耗不消耗需要消耗代表例子氧氣、水、二氧化碳、苯等通過細胞膜葡萄糖通過紅細胞膜葡萄糖、氨基酸通過小腸上皮細胞膜；離子通過細胞膜教師：自由擴散和協助擴散需要消耗能量嗎？為什么？學生：自由擴散和協助擴散都不需要消耗細胞代謝產生的能量。

5、因為二者都是順物質的濃度梯度進行的。教師：自由擴散和協助擴散有什么異同？學生：自由擴散與協助擴散的共同之處是都是順著物質的濃度梯度進行的，都不需要細胞消耗能量。不同之處是：前者不需要蛋白質的協助，后者必須有蛋白質的協助才能實現。因為有蛋白質的協助，協助擴散的速度遠遠比自由擴散快。教師：為什么自由擴散和協助擴散被稱為被動運輸？學生：因為自由擴散和協助擴散都是順物質的濃度梯度進行的，不需要細胞消耗能量，所以統稱為被動運輸。教師：主動運輸與被動運輸的區別是什么？這對于細胞的生活有什么意義？學生：最大的區別是是否消耗能量。主動運輸普遍存在于動植物和微生物細胞中，保證了活細胞能按照生命活動的需要，主動選

6、擇吸收所需要的營養物質，主動排出代謝廢物和對細胞有害的物質。2.大分子的跨膜運輸載體蛋白雖能幫助許多離子和小的分子通過細胞膜，但對于一些像蛋白質這樣的大分子的運輸是無能為力的，那這些特別大的分子是如何進出細胞的呢？我們來回憶一下我們以前講的分泌蛋白是如何運輸的。學生：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胞膜處，與細胞膜融合，將蛋白質分泌出去。教師：很好，其實大家已經知道了大分子的蛋白質是如何排出的，就是通過這種方式，叫做胞吐。那大家知道白細胞是如何吃掉病菌的嗎？學生：通過細胞膜內陷形成小囊泡包住細菌，然后囊泡從細胞膜上脫離出來，在細胞內殺死細菌。教師：對了，這其實也就是大分

7、子物質進入細胞膜的方式，叫胞吞。教師精講1.小分子或離子的跨膜運輸（1）自由擴散一滴藍墨水滴到清水中，很快就會分散到清水中，使清水呈現藍色，這就是擴散。水分子和脂溶性的小分子物質按照一般擴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動，能夠自由通過細胞膜，這種方式稱為自由擴散。前面我們所講的滲透作用水分子的移動也就是自由擴散。脂溶性小分子和不帶電的極性小分子順濃度梯度擴散通過質膜的過程，不需要特殊的膜裝置協助，也不直接消耗ATP，是自由擴散，屬于被動運輸。擴散是有方向的，總是從高濃度向低濃度的方向發生物質的轉移。自由擴散的動力是物質由高濃度流向低濃度的傾向。例如CO2、O2、N2進出紅細

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、腎上腺皮質激素）以及酰胺類、甘油、乙醇等出入細胞是自由擴散。自由擴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，擴散速度越快。還與分子的大小、溶解性和電性有關。例如，由于膜的基本結構是脂類雙分子層，所以疏水性分子較易擴散，而親水性分子和離子主要是通過膜上小孔進行擴散，這種小孔的直徑小于1.0 nm，因此只有不大于1.0 nm的分子才能穿膜擴散。同種分子的擴散速度取決于膜兩側的分子濃度差，濃度差越大，擴散速度越快。用坐標圖表示，如圖432。圖432（2）協助擴散一些非脂溶性的物質或水溶性強的物質，依靠細胞膜上鑲

9、嵌在脂質雙分子層中特殊蛋白質的“幫助”，順著化學濃度梯度擴散的過程。即將本來不能或極難進行的跨膜擴散變得容易進行，所以叫做協助擴散。協助擴散也是順著濃度梯度擴散，也不需要細胞提供代謝能量，但擴散速度確遠遠大于自由擴散。其物質的運輸速度與其濃度差關系可用圖433的坐標圖433圖表示。當細胞外側濃度增加到一定的時候，運輸速度不再增加，這是因為受到載體數量的限制。例如，存在于紅細胞膜中的葡萄糖透過體已經分離純化出來，并已查明是一種相對分子質量為45 000的蛋白質。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，葡萄糖首先結合到這一透過體的表面，使透過體在構象上發生變化，

10、出現通道，葡萄糖分子就可從這一通道進入細胞之中。如圖434：圖434（3）主動運輸主動運輸指細胞通過本身的某種耗能過程，將某種物質的分子或離子由膜的低濃度一側移向高濃度一側的過程。按照熱力學定律，溶液中的分子由低濃度區域向高濃度區域移動，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。在膜的主動轉運中，能量只能由膜或膜所屬的細胞來供給，這就是主動的含義。前述的單純擴散和易化擴散都屬于被動轉運，其特點是在這樣的物質轉運過程中，物質分子只能作順濃度差，即由膜的高濃度一側向低濃度一側的凈移動，而它所通過的膜并未對該過程提供能量。被動轉運時物質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。被動轉運最終可能達到的平衡點是膜兩側該物質的濃度差為零的情況；如果被動轉運的是某種離子，則離子移動除受濃度差的影響外，還受當時電場力的影響，亦即當最終的平衡點達到時，膜兩側的電化學勢的差應為零。主動轉運與此不同，由于膜以某種方式提供了能量，物質分子或離子可以逆濃度或逆電化學勢差而移動。體內某種物質分子或離子由膜的低濃度一側向高濃度一側移動，結果是高濃度一側濃度進一步升高，而另一側該物質愈來愈少，甚至可以全部被轉運到另一側。如小腸上皮細胞吸收某些已消化的營養物；腎小管上皮細胞對小管液中某些“有用”物質進行重吸收，均屬此現象。由于此過程在熱力學上

12、為耗能過程，不可能在無供能的情況下自動進行，因此如果在生物體內出現這種情況，說明有主動的跨膜轉運在進行，必定伴隨了能源物質（常常是ATP）的消耗。主動運輸因要消耗能量，而能量的產生又與有氧呼吸的耗氧量有關，所以其運輸速度與耗氧量有關，用坐標圖表示為圖436。圖中出現一段平臺期同樣是因為載體的數量是有限的。圖4362.胞吞和胞吐一些大分子或物質團塊的轉運，是通過胞吞作用和胞吐作用來實現的。胞吞：胞吞是指物質通過細胞膜的運動，從細胞外進入細胞內的過程。如果進入的是固體物質，稱為吞噬；如果是液態物質，稱為吞飲。胞吞過程進行時，首先是細胞膜“辨認”環境中的某物質。這一“辨認”過程可能與細胞膜表面存在的特殊受體以及被吞物質所帶的電荷和其表面的粗糙程度有關。接著是膜和該物質接觸，引起膜的形態和機能的變化。接觸處的膜內陷。其周圍的膜形成了突出的偽足并包圍該物質，然后，偽足相互接觸并發生膜的融合和斷裂，于是異物和包圍它的一部分細胞膜一起內陷而進入細胞內。在胞質內，吞噬物與溶酶體接觸后，兩膜融合成一體，溶酶體內的水解酶即可將進入的物質進行消化。吞噬現象見于中性粒細胞與巨噬細胞對細菌、異物、組織碎片等的吞噬；吞飲