主動運輸與胞吞胞吐教學設計

教學設計

課程基本信息課題第4章第2節(jié)主動運輸與胞吞、胞吐教學目的教學目的：1.闡明主動運輸?shù)倪^程、特點和意義。2.舉例闡明胞吞和胞吐的過程。3.解釋細胞膜控制物質運輸?shù)墓πc細胞膜構造的關系。教學重點：1.主動運輸?shù)倪^程和特點。2.胞吞、胞吐的過程。教學難點：1.主動運輸?shù)倪^程和特點。2.胞吞、胞吐的過程。教學過程時間教學環(huán)節(jié)重要師生活動課前學習任務瀏覽教材內容。對所學內容有一種簡樸理解。1.主動運輸?shù)倪^程、特點和意義1.復習引入：上節(jié)課我們學習了某些小分子物質和離子能夠順濃度梯度以被動運輸?shù)姆绞竭M出細胞。例如水分子、氧氣分子能夠通過自由擴散進入細胞，葡萄糖分子能夠通過載體蛋白協(xié)助擴散進入細胞，K+、Na+能夠通過通道蛋白協(xié)助擴散進入細胞。是不是物質進出細胞都是順濃度梯度進行的呢？2.教材69頁的問題探討：任務1：閱讀教材提供的資料，探討甲狀腺上皮細胞吸取碘離子的方式人體甲狀腺分泌的甲狀腺激素，在生命活動中起著重要作用。碘是合成甲狀腺激素的重要原料。甲狀腺濾泡上皮細胞內碘濃度比血液中的高20～25倍。1.甲狀腺濾泡上皮細胞吸取碘是通過被動運輸嗎？2.聯(lián)想逆水行舟的情形，甲狀腺濾泡上皮細胞吸取碘與否需要細胞提供能量？引導學生回答以上問題：1.這一定不是被動運輸。由于被被動運輸是順濃度梯度進行的，即物質從濃度高的地方運輸?shù)綕舛鹊偷牡胤?。而甲狀腺濾泡細胞吸取碘離子是逆濃度梯度的。2.逆水行舟顯然需要消耗能量，甲狀腺濾泡上皮細胞逆濃度梯度吸取碘離子應當也是需要細胞提供的能量的。逆濃度梯度運輸物質的方式是普遍存在于細胞中的嗎？教師列舉逆濃度梯度運輸?shù)膶嵗盒∧c液中氨基酸、葡萄糖的濃度遠遠低于它們在小腸上皮細胞中的濃度，但它們仍然能被小腸上皮細胞吸??；人紅細胞中K+的濃度比血漿高30倍；輪藻細胞中K+的濃度比周邊水環(huán)境高63倍；人神經(jīng)細胞未興奮時細胞外的Na+遠高于細胞內。從這些例子中我們會發(fā)現(xiàn)物質逆濃度梯度進出細胞的運輸方式是普遍存在的。任務2:觀察主動運輸示意圖，概括主動運輸?shù)倪^程。從圖中我們能夠觀察到細胞運輸?shù)奈镔|濃度，細胞內高于細胞外，細胞膜上有運輸這種物質的載體，它能將這種物質逆濃度梯度運到了細胞內，因此這一過程消耗了細胞化學反映釋放的能量。載體是如何將物質從低濃度一側運輸?shù)礁邼舛纫粋鹊哪?？我們下面再來看看主動運輸過程的模擬動畫。在這個畫面中我們能看到細胞外的Na+濃度高于細胞內，而細胞內的K+濃度高于細胞外。那么細胞是如何逆濃度梯度轉運這兩種離子的呢？首先三個Na+與載體蛋白結合，然后細胞中的能量物質ATP中的磷酸基團挾能量與載體蛋白結合，引發(fā)載體蛋白發(fā)生空間構造的變化，造成Na+脫離載體蛋白被轉運到細胞外。同時2個K+與載體蛋白結合，磷酸基團從載體蛋白上脫離，引發(fā)載體蛋白空間構造變化，造成K+脫離載體蛋白被轉運到細胞外。