第10讲 物质进出细胞的方式及影响因素
[课标要求]
1.举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞,不需要额外提供能量,有些物质逆浓度梯度进出细胞,需要能量和载体蛋白。
2.举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。
考点一 被动运输、主动运输与胞吞、胞吐
1.被动运输
(1)概念:物质以扩散方式进出细胞, 消耗细胞内化学反应所释放的能量,这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
(2)类型:分为自由扩散和协助扩散两类。
[思考] 水分子难以大量通过自由扩散进出细胞,从细胞膜的结构分析,其原因是什么
(3)转运蛋白:包括通道蛋白和载体蛋白。
2.主动运输
3.胞吞和胞吐
1.判断正误
(1)(必修1 P67正文)水分子主要是通过自由扩散进出细胞的。( )
(2)(必修1 P71正文)大分子有机物要通过转运蛋白的作用才能进入细胞内,并且要消耗能量。( )
(3)(必修1 P72练习与应用)主动运输都是逆浓度梯度进行的。( )
(4)(必修1 P72与社会的联系)变形虫既能通过胞吞摄取单细胞生物等食物,又能通过胞吐排出食物残渣和废物。( )
2.规范表达
(1)(必修1 P67 正文拓展)水通道蛋白(AQP)是一类细胞膜通道蛋白。检测人唾液腺正常组织和水肿组织中3种AQP基因mRNA含量,发现AQP1和AQP3基因mRNA含量无变化,而水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍。
①AQP蛋白转运水进入细胞需要消耗ATP吗 请说明理由。
②检测结果表明,是否只有AQP5蛋白参与人唾液腺水肿的形成 请说明理由。
(2)(必修1 P69正文拓展)主动运输过程中载体蛋白发生怎样的变化
(3)(必修1 P72概念检测)果脯在腌制过程中慢慢变甜是不是细胞通过主动运输吸收糖分的结果 为什么
“三看法”判断物质进出细胞方式
能力1 结合转运蛋白的种类和功能,考查科学思维及获取信息的能力
1.(2024·四川成都模拟)研究发现物质出入细胞有多种方式,有些物质的出入需要转运蛋白的协助。协助物质进出细胞的转运蛋白包括载体蛋白和通道蛋白,且载体蛋白协助物质进出细胞时可能消耗能量,也可能不消耗能量,而通道蛋白协助物质进出细胞时不消耗能量。下列叙述正确的是( )
[A] 无转运蛋白参与的物质进出细胞的方式只有胞吞、胞吐
[B] Na+能通过通道蛋白的协助逆浓度梯度运出细胞
[C] 在主动运输中协助物质进出细胞的蛋白质是载体蛋白
[D] 物质依靠通道蛋白进出细胞的方式需要消耗ATP
能力2 结合物质出入细胞方式的判断考查获取信息能力
2.(2024·河南濮阳模拟)图1为氨基酸和Na+进出肾小管上皮细胞的示意图,图2表示甲、乙两种小分子物质在细胞内外的浓度情况。下列相关叙述错误的是( )
[A] 图1中氨基酸运出肾小管上皮细胞的方式属于被动运输
[B] 使用呼吸抑制剂不会影响肾小管上皮细胞将氨基酸运进细胞
[C] 图2中的甲可代表图1中的Na+,进出均需要转运蛋白
[D] 图2中的乙可代表图1中的氨基酸,进出均需要转运蛋白
关注物质进出细胞方式的5点“不一定”
(1)同一种物质进出细胞的运输方式不一定相同,如人的红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散,肾小管上皮细胞重吸收葡萄糖的方式是主动运输。
(2)消耗能量的运输方式不一定是主动运输,也可能是胞吞或胞吐。
(3)需要载体蛋白的运输方式不一定是主动运输,也可能是协助扩散。
(4)通过胞吞、胞吐运输的不一定是大分子物质,如神经递质通过胞吐释放。
(5)顺浓度运输的方式不一定是自由扩散,也可能是协助扩散。
考点二 影响物质跨膜运输速率的因素分析
1.影响物质跨膜运输速率的因素
(1)浓度差对物质跨膜运输的影响。
浓度差主要影响自由扩散和协助扩散。
(2)转运蛋白数量对跨膜运输的影响。
转运蛋白数量影响协助扩散和主动运输,自由扩散不受转运蛋白数量的影响。
(3)氧气含量对跨膜运输的影响:通过影响细胞呼吸进而影响主动运输的速率。
提醒 红细胞主动运输速率与O2含量的关系同左图。
(4)温度对跨膜运输的影响。
2.探究物质跨膜运输方式的实验设计思路
(1)探究是主动运输还是被动运输。
(2)探究是自由扩散还是协助扩散。
1.判断正误
(1)(必修1 P67正文拓展)自由扩散的速率仅与所运输物质的浓度差有关,与环境温度无关。( )
(2)(必修1 P70正文拓展)当氧气浓度为零时,人体肝细胞吸收葡萄糖的速率为零。( )
2.规范表达
(必修1 P72拓展应用2)柽柳是强耐盐植物,它的叶子和嫩枝可以将吸收到植物体内的无机盐排出体外。柽柳的根部吸收无机盐离子是主动运输还是被动运输 如果要设计实验加以证明,请说出实验思路。
能力3 结合物质跨膜运输的影响因素,考查科学思维
3.(2024·云南昆明模拟)细胞可运用不同的方式跨膜转运物质,下列相关叙述错误的是( )
[A] 物质自由扩散进出细胞的速率既与浓度梯度有关,也与分子大小有关
[B] 小肠上皮细胞摄入和运出葡萄糖与细胞质中各种溶质分子的浓度有关
[C] 神经细胞膜上运入K+的载体蛋白和运出K+的通道蛋白都具有特异性
[D] 肾小管上皮细胞通过主动运输方式重吸收氨基酸
能力4 结合物质跨膜运输的有关实验,考查科学探究能力
4.(2024·河南郑州月考)为探究细胞吸收葡萄糖的条件,将兔的成熟红细胞和肌肉细胞分别置于含有5.0%葡萄糖的培养液中进行实验,一段时间后测定培养液中葡萄糖的含量,结果如下表。以下分析正确的是( )
组别 培养条件 肌肉细胞 成熟红细胞
甲 加入葡萄糖载体抑制剂 5.0% 5.0%
乙 加入呼吸抑制剂 4.7% 3.5%
丙 不做任何处理 2.5% 3.5%
[A] 该实验的对照组为甲组,因变量为培养液中葡萄糖的含量
[B] 甲组与丙组比较,可知肌肉细胞和成熟红细胞吸收葡萄糖均需要通道蛋白
[C] 乙组与丙组比较,可知肌肉细胞和成熟红细胞吸收葡萄糖均需要能量
[D] 实验结果说明肌肉细胞吸收葡萄糖的方式既有主动运输,也有协助扩散
考向一 结合生命观念及科学思维,考查物质出入细胞的方式
1.(2024·浙江1月选考,3)婴儿的肠道上皮细胞可以吸收母乳中的免疫球蛋白,此过程不涉及( )
[A] 消耗 ATP [B] 受体蛋白识别
[C] 载体蛋白协助 [D] 细胞膜流动性
2.(2024·甘肃卷,2)维持细胞的Na+平衡是植物的耐盐机制之一。盐胁迫下,植物细胞膜(或液泡膜)上的H+ATP酶(质子泵)和Na+H+逆向转运蛋白可将Na+从细胞质基质中转运到细胞外(或液泡中),以维持细胞质基质中的低Na+水平(见下图)。下列叙述错误的是( )
[A] 细胞膜上的H+ATP酶磷酸化时伴随着空间构象的改变
[B] 细胞膜两侧的H+浓度梯度可以驱动Na+转运到细胞外
[C] H+ATP酶抑制剂会干扰H+的转运,但不影响Na+转运
[D] 盐胁迫下Na+H+逆向转运蛋白的基因表达水平可能提高
3.(2023·辽宁卷,4)血脑屏障的生物膜体系在控制物质运输方式上与细胞膜类似。下表中相关物质不可能存在的运输方式是( )
选项 通过血脑屏障生物膜体系的物质 运输方式
[A] 神经生长因子蛋白 胞吞、胞吐
[B] 葡萄糖 协助扩散
[C] 谷氨酸 自由扩散
[D] 钙离子 主动运输
考向二 结合科学探究考查影响细胞物质运输的因素
4.(2023·湖南卷,8)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,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
5.(2022·海南卷,16)细胞膜上存在的多种蛋白质参与细胞的生命活动。回答下列问题。
(1)细胞膜上不同的通道蛋白、载体蛋白等膜蛋白,对不同物质的跨膜运输起着决定性作用,这些膜蛋白能够体现出细胞膜具有的功能特性是 。
(2)细胞膜上的水通道蛋白是水分子进出细胞的重要通道,水分子借助水通道蛋白进出细胞的方式属于 。
(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 。
