第三节 物质进出细胞的运输方式
第一课时 细胞质膜具有选择透过性
基础过关练
题组一 渗透作用及动物细胞的吸水和失水
1.下列关于渗透作用的叙述,正确的是( )
A.存在半透膜,膜两侧存在浓度差是发生渗透吸水或失水的必要条件
B.动物细胞在蒸馏水中不能发生渗透作用
C.渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量分数
D.在含有红墨水的0.3 g/mL的蔗糖溶液中,洋葱鳞片叶内表皮细胞的液泡显红色
2.如图为渗透现象示意图,实验开始时,烧杯液面与漏斗液面相同(均为a),下列选项中正确的是( )
A.当漏斗液面不再升高时说明蔗糖分子透过半透膜达到渗透平衡
B.农作物施肥过多造成的“烧苗”现象与图示现象都是通过渗透作用实现的
C.漏斗液面上升过程中水分子只能由烧杯通过半透膜进入漏斗而不能由漏斗渗出
D.若用纱布替代半透膜重复此实验,则实验结束时漏斗最终液面高度在a与b之间
3.(易错题)如图为U形渗透装置,起始时甲、乙两侧液面高度相同,只有水和单糖能透过半透膜,经过一段时间达到渗透平衡,下列叙述正确的是( )
A.乙侧液面先上升后下降
B.初始阶段水分子通过半透膜只能从甲侧向乙侧扩散
C.达到渗透平衡时两侧液面高度相同
D.达到渗透平衡后两侧溶液浓度相等
4.将家兔红细胞置于不同浓度的溶液中,水分子的跨膜运输示意图如下(箭头方向表示水分子的进出,箭头粗细表示水分子出入的多少)。下列叙述正确的是( )
A.一段时间后,甲细胞的吸水能力会增强
B.一段时间后,丙细胞必然会吸水涨破
C.甲、乙、丙三个细胞所处的初始溶液浓度从大到小依次为丙>乙>甲
D.甲、乙、丙三个细胞均发生了渗透作用
题组二 植物细胞的质壁分离和复原现象
5.下列哪项不属于植物细胞质壁分离与复原的必备条件( )
A.具有原生质层
B.细胞液与外界溶液存在浓度差
C.原生质层的伸缩性比细胞壁要大
D.实验材料要有颜色
6.关于质壁分离叙述正确的是( )
A.质壁分离中的“质”是指细胞质
B.质壁分离时水分子只能单向移动
C.质壁分离证明了植物细胞是一个渗透系统
D.质壁分离时增大蔗糖浓度不会影响细胞的活性
7.采用紫色洋葱鳞片叶外表皮进行质壁分离实验,下列相关叙述正确的是( )
A.用镊子撕取外表皮,若带有少量的叶肉细胞仍可用于实验
B.将外表皮平铺在洁净的载玻片上,直接用高倍镜观察细胞状态
C.为了尽快观察到质壁分离现象,应在盖玻片四周均匀滴加蔗糖溶液
D.可以用适当浓度的乙醇代替蔗糖进行质壁分离的实验,结果更明显
8.为观察植物细胞的质壁分离和复原现象,某同学设计并进行了如下实验,请回答下列问题。
(1)步骤A中,盖盖玻片时,将盖玻片的一侧先接触液滴,然后将另一侧轻轻缓慢放下,这样操作可以防止出现 。
(2)步骤B用显微镜观察的主要目的是 。
(3)如果将伊红加入蔗糖溶液中进行实验,则步骤D观察到的红色区域的边缘是原生质层中的 (填结构)。
(4)某学生在进行F步骤观察时,发现质壁分离不能复原,最可能的原因是 。
题组三 细胞质膜对不同物质的通透性不同
9.细胞质膜的选择透过性保证了细胞内相对稳定的微环境。下列物质中,容易通过细胞质膜的是( )
A.Na+ B.二氧化碳
C.RNA D.胰岛素
10.科学家研究了植物细胞质膜对不同化学物质的通透性,实验结果如图所示[分子式:乙基脲为C3H8N2O;丙基醇为C4H10O;二乙基脲为C5H12N2O;尿素为CO(NH2)2]。据此不能得到的推论是( )
A.脂溶性越强的物质越容易通过细胞质膜,而水分子例外
B.据图分析,可推测细胞质膜的成分与脂质近似
C.物质过膜速率与其相对分子质量大小呈负相关
D.细胞质膜上可能存在着协助水分子通过的物质
能力提升练
题组一 植物细胞的质壁分离和复原实验及其应用
1.将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液中,发现其原生质体(植物细胞中细胞壁以内的部分)的相对体积变化趋势如图所示,下列叙述正确的是( )
A.0~4 h内物质A没有通过细胞质膜进入细胞