在這個主動運輸?shù)睦又屑毎哪芰课镔|ATP，推動載體蛋白空間構造的變化，造成Na+和K+發(fā)生逆濃度梯度的跨膜轉運。人的神經(jīng)細胞需要依靠這樣的主動轉運過程來維持細胞內外的Na+和K+濃度梯度以實現(xiàn)它們的細胞功效。教師概括主動運輸?shù)母拍睿褐鲃舆\輸：逆濃度梯度進行的跨膜運輸，需要載體蛋白的協(xié)助，同時還需要消耗細胞內化學反映釋放的能量，這種方式叫作主動運輸。與主動運輸相似的是，協(xié)助擴撒也需要載體，那么這兩種運輸方式終究有哪些異同呢？任務3：比較協(xié)助擴散和主動運輸?shù)漠愅顚憣W習任務單主動運輸?shù)倪^程：與協(xié)助擴散相似的是，H+、Na+等離子和其它物質在逆濃度梯度跨膜運輸時，也要與膜上的載體蛋白的特定部位結合。并且這些載體只能運輸離子或小分子。與協(xié)助擴散不同的是，載體蛋白的空間構造的變化需要細胞內化學反映釋放的能量的推動。載體蛋白的空間構造發(fā)生變化后就將它所結合的離子或分子從細胞膜一側轉運到另一側并釋放出來。從圖中我們還能夠看到協(xié)助擴散和主動運輸轉運的物質運輸方向不同。在協(xié)助擴散的過程中物質是順濃度梯度運輸?shù)?，而主動運輸?shù)倪^程中物質是逆濃度梯度運輸?shù)?。我們回到本?jié)課一開始提到的甲狀腺濾泡上皮細胞逆濃度梯度吸取I-的過程?？茖W家把這一過程畫成下面這樣的示意圖。從這張示意圖中我們能夠看到運輸I-的載體也運輸Na+，在這個過程中不消耗細胞化學反映釋放的能量。但是I-的運輸借助了Na+的濃度梯度勢能，而維持Na+細胞外高于細胞內的濃度梯度，就需要消耗細胞化學反映釋放的能量，把順濃度梯度運進來的Na+再逆濃度梯度運出去。因此，這樣看來甲狀腺濾泡上皮細胞吸取I-最后也要消耗細胞化學反映釋放的能量，是主動運輸?shù)倪^程。這樣的例子尚有不少，例如小腸上皮細胞吸取葡萄糖。因此說判斷某種離子或小分子與否以主動運輸?shù)姆绞竭M出細胞，需要確認細胞在這一轉運過程中與否消耗了能量。細胞不僅能夠主動吸取生命活動所需的離子和小分子，還能通過主動運輸排出對身體有害的物質。諸多海生動物如海鷗，它們生活在海邊，以海水中的動物為食，它們吃了這些食物后體內鹽濃度升高會危害正常的生命活動，幸運的是它們進化出鹽腺這樣的構造，通過鹽腺細胞的主動運輸排出多出的鹽，以維持體內細胞正常的生命活動。神奇的是，諸多生活在海邊或鹽堿地的植物也發(fā)展出這樣的泌鹽能力。如桐花樹也能夠通過鹽腺主動排出體內過多的鹽分。可見主動運輸這種物質轉運方式是生物能夠適應多個多樣環(huán)境而生存下來的一種重要的細胞學基礎。主動運輸?shù)囊饬x：主動運輸普遍存在于動植物和微生物細胞中，通過主動運輸來選擇吸取所需要的物質，排出代謝廢物和對細胞有害的物質，從而確保細胞和個體生命活動的需求。注意：不同離子或分子的大小和性質不同，因此不同轉運蛋白質的空間構造差別也很大，一種轉運蛋白普通只能運輸一種或一類離子或分子。不同細胞的細胞膜上的轉運蛋白的種類和數(shù)量是不同的，因此對同一物質的運輸能力也是不同的?？茖W家研究這些轉運蛋白的構造有什么用呢？請大家看一下教材70頁“與社會的聯(lián)系”欄目中的內容。囊性纖維病的重要病因是患者肺部支氣管上皮細胞表面轉運Cl-的載體蛋白的構造和功效發(fā)生異常。類似的疾病尚有諸多，解析這些轉運蛋白的構造，將有助于找到治療疾病的方法。