(4)细胞膜上的受体通常是蛋白质。人体胰岛B细胞分泌的胰岛素与靶细胞膜上的受体结合时,会引起靶细胞产生相应的生理变化,这一过程体现的细胞膜的功能是 。
(5)植物根细胞借助细胞膜上的转运蛋白逆浓度梯度吸收磷酸盐,不同温度下吸收速率的变化趋势如图。与25 ℃相比,4 ℃条件下磷酸盐吸收速率低的主要原因是
。
热点情境2 主动运输的三种能量来源
[情境链接]
根据能量来源不同,主动运输可分为ATP直接提供能量(ATP驱动泵)、间接提供能量(协同转运蛋白)以及光驱动泵三种基本类型。(如图所示)
1.ATP驱动泵
ATP驱动泵直接利用水解ATP释放的能量,实现离子或小分子逆浓度梯度或电化学梯度的跨膜运输。这种主动运输是一种能量偶联的化学反应过程,即离子或小分子逆电化学梯度的运输与ATP水解相偶联。
2.协同转运蛋白
协同转运蛋白介导各种离子和分子的跨膜运输。这种转运蛋白包括两种类型:同向转运蛋白和反向转运蛋白。这两类转运蛋白使一种离子或分子逆浓度梯度转运与另一种或多种其他离子或分子顺浓度梯度的转运偶联起来。与ATP驱动泵直接利用水解ATP提供能量的方式不同,协同转运蛋白所利用的能量储存在其中一种溶质的电化学梯度中。在动物细胞膜上,Na+是常用的协同转运离子,它的电化学梯度为另一种物质的主动运输提供了驱动力。由于Na+电化学梯度的形成需要Na+K+泵水解ATP,因此,协同转运是一种间接消耗能量的主动运输方式(如下图)。
3.光驱动泵
当细菌紫膜质被重组到人工脂质囊泡时,经科学家们通过实验证明在有光的条件下,它能够将H+泵到囊泡内,产生一个质子梯度。当这些囊泡与从线粒体中纯化的ATP合成酶混合时,该系统就催化ATP的合成(如图丙)。这个ATP的形成需要H+浓度梯度,且研究人员发现减少系统中的紫膜质或增加解偶联剂都会减少ATP的合成(如图甲、乙、丁)。
[典型例题]
(2021·山东卷,2)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
[迁移应用]
1.(2024·广东珠海调研)研究发现,植物细胞可以利用H+形成的浓度差提供的能量,通过蔗糖H+同向运输器吸收蔗糖分子。如图为蔗糖分子的跨膜运输示意图,下列相关叙述错误的是( )
[A] H+可采用不同的方式进行跨膜转运
[B] 加入H+ATP酶抑制剂不会影响蔗糖的运输速率
[C] H+ATP酶既具有催化功能,又具有运输功能
[D] H+ATP酶发挥作用时,其空间结构会发生改变
2.(2024·甘肃金昌期中)冰菜是一种耐盐性极强的盐生植物,其茎、叶表面有盐囊细胞,富含钠、钾、胡萝卜素、氨基酸、抗酸化物等,是具有很高营养价值的蔬菜。如图表示盐囊细胞中4种离子的转运方式。下列叙述错误的是( )
[A] P型和V型ATP酶转运H+为Na+、K+的转运提供动力
[B] NHX运输Na+有利于降低细胞质基质中Na+含量,提高耐盐性
[C] 在CLC开放后,H+和Cl-顺浓度梯度转运的方式属于主动运输
[D] 盐囊细胞膜上的某些载体蛋白可以同时具有运输和催化的功能
3.(2024·广东阳江模拟)α变形菌的细胞膜镶嵌有光驱动蛋白,其作为“质子泵”可将H+从细胞内侧泵到细胞膜外,形成的H+浓度梯度(化学势能)可用于ATP合成、物质的跨膜运输或驱动细菌鞭毛运动。如图为α变形菌能量转化的部分示意图。下列叙述正确的是( )
[A] 质子泵将H+从细胞内侧泵到细胞膜外,有利于调节α变形菌细胞的pH
[B] H+从细胞内侧泵到细胞膜外过程中,光驱动蛋白的构象不会发生变化
[C] H+从细胞内侧泵到细胞膜外没有消耗ATP,为被动运输
[D] α变形菌的鞭毛运动可利用光能作为直接能源
4.(2022·山东卷,3)N和N是植物利用的主要无机氮源,N的吸收由根细胞膜两侧的电位差驱动,N的吸收由H+浓度梯度驱动,相关转运机制如图。铵肥施用过多时,细胞内N的浓度增加和细胞外酸化等因素引起植物生长受到严重抑制的现象称为铵毒。下列说法正确的是( )
[A] N通过AMTs进入细胞消耗的能量直接来自ATP
[B] N通过SLAH3转运到细胞外的方式属于被动运输
[C] 铵毒发生后,增加细胞外的N会加重铵毒
[D] 载体蛋白NRT1.1转运N和H+的速度与二者在膜外的浓度呈正相关
第10讲 物质进出细胞的方式及影响因素
考点一 被动运输、主动运输与胞吞、胞吐
必备知识·梳理
1.(1)不需要 (2)转运蛋白 高 低 高 低 不需要 不消耗
[思考] 细胞膜以磷脂双分子层作为基本支架,水分子难以大量通过磷脂双分子层中的疏水区域。
(3)协助扩散 主动运输 特异性
2.载体蛋白 逆 消耗能量 载体蛋白 代谢废物
深挖教材
1.(1)× 水分子主要是通过协助扩散进出细胞的。
(2)× 大分子有机物要进入细胞内的方式是胞吞,该过程不需要转运蛋白,但要消耗能量。
(3)√ (4)√
2.(1)①不需要。通道蛋白参与的是被动运输(协助扩散),不消耗能量。
②不是。AQP1和AQP3基因mRNA含量无变化,而水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍,说明AQP5基因mRNA含量在水肿组织和正常组织中有差异,但不能说明只有AQP5蛋白参与人唾液腺水肿的形成。
(2)离子或分子与载体蛋白结合后,载体蛋白的空间结构发生变化,运输完成后载体蛋白又恢复原状。
(3)不是,腌制果脯时由于细胞外液浓度过高,细胞失水死亡,然后糖分大量扩散进入细胞才导致果脯变甜。
关键能力·提升
能力1
1.C 无转运蛋白参与的物质进出细胞的方式有自由扩散、胞吞和胞吐;Na+通过载体蛋白的协助逆浓度梯度运出细胞,通道蛋白只能进行顺浓度梯度运输;在主动运输中协助物质进出细胞的蛋白质是载体蛋白;物质依靠通道蛋白进出细胞的方式是协助扩散,属于被动运输不需要消耗ATP。
能力2
2.B 据题图分析可知,肾小管上皮细胞将氨基酸顺浓度梯度运出,需要转运蛋白协助,是协助扩散,即属于被动运输;肾小管上皮细胞从肾小管管腔吸收氨基酸是从低浓度向高浓度的逆浓度梯度运输,需要消耗由Na+在细胞内、外浓度差而形成的势能,不需要呼吸作用提供能量,但是Na+在细胞内、外浓度差的维持依靠Na+的主动运输,其过程需要消耗呼吸作用合成的ATP,故使用呼吸抑制剂会影响肾小管上皮细胞将氨基酸运进细胞;图2 中的甲物质细胞内的浓度低于细胞外,图1中Na+在细胞内的浓度低于细胞外,故图2中的甲可代表图1中的Na+,Na+进入细胞的方式是协助扩散,Na+运出细胞的方式是主动运输,两种运输方式都需要转运蛋白协助;图2中的细胞内乙物质的浓度高于细胞外,图1中氨基酸在细胞内的浓度高于细胞外,氨基酸进入细胞的方式是主动运输,运出细胞的方式是协助扩散,两种运输方式都需要转运蛋白协助。
考点二 影响物质跨膜运输速率的因素分析
必备知识·梳理
1.(1)转运 (2)能量
2.(1)主动运输 被动运输 (2)协助扩散 自由扩散
深挖教材
1.(1)× 自由扩散的速率既与所运输物质的浓度差有关,又与环境温度有关。
(2)× 肝细胞吸收葡萄糖的方式为主动运输,即使氧气浓度为零,人体肝细胞吸收葡萄糖的速率也不为零,因为肝细胞可通过无氧呼吸供能。
2.取甲、乙两组生长状态基本相同的柽柳幼苗,放入适宜浓度的含有Ca2+、K+的培养液中。甲组给予正常的细胞呼吸条件,乙组抑制细胞呼吸,一段时间后测定两组植株根系对Ca2+、K+的吸收速率。若两组植株对Ca2+、K+的吸收速率相同,说明柽柳从土壤中吸收无机盐为被动运输;若乙组吸收速率明显小于甲组吸收速率,说明柽柳从土壤中吸收无机盐是主动运输。
关键能力·提升
能力3
3.B 物质通过自由扩散的方式进出细胞的速率与浓度梯度有关,也与分子大小有关;小肠上皮细胞摄入葡萄糖为主动运输,与其他溶质分子浓度无关,运出葡萄糖为协助扩散,与细胞质中葡萄糖分子的浓度有关,与细胞质中其他溶质分子的浓度无关;膜转运蛋白包括载体蛋白和通道蛋白,二者都具有特异性,载体蛋白只允许与自身结合部位相适应的分子或离子通过,通道蛋白只允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;肾小管上皮细胞重吸收氨基酸的方式是主动运输。
能力4