B.0~1 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等
C.2~3 h内物质A溶液的浓度小于细胞液的浓度
D.0~1 h内液泡中液体的浓度大于细胞质基质的浓度
2.将一个从清水中取出的成熟植物细胞放入某种溶液中,其原生质层对细胞壁的压力随时间变化的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.t1时刻与t2时刻水分子的渗透方向不同
B.t3时刻与t0时刻相比,细胞液浓度提高
C.t1~t2时间内细胞处于质壁分离状态
D.细胞失水发生在t0~t1,吸水发生在t2~t3
3.用2 mol·L-1的乙二醇溶液和2 mol·L-1的蔗糖溶液分别浸泡取自同一部位的植物表皮,每隔相同时间在显微镜下测量视野中若干个细胞的长度x和原生质体的长度y(如图1),并计算x/y的平均值,得到图2所示结果。下列对结果曲线的分析,错误的是( )
A.2 mol·L-1的乙二醇溶液和2 mol·L-1的蔗糖溶液的渗透压相等
B.a点前比值不变说明表皮细胞水分子进出平衡
C.b点前表皮细胞的吸水能力逐渐增大
D.c点后表皮细胞发生质壁分离复原
4.(多选题)在实验桌上有蒸馏水、0.2 mol·L-1蔗糖溶液、2 mol·L-1蔗糖溶液三种液体,所贴标签已经模糊不清,为了区分这三种液体,将液体标记为甲、乙、丙后用同一部位的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞进行了如图实验,根据镜检结果,下列相关叙述正确的是( )
A.标记丙的为蒸馏水
B.处于质壁分离状态的为①和②
C.实验1中的水分子只能出细胞
D.实验后细胞液的浓度为②>①>③
5.成熟的植物细胞在较高浓度的外界溶液中,会发生质壁分离现象,如图a是发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞。请回答下列问题:
(1)图a中细胞的质壁分离指的是细胞壁和 的分离,后者的结构包括 (填编号)。
(2)如图b是某同学在观察植物细胞质壁分离与复原实验时,看到的图像示意图,此时细胞液浓度与外界溶液浓度的关系是 。
(3)将形状、大小相同的红心萝卜A和红心萝卜B幼根各5段,分别放在不同浓度的蔗糖溶液(甲~戊)中,一段时间后,取出红心萝卜的幼根称重,结果如图c所示,据图分析:
图c
①红心萝卜A比红心萝卜B的细胞液浓度 (填“高”或“低”)。
②在甲蔗糖溶液中加入适量的清水,一段时间后红心萝卜A的细胞液浓度会 (填“升高”或“降低”)。
③甲~戊蔗糖溶液中,浓度最大的是 。
题组二 渗透装置的分析
6.某学生社团利用两套实验装置来研究渗透作用。图甲中A溶液和B溶液为两种不同浓度的蔗糖溶液,结构C为膀胱膜。图乙装置是用生鸡蛋制备的,先去掉钝端蛋壳和卵壳膜外膜,保留卵壳膜内膜,再将鸡蛋尖端剪孔,倒出蛋清和蛋黄并洗净,然后向蛋内灌入清水,置于0.3 g/mL蔗糖溶液中,标出鸡蛋壳上最初吃水线的位置。请分析回答:
(1)洋葱鳞片叶外表皮细胞的原生质层相当于图甲装置中的结构C,这与 、 (填结构)有关。图乙中的 (填结构)也相当于图甲装置中的结构C。
(2)图甲装置达到渗透平衡时,长颈漏斗中液面高度上升了Δh,据此判断实验开始前蔗糖溶液A的浓度 (填“高于”“等于”或“低于”)蔗糖溶液B的浓度。渗透平衡时蔗糖溶液A的浓度 (填“高于”“等于”或“低于”)蔗糖溶液B的浓度,此时水分子通过结构C进出长颈漏斗处于 状态。
(3)图乙装置在制备半透膜时,选择生鸡蛋的钝端进行操作,更容易去掉蛋壳和卵壳膜外膜的原因是 。
(4)图乙装置达到渗透平衡时,原吃水线高出水面,蛋壳上浮,原因是 。
第二课时 物质进出细胞的方式
基础过关练
题组一 被动运输
1.下列有关被动运输的说法,正确的是( )
A.被动运输都是顺浓度梯度进行的,不需要转运蛋白和能量
B.通道蛋白转运分子或离子时,会与被转运的物质结合
C.载体蛋白具有一定的特异性,通道蛋白不具有特异性
D.被动运输可促进细胞内外物质浓度趋同
2.下列物质出入细胞的方式中,必须依赖于细胞质膜上载体蛋白才能完成的是( )
