高考生物二轮复习专题专练(3)　破解物质运输中的四类迷茫点(含解析）

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高考生物二轮复习专题专练
(3)　破解物质运输中的四类迷茫点　　　
从“高度”上研究高考
[典例1]　(2021·山东高考)液泡是植物细胞中储存 Ca2＋的主要细胞器，液泡膜上的 H＋焦磷酸酶可利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输 H＋，建立液泡膜两侧的 H＋浓度梯度。该浓度梯度驱动 H＋通过液泡膜上的载体蛋白 CAX 完成跨膜运输，从而使 Ca2＋以与 H＋相反的方向同时通过 CAX 进行进入液泡并储存。下列说法错误的是(　 )
A．Ca2＋通过 CAX 的跨膜运输方式属于协助扩散
B．Ca2＋通过 CAX 的运输有利于植物细胞保持坚挺
C．加入 H＋焦磷酸酶抑制剂，Ca2＋通过 CAX 的运输速率变慢
D．H＋从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式属于主动运输
[解析]　Ca2＋通过 CAX 的跨膜运输方式为主动运输，所需要的能量由H＋顺浓度梯度产生的势能提供，A错误；Ca2＋通过 CAX 的运输进入液泡增加细胞液的浓度，有利于植物细胞保持坚挺，B正确；加入 H＋焦磷酸酶抑制剂，则液泡中的H＋浓度降低，液泡膜两侧的 H＋浓度差减小，为Ca2＋通过 CAX 的运输提供的能量减少，Ca2＋的运输速率变慢，C正确；H＋从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式需要水解无机焦磷酸释放的能量来提供，为主动运输，D正确。
[答案]　A
[典例2]　如图甲、乙分别是洋葱根尖在不同O2浓度及不同底物浓度情况下(其他条件适宜)，从含硝酸钾的全营养液中吸收NO的速率曲线图。下列相关叙述错误的是(　 )
A．A点时影响离子吸收速率的主要因素是能量
B．B点时离子吸收速率不再增大是因为载体的数量有限
C．C点时影响离子吸收速率的主要因素是底物浓度
D．D点时离子吸收速率不再增大是因为底物浓度太高，细胞发生质壁分离
[解析]　洋葱根尖吸收NO的方式是主动运输，吸收速率受能量、载体和底物浓度的影响。D点时离子吸收速率不再随底物浓度增大而增大，主要是因为载体数量有限，D错误。
[答案]　D
从“深度”上提升知能
1．载体蛋白和通道蛋白作用不完全相同
转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白两种类型，它们的作用特点分析如下：
(1)载体蛋白和通道蛋白对物质的运输都具有选择性。
(2)载体蛋白需要和被转运的物质结合，且会发生自身构象改变；通道蛋白运输时不需要和被转运物质结合。
(3)载体蛋白既能够执行协助扩散，又能够执行主动运输，而通道蛋白只能执行协助扩散，即通道蛋白只能顺浓度梯度运输。
2．主动运输消耗的能量并不都由ATP直接提供
(1)主动运输的能量来源分为三类(如图1)：ATP直接提供能量(ATP驱动泵)、间接供能(协同转运蛋白)、光驱动(光驱动泵)。
(2)协同运输是一种物质的逆浓度跨膜运输，其依赖于另一种物质的顺浓度，该过程消耗的能量来自离子电化学梯度(如图2)。
3．主动运输中ATP供能的原理
(1)ATP为主动运输供能
(2)ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。
4．物质跨膜运输速率的曲线分析
(1)图1、2表示物质浓度对跨膜运输速率的影响，其中图1表示的运输方式为自由扩散，图2表示的运输方式是协助扩散或主动运输。图2中P点之后运输速率不变的原因是膜上转运蛋白的数量有限。