4.D 由于甲组加入葡萄糖载体抑制剂,乙组加入呼吸抑制剂,而丙组不加入葡萄糖载体抑制剂和呼吸抑制剂,因此该实验中,甲组和乙组为实验组,丙组为对照组,实验的自变量为是否添加抑制剂和细胞种类,因变量为培养液中葡萄糖的含量;甲组与丙组比较,自变量为是否加入葡萄糖载体抑制剂,结果显示甲组成熟红细胞和肌肉细胞培养液中葡萄糖含量不变,丙组成熟红细胞和肌肉细胞培养液中葡萄糖的含量均减少,说明肌肉细胞和成熟红细胞吸收葡萄糖均需要蛋白质协助,但不确定是否为通道蛋白;乙组与丙组比较,自变量为是否加入呼吸抑制剂,结果显示乙组肌肉细胞培养液中葡萄糖含量高于丙组,成熟红细胞培养液中葡萄糖含量两组相等,可知肌肉细胞吸收葡萄糖需要能量,成熟红细胞吸收葡萄糖不需要消耗能量;由以上分析可知,肌肉细胞吸收葡萄糖的方式既有主动运输,也有协助扩散。
研练真题·感悟高考
考向一
1.C 免疫球蛋白的化学本质是蛋白质,是有机大分子物质,吸收方式为胞吞,需要消耗ATP,胞吞体现了细胞膜具有一定的流动性的结构特点;免疫球蛋白是有机大分子物质,细胞吸收该物质,需要受体蛋白的识别,不需要载体蛋白的协助。
2.C 细胞膜上的H+ATP酶介导H+向细胞外转运时为主动运输,H+ATP酶磷酸化时伴随着空间构象的改变;H+顺浓度梯度进入细胞所产生的势能是驱动Na+转运到细胞外的直接动力;H+ATP酶抑制剂干扰H+的转运,进而影响膜两侧H+浓度,对Na+的运输同样起到抑制作用;耐盐植株的Na+H+逆向转运蛋白比普通植株多,以适应高盐环境,因此盐胁迫下Na+H+逆向转运蛋白的基因表达水平可能提高。
3.C 神经生长因子蛋白是生物大分子,以胞吞、胞吐的方式通过生物膜细胞,与生物膜的流动性有关;葡萄糖进入哺乳动物成熟红细胞的方式为协助扩散;谷氨酸跨膜运输需要载体蛋白的协助,不能为自由扩散,当谷氨酸作为神经递质出细胞时为胞吐,也不是自由扩散;钙离子通过生物膜需要载体蛋白,运输方式可能为主动运输。
考向二
4.B 由题右图的信息可知,AT1蛋白缺陷,可以促进PIP2s蛋白的磷酸化,进而促进H2O2排出膜外;据题左图的信息可知,AT1蛋白能够抑制PIP2s蛋白的磷酸化,减少了H2O2从膜内运输到膜外的量,导致抗氧化胁迫能力弱,不能减轻H2O2对细胞的毒害;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;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。
5.【答案】 (1)选择透过性
(2)协助扩散
(3)下降 自身构象发生改变(或空间结构发生改变)
(4)进行细胞间的信息交流
(5)呼吸酶的活性降低,主动运输所需的能量减少
【解析】 (1)细胞膜上存在对不同物质的跨膜运输起决定性作用的膜蛋白,这些膜蛋白能够体现出细胞膜具有选择透过性这一功能特性。(2)水分子借助细胞膜上的水通道蛋白进出细胞,这种借助膜上转运蛋白顺浓度梯度进出细胞的物质扩散方式称为协助扩散。(3)细胞膜上的H+ATP酶能利用ATP水解释放的能量将H+泵出细胞,导致细胞外的H+增多,pH下降;载体蛋白在每次转运时都会发生自身构象的改变。(4)胰岛B细胞分泌的胰岛素,随血液到达全身各处,与靶细胞的细胞膜表面的受体结合,将信息传递给靶细胞,引起靶细胞产生相应的生理变化,该过程体现了细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能。(5)根细胞吸收磷酸盐的方式为主动运输,影响其运输速率的因素有载体蛋白的数量及能量的供应等,4 ℃条件下,呼吸酶的活性降低,细胞呼吸供能减少,从而使磷酸盐吸收速率下降。
热点情境2 主动运输的三种能量来源
[典型例题]
A Ca2+通过CAX的跨膜运输方式为主动运输,所需要的能量由H+浓度梯度产生的势能提供;Ca2+通过CAX的运输进入液泡,增大了细胞液的渗透压,有利于植物细胞吸水进而保持坚挺;加入H+焦磷酸酶抑制剂会抑制H+从细胞质基质进入液泡,则液泡中的H+浓度降低,液泡膜两侧的H+浓度梯度差减小,Ca2+通过CAX的运输速率减慢;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,为主动运输。
[迁移应用]
1.B 由题图分析可知,H+可采用主动运输和协助扩散的方式进行跨膜转运;加入H+ATP酶抑制剂会影响H+运出细胞,进而影响细胞对蔗糖的吸收;H+ATP酶既具有催化功能(催化ATP水解),又具有运输物质功能(运输H+);H+ATP酶作为载体蛋白发挥作用时,其空间结构会发生改变。
2.C P型和V型ATP酶通过催化ATP水解分别将细胞质基质中的H+运出细胞、运入液泡,使细胞外和液泡内H+的浓度较高,液泡中H+可顺浓度梯度进入细胞质基质,其产生的电化学势能驱动载体蛋白NHX协同转运Na+;细胞外的H+顺浓度梯度进入细胞质基质,其产生的电化学势能驱动载体蛋白NHX协同转运Na+和载体蛋白KUP协同转运K+,因此P型和V型ATP酶转运H+为Na+、K+的转运提供了动力。NHX可将细胞质基质中的Na+运出细胞,也可将其运入液泡,有利于降低细胞质基质中Na+含量,液泡内Na+的含量增大,液泡的细胞液浓度增大,耐盐性提高。据题图分析可知,CLC开放后,Cl-借助H+(协助扩散)产生的电化学势能逆浓度梯度进入液泡中,为主动运输。盐囊细胞膜上的某些载体蛋白如P型ATP酶,同时具有运输H+和催化ATP水解的功能。
3.A 质子泵将H+从细胞内侧泵到细胞膜外,改变了细胞的pH,有利于调节α变形菌细胞的pH;光驱动蛋白属于载体蛋白,在运输物质过程中发生构象的变化,所以H+从细胞内侧泵到细胞膜外过程中,光驱动蛋白的构象发生了变化;H+从细胞内侧泵到细胞膜外需要光能驱动,为主动运输;α变形菌的鞭毛运动消耗的能量是ATP中的化学能,不能利用光能作为直接能源。
4.B 由题干信息可知,N的吸收是根细胞膜两侧的电位差驱动的,所以N通过AMTs进入细胞消耗的能量不是来自ATP;由题图可以看出,N进入根细胞是由H+浓度梯度驱动的,进行的是逆浓度梯度运输,所以N通过SLAH3转运到细胞外是顺浓度梯度运输,属于被动运输;铵毒发生后,H+在细胞外更多,增加细胞外的N,可以促使H+向细胞内转运,减少细胞外的H+,从而减轻铵毒;据题图可知,载体蛋白NRT1.1转运N属于主动运输,主动运输的速率与其浓度无必然关系,载体蛋白NRT1.1转运H+属于协助扩散,协助扩散在一定范围内速率与浓度差呈正相关,超过一定范围后不成比例。(共96张PPT)
第10讲
物质进出细胞的
方式及影响因素
[课标要求]
1.举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞,不需要额外提供能量,有些物质逆浓度梯度进出细胞,需要能量和载体蛋白。
2.举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。
被动运输、主动运输与
胞吞、胞吐
考点一
1.被动运输
(1)概念:物质以扩散方式进出细胞, 消耗细胞内化学反应所释放的能量,这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
不需要
(2)类型:分为自由扩散和
协助扩散两类。
转运
蛋白
高
低
高
低
不需要
不消耗
[思考] 水分子难以大量通过自由扩散进出细胞,从细胞膜的结构分析,其原因是什么
【提示】 细胞膜以磷脂双分子层作为基本支架,水分子难以大量通过磷脂双分子层中的疏水区域。
(3)转运蛋白:包括通道蛋白和载体蛋白。
协助扩散
主动运输
特异性
2.主动运输
载体
蛋白
逆
消耗能量
载体蛋白
代谢废物
3.胞吞和胞吐
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修1 P67正文)水分子主要是通过自由扩散进出细胞的。( )
×
【提示】 水分子主要是通过协助扩散进出细胞的。
(2)(必修1 P71正文)大分子有机物要通过转运蛋白的作用才能进入细胞内,并且要消耗能量。( )
×
【提示】 大分子有机物要进入细胞内的方式是胞吞,该过程不需要转运蛋白,但要消耗能量。
(3)(必修1 P72练习与应用)主动运输都是逆浓度梯度进行的。( )
√
(4)(必修1 P72与社会的联系)变形虫既能通过胞吞摄取单细胞生物等食物,又能通过胞吐排出食物残渣和废物。( )
√
2.规范表达