A.氧气进入红细胞 B.葡萄糖进入红细胞
C.乙醇进入红细胞 D.CO2从红细胞排出
3.图甲、图乙分别表示两种物质跨膜运输方式。下列有关叙述错误的是( )
A.水通过自由扩散进入细胞,不能通过乙方式进入细胞
B.甲、乙两种跨膜运输方式均不消耗能量
C.甲、乙所示的溶质分子运输的动力相同
D.图中载体蛋白和通道蛋白可统称为转运蛋白
题组二 主动运输
4.下列关于主动运输的叙述正确的是( )
A.主动运输不需要载体蛋白
B.主动运输不需要消耗能量
C.主动运输不能逆浓度梯度转运离子或小分子物质
D.主动运输能保证细胞按照生命活动的需要主动地选择吸收或排出物质
5.离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白,它在跨膜运输物质时需要ATP水解供能。下列叙述中正确的是( )
A.离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散
B.离子通过离子泵的跨膜运输是顺浓度梯度进行的
C.加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率
D.Na+-K+泵是维持细胞内外K+和Na+浓度的结构和功能基础
6.如图是胡萝卜在不同氧浓度下从硝酸钾溶液中吸收K+和N的曲线。使A、B两点和B、C两点吸收量不同的主要因素分别是( )
A.载体蛋白数量、能量
B.能量、载体蛋白数量
C.载体蛋白数量、离子浓度
D.能量、离子浓度
题组三 胞吞和胞吐
7.如图表示细胞对大分子物质“胞吞”和“胞吐”的过程。下列与此有关的叙述错误的是( )
A.a与b均要以膜的流动性为基础才可能发生
B.a要有细胞表面识别和内部供能才可能完成
C.b表示细胞分泌的同时膜成分得到更新
D.b与a分别是细胞排泄废物和摄取养分的基本方式
能力提升练
题组一 物质跨膜运输的判断
1.受体介导的胞吞是大多数动物细胞摄取大分子物质的主要途径。细胞外的大分子物质与受体结合后,经胞吞作用而进入细胞,其过程如图所示。下列有关叙述错误的是( )
A.生物大分子与细胞质膜上受体的结合具有特异性
B.Na+、K+等无机盐离子通过此方式跨膜转运
C.该过程需要消耗能量
D.形成的有被小泡在细胞内可以被溶酶体降解
2.(多选题)1950年,科学家用氢的同位素标记水分子进行研究时,发现水分子在通过细胞质膜时的速率高于通过人工膜(只含磷脂双分子层)。1988年,科学家成功分离得到水通道蛋白,证明水分子可以通过协助扩散进入细胞。下列相关叙述错误的是( )
A.水分子通过协助扩散进出细胞的速率慢于自由扩散
B.水通道蛋白转运水分子时需要消耗细胞代谢产生的能量
C.细胞可以通过增加细胞质膜上的水通道蛋白数量来增加吸水速率
D.水通道蛋白每次转运水分子时都会发生自身构象的改变
3.拟南芥液泡膜上存在Na+-H+逆向转运蛋白,它可以利用液泡内外的H+电化学梯度将H+转运出液泡,同时将Na+由细胞质基质转运入液泡。部分物质跨液泡膜转运过程如图所示。下列叙述错误的是( )
A.H2O通过通道蛋白进出液泡属于自由扩散
B.Na+通过Na+-H+逆向转运蛋白转运入液泡属于主动运输
C.Cl-通过通道蛋白进入液泡属于被动运输
D.H+通过载体蛋白进入液泡消耗能量属于主动运输
4.如图所示是生物膜的流动镶嵌模型及物质跨膜运输示意图,其中离子通道是一种通道蛋白,通道蛋白是横跨细胞质膜的亲水性通道,允许适当大小的离子顺浓度梯度通过,①②③④代表物质运输方式,a、b、c、d代表相关物质。
(1)鲨鱼体内能积累大量的盐,盐分过高时就要及时将多余的盐分排到体外,经研究,鲨鱼体内多余的盐分是经途径②排出的,那么其跨膜运输的方式是 。
(2)蟾蜍心肌细胞吸收Ca2+、K+、C6H12O6的方式相同,若抑制心肌细胞的呼吸作用,则Ca2+、K+、C6H12O6等物质吸收均受到显著的影响,其原因是 。若对蟾蜍的离体心脏施加某种毒素,Ca2+吸收明显减少,但K+、C6H12O6的吸收不受影响,最可能的原因是该毒素抑制了图中所示的转运Ca2+的 的活动。