(2)图3、4表示O2浓度对跨膜运输速率的影响，其中图3表示的运输方式为自由扩散或协助扩散，图4表示的运输方式为主动运输。图4中P点之后运输速率不变的限制因素是载体蛋白的数量。
(3)若图3表示哺乳动物成熟红细胞的物质运输，还可表示主动运输。
从“宽度”上拓展训练
1．ABC转运蛋白是一类跨膜转运蛋白，参与细胞吸收多种营养物质，每一种ABC转运蛋白对物质运输具有特异性。ABC转运蛋白的结构及转运过程如图所示，下列有关推测合理的是(　 )
A．ABC转运蛋白可提高O2的跨膜运输速度
B．ABC转运蛋白可协助葡萄糖顺浓度梯度进入细胞
C．Cl－和氨基酸依赖同一种ABC转运蛋白跨膜运输
D．通常是ATP水解释放的磷酸基团使转运蛋白磷酸化，其空间结构发生变化，小分子结合位点转向膜内侧，使小分子进入膜内
解析：选D　O2的跨膜方式是自由扩散，所以ABC转运蛋白不能提高O2的跨膜运输速度，A错误；ABC转运蛋白转运物质时需要消耗能量，属于主动运输，而葡萄糖顺浓度梯度进入细胞不需要消耗能量，B错误；由于每一种ABC转运蛋白对物质运输具有特异性，所以Cl－和氨基酸依赖不同种ABC转运蛋白跨膜运输，C错误；据图分析可知，ABC转运蛋白具有ATP结合域，可以和ATP结合，ATP 水解释放的磷酸基团使ABC转运蛋白磷酸化，其空间结构发生变化，小分子结合位点转向膜内侧，使小分子进入膜内，D正确。
2.某种植物液泡膜上存在Na＋/H＋反向转运载体蛋白，它可利用液泡内外H＋的电化学梯度(电位和浓度差)将H＋转出液泡，同时将Na＋由细胞质基质转入液泡。某些物质跨液泡膜转运过程如图所示，据图判断，下列叙述正确的是(　 )
A．H2O只以自由扩散的方式进出液泡
B．Na＋和Cl－均以主动运输的方式由细胞质基质进入液泡
C．液泡以主动运输的方式从细胞质基质中吸收H＋
D．提高细胞质基质H＋浓度有利于Na＋进入液泡
解析：选C　由图可知，水分子可以通过通道蛋白进出液泡，该方式为协助扩散，A错误；Cl－通过通道蛋白进入液泡，该方式为协助扩散，B错误；液泡从细胞质基质中吸收H＋需要载体，消耗能量，为主动运输，C正确；Na＋进入液泡的直接驱动力是液泡膜两侧的H＋电化学梯度，提高液泡H＋浓度有利于Na＋进入液泡，D错误。
3．一般认为生物膜上存在一些能携带离子通过膜的载体分子，载体分子对一定的离子有专一的结合部位，能选择性地携带某种离子通过膜，载体的活化需要ATP，其转运离子的情况如图。下列相关叙述不正确的是(　 )
A．据图分析可知载体分子与酶都具有专一性
B．温度通过影响呼吸酶的活性来影响植物根系对矿质元素的吸收
C．磷酸激酶与ATP水解有关，磷酸酯酶与ATP合成有关
D．失活的载体在膜中磷酸激酶和ATP的作用下又可使其磷酸化，而再度活化
解析：选C　题干信息“载体分子对一定的离子有专一的结合部位”，说明载体分子有专一性，一种酶只能催化一种或者一类化学反应，也有专一性，A正确。土壤温度可以通过影响有氧呼吸酶的活性来影响呼吸作用从而影响植物根系对矿质元素的吸收，B正确。据图分析，磷酸激酶的作用是在ATP和底物之间起催化作用，将一个磷酸基团转移到载体上；磷酸酯酶是使载体去磷酸化的酶，C错误。图中未活化的载体，在磷酸激酶的催化下，可获得ATP转移的磷酸基团，而再度活化，D正确。
4．如图表示物质浓度或氧气浓度与物质跨膜运输速率间关系的曲线图。下列相关叙述错误的是(　 )
A．若某物质跨膜运输的速率可用图1与图3表示，则该物质不可能为Mg2＋
B．若某物质跨膜运输的速率可用图2与图3表示，则该物质可能是葡萄糖
C．将图2与图4的曲线补充完整，曲线的起点应从坐标系的原点开始
D．限制图中a、b、c、d运输速率的因素不完全相同