(1)(必修1 P67 正文拓展)水通道蛋白(AQP)是一类细胞膜通道蛋白。检测人唾液腺正常组织和水肿组织中3种AQP基因mRNA含量,发现AQP1和AQP3基因mRNA含量无变化,而水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的
2.5倍。
①AQP蛋白转运水进入细胞需要消耗ATP吗 请说明理由。
【提示】 不需要。通道蛋白参与的是被动运输(协助扩散),不消耗能量。
②检测结果表明,是否只有AQP5蛋白参与人唾液腺水肿的形成 请说明理由。
【提示】 不是。AQP1和AQP3基因mRNA含量无变化,而水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍,说明AQP5基因mRNA含量在水肿组织和正常组织中有差异,但不能说明只有AQP5蛋白参与人唾液腺水肿的形成。
(2)(必修1 P69正文拓展)主动运输过程中载体蛋白发生怎样的变化
【提示】 离子或分子与载体蛋白结合后,载体蛋白的空间结构发生变化,运输完成后载体蛋白又恢复原状。
(3)(必修1 P72概念检测)果脯在腌制过程中慢慢变甜是不是细胞通过主动运输吸收糖分的结果 为什么
【提示】 不是,腌制果脯时由于细胞外液浓度过高,细胞失水死亡,然后糖分大量扩散进入细胞才导致果脯变甜。
“三看法”判断物质进出细胞方式
能力1 结合转运蛋白的种类和功能,考查科学思维及获取信息的能力
1.(2024·四川成都模拟)研究发现物质出入细胞有多种方式,有些物质的出入需要转运蛋白的协助。协助物质进出细胞的转运蛋白包括载体蛋白和通道蛋白,且载体蛋白协助物质进出细胞时可能消耗能量,也可能不消耗能量,而通道蛋白协助物质进出细胞时不消耗能量。下列叙述正确的是( )
[A] 无转运蛋白参与的物质进出细胞的方式只有胞吞、胞吐
[B] Na+能通过通道蛋白的协助逆浓度梯度运出细胞
[C] 在主动运输中协助物质进出细胞的蛋白质是载体蛋白
[D] 物质依靠通道蛋白进出细胞的方式需要消耗ATP
C
【解析】 无转运蛋白参与的物质进出细胞的方式有自由扩散、胞吞和胞吐;Na+通过载体蛋白的协助逆浓度梯度运出细胞,通道蛋白只能进行顺浓度梯度运输;在主动运输中协助物质进出细胞的蛋白质是载体蛋白;物质依靠通道蛋白进出细胞的方式是协助扩散,属于被动运输,不需要消耗ATP。
能力2 结合物质出入细胞方式的判断考查获取信息能力
2.(2024·河南濮阳模拟)图1为氨基酸和Na+进出肾小管上皮细胞的示意图,图2表示甲、乙两种小分子物质在细胞内外的浓度情况。下列相关叙述错误的是( )
[A] 图1中氨基酸运出肾小管上皮细胞的方式
属于被动运输
[B] 使用呼吸抑制剂不会影响肾小管上皮细胞
将氨基酸运进细胞
[C] 图2中的甲可代表图1中的Na+,进出均需要转运蛋白
[D] 图2中的乙可代表图1中的氨基酸,进出均需要转运蛋白
B
【解析】 据题图分析可知,肾小管上皮细胞将氨基酸顺浓度梯度运出,需要转运蛋白协助,是协助扩散,即属于被动运输;肾小管上皮细胞从肾小管管腔吸收氨基酸是从低浓度向高浓度的逆浓度梯度运输,需要消耗由Na+在细胞内、外浓度差而形成的势能,不需要呼吸作用提供能量,但是Na+在细胞内、外浓度差的维持依靠Na+的主动运输,
其过程需要消耗呼吸作用合成的ATP,故使用
呼吸抑制剂会影响肾小管上皮细胞将氨基酸
运进细胞;
图2 中的甲物质细胞内的浓度低于细胞外,图1中Na+在细胞内的浓度低于细胞外,故图2中的甲可代表图1中的Na+,Na+进入细胞的方式是协助扩散,Na+运出细胞的方式是主动运输,两种运输方式都需要转运蛋白协助;图2中的细胞内乙物质的浓度高于细胞外,图1中氨基酸在细胞内的浓度高于细胞外,氨基酸进入细胞的方式是主动运输,运出细胞的方式是协助扩散,两种运输方式都需要转运蛋白协助。
归纳总结
关注物质进出细胞方式的5点“不一定”
(1)同一种物质进出细胞的运输方式不一定相同,如人的红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散,肾小管上皮细胞重吸收葡萄糖的方式是主动运输。
(2)消耗能量的运输方式不一定是主动运输,也可能是胞吞或胞吐。
(3)需要载体蛋白的运输方式不一定是主动运输,也可能是协助扩散。
(4)通过胞吞、胞吐运输的不一定是大分子物质,如神经递质通过胞吐释放。
(5)顺浓度运输的方式不一定是自由扩散,也可能是协助扩散。
考点二
影响物质跨膜运输
速率的因素分析
1.影响物质跨膜运输速率的因素
(1)浓度差对物质跨膜运输的影响。
浓度差主要影响自由扩散和协助扩散。
转运
(2)转运蛋白数量对跨膜运输的影响。
转运蛋白数量影响协助扩散和主动运输,自由扩散不受转运蛋白数量的影响。
能量
(3)氧气含量对跨膜运输的影响:通过影响细胞呼吸进而影响主动运输的
速率。
提醒 红细胞主动运输速率与O2含量的关系同左图。
(4)温度对跨膜运输的影响。
2.探究物质跨膜运输方式的实验设计思路
(1)探究是主动运输还是被动运输。
主动运输
被动运输
(2)探究是自由扩散还是协助扩散。
协助扩散
自由扩散
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修1 P67正文拓展)自由扩散的速率仅与所运输物质的浓度差有关,与环境温度无关。( )
×
【提示】 自由扩散的速率既与所运输物质的浓度差有关,又与环境温度有关。
(2)(必修1 P70正文拓展)当氧气浓度为零时,人体肝细胞吸收葡萄糖的速率为零。( )
×
【提示】 肝细胞吸收葡萄糖的方式为主动运输,即使氧气浓度为零,人体肝细胞吸收葡萄糖的速率也不为零,因为肝细胞可通过无氧呼吸供能。
2.规范表达
(必修1 P72拓展应用2)柽柳是强耐盐植物,它的叶子和嫩枝可以将吸收到植物体内的无机盐排出体外。柽柳的根部吸收无机盐离子是主动运输还是被动运输 如果要设计实验加以证明,请说出实验思路。
【提示】 取甲、乙两组生长状态基本相同的柽柳幼苗,放入适宜浓度的含有Ca2+、K+的培养液中。甲组给予正常的细胞呼吸条件,乙组抑制细胞呼吸,一段时间后测定两组植株根系对Ca2+、K+的吸收速率。若两组植株对Ca2+、K+的吸收速率相同,说明柽柳从土壤中吸收无机盐为被动运输;若乙组吸收速率明显小于甲组吸收速率,说明柽柳从土壤中吸收无机盐是主动运输。
能力3 结合物质跨膜运输的影响因素,考查科学思维
3.(2024·云南昆明模拟)细胞可运用不同的方式跨膜转运物质,下列相关叙述错误的是( )
[A] 物质自由扩散进出细胞的速率既与浓度梯度有关,也与分子大小有关
[B] 小肠上皮细胞摄入和运出葡萄糖与细胞质中各种溶质分子的浓度有关
[C] 神经细胞膜上运入K+的载体蛋白和运出K+的通道蛋白都具有特异性
[D] 肾小管上皮细胞通过主动运输方式重吸收氨基酸
B
【解析】 物质通过自由扩散的方式进出细胞的速率与浓度梯度有关,也与分子大小有关;小肠上皮细胞摄入葡萄糖为主动运输,与其他溶质分子浓度无关,运出葡萄糖为协助扩散,与细胞质中葡萄糖分子的浓度有关,与细胞质中其他溶质分子的浓度无关;膜转运蛋白包括载体蛋白和通道蛋白,二者都具有特异性,载体蛋白只允许与自身结合部位相适应的分子或离子通过,通道蛋白只允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;肾小管上皮细胞重吸收氨基酸的方式是主动运输。
能力4 结合物质跨膜运输的有关实验,考查科学探究能力
4.(2024·河南郑州月考)为探究细胞吸收葡萄糖的条件,将兔的成熟红细胞和肌肉细胞分别置于含有5.0%葡萄糖的培养液中进行实验,一段时间后测定培养液中葡萄糖的含量,结果如下表。
组别 培养条件 肌肉细胞 成熟红细胞
甲 加入葡萄糖载体抑制剂 5.0% 5.0%
乙 加入呼吸抑制剂 4.7% 3.5%
丙 不做任何处理 2.5% 3.5%
以下分析正确的是( )
[A] 该实验的对照组为甲组,因变量为培养液中葡萄糖的含量
[B] 甲组与丙组比较,可知肌肉细胞和成熟红细胞吸收葡萄糖均需要通道
蛋白
[C] 乙组与丙组比较,可知肌肉细胞和成熟红细胞吸收葡萄糖均需要能量
[D] 实验结果说明肌肉细胞吸收葡萄糖的方式既有主动运输,也有协助扩散
D