(3)物质乙的空间结构被破坏后,途径③和④ (填“能”或“不能”)正常进行,原因是 。
(4)番茄细胞几乎不吸收碘,这与细胞质膜上 不同有关,体现了细胞质膜的 的功能。
题组二 影响物质跨膜运输的因素
5.下图表示氧气浓度对物质跨膜运输速率的影响,其中a代表氧气浓度,b、c代表物质跨膜运输的不同方式。下列叙述错误的是( )
A.曲线c可代表消耗能量的主动运输方式
B.m点的限制因素有载体蛋白的数量等
C.曲线b代表的跨膜运输不需要载体蛋白
D.被运输物质的浓度会影响曲线b的高度
6.甲、乙分别为物质进出细胞的坐标图和模式图,下列相关说法正确的是( )
A.甲、乙两图所代表的物质运输方式没有共同点
B.图乙所示细胞可能是哺乳动物成熟的红细胞
C.物质通过图甲所示方式由膜外运输到膜内一定消耗氧气
D.图乙的物质运输过程与细胞质膜的流动性无关
7.如图是几种物质进出细胞的方式中运输速率与影响因素之间的关系曲线图(不考虑胞吞、胞吐),下列与此图相关的叙述中,正确的是( )
A.与K+进入丽藻细胞相符的图有①④⑥
B.与葡萄糖进入红细胞相符的图有②④⑥
C.与CO2进出细胞相符的图有①③⑤
D.与乙醇进出细胞相符的图有②③⑥
答案与分层梯度式解析
第三节 物质进出细胞的运输方式
第一课时 细胞质膜具有选择透过性
基础过关练
1.A 2.B 3.A 4.A 5.D 6.C 7.A 9.B
10.C
1.A 发生渗透作用的两个必要条件:存在半透膜,半透膜两侧溶液存在浓度差,A正确。动物细胞的细胞质膜相当于半透膜,细胞质与蒸馏水之间存在浓度差,故动物细胞在蒸馏水中能发生渗透作用,B错误。渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是物质的量浓度,C错误。红墨水中的色素分子不能通过细胞质膜进入洋葱鳞片叶内表皮细胞,洋葱鳞片叶内表皮细胞的液泡中不含色素,呈无色,D错误。
2.B 蔗糖分子不能透过半透膜,A错误;农作物施肥过多,导致根细胞失水,造成“烧苗”现象,其与图示现象都是通过渗透作用实现的,B正确;漏斗液面上升过程中水分子不但能由烧杯通过半透膜进入漏斗,也能由漏斗渗出,C错误;若用纱布替代半透膜重复此实验,由于水和蔗糖分子都能透过纱布,且实验开始时烧杯与漏斗液面高度均为a,则实验结束时漏斗的液面高度仍为a,D错误。
3.A 乙侧为0.3 g/mL的葡萄糖溶液,物质的量浓度高于0.3 g/mL的蔗糖溶液,乙侧液面先上升;水和单糖能透过半透膜,故一段时间后甲、乙两侧葡萄糖分子的浓度相同,又因甲侧含有蔗糖分子,甲侧浓度较高,因此乙侧液面又下降,A正确。整个实验过程中,半透膜两侧的水分子始终双向移动,B错误。达到渗透平衡时,由于甲侧蔗糖不能透过半透膜,甲侧浓度较高,甲侧液面高于乙侧,C、D错误。
易错提醒 (1)水的运输特点:无论细胞吸水还是失水,水分子通过半透膜的运动都是双向进行的。
(2)渗透平衡的实质:渗透平衡只意味着半透膜两侧的水分子移动达到平衡状态,既不可看作没有水分子移动,也不可看作半透膜两侧溶液浓度相等。
4.A 分析题图可知:
图中信息 分析 结论
甲细胞失水 甲细胞处于高渗溶液中 甲、乙、丙三个细胞所处的初始溶液浓度从大到小依次为甲>乙>丙,C错误
乙细胞水分子进出量相等 乙细胞处于等渗溶液中
丙细胞吸水 丙细胞处于低渗溶液中
甲细胞失水,细胞质的浓度变大,故一段时间后,甲细胞的吸水能力逐渐增强,A正确;丙细胞处于低渗溶液中,细胞吸水膨胀,但不一定会涨破,B错误;渗透作用发生的两个必要条件是具有半透膜、半透膜两侧的溶液具有浓度差,红细胞的细胞质膜相当于一层半透膜,甲细胞和丙细胞的细胞质与外界溶液存在浓度差,能发生渗透作用,乙细胞处于等渗溶液中不能发生渗透作用,D错误。
5.D 原生质层具有选择透过性,相当于一层半透膜;细胞液与外界溶液存在浓度差;原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性,都属于植物细胞质壁分离与复原的必备条件,A、B、C不符合题意。实验材料要有颜色不属于植物细胞质壁分离与复原的必备条件,D符合题意。