解析：选C　如某物质跨膜运输的速率可用图1与图3表示，说明该物质的运输方式是自由扩散，则该物质不是Mg2＋，A正确；如某物质跨膜运输的速率可用图2与图3表示，说明该物质的运输方式是协助扩散，则该物质可能是葡萄糖，B正确；图4的曲线的起点不能从坐标系的原点开始，因为无氧呼吸也能提供能量，C错误；限制图中a、c两点的运输速率的主要因素分别是物质浓度和O2浓度，b、d两点的限制因素主要是转运蛋白的数量，D正确。
[微课微练·一点一评]
一、选择题
1．盐碱地中的某种植物，其细胞的液泡膜上有一种载体蛋白，能将细胞质基质中的Na＋逆浓度梯度运入液泡，降低Na＋对细胞质基质中酶的伤害。下列叙述错误的是(　 )
A．Na＋进入液泡与葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式相同
B．Na＋进入液泡的过程受土壤板结程度的影响
C．该载体蛋白作用的结果降低了植物的耐盐性
D．该载体蛋白作用的结果有助于增强细胞的吸水力
解析：选C　细胞的液泡膜上的载体蛋白能逆浓度运输Na＋，说明Na＋的运输方式是主动运输，葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式是主动运输，A正确；土壤板结程度影响细胞的有氧呼吸强度，从而影响主动运输过程的能量供应，影响Na＋进入液泡，B正确；当Na＋运入细胞液后，提高了细胞液的浓度，可以增强细胞的吸水能力，提高植物的耐盐性，C错误；由于该载体蛋白的作用，使液泡内Na＋浓度增大，渗透压上升，细胞吸水力增强，D正确。
2．生物膜上能运输H＋的质子泵主要有3类：消耗ATP的同时自身发生磷酸化并将H＋泵出细胞的P型质子泵，消耗ATP并将H＋逆浓度梯度泵入细胞器的V型质子泵，利用H＋顺浓度梯度释放的势能合成ATP的F型质子泵。下列说法错误的是(　 )
A．3类质子泵的运输都受温度变化的影响
B．P型质子泵磷酸化后空间结构不会发生变化
C．溶酶体膜上V型质子泵的运输方式为主动运输
D．线粒体内膜和叶绿体类囊体薄膜上都富含F型质子泵
解析：选B　质子泵是载体蛋白，其活性受温度影响，A正确；载体蛋白转运物质时会发生空间结构改变，因此P型质子泵磷酸化后空间结构会发生变化，B错误；V型质子泵，可利用ATP水解的能量，将H＋逆浓度梯度泵入溶酶体内，属于主动运输，C正确；类囊体薄膜是生成ATP的场所之一，该膜上具有F型质子泵，线粒体内膜也是生成ATP的场所之一，该膜上的质子泵为F型，D正确。
3．(2022·平邑县二模)肌细胞中Ca2＋储存在肌细胞特殊内质网——肌浆网中。肌细胞膜特定电位变化引起肌浆网上钙离子通道打开，大量钙离子进入细胞质，引起肌肉收缩后，肌浆网膜上的Ca2＋-ATP酶将细胞质中的Ca2＋运回肌浆网。下列相关叙述错误的是(　 )
A．钙离子通过钙离子通道进入细胞质的方式属于协助扩散
B．Ca2＋-ATP酶以主动运输方式将细胞质中的Ca2＋运回肌浆网
C．Ca2＋-ATP酶在运输钙离子的过程中会与Ca2＋发生特异性结合
D．钙离子进出肌浆网的过程都涉及ATP和ADP的相互转化
解析：选D　钙离子通过钙离子通道进入细胞质不需要消耗能量，该运输方式属于协助扩散，A正确；Ca2＋-ATP酶可以水解ATP释放能量，并驱动载体将Ca2＋运回肌浆网，属于主动运输，B正确；Ca2＋-ATP酶在运输钙离子的过程中会与Ca2＋发生特异性结合，C正确；钙离子通过钙离子通道进入细胞质不需要消耗能量，不涉及ATP和ADP的相互转化，D错误。
4．具膜小泡的H＋-ATPase的活性将建立起一个内部的pmf(质子动力势)，这个质子动力势将会驱动放射性底物的吸收(如图甲中45Ca2＋的吸收)，图乙表示小泡中Ca2＋浓度的影响因素。据图分析下列叙述不正确的是(　 )
