2025届高考生物二轮专题突破：专题一 分子与细胞 选填题探析二 细胞的物质输入和输出（含答案）

选填题探析二　细胞的物质输入和输出
【考情分析】
1.考查题型:该部分内容的命题以选择题为主。
2.考查趋势:常以特定细胞或细胞器中多种物质协同转运的文字或图例为情境,考查学生利用教材知识准确辨析这些物质跨膜运输的方式的能力。
考点1　被动运输
【知识归纳】
1.动植物细胞的吸水和失水
2.理清质壁分离实验的两个条件和使用不同试剂的三个失分盲点
内因 原生质层
具有①　　　→细胞渗
透失水→质壁
分离
外因 外界溶液浓度②　　细胞液浓度
失分 盲点 (1)若使用物质的量浓度为1 mol·L-1的醋酸溶液,细胞不发生质壁分离和复原现象,因为醋酸能杀死细胞,使原生质层失去选择透过性; (2)若使用浓度过高的蔗糖溶液,则质壁分离现象明显,但不能发生复原,细胞会因过度失水而死亡; (3)若使用的溶液为适宜浓度的葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等,细胞发生质壁分离后,因主动或被动吸收溶质,细胞液浓度增大,植物细胞会吸水,所以细胞先发生质壁分离后自动复原
3.质壁分离和复原实验过程中的三个易错点
(1)无色洋葱鳞片叶内表皮细胞也可以发生质壁分离,只不过实验现象不容易被观察到。
(2)质壁分离过程中,植物细胞吸水能力的变化取决于细胞液浓度的变化:失水→质壁分离→细胞液浓度变大→细胞吸水能力变强。
(3)当给出某细胞的质壁分离状态图时,此细胞可能正在发生质壁分离,也可能正在发生质壁分离复原,或正处于水分子进出平衡状态。
【高考真题】
1.(2024·山东卷,T4)仙人掌的茎由内部薄壁细胞和进行光合作用的外层细胞等组成,内部薄壁细胞的细胞壁伸缩性更大。水分充足时,内部薄壁细胞和外层细胞的渗透压保持相等;干旱环境下,内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快。下列说法错误的是( )。
A.细胞失水过程中,细胞液浓度增大
B.干旱环境下,外层细胞的细胞液浓度比内部薄壁细胞的低
C.失水比例相同的情况下,外层细胞更易发生质壁分离
D.干旱环境下内部薄壁细胞合成多糖的速率更快,有利于外层细胞的光合作用
2.(2024·黑吉辽卷,T18改编)研究人员对小鼠进行致病性大肠杆菌接种,构建腹泻模型。用某种草药进行治疗,发现草药除了具有抑菌作用,对于空肠、回肠黏膜细胞膜上的水通道蛋白3(AQP3)的相对表达量也有影响,结果如图所示。下列叙述错误的是( )。
A.水的吸收以自由扩散为主、水通道蛋白的协助扩散为辅
B.模型组空肠黏膜细胞对肠腔内水的吸收减少,引起腹泻
C.治疗后空肠、回肠AQP3相对表达量提高,缓解腹泻,减少致病菌排放
D.治疗后回肠AQP3相对表达量高于对照组,可使回肠对水的转运增加
【考向速清】
(1)(2023·全国甲卷,T1)抗体在浆细胞内合成时消耗能量,其分泌过程不耗能,葡萄糖可通过主动运输但不能通过协助扩散进入细胞。 ( )
(2)(2023·辽宁卷,T4改编)谷氨酸以自由扩散的方式通过血脑屏障生物膜体系。 ( )
(3)(2022·湖北卷,T3)哺乳动物成熟红细胞的细胞膜含有丰富的水通道蛋白,硝酸银(AgNO3)可使水通道蛋白失去活性。经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会膨胀,在高渗蔗糖溶液中不会变小。 ( )
【对点强化】
1.(2024·黑龙江二模)把蚕豆植株放在湿润的空气中照光一段时间后,取蚕豆叶下表皮制作临时装片,先滴加清水进行观察,然后用0.3 g·mL-1的蔗糖溶液取代清水,短时间内继续观察,结果如图所示。对此现象的推断最合理的是( )。
A.清水中保卫细胞发生质壁分离使气孔开放
B.清水中水分子以被动运输的方式进入保卫细胞
C.蔗糖进入保卫细胞后,细胞吸水导致气孔关闭
D.滴加蔗糖溶液后,保卫细胞的吸水能力将减弱
2.(2023·辽宁三模)在低渗溶液中,人的红细胞很快吸水膨胀发生溶血,而水生动物卵母细胞不膨胀。后来科学家从人的红细胞的细胞膜上成功分离出水通道蛋白。下列相关叙述错误的是( )。