6.C 质壁分离中的“质”是指原生质层,“壁”是指细胞壁,A错误;当植物细胞的细胞液浓度小于外界溶液浓度时,细胞失水,会发生质壁分离,质壁分离过程中水分子双向移动,但流向细胞外的水分子多于流向细胞内的,B错误;植物细胞发生质壁分离,说明原生质层相当于半透膜,原生质层的内外两侧具有一定的浓度差,具备渗透系统的两个条件,故植物细胞是一个渗透系统,C正确;质壁分离时,蔗糖浓度过高会使植物细胞失水过多而死亡,故增大蔗糖浓度可能会影响细胞的活性,D错误。
7.A 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞和叶肉细胞都是成熟的植物细胞,都具有大液泡,放在一定浓度的蔗糖溶液中都可以发生质壁分离;叶肉细胞的细胞质中含有叶绿体,原生质层呈绿色,有助于观察,外表皮细胞的细胞液呈紫色,更易观察,所以即使紫色洋葱鳞片叶外表皮上带有少量的叶肉细胞,也不影响实验结果,A正确。观察质壁分离现象时,需先用低倍镜观察,再换用高倍镜观察,B错误。为了尽快观察到质壁分离现象,应在盖玻片一侧滴加蔗糖溶液,在另一侧用吸水纸吸引,重复几次,从而使洋葱细胞浸润在蔗糖溶液中,C错误。乙醇能透过半透膜,植物细胞在乙醇中发生质壁分离后会自动复原,故用适当浓度的乙醇代替蔗糖进行质壁分离的实验,质壁分离现象不一定更明显,D错误。
8.答案 (1)气泡 (2)作为后续观察的对照 (3)细胞质膜 (4)质壁分离时间过长,细胞死亡
解析 (1)为防止装片中产生气泡,盖盖玻片时,将盖玻片的一侧先接触液滴,然后将另一侧轻轻缓慢放下。(2)步骤B用显微镜观察的主要目的是将观察到的现象与后续质壁分离现象形成对照。(3)伊红不能透过细胞质膜进入细胞,故质壁分离时,观察到的红色区域的边缘是原生质层中的细胞质膜。(4)滴加清水后,质壁分离不能复原,最可能的原因是质壁分离时间过长,细胞死亡。
9.B 一般来说,气体分子容易通过细胞质膜,离子、大分子很难自由通过细胞质膜,A属于离子,B为气体分子,C、D是大分子,故选B。
10.C 据题图分析,脂溶性越强的物质越容易通过细胞质膜,而水分子例外,可推测细胞质膜的成分与脂质近似,A、B正确;结合题干信息和图分析,物质过膜速率并不与其相对分子质量大小呈负相关,C错误;细胞质膜对水分子的通透性较强,由此可以推测,细胞质膜上可能存在着协助水分子通过的物质,D正确。
能力提升练
1.C 2.D 3.B 4.ABD
1.C 由题图分析可知,0~4 h内原生质体的相对体积先逐渐减小,再逐渐增大,说明细胞发生了质壁分离及自动复原,表明外界溶液中的溶质分子A可被细胞吸收,使得在实验过程的后期,细胞液浓度开始大于外界溶液的浓度,从而发生自动复原现象,A错误;0~1 h内发生质壁分离,由于植物细胞壁的伸缩性比原生质层的伸缩性小,因此原生质体的体积变化量大于细胞体积的变化量,B错误;2~3 h内发生质壁分离复原,细胞渗透吸水,说明2~3 h内物质A溶液的浓度小于细胞液的浓度,C正确;0~1 h内发生质壁分离,细胞表现为渗透失水,此时细胞液中的水分子先进入细胞质基质中,因此0~1 h内细胞液的浓度小于细胞质基质的浓度,D错误。
2.D 当细胞液浓度小于外界溶液浓度时,细胞失水,原生质层对细胞壁的压力减小;当细胞液浓度大于外界溶液浓度时,细胞吸水,原生质层对细胞壁的压力逐渐增大。t1时刻水分子渗透方向为细胞液到外界溶液,t2时刻水分子渗透方向为外界溶液到细胞液,A正确;分析题图可知,t0时刻细胞开始发生质壁分离而t3时刻细胞质壁分离复原完成,说明细胞吸收了外界溶液的溶质分子,即t3时刻与t0时刻相比,细胞液浓度提高,B正确;t1~t2时间内,原生质层对细胞壁的压力为0,细胞处于质壁分离的状态,C正确;t1~t2时间内,也有一段时间处于失水状态,还有一段时间处于吸水状态,D错误。
3.B 分析题图1可知,x和y分别代表细胞的长度和原生质体的长度,故x/y的值越大,证明细胞失水量越多。2 mol·L-1的乙二醇溶液和2 mol·L-1的蔗糖溶液的渗透压相等,A正确;将同一部位的植物表皮浸泡在不同溶液中,a点之前比值不变的原因是一开始细胞失水较少,原生质体与细胞壁还未分离,B错误;分析题图2可知,置于蔗糖溶液中的植物表皮细胞在b点前x/y的值逐渐增大,证明b点前细胞不断失水,故表皮细胞的吸水能力逐渐增大,C正确;置于乙二醇溶液中的植物表皮细胞在c点时x/y的值达到最大,此后逐渐变小,证明细胞先失水后吸水,即c点后表皮细胞发生质壁分离复原,D正确。