【解析】 由于甲组加入葡萄糖载体抑制剂,乙组加入呼吸抑制剂,而丙组不加入葡萄糖载体抑制剂和呼吸抑制剂,因此该实验中,甲组和乙组为实验组,丙组为对照组,实验的自变量为是否添加抑制剂和细胞种类,因变量为培养液中葡萄糖的含量;甲组与丙组比较,自变量为是否加入葡萄糖载体抑制剂,结果显示甲组成熟红细胞和肌肉细胞培养液中葡萄糖含量不变,丙组成熟红细胞和肌肉细胞培养液中葡萄糖的含量均减少,说明肌肉细胞和成熟红细胞吸收葡萄糖均需要蛋白质协助,但不确定是否为通道蛋白;
乙组与丙组比较,自变量为是否加入呼吸抑制剂,结果显示乙组肌肉细胞培养液中葡萄糖含量高于丙组,成熟红细胞培养液中葡萄糖含量两组相等,可知肌肉细胞吸收葡萄糖需要能量,成熟红细胞吸收葡萄糖不需要消耗能量;由以上分析可知,肌肉细胞吸收葡萄糖的方式既有主动运输,也有协助扩散。
考向一 结合生命观念及科学思维,考查物质出入细胞的方式
1.(2024·浙江1月选考,3)婴儿的肠道上皮细胞可以吸收母乳中的免疫球蛋白,此过程不涉及( )
[A] 消耗 ATP [B] 受体蛋白识别
[C] 载体蛋白协助 [D] 细胞膜流动性
研练真题·感悟高考
C
【解析】 免疫球蛋白的化学本质是蛋白质,是有机大分子物质,吸收方式为胞吞,需要消耗ATP,胞吞体现了细胞膜具有一定的流动性的结构特点;免疫球蛋白是有机大分子物质,细胞吸收该物质,需要受体蛋白的识别,不需要载体蛋白的协助。
2.(2024·甘肃卷,2)维持细胞的Na+平衡是植物的耐盐机制之一。盐胁迫下,植物细胞膜
(或液泡膜)上的H+-ATP酶(质子泵)和Na+-H+逆向转运蛋白可将Na+从细胞质基质中转运到细胞外(或液泡中),以维持细胞质基质中的低Na+水平(见下图)。下列叙述错误的是( )
[A] 细胞膜上的H+-ATP酶磷酸化时
伴随着空间构象的改变
[B] 细胞膜两侧的H+浓度梯度可以驱动Na+转运到细胞外
[C] H+-ATP酶抑制剂会干扰H+的转运,但不影响Na+转运
[D] 盐胁迫下Na+-H+逆向转运蛋白的基因表达水平可能提高
C
【解析】 细胞膜上的H+-ATP酶介导H+向细胞外转运时为主动运输,
H+-ATP酶磷酸化时伴随着空间构象的改变;H+顺浓度梯度进入细胞所产生的势能是驱动Na+转运到细胞外的直接动力;H+-ATP酶抑制剂干扰H+的转运,进而影响膜两侧H+浓度,对Na+的运输同样起到抑制作用;耐盐植株的Na+-H+逆向转运蛋白比普通植株多,以适应高盐环境,因此盐胁迫下Na+-H+逆向转运蛋白的基因表达水平可能提高。
3.(2023·辽宁卷,4)血脑屏障的生物膜体系在控制物质运输方式上与细胞膜类似。下表中相关物质不可能存在的运输方式是( )
C
选项 通过血脑屏障生物膜体系的物质 运输方式
[A] 神经生长因子蛋白 胞吞、胞吐
[B] 葡萄糖 协助扩散
[C] 谷氨酸 自由扩散
[D] 钙离子 主动运输
【解析】 神经生长因子蛋白是生物大分子,以胞吞、胞吐的方式通过生物膜细胞,与生物膜的流动性有关;葡萄糖进入哺乳动物成熟红细胞的方式为协助扩散;谷氨酸跨膜运输需要载体蛋白的协助,不能为自由扩散,当谷氨酸作为神经递质出细胞时为胞吐,也不是自由扩散;钙离子通过生物膜需要载体蛋白运输,运输方式可能为主动运输。
考向二 结合科学探究考查影响细胞物质运输的因素
4.(2023·湖南卷,8)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,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
B
【解析】 由题右图的信息可知,AT1蛋白缺陷,可以促进PIP2s蛋白的磷酸化,进而促进H2O2排出膜外;据题左图的信息可知,AT1蛋白能够抑制PIP2s蛋白的磷酸化,减少了H2O2从膜内运输到膜外的量,导致抗氧化胁迫能力弱,不能减轻H2O2对细胞的毒害;
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;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。
5.(2022·海南卷,16)细胞膜上存在的多种蛋白质参与细胞的生命活动。回答下列问题。
(1)细胞膜上不同的通道蛋白、载体蛋白等膜蛋白,对不同物质的跨膜运输起着决定性作用,这些膜蛋白能够体现出细胞膜具有的功能特性是
。
选择透过性
【解析】 (1)细胞膜上存在对不同物质的跨膜运输起决定性作用的膜蛋白,这些膜蛋白能够体现出细胞膜具有选择透过性这一功能特性。
(2)细胞膜上的水通道蛋白是水分子进出细胞的重要通道,水分子借助水通道蛋白进出细胞的方式属于 。
协助扩散
【解析】 (2)水分子借助细胞膜上的水通道蛋白进出细胞,这种借助膜上转运蛋白顺浓度梯度进出细胞的物质扩散方式称为协助扩散。
(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
。
下降
【解析】 (3)细胞膜上的H+-ATP酶能利用ATP水解释放的能量将H+泵出细胞,导致细胞外的H+增多,pH下降;载体蛋白在每次转运时都会发生自身构象的改变。
自身构象发生改变
(或空间结构发生改变)
(4)细胞膜上的受体通常是蛋白质。人体胰岛B细胞分泌的胰岛素与靶细胞膜上的受体结合时,会引起靶细胞产生相应的生理变化,这一过程体现的细胞膜的功能是 。
进行细胞间的信息交流
【解析】 (4)胰岛B细胞分泌的胰岛素,随血液到达全身各处,与靶细胞的细胞膜表面的受体结合,将信息传递给靶细胞,引起靶细胞产生相应的生理变化,该过程体现了细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能。
(5)植物根细胞借助细胞膜上的转运蛋白逆浓度梯度吸收磷酸盐,不同温度下吸收速率的变化趋势如图。与25 ℃相比,4 ℃条件下磷酸盐吸收速率低的主要原因是 。
呼吸酶的活性降低,主动运输所需的能量减少
【解析】 (5)根细胞吸收磷酸盐的方式为主动运输,影响其运输速率的因素有载体蛋白的数量及能量的供应等,4 ℃条件下,呼吸酶的活性降低,细胞呼吸供能减少,从而使磷酸盐吸收速率下降。
热点情境2
主动运输的三种能量来源
[情境链接]
根据能量来源不同,主动运输可分为ATP直接提供能量(ATP驱动泵)、间接提供能量(协同转运蛋白)以及光驱动泵三种基本类型。(如图所示)
1.ATP驱动泵
ATP驱动泵直接利用水解ATP释放的能量,实现离子或小分子逆浓度梯度或电化学梯度的跨膜运输。这种主动运输是一种能量偶联的化学反应过程,即离子或小分子逆电化学梯度的运输与ATP水解相偶联。
2.协同转运蛋白
协同转运蛋白介导各种离子和分子的跨膜运输。这种转运蛋白包括两种类型:同向转运蛋白和反向转运蛋白。这两类转运蛋白使一种离子或分子逆浓度梯度转运与另一种或多种其他离子或分子顺浓度梯度的转运偶联起来。与ATP驱动泵直接利用水解ATP提供能量的方式不同,协同转运蛋白所利用的能量储存在其中一种溶质的电化学梯度中。
在动物细胞膜上,Na+是常用的协同转运离子,它的电化学梯度为另一种物质的主动运输提供了驱动力。由于Na+电化学梯度的形成需要Na+-K+泵水解ATP,因此,协同转运是一种间接消耗能量的主动运输方式(如下图)。
3.光驱动泵
当细菌紫膜质被重组到人工脂质囊泡时,经科学家们通过实验证明在有光的条件下,它能够将H+泵到囊泡内,产生一个质子梯度。当这些囊泡与从线粒体中纯化的ATP合成酶混合时,该系统就催化ATP的合成(如图丙)。这个ATP的形成需要H+浓度梯度,且研究人员发现减少系统中的紫膜质或增加解偶联剂都会减少ATP的合成(如图甲、乙、丁)。
[典型例题]
(2021·山东卷,2)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
A
【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+浓度梯度产生的势能提供;Ca2+通过CAX的运输进入液泡,增大了细胞液的渗透压,有利于植物细胞吸水进而保持坚挺;加入H+焦磷酸酶抑制剂会抑制H+从细胞质基质进入液泡,则液泡中的H+浓度降低,液泡膜两侧的H+浓度梯度差减小,Ca2+通过CAX的运输速率减慢;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,为主动运输。
思维建模
[迁移应用]
