师：同学们好，下面我们开始上课。在自然界中，物质可以从浓度高的区域向浓度低的区域扩散，这是物质交换的常见方式。就像老师手中这杯清水，如果滴入有色溶液，会观察到有色溶液在其中扩散。细胞作为生命最基本的单位，有质膜存在，它能否通过这种简单的扩散完成物质交换呢？我们可以通过一个简单实验来验证。

　　老师在烧杯里加入碘酒溶液，用玻璃纸自制一个小袋，装入淀粉溶液。同学们都知道，碘会和淀粉产生蓝色反应，加入玻璃纸后，淀粉溶液还能和碘发生反应吗？我们把它浸泡一段时间后，观察实验结果。

　　一段时间后取出观察，会发现在玻璃纸自制的小袋中有少量蓝色出现。由此可得出，碘分子可以透过玻璃纸进入小袋与淀粉发生反应。同学们，环境中有一些小分子物质，比如我们在图像中看到的氧气、二氧化碳、水等小分子，以及一些脂溶性小分子，它们可以直接穿透磷脂双分子层进入细胞。这种运输方式既不需要转运蛋白，也不耗能，我们称之为自由扩散。

　　还有一些小分子物质，无法直接穿透磷脂双分子层，但可以借助膜上的转运蛋白达到扩散目的。例如钾离子从神经细胞排出、肾小管对水重吸收，都是通过膜上的通道蛋白进出细胞，不消耗能量，我们称之为协助扩散。协助扩散除了借助通道蛋白，还可以借助载体蛋白。比如红细胞吸收葡萄糖时，膜上的载体蛋白与葡萄糖结合，通过形态结构改变，将膜外葡萄糖转运到膜内。

　　上述两种运输方式都是从高浓度一侧向低浓度一侧运输，不消耗细胞能量，我们称之为被动运输，包括自由扩散和协助扩散。那么物质只能顺浓度梯度运输吗？今天我们一起来研究主动运输与胞吞胞吐。这堂课的学习目标有三个：一、举例说明有些物质逆浓度梯度进出细胞需要能量和载体蛋白；二、举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞；三、比较物质跨膜运输的各种方式，总结概括细胞膜具有选择透过性。下面我们来研究第一个问题。

　　比如说，人的红细胞中钾离子浓度比血浆高30倍，轮藻细胞中钾离子浓度比周围水环境高63倍，甲状腺滤泡上皮细胞内碘的浓度比血液中高20 - 25倍，小肠液中的葡萄糖浓度远远低于小肠上皮细胞中的浓度。但这些细胞仍要从外界吸收物质，由此可见，物质逆浓度梯度运输很常见。那么物质逆浓度梯度运输需要什么条件呢？请同学们观察这个物质逆浓度梯度的模型，回答旁边的3个问题。

　　同学们，刚刚看到的叫做钠钾泵的载体蛋白，是参与钠离子和钾离子运输的特有载体蛋白。下面研究第一个问题，钠离子和钾离子的运输方向是怎样的？观察模型可知，膜内钠离子浓度低，膜外钠离子浓度高，钠离子从膜内低浓度运到膜外高浓度；钾离子则相反，膜内钾离子浓度高，膜外钾离子浓度低，钾离子从膜外低浓度运输到膜内高浓度，这种运输方向称之为逆浓度梯度运输。

　　第二个问题，这种运输需要具备什么条件？观察模型后很明显可以看出，首先需要载体蛋白协助，其次因为是逆浓度梯度运输，要克服化学势能，所以需要消耗细胞代谢产生的能量。

　　第三个问题，载体蛋白如何特异性地识别钠离子和钾离子？同学们知道，细胞生活的液体环境富含多种物质，载体蛋白为何仅运输钾离子和钠离子？从模型上看，载体蛋白特定区域可以和钠离子结合，另外一些区域可以和钾离子结合，其特定的空间结构决定了它只能运输对应的离子或小分子。

　　细胞消耗代谢产生的能量逆浓度梯度进行物质运输，有怎样的生理意义呢？这种运输方式可以保证细胞按照生命活动需要，主动选择吸收营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，因而被称为主动运输。与协助扩散和自由扩散相比，其特征明显：一是物质逆浓度梯度运输，二是需要载体蛋白协助，同时消耗细胞代谢产生的能量。

　　同学们，我们刚刚研究了小分子物质跨膜运输的方式。有的小分子物质可直接穿透磷脂双分子层进行自由扩散，有的小分子物质需要借助膜上特定转运蛋白，如通道蛋白、载体蛋白等进行跨膜运输。在跨膜运输过程中，一部分是顺浓度梯度运输，如自由扩散和协助扩散；还有一些是逆浓度梯度运输，如主动运输。这些小分子物质通过不同方式跨膜运输。下面请同学们从运输方向、是否需要转运蛋白协助、是否消耗能量以及运输物质种类等方面进行汇总总结。

　　自由扩散，运输方向是顺浓度梯度，不需要载体协助，也不消耗能量，采用这种方式运输的物质有气体和一些脂溶性小分子。协助扩散，也是顺浓度梯度，但需要转运蛋白协助，不需要消耗能量，进行这种运输方式的物质有离子和一些小分子的葡萄糖、氨基酸等。主动运输，是逆浓度梯度，需要载体蛋白协助，同时消耗细胞代谢产生的能量，通过这种方式运输的物质有小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸，神经细胞吸收钾离子、排出钠离子等。

　　请同学们分析这张表格，结合小分子物质运输方式的特点，思考哪些因素对小分子物质运输速率有影响。很容易看出，影响因素之一是浓度。对于协助扩散和主动运输而言，还需要转运蛋白协助，因此转运蛋白的种类和数量对这两种运输方式也有影响。同时，主动运输需要消耗能量，而自由扩散和协助扩散不需要消耗能量，所以能量只对主动运输有影响。