4.ABD 据题图分析可知:实验1、2细胞均发生质壁分离,实验3细胞未发生质壁分离,且实验2细胞质壁分离程度大于实验1,则乙为2 mol·L-1蔗糖溶液,甲为0.2 mol·L-1蔗糖溶液,丙为蒸馏水,A、B正确;实验1、2、3中都有水分子进出细胞,C错误;实验2质壁分离程度最大,失水最多,实验后细胞液浓度最大,实验3细胞吸水,实验后细胞液浓度最小,D正确。
5.答案 (1)原生质层 2、4、5 (2)细胞液的浓度大于、等于或小于外界溶液的浓度 (3)①高 ②降低 ③乙
解析 (1)图a中细胞的质壁分离指的是细胞壁和原生质层的分离;后者的结构包括2细胞质膜、4液泡膜以及二者之间的5细胞质。(2)图b所示细胞处于质壁分离的状态,此时细胞可能正在发生质壁分离(细胞液浓度小于外界溶液浓度),也可能处于质壁分离和复原的临界点(细胞液浓度等于外界溶液浓度),也可能正在发生质壁分离复原(细胞液浓度大于外界溶液浓度)。(3)①在丙蔗糖溶液中,红心萝卜A的重量变化大于红心萝卜B,红心萝卜A吸水更多,故红心萝卜A细胞液浓度高于红心萝卜B细胞液浓度。②在甲蔗糖溶液中加入适量的清水,一段时间后红心萝卜A吸水,其细胞液浓度降低。③甲~戊蔗糖溶液中,乙溶液处理后红心萝卜A和红心萝卜B重量减少最多,细胞失水最多,故浓度最大的是乙溶液。
6.答案 (1)细胞质膜 液泡膜 卵壳膜内膜 (2)高于 高于 动态平衡 (3)钝端有气室,选择钝端进行操作,可以保证卵壳膜内膜结构的完整性 (4)蛋壳内清水通过渗透作用进入蔗糖溶液,蛋壳内水减少,重量减轻
解析 (1)图甲装置中的结构C为半透膜,植物细胞的原生质层相当于半透膜,原生质层由细胞质膜、液泡膜及两者之间的细胞质组成。鸡蛋的卵壳膜内膜是生物膜,具有选择透过性,相当于渗透装置的半透膜。(2)渗透平衡时液面差Δh与浓度差的大小有关,浓度差越大,Δh越大;蔗糖分子不能透过半透膜,图甲装置达到渗透平衡时,漏斗液面高度上升了Δh,说明B溶液中的水分子通过渗透作用进入A溶液,据此判断实验开始前蔗糖溶液A的浓度高于蔗糖溶液B。渗透平衡时Δh产生的向下的压力与漏斗内高浓度溶液产生的对水的向上的吸引力相等,因此漏斗内的蔗糖溶液浓度仍然大于漏斗外,即渗透平衡时溶液A的浓度大于溶液B,此时水分子进出漏斗处于动态平衡状态。(3)根据图乙可知,生鸡蛋的钝端有气室,对钝端进行操作,在去掉蛋壳和卵壳膜外膜的同时,不会破坏卵壳膜内膜结构的完整性。(4)蛋壳内盛放的是清水,将蛋壳置于0.3 g/mL的蔗糖溶液中,则单位时间内由蛋壳内向蛋壳外扩散的水分子数多于由蛋壳外向蛋壳内扩散的水分子数,导致蛋壳内水减少,重量减轻,蛋壳上浮。
第二课时 物质进出细胞的方式
基础过关练
1.D 2.B 3.A 4.D 5.D 6.B 7.D
1.D 被动运输包括简单扩散和协助扩散,均不需要消耗能量,其中协助扩散需要载体蛋白或通道蛋白,A错误;通道蛋白在转运分子或离子时,不需要与被转运的物质结合,B错误;载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过,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,载体蛋白和通道蛋白均具有一定的特异性,C错误;被动运输将物质顺着浓度梯度从高浓度向低浓度方向运输,可促进细胞内外物质浓度趋同,D正确。
2.B 氧气、乙醇进入红细胞,CO2从红细胞排出的方式均为简单扩散,简单扩散不需要细胞质膜上载体蛋白的协助,A、C、D不符合题意;葡萄糖进入红细胞需要载体蛋白的协助,不需要细胞代谢供能,属于协助扩散,B符合题意。
3.A 水可通过自由扩散进入细胞,也能通过乙方式(依赖通道蛋白的协助扩散)进入细胞,如肾小管细胞能快速重吸收水分主要依赖细胞质膜上的水通道蛋白,A错误。题图两种物质均是顺浓度梯度通过细胞质膜,且需要细胞质膜上的载体蛋白或通道蛋白协助,均属于协助扩散,不消耗能量,两种溶质分子运输的动力相同,均为膜内外溶质分子的浓度差,B、C正确。载体蛋白和通道蛋白可统称为转运蛋白,D正确。
