主動(dòng)運(yùn)輸與胞吞胞吐

第二節(jié)

主動(dòng)運(yùn)輸與胞吞、胞吐問題探討人體甲狀腺分泌甲狀腺激素，在生命活動(dòng)中起著重要的作用。碘是合成甲狀腺激素的重要原料。甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞內(nèi)碘濃度比血液中高20~25倍。討論甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞1.甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞吸收碘是通過被動(dòng)運(yùn)輸嗎？2.聯(lián)想逆水行舟的情形，甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞吸收碘是否需要細(xì)胞提供能量？3.這在各種物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸中是特例還是有一定的普遍性？不是需要細(xì)胞提供能量具有普遍性哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)外Na+和K+濃度細(xì)胞內(nèi)ci血漿中coNa+10～20mmol/L約150mmol/LK+約100mmol/L約5mmol/L問題：怎樣建立和維持哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)高濃度的K+、細(xì)胞外高濃度的Na+?鈉鉀泵細(xì)胞外細(xì)胞內(nèi)主動(dòng)運(yùn)輸在自然狀態(tài)下逆濃度梯度進(jìn)行，運(yùn)輸過程中需要消耗能量以改變載體蛋白的構(gòu)象問題：試從進(jìn)化歷程中能量獲取的角度分析：為什么自然狀態(tài)下難以存在順濃度梯度的主動(dòng)運(yùn)輸？物質(zhì)逆濃度梯度進(jìn)行跨膜運(yùn)輸，需要載體蛋白的協(xié)助，同時(shí)還需要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量，這種方式叫作主動(dòng)運(yùn)輸逆濃度（一般會(huì)圖示示意）載體蛋白（載體蛋白結(jié)合是運(yùn)輸具有專一性的基礎(chǔ)）能量（引起載體構(gòu)象的改變）1.4.2.1主動(dòng)運(yùn)輸思考·討論問題1：某載體蛋白能通過主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)A。物質(zhì)B和物質(zhì)A具有極其相似的結(jié)構(gòu)，那么該載體蛋白是否有可能主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)B？鈉鉀泵可以在細(xì)胞內(nèi)外建立Na+濃度梯度，相當(dāng)于儲(chǔ)存了電勢(shì)能。小腸絨毛上皮細(xì)胞通過消耗這一電勢(shì)能主動(dòng)吸收葡萄糖。問題2：小腸絨毛上皮細(xì)胞游離面通過何種方式吸收葡萄糖？其基底側(cè)通過何種方式將葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)出去？這樣的運(yùn)輸方式對(duì)于機(jī)體減少能量消耗有何積極意義？思考·討論物質(zhì)逆濃度梯度進(jìn)行跨膜運(yùn)輸，需要載體蛋白的協(xié)助，同時(shí)還需要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量，這種方式叫作主動(dòng)運(yùn)輸逆濃度（一般會(huì)圖示示意）載體蛋白（載體蛋白與被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)結(jié)合是專一性的基礎(chǔ)）能量（引起載體構(gòu)象的改變）能量源自ATP水解或電勢(shì)能。1.4.2.1主動(dòng)運(yùn)輸細(xì)胞膜上轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的種類和數(shù)量，或轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白空間結(jié)構(gòu)的變化，對(duì)許多物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸起著決定性作用，這也是細(xì)胞膜具有選擇透過性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)肺黏液阻塞了氣道模擬題提示：囊性纖維化病主要源于患者轉(zhuǎn)運(yùn)氯離子的CFTR蛋白異常，導(dǎo)致患者支氣管黏液增多，易發(fā)細(xì)菌感染。CFTR蛋白運(yùn)輸氯離子時(shí)消耗ATP，因此曾被認(rèn)作是介導(dǎo)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)妮d體蛋白（如教材，模擬題也會(huì)如此考察）。