教学设计 | BX1 4.1.2 被动运输

年级

高一年级

  授课时间

2课时

课题

第1节  被动运输

教材分析

本节课的内容是在学生学习了细胞结构的基础上进行的，主要包括动物细胞的吸水和失水、植物细胞的吸水和失水、质壁分离及其复原实验、自由扩散和协助扩散等内容。在本节的“问题探讨”中，教材用一个物理渗透装置演示水分子通过半透膜的渗透。虽然半透膜不是细胞膜，但水分子通过半透膜与通过细胞膜的被动运输基本原理是一样的。因此结合“讨论”中的三个问题，分析这个装置中水分渗透扩散的原理，可为后续学习“水进出细胞的原理”奠定基础。教材分别用动物细胞和植物细胞举例，归纳出渗透作用的原理。通过分析探讨水进出哺乳动物红细胞的实例，理解什么是渗透作用，发生渗透作用需要具备什么条件。植物细胞有细胞壁，成熟的植物细胞还有中央大液泡，这两个特点使得植物细胞的吸水和失水现象与动物细胞相比有明显区别。因此，教材对植物细胞的吸水与失水进行单独分析。“探究植物细胞的吸水和失水”是一个要求学生全程进行探究的实验，目的是希望通过这个实验，让学生进一步学习科学探究的一般方法。通过本节课的学习有利于学生巩固前面所学的知识，又能为学生学习后面的主动运输作好铺垫,在教材中起着承上启下的桥梁作用。

教学目标

1.阐明细胞膜的选择透过性。

2.阐明被动运输的原理和特点。

教学重、难点

1.教学重点

(1)被动运输的原理和特点。

(2)探究植物细胞的吸水和失水。

2.教学难点

(1)探究植物细胞的吸水和失水。

(2)转运蛋白的种类和作用。

教学过程

第二课时

教学内容

教师活动

学生活动

温故知新

引导学生对比回顾动、植物细胞发生渗透作用条件、原理和不同条件下渗透现象。

动物细胞中①细胞膜相当于半透性膜，②细胞质与外界溶液具有浓度差。

植物细胞中①原生质层(由细胞膜、液泡膜和两层之间的细胞质组成)相当于半透膜，②细胞液与外界溶液具有浓度差。

对于动物细胞，当外界溶液浓度小于细胞质浓度，细胞吸水膨胀。当外界溶液浓度大于细胞质浓度，细胞失水皱缩。当外界溶液浓度等于细胞质浓度，细胞维持正常形态。

对于植物细胞，当外界溶液浓度大于细胞液浓度，细胞发生质壁分离现象。当外界溶液浓度小于细胞液浓度，细胞吸水膨胀，由于存在细胞壁，细胞不会涨破。当外界溶液浓度等于细胞液浓度，细胞维持正常形态。

回顾上节所学动、植物渗透作用条件、原理和在不同条件下的渗透现象。

情境导入

通过情境引出被动运输的概念，导入对被动运输的学习。

成人每昼夜生成的原尿量可达180 L，但每日排出的终尿量仅1～2 L，可见原尿经过肾小管和集合管时，约有99%的水分被重吸收回血液。再从成分比较，终尿与原尿也有很大差别，例如，原尿含葡萄糖，终尿无，肾小管上皮细胞如何对原尿中的物质进行重吸收的？

像水分子这样，物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学物质所释放的能量，这种物质跨膜运输的方式称为被动运输。

思考情境中的问题，总结出被动运输的概念。

自由扩散和协助扩散

【布置任务】

任务一：探究气体和甘油等分子进出细胞的方式

资料1：科研人员对同种物质在人工膜(只含有磷脂双分子层)和生物膜中的透性做了比较，结果如下图。

1.请学生根据图分析气体和甘油是如何进出细胞的？

人工膜和生物膜对气体和甘油的通透性相同，因此它们是通过扩散作用进出细胞的。

PPT展示氧气、二氧化碳通过磷脂双分子层动画，引导学生分析总结出自由扩散的概念、特点等。

自由扩散:物质通过简单扩散作用进出细胞。

特点:

