第四章 第3节 物质跨膜运输的方式
一、 教材分析
“物质跨膜运输的方式”是普通高中课程标准实验教科书生物必修一“分子和细胞”中的内容。本节内容属于细胞的功能之一：物质的输入和输出。整节内容除了介绍相关的理论知识外，重点还在于使学生认识生物科学的价值，理解任何一个生命系统都是开放的系统，都与外界有物质的交换。学生通过学习，理解细胞是基本的生命系统有着重要的意义,会运用生物学知识来解决社会生活中的一些实际问题。
二、 教学目标
1. 知识与技能：
(1) 说明物质进出细胞的方式； (2) 学会进行图表数据的解读。
2. 情感态度与价值观。本节情感态度与价值观的特点不太明显，主要强调积极
思考，主动自觉。
三、 教学重、难点
1. 教学重点：物质进出细胞的方式。 2. 教学难点：主动运输
四、 课时安排：
1课时
五、 学情分析
学生已经具备了细胞膜的结构、水跨膜运输的实例的基础，掌握了蛋白质多样性的知识，为新知识的学习奠定了认知基础。
六、 教学方法：
采用直观教学法、讲授法、讨论法，基本思路可以确定为：展示现象→提出问题→解释原理→总结概念。
七、 教具准备：
多媒体课件
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八、 教学过程
教学流 程 教师活动 学生活动 教学意图 [复习回顾] 前面我们已经学习了细胞膜的镶嵌流动模型和物质跨膜运输的实例，我们了解了： 流动镶嵌模型的内容： 快速回忆前边的内容，1、膜主要由脂质和蛋白质构成，其基本支架是磷脂双分子层。 并联系到即将学习的内容2、组成膜的蛋白质和脂质具有流动性，蛋白质在磷脂双分子层上分布是不均匀的。 上来 3、细胞膜对对物质进出细胞具有选择透过性。（膜的功能特点） 但是，我们还没有了解到，物质究竟是怎么进入细胞膜的？通过什么样的方式进行跨膜运输？这些将是我们这节课学习的内容。 导 入 新 课 [问题探讨]呈现教材P70页人工合成的脂双层图 大家先看屏幕上的这幅图，这个图表示的是几种不同物质，通过人工合成的脂双层膜的情况。大家仔细观察，他们的通过情况有何不同？什么样的物质可以通过？什么样的物质不能通过？ 我们待会儿请同学来回答。 ***同学，通过这个动画，你看到什么物质可以通过？ 那哪些物质不能通过呢？ 很好。大家再看我们之前学过的天然的细胞膜结构图，跟人工合成的脂双层图的结构对比，这里多了什么物质？ 没错，葡萄糖不能通过无蛋白质的磷脂双分子层，但却可以通过细胞膜，在小肠上皮细胞上被大量吸收，为什么？ [还有什么问题吗？] 非常好！这个同学观察能力很好，提了一个很重要的问题，这个问题涉及这节课很重要的内容。希望这位同学能在这堂课学完后知道答案是什么。 观察，思考讨论后回答（略） 学生回答：蛋白质 根据细胞膜的结构，推测细胞膜上的蛋白质能够转运葡萄糖。 学生可能会问：“钠离子、新 旧 知 识 联 系 给学生造成认知冲突，为下面讲述协助扩散打基础。 鼓励学生自己提出问题。 2
细胞在生命活动过程中要不断从外界摄取细胞所需要的营养物质，把产生的废物排出去，以维持细胞正常的生命活动。那么，物质是怎样通过细胞膜出入细胞的呢？ 钾离子也不能通过脂双层，但是却能够被细胞吸收，这是为什么？” 温 故 而 知 新 物理上的扩散 [演示扩散试验] 观看动画 我们先来看一个初中大家做过的一个实验。这是两个被玻璃隔开的广口瓶，分别盛 有空气和氮气，大家请看动画演示。 回忆初中物理知识 我们可以看到，玻璃片拿开之后，氮气与空气互相进入对方的瓶中，但由于一开始双方的浓度并不一样，氮气的要高，所以现在氮气的扩散量比空气的要多，这种现象，我们从初中物理就开始将其称为扩散，我们可以看到，它的扩散方向是顺着浓度梯度的，即从浓度高扩向浓度低的方向。整个过程不需要借助外界的力量。 那么，假如这种简单的扩散现象在细胞中发生，如我们在本章第一节提到的“植物细胞吸水和失水”实验是不是与上述提到的扩散相似？细胞进行其他物质的输送，又会是怎样的一种情况？ [演示氧和二氧化碳进出细胞的动画] 我们大家来看，并注意观察物质的运输方向。 ***同学，你来跟大家说下，动画里的物质是如何进行膜两侧的运输的？ 非常好！这位同学观察得非常仔细。我们刚才就已经了解到了，氧气、水、甘油等小分子的物质可以直接跨越细胞膜，不需要借助外界的力量。他们有一个规律，就像刚才这位同学所说的，由膜外的高浓度向膜内的低浓度运输，即顺浓度梯度进行。我们把细胞中这种类似物理上的扩散运动的运输方式称为自由扩散。因此，我们可以总结出自由扩散的概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞。 那么，哪些物质能进行这种自由扩散呢？我们上课一开始的图片已经向大家展示出来了，由于自由扩散过程没有借助其他外界力量，仅仅简单地通过脂双层，根据相似相容的原理，能够进行这种运输的，应该是具有脂溶性的物质，或者是不带电的小分子物质。如：水、氧气、二氧化碳、甘油、乙醇、苯等。 [回忆问题探讨现象][演示：葡萄糖进入红细胞的动画] 学生进行思维迁移 学生观看动画 膜两侧的物质类似物理上的扩散运动 注意教师所强调的特点 掌握自由扩散的概念 自由扩散 协助扩 前后联系 3