A.人的红细胞的细胞膜上水通道蛋白的数量可能比水生动物卵母细胞的多
B.人的红细胞通过水通道蛋白吸收水时不消耗能量
C.水分子通过水通道蛋白时,水通道蛋白需要与水分子结合且发生自身构象的改变
D.通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过
考点2　主动运输与胞吞、胞吐
【知识归纳】
1.物质进出细胞方式的判断
(1)图解物质出入细胞的方式
(2)物质出入细胞方式的判断
【特别提醒】
①判断葡萄糖、氨基酸等分子进出细胞的方式要看具体信息。若为顺浓度梯度的运输,则为协助扩散;若为逆浓度梯度的运输,则为主动运输。
②同一种物质进出不同细胞的运输方式不一定相同,如葡萄糖进入红细胞为协助扩散,进入小肠上皮细胞为主动运输;水分子可以通过自由扩散或协助扩散方式跨膜运输。
③胞吞、胞吐借助膜的融合完成,但胞吐的物质不一定是大分子物质,如释放的神经递质。
④消耗能量的跨膜运输方式不一定是主动运输,也可能是胞吞或胞吐。
2.影响物质跨膜运输的因素
(1)物质浓度(在一定浓度范围内)
(2)O2浓度
(3)温度
①温度影响生物膜的流动性,进而影响所有跨膜运输方式的运输速率。
②温度影响酶活性,影响呼吸速率,进而影响能量供应,主动运输和胞吞、胞吐均受影响。
3.破解物质跨膜运输中的四类重难点
(1)载体蛋白和通道蛋白作用不完全相同
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,且会发生自身构象的改变;通道蛋白运输时不需要和被转运物质结合。
③载体蛋白既能够参与协助扩散,又能够参与主动运输,而通道蛋白只能参与协助扩散,即通道蛋白介导的只能是顺浓度梯度的运输。
(2)载体蛋白并非只有运输功能
①离子泵:属于复合蛋白,既具有酶的催化功能(催化ATP水解),又具有运输离子的功能,通过主动运输的方式对特定离子进行跨膜运输,如Na+-K+泵、Ca2+泵、H+-K+ATP酶(位于胃表皮细胞,分泌胃酸)。以Na+-K+泵为例,如下图:
②质子泵:有的位于溶酶体膜、液泡膜等膜上(如图类型Ⅰ),有的位于线粒体内膜、叶绿体中类囊体膜等膜上(如图类型Ⅱ)。
(3)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依赖于另一种物质的顺浓度跨膜运输的过程,该过程消耗的能量来自离子电化学梯度(如图2)。
(4)载体蛋白的磷酸化——主动运输中ATP供能的原理
【高考真题】
1.(2024·山东卷,T1)植物细胞被感染后产生的环核苷酸结合并打开细胞膜上的Ca2+通道蛋白,使细胞内Ca2+浓度升高,调控相关基因表达,导致H2O2含量升高进而对细胞造成伤害;细胞膜上的受体激酶BAK1被油菜素内酯活化后关闭上述Ca2+通道蛋白。下列说法正确的是( )。
A.环核苷酸与Ca2+均可结合Ca2+通道蛋白
B.维持细胞Ca2+浓度的内低外高需消耗能量
C.Ca2+作为信号分子直接抑制H2O2的分解
D.油菜素内酯可使BAK1缺失的被感染细胞内H2O2含量降低
2.(2023·湖北卷,T15)心肌细胞上广泛存在Na+-K+泵和Na+-Ca2+交换体(转入Na+的同时排出Ca2+),两者的工作模式如图所示。已知细胞质中Ca2+浓度升高可引起心肌收缩。某种药物可以特异性阻断细胞膜上的Na+-K+泵。关于该药物对心肌细胞的作用,下列叙述正确的是( )。
A.心肌收缩力下降
B.细胞内液的K+浓度升高
C.动作电位期间Na+的内流量减少
D.细胞膜上Na+-Ca2+交换体的活动加强
3.(2023·湖南卷,T8)盐碱胁迫下植物应激反应产生的H2O2对细胞有毒害作用。禾本科农作物AT1蛋白通过调节细胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平,影响H2O2的跨膜转运,调节机制如图所示。下列叙述错误的是( )。
A.细胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的
