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一、小分子/离子跨膜运输

细胞的物质输入和输出 · 高一
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 小分子或离子顺浓度梯度,借助膜蛋白或磷脂双分子层,不消耗能量进出细胞的过程。

从哪来 基于“细胞膜(质膜)”的磷脂双分子层基本骨架与选择透过性,以及“蛋白质——生命活动的主要承担者”中膜蛋白作为载体或通道的功能基础。

为什么 细胞内外存在物质浓度差(化学势),这是物质跨膜运输的动力。小分子/离子因热运动趋向于从高浓度向低浓度扩散以降低系统自由能。由于磷脂双分子层疏水核心阻碍极性分子和离子通过,故需膜蛋白(通道或载体)提供亲水路径或构象改变来实现特异性运输,此过程无需额外能量输入。

讲法
类比法:水闸与滑梯 适合形象思维强、抽象逻辑较弱的学生。 将细胞膜比作一道水坝,浓度差好比水位差。自由扩散像水直接渗过堤坝缝隙(脂溶性小分子);协助扩散像水通过专门的水闸(通道蛋白)或滑道(载体蛋白)。强调“顺流而下”不需要人推(不耗能),但必须走特定的路(特异性)。
讲法
物理原理法:化学势与热力学 适合理科基础扎实、喜欢逻辑推导的学生。 从热力学第二定律切入,解释物质总是自发地从高化学势向低化学势转移。区分自由扩散(仅受膜脂双层阻力)和协助扩散(受膜蛋白特异性结合与构象变化限制)。强调“顺浓度梯度”是本质特征,能量来源是浓度差本身,而非ATP。
讲法
实验探究法:红血球吸水与葡萄糖转运 适合动手能力强、喜欢实验验证的学生。 回顾红细胞在低渗溶液中吸水涨破(水自由扩散/协助扩散)的实验现象,对比葡萄糖进入红细胞需要载体蛋白且存在饱和现象(协助扩散)。通过对比“有无载体”、“是否饱和”、“是否耗能”三个变量,归纳出小分子/离子跨膜运输的两种模式及其区别。
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练一道
基础题
将洋葱表皮细胞置于清水中,细胞吸水膨胀。请问水分子进入细胞的方式是什么?是否需要载体蛋白?是否消耗ATP?
变式
某物质进入细胞时,需要载体蛋白协助,但不消耗ATP,且当细胞外该物质浓度达到一定值后,运输速率不再增加。请判断该运输方式,并解释为什么速率不再增加。
试试手自己判
检测题
将人的红细胞放入不同浓度的葡萄糖溶液中,测得葡萄糖进入红细胞的速率随浓度变化的曲线如下:在低浓度时,速率随浓度增加而增加;在高浓度时,速率不再增加,保持恒定。请回答: 1. 葡萄糖进入红细胞的方式是什么? 2. 为什么在高浓度时速率不再增加? 3. 如果加入一种抑制ATP水解的药物,葡萄糖进入红细胞的速率会受影响吗?为什么?
看答案和判分标准
答案:1. 协助扩散。 2. 细胞膜上葡萄糖载体蛋白的数量有限,达到饱和。 3. 不会受影响。因为协助扩散不消耗ATP,其动力来自浓度差。
判对标准:
- 第1问:答出“协助扩散”得2分。
- 第2问:答出“载体蛋白数量有限”或“饱和”得2分。
- 第3问:答出“不受影响”得1分,答出“不耗能”或“动力是浓度差”得1分。
- 总分6分,全对为掌握。
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