后研究發(fā)現(xiàn)CFTR是通道蛋白，其并不與氯離子結(jié)合，ATP作用是改變CFTR的構(gòu)象，使CFTR在“開放”和“關(guān)閉”兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。當(dāng)細(xì)胞攝取大分子時(shí)，首先是大分子與膜上的蛋白質(zhì)結(jié)合，從而引起這部分細(xì)胞膜內(nèi)陷形成小囊，包圍著大分子。然后小囊從細(xì)胞膜上分離下來，形成囊泡進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，這種現(xiàn)象叫作胞吞細(xì)胞需要外排的大分子，現(xiàn)在細(xì)胞內(nèi)形成囊泡，囊泡移動(dòng)到細(xì)胞膜處，與細(xì)胞膜融合，將大分子排出細(xì)胞，這種現(xiàn)象叫作胞吐1.4.2.2胞吞與胞吐胞吞、胞吐過程的實(shí)現(xiàn)與生物膜的特性有什么關(guān)系？游離于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的核糖體合成的蛋白質(zhì)多是供細(xì)胞自身使用，而附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體合成的蛋白質(zhì)能夠分泌到細(xì)胞外。試分析其中的道理。胞吞胞吐只運(yùn)輸大分子嗎？說明你判斷的理由。思考·討論當(dāng)細(xì)胞攝取大分子時(shí)，首先是大分子與膜上的蛋白質(zhì)結(jié)合，從而引起這部分細(xì)胞膜內(nèi)陷形成小囊，包圍著大分子。然后小囊從細(xì)胞膜上分離下來，形成囊泡進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，這種現(xiàn)象叫作胞吞細(xì)胞需要外排的大分子，先在細(xì)胞內(nèi)形成囊泡，囊泡移動(dòng)到細(xì)胞膜處，與細(xì)胞膜融合，將大分子排出細(xì)胞，這種現(xiàn)象叫作胞吐1.4.2.2胞吞與胞吐模擬題提示：胞吞胞吐需要蛋白質(zhì)的參與（模擬題可能認(rèn)為不需要），離不開膜脂的流動(dòng)性，且需要消耗細(xì)胞代謝所釋放的能量。問題1：甲狀腺球蛋白通過何種方式運(yùn)出甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞進(jìn)入甲狀腺濾泡中？甲狀腺球蛋白加碘之后的產(chǎn)物通過何種方式進(jìn)入甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞？說出你做出判斷的理由。問題2：據(jù)圖分析，I-通過何種方式進(jìn)入甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞？請(qǐng)推測(cè)：I-從甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞運(yùn)進(jìn)甲狀腺濾泡的運(yùn)輸方式。問題3：早期認(rèn)為甲狀腺激素（T3和T4）屬于脂溶性物質(zhì)，按照這種觀點(diǎn)，甲狀腺激素通過何種方式進(jìn)出細(xì)胞？后來研究發(fā)現(xiàn)甲狀腺激素在生理?xiàng)l件下是帶電荷的，據(jù)此運(yùn)出甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞需要/不需要膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的協(xié)助？主動(dòng)運(yùn)輸和胞吞、胞吐主動(dòng)運(yùn)輸胞吞、胞吐自然狀態(tài)下運(yùn)輸方向逆濃度梯度需要消耗能量載體構(gòu)象改變蛋白質(zhì)膜脂流動(dòng)性依賴需要消耗主動(dòng)運(yùn)輸物質(zhì)從低濃度一側(cè)運(yùn)輸?shù)礁邼舛鹊囊粋?cè)，需要載體蛋白的協(xié)助，同時(shí)還需能量細(xì)胞外細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞膜載體蛋白能量細(xì)胞外細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞膜載體蛋白能量主動(dòng)運(yùn)輸特征：逆濃度梯度運(yùn)輸1.需要載體2.需要消耗能量3.主動(dòng)運(yùn)輸?shù)睦涌ㄜ囕d貨上坡注意：載體蛋白具有專一性，一種載體只能與一種相應(yīng)的被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)相結(jié)合。也就是說，不同的物質(zhì)需要不同的載體運(yùn)輸。不同細(xì)胞膜上運(yùn)輸物質(zhì)的載體的種類和數(shù)量是不同的。