B.PIP2s蛋白磷酸化被抑制,促进H2O2外排,从而减轻其对细胞的毒害
C.敲除AT1基因或降低其表达可提高禾本科农作物的耐盐碱能力
D.从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因是改良农作物抗逆性的有效途径
【考向速清】
(1)(2023·辽宁卷,T4改编)神经生长因子蛋白以胞吞、胞吐的方式通过血脑屏障生物膜体系。 ( )
(2)[2022·海南卷,T16(3)]细胞膜上的H+-ATP酶是一种转运H+的载体蛋白,能催化ATP水解,利用ATP水解释放的能量将H+泵出细胞,导致细胞外的pH　　　　　　;此过程中,H+-ATP酶作为载体蛋白在转运H+时发生的变化是　 。
【对点强化】
1.(2024·河南漯河模拟)胞内Na+区隔化是植物抵御盐胁迫的途径之一,液泡膜上H+-焦磷酸酶能利用水解焦磷酸释放的能量将H+运进液泡,建立液泡膜两侧的H+浓度梯度,该浓度梯度能驱动液泡膜上的转运蛋白M将H+运出液泡,同时将Na+由细胞质基质运进液泡,实现Na+区隔化。下列叙述错误的是( )。
A.加入H+-焦磷酸酶抑制剂,Na+跨液泡膜运输速率会下降
B.转运蛋白M仅具有调节渗透压的作用,不会影响液泡的pH
C.胞内Na+区隔化增加了细胞的吸水能力
D.低温条件下Na+转运过程受到一定影响
2.(2023·辽宁沈阳期末)下图甲为几种物质进行跨膜运输的示意图,图乙为氧气浓度与某物质跨膜运输速率关系图,下列叙述正确的是( )。
A.图甲中的载体1有特异性,载体2无特异性
B.图乙可表示图甲中氨基酸跨膜运输速率与氧气浓度的关系
C.图乙中限制a、b、c三点运输速率的主要因素都是能量
D.大分子进入细胞的速率与氧气浓度有关,与膜蛋白无关
3.(2024·吉林长春三模)如图,心肌细胞在静息时,NCX(Na+-Ca2+共转运蛋白)和Ca2+泵会将细胞质基质中过多的Ca2+排出细胞,以维持细胞内外正常的Ca2+浓度梯度。在某些病理条件下,NCX转为Na+-Ca2+“反向”运输模式,导致细胞内Ca2+浓度过高,引起心肌损伤。下列叙述错误的是( )。
A.膜外较高的Na+浓度的维持依赖于Na+-K+泵介导的主动运输
B.Ca2+与Ca2+通道蛋白结合后顺浓度梯度进入细胞的方式是易化扩散
C.NCX抑制剂可降低由Na+-Ca2+“反向”运输所导致的心肌损伤的程度
D.Ca2+泵发生磷酸化时伴随着能量的转移和空间结构的变化
参考答案
考点1　被动运输
知识归纳
1.①多　②少　③选择透过性　④浓度差
2.①半透性　②>
高考真题
1.B　解析　细胞失水过程中,水从细胞液流出,细胞液浓度增大,A正确;依题意,干旱环境下,内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快,则外层细胞的细胞液单糖多,且外层细胞还能进行光合作用合成单糖,故外层细胞的细胞液浓度比内部薄壁细胞的细胞液浓度高,B错误;依题意,内部薄壁细胞的细胞壁伸缩性更大,则在失水比例相同的情况下,外层细胞更易发生质壁分离,C正确;依题意,干旱环境下,内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快,有利于外层细胞光合作用产物向内部薄壁细胞转移,可促进外层细胞的光合作用,D正确。
2.A　解析　水分子跨膜运输的主要方式是经过水通道蛋白的协助扩散,A错误;分析题图可知,模型组空肠AQP3相对表达量降低,则空肠黏膜细胞对肠腔内水的吸收减少,引起腹泻,B正确;治疗后空肠、回肠AQP3相对表达量提高,则空肠和回肠黏膜对水的转运增加,缓解腹泻,减少致病菌排放,C正确;治疗组回肠AQP3相对表达量高于对照组,可使回肠对水的转运增加,D正确。
考向速清
(1)×　提示:抗体为分泌蛋白,分泌方式为胞吐,需要消耗能量;葡萄糖进入小肠上皮细胞为主动运输,进入哺乳动物成熟的红细胞为协助扩散。
(2)×　提示:谷氨酸跨膜运输需要载体蛋白的协助,是协助扩散或主动运输;谷氨酸作为神经递质出细胞的方式为胞吐。