4.D 主动运输通过载体蛋白的协助,在能量供应下,能逆浓度梯度转运离子或小分子,A、B、C错误;主动运输能保证细胞按照生命活动的需要,主动地选择吸收营养物质,排出代谢废物和对细胞有害的物质,D正确。
5.D 离子通过离子泵的跨膜运输需要载体蛋白和消耗能量,属于主动运输,其运输方向为逆浓度梯度,A、B错误;离子泵的化学本质为蛋白质,加入蛋白质变性剂会降低离子泵跨膜运输离子的速率,C错误。
6.B 细胞吸收K+和N的方式为主动运输,结合题图分析,A、B两点为在不同氧浓度下胡萝卜对N的吸收量,氧浓度影响细胞代谢供能,所以使A、B两点吸收量不同的主要因素是能量;B、C两点为在同一氧浓度下胡萝卜对N和K+的吸收量,所以使B、C两点吸收量不同的主要因素是载体蛋白的数量,B符合题意。
7.D a是细胞的胞吞过程,b是细胞的胞吐过程,不论是细胞的胞吞还是胞吐都以膜的流动性为基础才可能发生,A正确;a是胞吞过程,需要细胞质膜表面的糖蛋白的识别作用,胞吞是耗能过程,需要细胞内部提供能量,B正确;b是胞吐,该过程中存在囊泡与细胞质膜的融合,因此存在膜成分的更新,C正确;被动运输和主动运输是细胞摄取养分、排泄废物的基本方式,D错误。
能力提升练
1.B 2.ABD 3.A 5.C 6.B 7.C
1.B 细胞质膜上的受体具有特异性,生物大分子能和特定的受体结合,A正确;Na+、K+等无机盐离子通过协助扩散或主动运输进行跨膜转运,B错误;胞吞过程需要消耗能量,C正确;胞吞形成的有被小泡的膜可以与溶酶体膜融合,小泡中的物质可以被溶酶体内的水解酶降解,D正确。
2.ABD 在一定范围内,水分子通过协助扩散进出细胞的速率快于自由扩散,A错误;借助水通道蛋白转运水分子的方式是协助扩散,该方式不需要消耗细胞代谢产生的能量,B错误;水分子可借助细胞质膜上的水通道蛋白进入细胞,故细胞可以通过增加细胞质膜上的水通道蛋白数量来增加吸水速率,C正确;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,分子或离子通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合,故水通道蛋白每次转运水分子时不会发生自身构象的改变,D错误。
3.A
知识拓展 图中液泡膜吸收Na+的运输方式被称为协同运输,协同运输是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式,物质跨膜运输所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度,而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。
4.答案 (1)协助扩散(或被动运输) (2)缺少ATP(或缺少能量) 载体蛋白 (3)不能 物质乙的空间结构被破坏后,其功能丧失,不能进行物质运输 (4)转运蛋白的种类和数量 控制物质进出细胞
解析 分析题图:途径①不需要转运蛋白和能量,属于自由扩散;途径②需要通道蛋白,属于协助扩散;途径③需要载体蛋白,不需要能量,属于协助扩散;途径④需要载体蛋白和能量,属于主动运输。(2)蟾蜍心肌细胞吸收Ca2+、K+、C6H12O6的方式为主动运输,需要载体蛋白和能量,若抑制心肌细胞的呼吸作用,则Ca2+、K+、C6H12O6等物质吸收均受到显著的影响,原因是呼吸作用减弱,使能量供应减少;如果对蟾蜍的离体心脏施加某种毒素后,Ca2+吸收明显减少,但K+、C6H12O6的吸收不受影响,说明该毒素不影响能量供应,而是抑制了转运Ca2+的载体蛋白的活动。(3)物质乙是载体蛋白,其空间结构被破坏后,功能丧失,不能进行物质运输,故依赖载体蛋白的协助扩散(③)和主动运输(④)均不能正常进行。(4)番茄细胞几乎不吸收碘,这与细胞质膜上转运蛋白的种类和数量不同有关,体现了细胞质膜的控制物质进出细胞的功能。
5.C