Na+

、K+、Ca2+、Mg2+等無機(jī)鹽離子通過細(xì)胞膜；小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖、氨基酸分子主動(dòng)運(yùn)輸?shù)囊饬x：保證了活細(xì)胞能夠按照生命活動(dòng)的需要，主動(dòng)選擇吸收所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，排出代謝廢物和對(duì)細(xì)胞有害的物質(zhì)。注意：主動(dòng)運(yùn)輸:能夠體現(xiàn)對(duì)礦質(zhì)離子選擇性主動(dòng)運(yùn)輸協(xié)助擴(kuò)散自由擴(kuò)散生物小分子的跨膜運(yùn)輸類型運(yùn)輸速率濃度差自由擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸載體有專一性和數(shù)量是有限的濃度差運(yùn)輸速率能量（ATP）運(yùn)輸速率細(xì)胞外濃度因此，在協(xié)助擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸中，具有“飽和效應(yīng)”對(duì)比比較三種物質(zhì)運(yùn)輸方式的異同：項(xiàng)目自由擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸運(yùn)輸方向是否需要載體蛋白是否消耗細(xì)胞內(nèi)的能量代表例子順濃度梯度順濃度梯度逆濃度梯度不需要需要需要不消耗不消耗需要消耗氧氣、水、二氧化碳等通過細(xì)胞膜葡萄糖通過紅細(xì)胞葡萄糖、氨基酸通過小腸上皮細(xì)胞膜；離子通過細(xì)胞膜等小分子物質(zhì)跨膜運(yùn)輸三種方式的比較物質(zhì)出入細(xì)胞的方式被動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸自由擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散物質(zhì)運(yùn)輸方向是否需要載體蛋白是否需要消耗能量舉例

順濃度梯度高濃度低濃度

順濃度梯度高濃度低濃度

逆濃度梯度低濃度高濃度不需要需要需要不消耗不消耗消耗

O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞Na+、K+、Ca2+等離子；小腸吸收葡萄糖、氨基酸。大分子物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式胞吞胞吐描述模式圖1、胞吞接觸包圍凹陷分離需要能量2.胞吐包圍移動(dòng)融合排出需要能量小結(jié)1.小分子物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)娜N方式主動(dòng)運(yùn)輸被動(dòng)運(yùn)輸是否消耗能量自由擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散是否需要載體蛋白2.大分子物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞?--胞吞與胞吐需要能量，體現(xiàn)了細(xì)胞膜的流動(dòng)性習(xí)題：

1、新生兒小腸絨毛上皮細(xì)胞通過消耗能量，可以直接吸收母乳中的免疫球蛋白和半乳糖。這兩種物質(zhì)分別被吸收到血液中的方式是()