①顺浓度梯度运输

②不需要载体

③不需要消耗能量

实例:如：氧气、二氧化碳、甘油、乙醇、苯等。

2.学生讨论推测，教师归纳阐述甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞。

甘油、乙醇等都是脂溶性物质，与磷脂分子有较强的亲和力，容易通过磷脂双分子层进出细胞。

任务二：探究水分子进出细胞的方式

1.由“生物膜和人工膜对同种物质的通透性差异”的实验结果，推测水分子是如何通过细胞膜的？

水分子通过细胞膜时的速率高于自由扩散的速率，由此推断细胞膜上可能存在特殊的水的跨膜运输方式。

资料2：科学家阿格雷在红细胞膜上发现了一种疏水性跨膜蛋白AQP1。他将这种蛋白镶嵌在人工合成的脂质体上，并将镶嵌有AQP1的脂质体和普通脂质体同时放入蒸馏水中，每隔一段时间观察，结果如图所示。

2.由上述实验结果，你能得出什么推论？

疏水性跨膜蛋白AQP1能够加快水分子进入细胞的速率。

阐述1988年，美国科学家阿格雷从红细胞和肾小管细胞中分离出一种新的膜蛋白，后来经过实验获得了该蛋白的氨基酸序列结构，证实了水通道蛋白的存在。目前，人们已经从细菌、酵母菌、植物、动物的细胞中分离出多种水通道蛋白。

任务三：探究葡萄糖进出细胞的方式

资料3：人体血浆中的葡萄糖经肾小球滤过进入原尿后流经肾脏近曲小管，全部由位于管腔面的钠－葡萄糖共转运蛋白(SGLT)重吸收进入近曲小管上皮细胞，使得排出的尿液中不含葡萄糖。随后葡萄糖被位于肾脏近曲小管上皮细胞基底膜上的葡萄糖载体蛋白(GLUT)转运至组织液进而进入毛细血管，进入血浆的葡萄糖会被红细胞等吸收(注：ATP水解为ADP和Pi时放能)。

提出问题，学生分析讨论并作答。

1.载体蛋白(GLUT)将葡萄糖运出肾脏近曲小管上皮细胞时的运输特点是什么？

顺浓度梯度运输、不消耗能量、需要载体蛋白的协助。

2.如图表示人体成熟红细胞的部分结构和功能，葡萄糖进入红细胞时的运输特点是什么？

顺浓度梯度运输、不消耗能量、需要载体蛋白的协助。

PPT展示物质通过协助扩散方式进出细胞的动画，引导学生根据上述资料分析结果及动画归纳概括出协助扩散的概念、特点等。

协助扩散:进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散。

特点:

①顺浓度梯度运输

②需要载体参与

③不需要消耗能量

实例:

红细胞吸收葡萄糖、

大部分的水跨膜运输

PPT播放物质的跨膜运输方式视频，对比几种物质跨膜运输方式。

【阅读阐述】

学生阅读教材P66页，阐述转运蛋白定义及类型。

(1)定义：镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助离子和一些小分子有机物顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。

(2)类型:分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。

列表对比载体蛋白和通道蛋白。

【知识拓展】

通过图片叙述通道蛋白的开放和关闭受到调控 。

通过图片分析载体蛋白的开启过程。 

【思考讨论】

请学生对比自由扩散与协助扩散，回答问题：

1.自由扩散和协助扩散需要消耗能量吗?为什么?

不需要。因为两者都是顺物质的浓度梯度。

2.自由扩散和协助扩散有什么异同?

共同点:都是顺物质的浓度梯度,不需要细胞消耗能量。

不同点:前者不需要蛋白质的协助,后者必须有蛋白质的协助。

3.为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输?

两者都是顺物质浓度梯度进行的,不需要细胞消耗能量,所以统称

为被动运输。

4.影响自由扩散和协助扩散的因素有哪些？

(1)膜内外物质浓度梯度的大小。

(2)某些物质的运输速率还与转运蛋白的数量有关。

(3)温度变化会影响物质运输速率。

展示图形，请学生判断:哪条曲线是自由扩散/协助扩散?