A．加入Ca2＋通道，Ca2＋将顺浓度从小泡中漏出
B．Ca2＋只积累在小泡内，而不是结合在小泡膜上
C．降低细胞内O2浓度，会直接抑制小泡对Ca2＋的吸收
D．FCCP可能是消除质子梯度的化合物
解析：选C　加入Ca2＋通道，Ca2＋将顺浓度从小泡中以协助扩散运出，A正确；Ca2＋通过主动运输积累在小泡内，B正确；小泡对Ca2＋的吸收利用的是H＋建立的动力势，因此降低细胞内O2浓度，不会直接抑制小泡对Ca2＋的吸收，C错误；添加Ca2＋通道后，在＋ATP条件下，小泡中的Ca2＋含量急剧下降，而在＋ATP和＋FCCP条件下，小泡中的Ca2＋含量不变，说明FCCP可能是消除质子梯度的化合物，D正确。
二、非选择题
5．动物体绝大多数部位的细胞，Na＋膜外浓度高于膜内浓度，而K＋膜内浓度高于膜外浓度，这种分布的维持与Na＋-K＋泵有关，Na＋-K＋泵也被称为Na＋-K＋ATP酶，Na＋-K＋泵可以分别被Na＋、K＋激活，催化ATP水解，在Na＋存在的条件下，Na＋-K＋泵与Na＋结合，其酶活性被激活，在其作用下，ATP分子末端的磷酸基被转交给ATP酶，Na＋-K＋泵的磷酸化引起了其构象发生改变，从而将Na＋运出膜外，随之，在有K＋存在时，Na＋-K＋泵又脱磷酸化，酶分子恢复到原来的构象，同时将K＋运进膜内，该过程如图所示。回答相关问题：
(1)Na＋-K＋泵发挥的作用，主要有______________________和________________。ATP的主要作用有________________和____________________________________________。
(2)Na＋-K＋泵运输Na＋、K＋的意义是 ________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________(从神经系统兴奋性角度分析)。
(3)Na＋-K＋泵只能定向运输Na＋、K＋，而不能运输其他无机盐离子，这体现了细胞膜具有________________的功能特性，该功能特性主要是由细胞膜的_______________________功能体现出来。
(4)葡萄糖进入红细胞的方式与Na＋和K＋通过Na＋-K＋泵的跨膜运输的方式________(填“相同”或“不相同”)，那么它们的运输方式分别是 ____________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)Na＋-K＋泵也被称为Na＋-K＋ATP酶，可以作为运输Na＋、K＋的载体，也可以催化ATP水解。ATP的主要作用有水解提供能量，也可以提供磷酸基团与Na＋-K＋泵结合，使Na＋-K＋泵发生磷酸化反应，构象发生改变。(2)Na＋膜外浓度高于膜内浓度，而K＋膜内浓度高于膜外浓度，Na＋、K＋的这种分布可促进神经细胞静息电位的维持和动作电位的形成，利于神经冲动的正常产生。(3)Na＋-K＋泵只能定向运输Na＋、K＋，而不能运输其他无机盐离子，这体现了细胞膜可控制物质进出细胞，说明细胞膜具有选择透过性的功能。(4)Na＋和K＋通过Na＋-K＋泵的跨膜运输需要载体蛋白协助、ATP提供能量，其运输方式是主动运输，而葡萄糖进入红细胞的跨膜运输方式是协助扩散，所以它们的跨膜运输方式不相同。
答案：(1)作为载体蛋白运输Na＋、K＋　催化ATP水解　水解提供能量　提供磷酸基团，使ATP酶发生磷酸化反应　(2)维持Na＋膜外浓度高于膜内浓度，而K＋膜内浓度高于膜外浓度，有利于静息电位的维持和动作电位的形成，利于神经冲动的正常产生　(3)选择透过性　控制物质进出细胞　(4)不相同　协助扩散、主动运输