散 那么，我们刚才介绍的这些物质里边，并没有葡萄糖，而上课一开始我们也已经了解到，葡萄糖并不能通过没有蛋白质的人工脂双层，那葡萄糖如何运输呢？我们先来看一个动画，然后请同学说下看到的现象。 ***同学，这个动画，跟你之前看的自由扩散的动画有何不同呢？ 没错，非常好，在这里我们看到，葡萄糖的跨膜运输，并不是简单地通过磷脂层，而是需要一个载体，在蛋白质的辅助下，才能顺利通过，我们把这种蛋白质称为载体蛋白。除了需要载体蛋白，我们还发现，这种运输方式，与前边的自由扩散比较，有一个地方是相同的，是什么呢？大家回答。 没错，这种方式同样也是顺浓度梯度进行的。由于需要蛋白质的辅助，我们将它称为协助扩散，请大家归纳出协助扩散的定义：进出细胞的物质借助载体蛋白质的扩散，叫做协助扩散。采用这种方式的例子有：葡萄糖进入红细胞、氨基酸、核苷酸及细胞代谢物等。 [展示教材P71图4-7][ P71讨论与思考1-2题] OK，学习了自由扩散和协助扩散，请大家看这幅图，回忆一下刚才所观看的动画，回忆他们的概念，思考一下，他们需要能量吗？有何异同？我们待会儿请同学来小结。 ***同学，你来说一下，这两种运输方式存在着什么联系和区别？ 很好，请坐。正如这位同学所说，自由扩散不需要载体蛋白的协助，而协助扩散需要载体蛋白；但这两种方式都是顺浓度梯度进行的，不需要消耗能量，也正是这个原因，我们将其称为被动运输。 [列举物质逆浓度跨膜运输的现象][ 展示教材P71表4-1] 从上边我们总结的被动运输的特点，我们可以看到，被动运输总是从浓度高的一侧向浓度低的一侧进行的，但新陈代谢过程中，不可能细胞内的物质浓度总是低于细胞外。 例如植物细胞液质中的矿质元素镁离子、铁离子等都要比土壤溶液高，但细胞还是不断从土壤溶液中吸收这些无机盐；又例如人的红细胞中钾离子的浓度比血浆高30倍，钠离子的浓度却只有血浆的1/6，细胞却仍在“吸钾排钠”，这是为什么呢？我们再来看 认真观看动画 回答：需要蛋白质的辅助 掌握协助扩散的特点 回答：顺浓度梯度进行 掌握协助扩散的概念 学生归纳小结 回答：略 掌握被动运输的概念 思考教师提出的问题 小结 小结巩固 主动运输 前后联系，对比理解主动运输的过程和特点 4
一个表格。（展示丽藻细胞内外离子浓度对比的表格） 从这个表格我们可以看到，这些离子细胞内的浓度远远高于细胞外的，但仍然可以源源不断地向内运输来满足细胞新陈代谢所需。这种逆浓度梯度的运输时如何进行的？ [举出日常生活例子] 我们再来看几张图片，这里表示上下坡运东西的情况，我们知道，如图所示，向下运输，我们可以借助重力势能的降低转化，而不需要施加外力；但向上运输的话，由于重力势能是升高的，所以我们需要施加外力。同样的道理，如果物质从细胞膜低浓度的一侧向高浓度的一侧运输，需要借助外界的能量。那么这个过程是如何实现的呢？大家注意看动画。 [演示主动运输的动画] 我们可以看到，在这里，葡萄糖和离子的运输，都是从低浓度向高浓度进行，因此他们在需要载体蛋白的辅助的同时，还接受了来自ATP的能量，从而顺利地进行物质运输。我们把这种方式称为主动运输，大家一起归纳一下它的概念：从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时也需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫做主动运输。***同学上课一开始时提到的那个离子的问题，就可以在这里得到解释。 [展示教材P72图4-8主动运输示意图] 从这个概念以及刚才的动画，我们可以看出，主动运输具有什么特征？ 主动运输有三个特征：逆浓度梯度运输；需要载体；需要消耗能量。 那同学们再来思考一个问题：这些物质进出死细胞还能进行主动运输吗？物质通过细胞膜进出细胞的三种方式中，哪种方式对于活细胞完成各项生命活动最重要？为什么？ 没错。主动运输是活细胞的特性，它证明细胞能选择地透过一些物质；而死细胞的细胞膜没有选择透过性，失去了主动运输的能力。 [说明主动运输的意义] 分析表中数据对比的情况 由物体向上运输联想到细胞物质逆浓度跨膜运输亦需要能量 仔细观察动画； 学生集体归纳主动运的三个特征： .逆浓度梯度运输 2.需要载体 3.需要消耗能量 5