A．主動(dòng)運(yùn)輸、主動(dòng)運(yùn)輸

B．胞吞、主動(dòng)運(yùn)輸

C．主動(dòng)運(yùn)輸、胞吞

D．被動(dòng)運(yùn)輸、主動(dòng)運(yùn)輸B習(xí)題：

2、下圖是胡蘿卜在不同的含氧情況下從硝酸鉀溶液中吸收K＋和NO的曲線。影響A、B兩點(diǎn)和B、C兩點(diǎn)吸收量不同的因素分別是A．載體數(shù)量、能量 B．能量、載體數(shù)量C．載體數(shù)量、離子濃度 D．能量、離子濃度A主動(dòng)運(yùn)輸與胞吞、胞吐一、主動(dòng)運(yùn)輸1.定義：物質(zhì)逆濃度梯度跨膜運(yùn)輸，需要載體蛋白的協(xié)助，同時(shí)還需要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量。2.實(shí)例：①植物根部細(xì)胞吸收無機(jī)鹽離子②甲狀腺細(xì)胞吸收碘離子③動(dòng)物細(xì)胞吸收鉀離子和排出鈉離子(Na-K泵)④小腸上皮細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞吸收葡萄糖、氨基酸等。①被運(yùn)輸?shù)奶囟ǚ肿踊螂x子與載體蛋白結(jié)合②在細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)釋放的能量推動(dòng)下，載體蛋白的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，將所結(jié)合的離子或分子從細(xì)胞膜一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)到另一側(cè)并釋放出來③載體蛋白恢復(fù)原狀，又可以轉(zhuǎn)運(yùn)同種物質(zhì)的其他離子或分子。3.過程：4.運(yùn)輸速率載體數(shù)量限制5.主動(dòng)運(yùn)輸?shù)囊饬x主動(dòng)運(yùn)輸普遍存在于動(dòng)植物和微生物細(xì)胞中，通過主動(dòng)運(yùn)輸來選擇吸收所需的物質(zhì)，排出代謝廢物和對(duì)細(xì)胞有害的物質(zhì)，從而保證細(xì)胞和個(gè)體生命活動(dòng)的需要。??與社會(huì)的聯(lián)系囊性纖維病患者肺部支氣管上皮細(xì)胞表面轉(zhuǎn)運(yùn)氯離子的載體蛋白的功能發(fā)生異常，導(dǎo)致患者支氣管中黏液增多。知識(shí)拓展兩類主動(dòng)運(yùn)輸?shù)谝活悾褐苯酉腁TP的主動(dòng)運(yùn)輸。通常稱為泵（ATP驅(qū)動(dòng)泵）。①Na+-K+泵②H+泵ATP驅(qū)動(dòng)泵既是載體同時(shí)也是催化ATP水解的酶。第二類：間接消耗ATP的主動(dòng)運(yùn)輸。如圖：小腸上皮細(xì)胞逆濃度吸收葡萄糖時(shí)，沒有直接消耗ATP，而是利用Na+濃度差的能量。但是Na+濃度差的建立是依靠Na+-K+泵的，而Na+-K+需要消耗ATP。腎小管上皮細(xì)胞吸收葡萄糖同上。知識(shí)拓展兩類主動(dòng)運(yùn)輸1.下圖為氨基酸和Na+進(jìn)出腎小管上皮細(xì)胞的示意圖，下表選項(xiàng)中正確的是（）D2.離子泵是一種具有ATP水解酶活性的載體蛋白，能利用水解ATP釋放的能量跨膜運(yùn)輸離子。下列敘述正確的是()A.離子通過離子泵的跨膜運(yùn)輸屬于協(xié)助擴(kuò)散B.離子通過離子泵的跨膜運(yùn)輸是順著濃度階梯進(jìn)行的C.動(dòng)物一氧化碳中毒會(huì)降低離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率D.加入蛋白質(zhì)變性劑會(huì)提高離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率C3.如圖為一種溶質(zhì)分子跨膜運(yùn)輸?shù)氖疽鈭D。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（）A.載體①逆濃度運(yùn)輸溶質(zhì)分子B.載體②具有ATP酶活性C.載體①和②轉(zhuǎn)運(yùn)方式不同D.載體②轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)分子的速率比自由擴(kuò)散快B6.某種H+-ATPase是一種位于膜上的載體蛋白,具有ATP水解酶活性,能夠利用水解ATP釋放的能量逆濃度梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)H+。①將某植物氣孔的保衛(wèi)細(xì)胞懸浮在一定pH的溶液中(假設(shè)細(xì)胞內(nèi)的pH高于細(xì)胞外),置于暗中一段時(shí)間后,溶液的pH不變。②再將含有保衛(wèi)細(xì)胞的該溶液分成兩組,一組照射藍(lán)光后溶液的pH明顯降低;另一組先在溶液中加入H+-ATPase的抑制劑(抑制ATP水解),再用藍(lán)光照射,溶液的pH不變。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,下列推測(cè)不合理的是()A.H＋－ATPase位于保衛(wèi)細(xì)胞質(zhì)膜上，藍(lán)光能夠引起細(xì)胞內(nèi)的H＋轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外B.藍(lán)光通過保衛(wèi)細(xì)胞質(zhì)膜上的H＋－ATPase發(fā)揮作用導(dǎo)致H＋逆濃度梯度跨膜運(yùn)輸C.H＋－ATPase逆濃度梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)H＋所需的能量可由藍(lán)光直接提供D.