2.胞吞和胞吐的過程任務4唾液腺細胞能分泌淀粉酶，胰島細胞能分泌胰島素。淀粉酶和胰島素能通過自由擴散、協(xié)助擴散或者主動運輸運出細胞嗎？請你根據(jù)細胞膜的構造構成做出分析。淀粉酶和胰島素都是蛋白質，是生物大分子，因此無法像H2O或CO2分子這樣通過自由擴散穿過細胞膜的脂雙層。協(xié)助擴散和主動運輸都是通過細胞膜上的轉運蛋白的運輸方式，是用來運輸離子和小分子的，也無法轉運這些大分子。我們首先來回想一下這些分泌蛋白的合成和運輸?shù)倪^程。淀粉酶和胰島素這些分泌蛋白首先由附著在內質網(wǎng)上的核糖體合成，然后通過內質網(wǎng)和高爾基體的加工后，通過包裹在囊泡中運輸?shù)郊毎じ浇?，最后囊泡膜和細胞膜融合這些大分子就被分泌到細胞外了。這種大分子物質排出細胞的過程叫作胞吐。細胞不僅能排出大分子，也能夠吸取大分子。我們來看這張大分子進細胞的電鏡照片。首先是細胞膜發(fā)生內陷把大分子包圍在這個“小坑”里，然后“小坑”的口逐步縮緊，最后形成小囊泡脫離細胞膜進入細胞。這個過程被稱為胞吞。有的同窗可能要問了，細胞外的大分子那么多，細胞怎么識別哪種大分子是自己需要運進細胞的呢？問的好，下面這些示意圖就是科學家們對此進行研究的成果。細胞膜上有能夠識別大分子的蛋白質，例如圖上這個藍色分子，它能夠和紫色的大分子顆粒相結合，然后這部分細胞膜就發(fā)生內陷，形成小囊泡并且和細胞膜分離。這樣，細胞就通過胞吞吸取了它需要的大分子。因此胞吞的過程需要細胞膜上的蛋白質對選擇吸取的大分子進行識別。并且小囊泡的形成和移動需要消耗細胞呼吸釋放的能量。下面請大家再看兩個單細胞生物進行胞吞和胞吐的例子。變形蟲通過胞吞攝取單細胞生物等食物，通過細胞內消化后，剩余的廢物經(jīng)由胞吐排出細胞。痢疾內變形蟲通過胞吐作用分泌蛋白分解酶，溶解人的腸壁組織，通過胞吞作用“吃掉”腸壁組織細胞，并引發(fā)阿米巴痢疾。這種病原體通過飲食傳輸，這就提示我們要注意飲食衛(wèi)生、培養(yǎng)良好的個人衛(wèi)生習慣來防止阿米巴痢疾等傳染性疾病。任務5：請同窗們概括胞吞、胞吐這種跨膜運輸方式，并統(tǒng)計在學習任務單上。細胞通過胞吞胞吐將大分子運入或運出細胞，這需要細胞膜上的蛋白質參加并消耗細胞內化學反映所釋放的能量。在這個過程中細胞膜的內陷和囊泡與細胞膜的融合都離不開磷脂雙分子層的流動性。3.本章小結任務6：請同窗們嘗試以概念圖的方式將本章所學內容總結在學習任務單上我們懂得細胞是一種開放的生命系統(tǒng)，隨時與外界進行物質交換。細胞是如何確保吸取有用的物質，排出有害的物質呢？首先細胞膜磷脂雙分子層有阻隔作用，物質不能隨意進出。只有某些不帶電荷的小分子如水，O2、CO2和甘油、乙醇等能夠自由擴散的方式進出細胞。離子和較小的有機分子（如葡萄糖和氨基酸等）的跨膜運輸必須借助于轉運蛋白。一種轉運蛋白往往只適合轉運特定的物質，如K+通道蛋白只能協(xié)