1.(2024·广东珠海调研)研究发现,植物细胞可以利用H+形成的浓度差提供的能量,通过蔗糖-H+同向运输器吸收蔗糖分子。如图为蔗糖分子的跨膜运输示意图,下列相关叙述错误的是( )
[A] H+可采用不同的方式进行跨膜转运
[B] 加入H+-ATP酶抑制剂不会影响蔗糖的运输速率
[C] H+-ATP酶既具有催化功能,又具有运输功能
[D] H+-ATP酶发挥作用时,其空间结构会发生改变
B
【解析】 由题图分析可知,H+可采用主动运输和协助扩散的方式进行跨膜转运;加入H+-ATP酶抑制剂会影响H+运出细胞,进而影响细胞对蔗糖的吸收;H+-ATP酶既具有催化功能(催化ATP水解),又具有运输物质功能(运输H+);
H+-ATP酶作为载体蛋白发挥作用时,其空间结构会发生改变。
2.(2024·甘肃立昌期中)冰菜是一种耐盐性极强的盐生植物,其茎、叶表面有盐囊细
胞,富含钠、钾、胡萝卜素、氨基酸、抗酸化物等,是具有很高营养价值的蔬菜。如图表示盐囊细胞中4种离子的转运方式。下列叙述错误的是( )
[A] P型和V型ATP酶转运H+为Na+、K+的
转运提供动力
[B] NHX运输Na+有利于降低细胞质基质
中Na+含量,提高耐盐性
[C] 在CLC开放后,H+和Cl-顺浓度梯度转运的
方式属于主动运输
[D] 盐囊细胞膜上的某些载体蛋白可以同时具有运输和催化的功能
C
【解析】 P型和V型ATP酶通过催化ATP水解分别将细胞质基质中的H+运出细胞、运入液泡,使细胞外和液泡内H+的浓度较高,液泡中H+可顺浓度梯度进入细胞质基质,其产生的电化学势能驱动载体蛋白NHX协同转运Na+;细胞外的H+顺浓度梯度进入细胞质基质,其产生的电化学势能驱动载体蛋白NHX协同转运Na+和载体蛋白KUP协同转运K+,因此P型和
V型ATP酶转运H+为Na+、K+的转运提供了动力。
NHX可将细胞质基质中的Na+运出细胞,也可将其运入液泡,有利于降低细胞质基质中Na+含量,液泡内Na+的含量增大,液泡的细胞液浓度增大,耐盐性提高。据题图分析可知,CLC开放后,Cl-借助H+(协助扩散)产生的电化学势能逆浓度梯度进入液泡中,为主动运输。盐囊细胞膜上的某些载体蛋白如P型ATP酶,同时具有运输H+和催化ATP水解的功能。
3.(2024·广东阳江模拟)α-变形菌的细胞膜镶嵌有光驱动蛋白,其作为“质子泵”可将H+从细胞内侧泵到细胞膜外,形成的H+浓度梯度(化学势能)可用于ATP合成、物质的跨膜运输或驱动细菌鞭毛运动。如图为α-变形菌能量转化的部分示意图。下列叙述正确的是( )
[A] 质子泵将H+从细胞内侧泵到细胞膜外,
有利于调节α-变形菌细胞的pH
[B] H+从细胞内侧泵到细胞膜外过程中,
光驱动蛋白的构象不会发生变化
[C] H+从细胞内侧泵到细胞膜外没有消耗ATP,为被动运输
[D] α-变形菌的鞭毛运动可利用光能作为直接能源
A
【解析】 质子泵将H+从细胞内侧泵到细胞膜外,改变了细胞的pH,有利于调节α-变形菌细胞的pH;光驱动蛋白属于载体蛋白,在运输物质过程中发生构象的变化,所以H+从细胞内侧泵到细胞膜外过程中,光驱动蛋白的构象发生了变化;H+从细胞内侧泵到细胞膜外需要光能驱动,为主动运输;α-变形菌的鞭毛运动消耗的能量是ATP中的化学能,不能利用光能作为直接能源。
B
(时间:30分钟 满分:38分)
基础强化练
选择题:1~7题,每题2分。
1.(物质运输综合|2024·重庆联考)下列有关物质进出细胞的叙述错误的是( )
[A] 葡萄糖进入红细胞的主动运输过程中需要的能量来自红细胞的无氧呼吸
[B] 质壁分离过程中,液泡中细胞液的水分子外流导致细胞的吸水能力增强
[C] 通过胞吐作用释放到细胞外的不一定是大分子
[D] 护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于自由扩散
A
【解析】 葡萄糖进入红细胞的方式是协助扩散,不消耗能量;质壁分离过程中,液泡中水分子外流导致细胞液浓度升高,细胞吸水能力增强;小分子神经递质可通过胞吐方式释放到细胞外;甘油属于脂溶性物质,甘油进入皮肤细胞的过程属于自由扩散。
2.(水分子的运输方式|2024·南阳期中)水是一种极性小分子,研究发现水分子通过细胞膜的方式有两种(如图所示),下列相关叙述错误的是( )
[A] 结构a分子的尾部有屏障细胞内外环境作用
[B] 通道蛋白跨膜部分含有较多的疏水性氨基酸
[C] 方式2属于主动运输,该过程中通道蛋白会与水分子结合
[D] 水通道蛋白失活的植物细胞在高渗溶液中仍能发生质壁分离
C
【解析】 结构a为磷脂双分子层,磷脂分子具有疏水性尾部,可阻止水溶性分子或离子通过,具有屏障细胞内外环境的作用;通道蛋白跨膜部分与磷脂双分子层疏水尾部接触,因而这部分含有较多疏水性氨基酸;方式2是水分子依赖水通道蛋白的运输,属于协助扩散,在转运过程中通道蛋白不与水分子结合;由于水分子不仅通过方式2运输,也通过方式1(自由扩散)运输,因此即使水通道蛋白失活,植物细胞仍可在高渗溶液中渗透失水,发生质壁分离。
3.(物质运输综合|2024·文山州月考)如图是物质进出细胞方式的概念图,对图示分析正确的是( )
[A] 据图可确定②为不耗能、需转运蛋白的被动运输
[B] 哺乳动物的成熟红细胞吸收葡萄糖的方式为①
[C] ③和④的共同特点都是顺浓度梯度进行跨膜运输
[D] 水进入细胞的方式为①
C
【解析】 ②为被动运输,其中自由扩散不需转运蛋白;哺乳动物的成熟红细胞吸收葡萄糖的方式为②中的协助扩散;水进入细胞的方式为②被动运输。
4.(转运蛋白|2024·丽江期中)生物膜的选择透过性与膜上的转运蛋白种类密切相关,转运蛋白包括通道蛋白和载体蛋白两种类型。下列有关通道蛋白和载体蛋白的叙述正确的是( )
[A] 两者都是跨膜蛋白
[B] 两者运输物质时都不需要消耗能量
[C] 两者都既能将物质从低浓度向高浓度运输,也能从高浓度向低浓度运输
[D] 转运物质的特异性只与物质的大小、性质有关,与两者的结构无关
A
【解析】 载体蛋白和通道蛋白都是跨膜蛋白,两者以不同的方式转运物质;通道蛋白参与的被动运输不需要消耗能量,载体蛋白参与的逆浓度梯度运输需要消耗能量;通道蛋白只参与协助扩散,在运输过程中是从高浓度向低浓度运输,而载体蛋白可以参与协助扩散和主动运输,既能将物质从低浓度向高浓度运输,也能从高浓度向低浓度运输;载体蛋白和通道蛋白都可以运输物质且具有特异性,转运物质的特异性既与物质的大小、性质有关,也与两者的结构有关。
5.(影响物质运输的因素|
2024·漳州模拟)丽藻是一种水生植物,某实验小组测定了丽藻细胞液中离子浓度与其生活环境中相应离子浓度的比值,统计结果如下表所示。
下列相关叙述错误的是( )
[A] 表格数据说明丽藻对不同离子的吸收存在差异,说明细胞膜具有选择透过性
[B] 表格中的比值不同反映了丽藻细胞膜上运输不同离子的载体蛋白数量不同
[C] 若池水缺氧,则离子的吸收将受影响,但丽藻对水的吸收不受影响
[D] 若池水温度降低,丽藻对离子的吸收速率都将减慢
C
【解析】 细胞吸收离子可提高细胞液浓度,进而促进丽藻细胞对水的吸收,若池水缺氧,则丽藻呼吸产能减少,离子吸收受影响,水的吸收也将受影响。
6.(物质进出细胞的方式|2025·成都期中)离子或小分子物质的跨膜运输与许多生物学过程密切相关,如图为物质跨膜运输的4种类型。下列有关叙述,错误的是
( )
[A] 跨膜运输速率会受到低温环境影响的类型有①②③④
[B] 上图的运输类型中,H2O的跨膜运输方式主要为①
[C] 哺乳动物的神经细胞中,这4种跨膜运输类型都存在
[D] 哺乳动物成熟红细胞过程④,能量由细胞质基质提供
B
【解析】 低温会降低细胞膜的流动性和有关蛋白质的活性,使物质运输的速率降低,因此低温能影响的跨膜运输类型有①②③④;更多的水分子通过②协助扩散进行跨膜运输;哺乳动物神经细胞中,题图4种跨膜运输类型都存在;哺乳动物成熟红细胞没有线粒体,但可通过在细胞质基质进行的无氧呼吸为过程④提供能量。
[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蛋白的数量有限
[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
D
能力提升练
选择题:8~10题,每题4分。