并在下面坐标上画出自由扩散和协助扩散的曲线图。

对资料1进行分析，探究气体和甘油等分子进出细胞的方式，总结出自由扩散的概念、特点。

讨论、推测甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞。

根据资料2探究水分子进出细胞的方式。

根据资料3探究葡萄糖进出细胞的方式。

根据上述资料分析结果及动画归纳概括出协助扩散的概念和特点。

观看物质的跨膜运输方式视频，对比几种物质跨膜运输方式。

阅读教材P66页，学习转运蛋白定义及类型。

对比载体蛋白和通道蛋白。

学习通道蛋白的开放和关闭的调控，及载体蛋白的开启过程。

对比自由扩散与协助扩散，思考回答有关问题。

判断自由扩散与协助扩散曲线图。

习题巩固

1.判断正误

(1)相对分子质量小的物质和离子都可以通过自由扩散进出细胞(  × )

【解析】相对分子质量小的物质或离子的运输方式可能是自由扩散，也可能是协助扩散等其他方式。

(2)同种物质在不同情况下的运输方式可能不同( √  )

【解析】如:水分子可以通过协助扩散和自由扩散进出细胞。

(3)温度变化会影响分子通过细胞膜的速率( √  )

2.(2022·广东中山一中高一期中)协助扩散需要细胞膜上载体蛋白或通道蛋白的协助。如图甲、乙分别表示载体介导和通道介导的两种协助扩散方式，其中通道介导的扩散速率比载体介导的快得多。下列有关叙述正确的是 

A.该过程的运输速率与膜两侧浓度差完全呈正相关

B.载体蛋白和通道蛋白均具有一定的特异性

C.甲、乙两种方式均存在溶质分子与相应蛋白质的结合过程

D.该过程需要消耗能量 

【答案】B

【解析】A、协助扩散需要转运蛋白的协助，其运输速率既与膜两侧浓度差相关，又与转运蛋白的数量相关，因此并不是与膜两侧浓度差完全呈正相关，A错误;

B、载体蛋白和通道蛋白均具有-定的特异性，B正确;

C、载体蛋白在转运离子或分子时会与离子或分子结合，而离子或分子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合，C错误;

D、该过程为协助扩散，协助扩散不需要消耗能量，D错误。

故选B。

3.(2023·福建泉州高一月考)肝细胞和细菌都能以协助扩散的方式吸收葡萄糖，其中细菌协助葡萄糖运输的载体蛋白为GLUT1，肝细胞协助葡萄糖运输的载体蛋白为GLUT2，其运输的速率和葡萄糖浓度的关系如图所示。下列推测错误的是

A.协助扩散可以降低细胞内外葡萄糖的浓度差

B.a点与b点相比，制约葡萄糖转运速率的因素是GLUT1的数量

C.c点与a点相比，c点葡萄糖转运速率低的原因可能是肝细胞GLUT2少

D.载体蛋白的存在能显著提高细胞摄取葡萄糖的速率

【答案】B

【解析】A、协助扩散是将物质顺浓度梯度的运输,运输过程中，膜两侧的浓度差缩小，所以协助扩散可以降低细胞内外葡萄糖的浓度差,A正确;

B、a点与b点相比，载体蛋白GLUT1的数量一样多,制约葡萄糖转运速率的主要因素是葡萄糖的浓度,B错误;

C、c点与a点相比，两点葡萄糖浓度一样，因载体蛋白数量不同而运输速率不同,C正确;

D、与无蛋白质的磷脂双分子层相比，有载体蛋白时运输速率明显加快，所以载体蛋白的存在能显著提高细胞摄取葡萄糖的速率,D正确。

故选B。

课堂小结

板书设计

一、自由扩散

1.概念：物质通过简单扩散作用进出细胞

2.特点:

①顺浓度梯度运输

②不需要载体

③不需要消耗能量

3.实例:如：氧气、二氧化碳、甘油、乙醇、苯等

二、协助扩散

1.概念：进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散

2.特点:

①顺浓度梯度运输

②需要载体参与

③不需要消耗能量

3.实例:

红细胞吸收葡萄糖、

大部分的水跨膜运输