(3)×　提示:经AgNO3处理的红细胞,水通道蛋白失去活性,但水可以通过自由扩散的方式进出细胞,故经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会吸水膨胀,在高渗蔗糖溶液中会失水变小。
对点强化
1.B　解析　清水中保卫细胞吸水使气孔开放,细胞并未发生质壁分离,A错误;清水中水分子以自由扩散或协助扩散(统称为被动运输)的方式进入细胞,B正确;用一定浓度的蔗糖溶液代替清水后,细胞失水导致气孔关闭,C错误;滴加蔗糖溶液后,保卫细胞失水,其吸水能力将增强,D错误。
2.C　解析　分子或离子通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合,C错误。
考点2　主动运输与胞吞、胞吐
高考真题
1.B　解析　环核苷酸结合细胞膜上的Ca2+通道蛋白,而Ca2+不需要与通道蛋白结合,A错误;环核苷酸结合并打开细胞膜上的Ca2+通道蛋白,使细胞内Ca2+浓度升高,Ca2+内流属于协助扩散,故维持细胞Ca2+浓度的内低外高是主动运输,需消耗能量,B正确;Ca2+作为信号分子,调控相关基因表达,导致H2O2含量升高,不是直接抑制H2O2的分解,C错误;BAK1缺失的被感染细胞不能被油菜素内酯活化,则不能关闭Ca2+通道蛋白,将导致H2O2含量升高,D错误。
2.C　解析　该种药物可以特异性阻断细胞膜上的Na+-K+泵,导致K+内流、Na+外流减少,故细胞内Na+浓度升高,K+浓度降低,动作电位期间Na+的内流量减少,B错误,C正确;细胞膜上的Na+-Ca2+交换体(转入Na+的同时排出Ca2+)活动减弱,Ca2+外流减少,细胞内Ca2+浓度升高,心肌收缩力加强,A、D错误。
3.B　解析　由题图信息可知,AT1蛋白缺陷可以促进PIP2s蛋白的磷酸化,进而促进H2O2的外排,A正确;AT1蛋白能够抑制PIP2s蛋白的磷酸化,减少H2O2的外排,导致抗氧化胁迫能力弱,不能减轻其对细胞的毒害,B错误;结合对A选项的分析可推测,敲除AT1基因或降低其表达可提高禾本科农作物抗氧化胁迫的能力,进而提高其成活率,C正确;从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因,可通过基因工程技术改良农作物抗逆性,D正确。
考向速清
(1)√
(2)降低　发生磷酸化,导致其空间结构改变
对点强化
1.B　解析　H+-焦磷酸酶能利用水解焦磷酸释放的能量将H+运进液泡,使液泡内侧的H+浓度高于细胞质基质,该浓度梯度能驱动Na+由细胞质基质运进液泡,则若加入H+-焦磷酸酶抑制剂,Na+跨液泡膜运输速率会下降,A正确;转运蛋白M可同时转运Na+和H+,因此具有调节细胞内pH和渗透压的作用,B错误;液泡中Na+区隔化增加了细胞液浓度,从而增加了细胞的吸水能力,C正确;细胞质基质中的Na+以主动运输的方式进入液泡,需要转运蛋白的协助,也需要消耗能量,低温会影响转运蛋白M的结构和功能,进而会影响Na+由细胞质基质运进液泡的过程,D正确。
2.B　解析　据图可知,载体1只能运输氨基酸,载体2只能运输葡萄糖和钠离子,说明载体1和载体2都具有特异性,A错误。图甲中氨基酸是逆浓度梯度运输,属于主动运输,需要消耗能量,图乙可表示图甲中氨基酸跨膜运输速率与氧气浓度的关系,B正确。图乙中a、b两点都是随着能量增加,运输速率增加,此时限制a、b两点运输速率的主要因素是能量;c点随着能量增加,运输速率不再发生改变,限制其运输速率的主要因素是载体蛋白数量,C错误。大分子进入细胞属于胞吞作用,需要能量,运输速率与氧气浓度有关,也需要膜蛋白的识别,D错误。
3.B　解析　Na+-K+泵通过消耗ATP将Na+运输至膜外,将K+运输至膜内,该过程为主动运输,因此膜外较高的Na+浓度的维持依赖于Na+-K+泵介导的主动运输,A正确;通道蛋白在运输物质时,不会与被运输物质结合,B错误;由“在某些病理条件下,NCX转为Na+-Ca2+‘反向’运输模式,导致细胞内Ca2+浓度过高,引起心肌损伤”可知,NCX抑制剂可降低由Na+-Ca2+“反向”运输所导致的心肌损伤的程度,C正确;Ca2+泵发生磷酸化时伴随着ATP中能量的转移,其空间结构也发生变化,D正确。