8.(物质跨膜运输方式|2025·四川高考适应性考试)葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)是一种存在于脂肪细胞中的蛋白质。在胰岛素的刺激下,GLUT4会从脂肪细胞内的囊泡膜上转移至细胞膜上,葡萄糖借助细胞膜上的GLUT4进入脂肪细胞。下列叙述错误的是( )
[A] 脂肪细胞中GLUT4以氨基酸为原料,在核糖体中合成
[B] GLUT4转移至细胞膜所需要的能量主要来自线粒体
[C] GLUT4每次转运葡萄糖时,其自身构象都会发生改变
[D] 当血糖浓度升高时,脂肪细胞膜上的GLUT4数量减少
D
【解析】 葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)是一种存在于脂肪细胞中的蛋白质,蛋白质合成的原料是氨基酸,合成的场所是核糖体;线粒体是有氧呼吸的主要场所,是能量代谢中心,因此GLUT4转移至细胞膜所需要的能量主要来自线粒体;葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)是葡萄糖进入脂肪细胞的转运蛋白,每次转运葡萄糖时GLUT4的构象会发生改变;当血糖浓度升高时,会有更多的葡萄糖通过细胞膜上的GLUT4进入脂肪细胞,因此脂肪细胞膜上的GLUT4数量增加。
D
10.(新情境·质子泵|2024·合肥模拟)生物膜上能运输H+的转运蛋白统称为质子泵,常见的质子泵有3类:V型质子泵,可利用ATP水解的能量,将H+逆浓度梯度泵入细胞器;F型质子泵,可利用H+顺浓度梯度的势能合成ATP;P型质子泵,在水解ATP的同时发生磷酸化,将H+泵出细胞并维持稳定的H+浓度,该质子泵能被药物W特异性抑制。下列叙述错误的是( )
[A] 溶酶体膜上常见V型质子泵,利于维持溶酶体内的酸性环境
[B] 叶绿体内膜上常见F型质子泵,利于H+的转运和ATP的合成
[C] F型质子泵能催化ATP的合成,P型质子泵能催化ATP的水解
[D] 药物W可以用来治疗因胃酸过多而导致的胃溃疡等疾病
B
【解析】 由题可知,V型质子泵可利用ATP水解的能量,将H+逆浓度梯度泵入细胞器,溶酶体内呈酸性,因此V型质子泵常见于细胞中的溶酶体膜上,通过主动运输将H+逆浓度梯度泵入溶酶体内;F型质子泵可利用H+顺浓度梯度的势能合成ATP,叶绿体内膜不能合成ATP,因此没有F型质子泵;由题可知,F型质子泵可催化ATP的合成,P型质子泵可以催化ATP水解;P型质子泵,在水解ATP的同时发生磷酸化,将H+泵出细胞,该质子泵能被药物W特异性抑制,说明药物W可抑制H+的分泌,能有效缓解胃酸过多导致的胃溃疡等疾病。
11.(12分)(物质运输方式综合|2024·遂宁期末)细胞是一个开放的系统,每时每刻都与环境进行着物质交换,细胞膜能对进出细胞的物质进行选择。图中
①~⑤表示物质通过细胞膜的转运方式,甲~戊表示不同的物质或细胞结构。请回答以下相关问题。
(1)图中结构甲的名称是 。
从分子结构分析,膜蛋白乙、丙、丁
之间的差异体现在
。
磷脂双分子层
构成三种蛋白质的氨基
酸种类、数目、排列顺序不同以及肽链盘曲、折叠方式及其形成的空间
结构不同
【解析】 (1)题图中结构甲是磷脂双分子层,是构成细胞膜的基本支架。由于构成乙、丙、丁三种蛋白质的氨基酸种类、数目、排列顺序不同以及肽链盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同,因此膜蛋白乙、丙、丁的结构不同。
。
氧气
生物膜上运输K+和Cl-的蛋白的数量不同
【解析】 (2)据题图分析,①方式为物质顺浓度梯度的运输,不需转运蛋白和能量,为自由扩散,运输的物质可能是氧气。由于生物膜上运输K+和Cl-的蛋白数量不同,因此生物膜对K+和Cl-的通透性存在明显差异,这体现了生物膜的选择透过性。
(3)图中戊表示由磷脂分子构成的封闭囊泡,可以作为药物的运载体,囊泡膜上的靶向信号分子可以与靶细胞膜表面的特异性受体结合,然后通过囊泡膜和细胞膜的融合将药物送入特定的细胞。请分析:嵌入囊泡内的药物A属于
(填“脂溶性”或“水溶性”)分子,囊泡能将药物送至特定的细胞,依赖于细胞膜具有 的功能,囊泡膜与细胞膜融合的过程体现了生物膜 的
结构特点。
水溶性
信息交流
具有一定的流动性
【解析】 (3)囊泡膜由磷脂双分子层组成,两层磷脂分子之间的部分是疏水的,脂溶性分子能被稳定地包裹在其中,囊泡膜内部是水溶液的环境,水溶性分子能稳定地包裹在其中。因此嵌入囊泡内的药物A为水溶性分子。囊泡膜上的靶向信号分子可以与靶细胞膜表面的特异性受体结合,体现了细胞膜具有信息交流的功能。由于生物膜具有一定的流动性,运输药物的囊泡膜可以与细胞膜融合,将药物送入细胞。第10讲 物质进出细胞的方式及影响因素
(时间:30分钟 满分:38分)
基础强化练
选择题:1~7题,每题2分。
1.(物质运输综合|2024·重庆联考)下列有关物质进出细胞的叙述错误的是( )
[A] 葡萄糖进入红细胞的主动运输过程中需要的能量来自红细胞的无氧呼吸
[B] 质壁分离过程中,液泡中细胞液的水分子外流导致细胞的吸水能力增强
[C] 通过胞吐作用释放到细胞外的不一定是大分子
[D] 护肤品中的甘油进入皮肤细胞的过程属于自由扩散
2.(水分子的运输方式|2024·南阳期中)水是一种极性小分子,研究发现水分子通过细胞膜的方式有两种(如图所示),下列相关叙述错误的是( )
[A] 结构a分子的尾部有屏障细胞内外环境作用
[B] 通道蛋白跨膜部分含有较多的疏水性氨基酸
[C] 方式2属于主动运输,该过程中通道蛋白会与水分子结合
[D] 水通道蛋白失活的植物细胞在高渗溶液中仍能发生质壁分离
3.(物质运输综合|2024·文山州月考)如图是物质进出细胞方式的概念图,对图示分析正确的是( )
[A] 据图可确定②为不耗能、需转运蛋白的被动运输
[B] 哺乳动物的成熟红细胞吸收葡萄糖的方式为①
[C] ③和④的共同特点都是顺浓度梯度进行跨膜运输
[D] 水进入细胞的方式为①
4.(转运蛋白|2024·丽江期中)生物膜的选择透过性与膜上的转运蛋白种类密切相关,转运蛋白包括通道蛋白和载体蛋白两种类型。下列有关通道蛋白和载体蛋白的叙述正确的是( )
[A] 两者都是跨膜蛋白
[B] 两者运输物质时都不需要消耗能量
[C] 两者都既能将物质从低浓度向高浓度运输,也能从高浓度向低浓度运输
[D] 转运物质的特异性只与物质的大小、性质有关,与两者的结构无关
5.(影响物质运输的因素|2024·漳州模拟)丽藻是一种水生植物,某实验小组测定了丽藻细胞液中离子浓度与其生活环境中相应离子浓度的比值,统计结果如下表所示。下列相关叙述错误的是( )
离子种类 细胞液中离子浓度/池水中相应离子浓度的值
H2P 18 050
S 25
Cl- 100
K+ 1 065
Na+ 46
Ca2+ 13
Mg2+ 10
[A] 表格数据说明丽藻对不同离子的吸收存在差异,说明细胞膜具有选择透过性
[B] 表格中的比值不同反映了丽藻细胞膜上运输不同离子的载体蛋白数量不同
[C] 若池水缺氧,则离子的吸收将受影响,但丽藻对水的吸收不受影响
[D] 若池水温度降低,丽藻对离子的吸收速率都将减慢
6.(物质进出细胞的方式|2025·成都期中)离子或小分子物质的跨膜运输与许多生物学过程密切相关,如图为物质跨膜运输的4种类型。下列有关叙述,错误的是( )
[A] 跨膜运输速率会受到低温环境影响的类型有①②③④
[B] 上图的运输类型中,H2O的跨膜运输方式主要为①
[C] 哺乳动物的神经细胞中,这4种跨膜运输类型都存在
[D] 哺乳动物成熟红细胞过程④,能量由细胞质基质提供
7.(影响物质运输的因素|2024·揭阳期末)如图甲、乙分别表示洋葱根尖在不同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N的速率曲线图。下列相关描述错误的是( )
[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蛋白的数量有限
[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
能力提升练
选择题:8~10题,每题4分。