溶液中的H＋不能通過自由擴(kuò)散的方式透過細(xì)胞質(zhì)膜進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞C小結(jié)：判斷下列曲線所代表的物質(zhì)運(yùn)輸方式②協(xié)助擴(kuò)散(載體介導(dǎo))③自由擴(kuò)散或協(xié)助擴(kuò)散⑤自由擴(kuò)散⑥協(xié)助擴(kuò)散或主動(dòng)運(yùn)輸①自由擴(kuò)散④主動(dòng)運(yùn)輸①自由擴(kuò)散②協(xié)助擴(kuò)散或主動(dòng)運(yùn)輸③自由擴(kuò)散或協(xié)助擴(kuò)散④主動(dòng)運(yùn)輸或哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞的主動(dòng)運(yùn)輸小結(jié)：判斷下列曲線所代表的物質(zhì)運(yùn)輸方式變形蟲的胞吞、胞吐示意圖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白雖然能夠幫助許多離子和小的分子通過細(xì)胞膜，但是，對(duì)于像蛋白質(zhì)和多糖這樣的生物大分子的運(yùn)輸卻無能為力。二、胞吞、胞吐1.細(xì)胞為什么要進(jìn)行胞吞、胞吐？2.胞吞、胞吐的作用完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸。變形蟲的胞吞、胞吐示意圖3.特點(diǎn)①在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，物質(zhì)包裹在脂雙層膜的包被的囊泡運(yùn)輸，(膜泡運(yùn)輸)②運(yùn)輸過程中需要消耗能量③批量運(yùn)輸大分子物質(zhì)或顆粒物。運(yùn)輸時(shí)不穿膜二、胞吞、胞吐（一）胞吞1.定義：當(dāng)細(xì)胞攝取大分子時(shí)，首先是大分子與膜上的蛋白質(zhì)結(jié)合，從而引起這部分細(xì)胞膜內(nèi)陷形成小囊，包圍著大分子。然后，小囊從細(xì)胞膜上分離下來，形成囊泡，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，這種現(xiàn)象叫胞吞吞噬體初級(jí)溶酶體次級(jí)溶酶體高爾基體2.作用原生生物：通過胞吞作用將胞外的營(yíng)養(yǎng)物攝取到細(xì)胞內(nèi)，最后在溶酶體中消化降解成小分子有機(jī)物供細(xì)胞利用。高等多細(xì)胞生物：主要發(fā)生在吞噬細(xì)胞中，其作用不僅僅是攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，主要是清除侵染機(jī)體的病原體及衰老或凋亡的細(xì)胞。一些病毒就是借助胞吞侵入機(jī)體的。（一）胞吞（二）胞吐1.定義：細(xì)胞需要外排的大分子，先在細(xì)胞內(nèi)形成囊泡，囊泡移動(dòng)到細(xì)胞膜處，與細(xì)胞膜融合，將大分子排出細(xì)胞，這種現(xiàn)象叫胞吐2.實(shí)例：乳腺細(xì)胞合成的蛋白質(zhì)、內(nèi)分泌腺分泌細(xì)胞合成的蛋白質(zhì)類激素、消化腺細(xì)胞分泌的消化酶等排出。分泌蛋白的分泌過程思考·討論：胞吞、胞吐過程的特點(diǎn)及意義1.胞吞、胞吐過程的實(shí)現(xiàn)與生物膜結(jié)構(gòu)的特性有什么關(guān)系？2.游離于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的核糖體合成的蛋白質(zhì)多是供細(xì)胞自身使用，而附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體合成的蛋白質(zhì)能夠分泌到細(xì)胞外。試分析其中的道理。參考答案：細(xì)胞結(jié)構(gòu)的流動(dòng)性是胞吞、胞吐的基礎(chǔ)，胞吞、胞吐過程中膜的變形本身也體現(xiàn)了膜的流動(dòng)性。參考答案：因?yàn)橛坞x于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的核糖體，所合成的蛋白質(zhì)也只能游離于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。由于蛋白質(zhì)是大分子有機(jī)物，無法直接通過被動(dòng)運(yùn)輸或主動(dòng)運(yùn)輸穿過細(xì)胞膜運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞外，所以一般只能留在細(xì)胞內(nèi)供細(xì)胞自身使用，而附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體合成的蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，并借助囊泡移動(dòng)進(jìn)入高爾基體，經(jīng)加工包裝后，包裹在囊跑中的蛋白質(zhì)就可以胞吐的方式分泌到細(xì)胞外。課后習(xí)題一、概念檢測(cè)1.一種物質(zhì)進(jìn)行跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞脚c該物質(zhì)的分子大小等性質(zhì)有關(guān)。判斷下列有關(guān)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)表述是否正確(1)相對(duì)分子質(zhì)量小的物質(zhì)或離子都可以通過自由擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)（

）(2)大分子有機(jī)物要通過轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的作用才能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，并且要消耗能量（

）(3)被動(dòng)運(yùn)輸都是順濃度梯度進(jìn)行的，既不需要消耗能量，也不需要借助膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（

）(4)主動(dòng)運(yùn)輸都是逆濃度梯度進(jìn)行的，既要消耗細(xì)胞的能量，也需要借助膜上的載體蛋白（

）×××√2.下列有關(guān)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)臄⑹觯e(cuò)誤的是（

）A.果脯在腌制中慢慢變