8.(物质跨膜运输方式|2025·四川高考适应性考试)葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)是一种存在于脂肪细胞中的蛋白质。在胰岛素的刺激下,GLUT4会从脂肪细胞内的囊泡膜上转移至细胞膜上,葡萄糖借助细胞膜上的GLUT4进入脂肪细胞。下列叙述错误的是( )
[A] 脂肪细胞中GLUT4以氨基酸为原料,在核糖体中合成
[B] GLUT4转移至细胞膜所需要的能量主要来自线粒体
[C] GLUT4每次转运葡萄糖时,其自身构象都会发生改变
[D] 当血糖浓度升高时,脂肪细胞膜上的GLUT4数量减少
9.(影响物质运输的因素|2024·日照一模)根系吸收N依赖于根细胞膜上的载体蛋白(NRT1.1),蛋白激酶CIPK23可引起NRT1.1第101位苏氨酸(T101)磷酸化,进而促进根细胞吸收N。不同浓度的N对根细胞吸收N的影响如图所示。下列分析正确的是( )
[A] 低浓度的N可引起CIPK23磷酸化,加速细胞吸收N
[B] N借助根细胞膜的NRT1.1以协助扩散的方式进入细胞内
[C] NRT1.1基因发生突变,若不影响第101位苏氨酸磷酸化,则不会影响N的吸收
[D] 土壤盐碱化可能通过抑制CIPK23的活性影响根细胞吸收N
10.(新情境·质子泵|2024·合肥模拟)生物膜上能运输H+的转运蛋白统称为质子泵,常见的质子泵有3类:V型质子泵,可利用ATP水解的能量,将H+逆浓度梯度泵入细胞器;F型质子泵,可利用H+顺浓度梯度的势能合成ATP;P型质子泵,在水解ATP的同时发生磷酸化,将H+泵出细胞并维持稳定的H+浓度,该质子泵能被药物W特异性抑制。下列叙述错误的是( )
[A] 溶酶体膜上常见V型质子泵,利于维持溶酶体内的酸性环境
[B] 叶绿体内膜上常见F型质子泵,利于H+的转运和ATP的合成
[C] F型质子泵能催化ATP的合成,P型质子泵能催化ATP的水解
[D] 药物W可以用来治疗因胃酸过多而导致的胃溃疡等疾病
11.(12分)(物质运输方式综合|2024·遂宁期末)细胞是一个开放的系统,每时每刻都与环境进行着物质交换,细胞膜能对进出细胞的物质进行选择。图中①~⑤表示物质通过细胞膜的转运方式,甲~戊表示不同的物质或细胞结构。请回答以下相关问题。
(1)图中结构甲的名称是 。从分子结构分析,膜蛋白乙、丙、丁之间的差异体现在 。
(2)据图分析,①方式运输的物质最可能是 (填“氨基酸”“氧气”或“N”)。生物膜对K+和Cl-的通透性存在明显差异,造成这种差异的主要原因是
。
(3)图中戊表示由磷脂分子构成的封闭囊泡,可以作为药物的运载体,囊泡膜上的靶向信号分子可以与靶细胞膜表面的特异性受体结合,然后通过囊泡膜和细胞膜的融合将药物送入特定的细胞。请分析:嵌入囊泡内的药物A属于 (填“脂溶性”或“水溶性”)分子,囊泡能将药物送至特定的细胞,依赖于细胞膜具有 的功能,囊泡膜与细胞膜融合的过程体现了生物膜 的结构特点。
第10讲 物质进出细胞的方式及影响因素
1.A 葡萄糖进入红细胞的方式是协助扩散,不消耗能量;质壁分离过程中,液泡中水分子外流导致细胞液浓度升高,细胞吸水能力增强;小分子神经递质可通过胞吐方式释放到细胞外;甘油属于脂溶性物质,甘油进入皮肤细胞的过程属于自由扩散。
2.C 结构a为磷脂双分子层,磷脂分子具有疏水性尾部,可阻止水溶性分子或离子通过,具有屏障细胞内外环境的作用;通道蛋白跨膜部分与磷脂双分子层疏水尾部接触,因而这部分含有较多疏水性氨基酸;方式2是水分子依赖水通道蛋白的运输,属于协助扩散,在转运过程中通道蛋白不与水分子结合;由于水分子不仅通过方式2运输,也通过方式1(自由扩散)运输,因此即使水通道蛋白失活,植物细胞仍可在高渗溶液中渗透失水,发生质壁分离。
3.C ②为被动运输,其中自由扩散不需转运蛋白;哺乳动物的成熟红细胞吸收葡萄糖的方式为②中的协助扩散;水进入细胞的方式为②被动运输。
4.A 载体蛋白和通道蛋白都是跨膜蛋白,两者以不同的方式转运物质;通道蛋白参与的被动运输不需要消耗能量,载体蛋白参与的逆浓度梯度运输需要消耗能量;通道蛋白只参与协助扩散,在运输过程中是从高浓度向低浓度运输,而载体蛋白可以参与协助扩散和主动运输,既能将物质从低浓度向高浓度运输,也能从高浓度向低浓度运输;载体蛋白和通道蛋白都可以运输物质且具有特异性,转运物质的特异性既与物质的大小、性质有关,也与两者的结构有关。
5.C 细胞吸收离子可提高细胞液浓度,进而促进丽藻细胞对水的吸收,若池水缺氧,则丽藻呼吸产能减少,离子吸收受影响,水的吸收也将受影响。
6.B 低温会降低细胞膜的流动性和有关蛋白质的活性,使物质运输的速率降低,因此低温能影响的跨膜运输类型有①②③④;更多的水分子通过②协助扩散进行跨膜运输;哺乳动物神经细胞中,题图4种跨膜运输类型都存在;哺乳动物成熟红细胞没有线粒体,但可通过在细胞质基质进行的无氧呼吸为过程④提供能量。
7.D 洋葱根尖吸收N的方式是主动运输,吸收速率受能量、载体蛋白和底物浓度的影响。a点时的限制因素是氧气浓度,氧气通过影响细胞呼吸影响能量的供应从而影响主动运输的速率,a点时影响离子吸收速率的主要因素是能量;d点时离子吸收速率不再随底物浓度增大而增大,可能是因为载体蛋白数量有限或能量不足。
8.D 葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)是一种存在于脂肪细胞中的蛋白质,蛋白质合成的原料是氨基酸,合成的场所是核糖体;线粒体是有氧呼吸的主要场所,是能量代谢中心,因此GLUT4转移至细胞膜所需要的能量主要来自线粒体;葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)是葡萄糖进入脂肪细胞的转运蛋白,每次转运葡萄糖时GLUT4的构象会发生改变;当血糖浓度升高时,会有更多的葡萄糖通过细胞膜上的GLUT4进入脂肪细胞,因此脂肪细胞膜上的GLUT4数量增加。
9.D 由题图可知,低浓度的N可引起NRT1.1磷酸化,加速细胞吸收N;NRT1.1的磷酸化消耗ATP,说明低浓度N借助根细胞膜的NRT1.1以主动运输的方式进入细胞内;NRT1.1基因发生突变,若不影响第101位苏氨酸磷酸化,而影响了NRT1.1的空间结构,则也会影响N的吸收;土壤盐碱化可能通过抑制CIPK23的活性,影响NRT1.1的磷酸化,进而影响根细胞吸收N。
10.B 由题可知,V型质子泵可利用ATP水解的能量,将H+逆浓度梯度泵入细胞器,溶酶体内呈酸性,因此V型质子泵常见于细胞中的溶酶体膜上,通过主动运输将H+逆浓度梯度泵入溶酶体内;F型质子泵可利用H+顺浓度梯度的势能合成ATP,叶绿体内膜不能合成ATP,因此没有F型质子泵;由题可知,F型质子泵可催化ATP的合成,P型质子泵可以催化ATP水解;P型质子泵,在水解ATP的同时发生磷酸化,将H+泵出细胞,该质子泵能被药物W特异性抑制,说明药物W可抑制H+的分泌,能有效缓解胃酸过多导致的胃溃疡等疾病。
11.【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)磷脂双分子层 构成三种蛋白质的氨基酸种类、数目、排列顺序不同以及肽链盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同(4分)
(2)氧气 生物膜上运输K+和Cl-的蛋白的数量不同(2分)
(3)水溶性 信息交流 具有一定的流动性(2分)
【解析】 (1)题图中结构甲是磷脂双分子层,是构成细胞膜的基本支架。由于构成乙、丙、丁三种蛋白质的氨基酸种类、数目、排列顺序不同以及肽链盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同,因此膜蛋白乙、丙、丁的结构不同。(2)据题图分析,①方式为物质顺浓度梯度的运输,不需转运蛋白和能量,为自由扩散,运输的物质可能是氧气。由于生物膜上运输K+和Cl-的蛋白数量不同,因此生物膜对K+和Cl-的通透性存在明显差异,这体现了生物膜的选择透过性。(3)囊泡膜由磷脂双分子层组成,两层磷脂分子之间的部分是疏水的,脂溶性分子能被稳定地包裹在其中,囊泡膜内部是水溶液的环境,水溶性分子能稳定地包裹在其中。因此嵌入囊泡内的药物A为水溶性分子。囊泡膜上的靶向信号分子可以与靶细胞膜表面的特异性受体结合,体现了细胞膜具有信息交流的功能。由于生物膜具有一定的流动性,运输药物的囊泡膜可以与细胞膜融合,将药物送入细胞。