6.B 图甲所代表的物质运输方式是主动运输,图乙所代表的物质运输方式是依赖载体蛋白的协助扩散,二者的共同点是需要载体蛋白,A错误。哺乳动物成熟的红细胞吸收葡萄糖的方式是依赖载体蛋白的协助扩散,故图乙所示细胞可能是哺乳动物成熟的红细胞,B正确。主动运输需要的能量可以由无氧呼吸提供,不一定消耗氧气,C错误。图乙所示物质运输过程中载体蛋白的形状发生改变,表明依赖载体蛋白的协助扩散与细胞质膜的流动性有关,D错误。
7.C 图①表示影响运输速率的因素为被转运物质的浓度,物质浓度与运输速率呈正相关,则该运输方式为简单扩散;图②表示影响运输速率的因素除了被转运物质的浓度外,还有其他因素,如转运蛋白数量,则该运输方式为协助扩散或主动运输;图③表示该物质运输不消耗能量,则该物质运输方式为被动运输;图④表示影响运输速率的因素除了能量外,还有其他因素,该物质运输方式为主动运输;图⑤表示转运蛋白不影响该物质运输,其运输方式为简单扩散;图⑥表示该物质运输需要转运蛋白协助,其运输方式可能为主动运输或协助扩散。K+进入丽藻细胞的方式为主动运输,符合的图有②④⑥,A错误;葡萄糖进入红细胞的方式为协助扩散,符合的图有②③⑥,B错误;CO2和乙醇进出细胞的方式都为简单扩散,符合的图有①③⑤,C正确,D错误。(共49张PPT)
第三节 物质进出细胞的运输方式
1.渗透吸水和失水
(1)细胞内液体渗透压>外界溶液渗透压,细胞吸水。
(2)细胞内液体渗透压<外界溶液渗透压,细胞失水。
(3)细胞内液体渗透压=外界溶液渗透压(细胞在等渗溶液中),进出细胞的水分子处于动态平
衡状态。
2.植物细胞的质壁分离和复原现象
(1)选择透过性膜:对物质进出具有选择作用的膜。
(2)原生质层:细胞质膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。原生质层相当于一层选择透过
性膜,能选择性地控制物质的进出。
必备知识 清单破
知识点 1 细胞质膜具有选择透过性
(3)植物细胞内的液体环境:主要是指液泡中的细胞液。
(4)质壁分离现象:当植物细胞的细胞液渗透压小于外界溶液渗透压时,细胞不断失水,就会发
生质壁分离现象。
(5)质壁分离复原现象:当已经发生质壁分离的植物细胞处于渗透压小于细胞液渗透压的外
界溶液中时,细胞不断吸水,就会发生质壁分离复原现象。
(6)质壁分离与复原的原因
1、原生质层具有选择透过性。
2、细胞液和外界溶液之间有渗透压差。
3、原生质层比细胞壁的伸缩性大。
3.观察植物细胞的质壁分离和复原现象
(1)实验材料:成熟的活的植物细胞(如紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞)。
(2)实验试剂:质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液、清水。
(3)实验过程
1.一般来说,气体分子(如O2、CO2、N2)、相对分子质量小的不带电的极性分子(如尿素、乙
醇)、脂溶性分子等容易通过细胞质膜。
2.离子(如Na+、K+)因与水的结合而脂溶性大大降低。
3.相对分子质量大的不带电的极性分子(如葡萄糖)和各种带电的极性分子都难以自由通过
细胞质膜。
4.细胞内的其他细胞器膜和细胞质膜一样,都是选择透过性膜。
知识点 2 细胞质膜对不同物质的通透性不同
1.简单扩散(自由扩散)
(1)特点
1、物质通过细胞质膜进出细胞时,顺着浓度梯度从高浓度一侧向低浓度一侧移动。
2、不需要细胞代谢供能。
(2)扩散趋势:半透膜两侧的浓度最终达到平衡。
(3)限制因素
1、物质的脂溶性。
2、相对分子质量大小。
3、所带电荷的种类和数量。
知识点 3 被动运输不需要细胞供能
渗透 扩散
在水的渗透过程中,水作为溶剂,表现为从溶质分子相对少的部位向溶质分子相对多的部位流动 在简单扩散过程中,溶质往往是从浓度高的
部位向浓度低的部位流动
渗透和扩散是两个不完全相同的物质运动过程 (4)渗透与扩散
2.协助扩散
类型 依赖通道蛋白的协助扩散 依赖载体蛋白的协助扩散
过程 物质借助细胞质膜上的通道蛋白顺浓度梯度进出细胞 物质依赖细胞质膜上的载体
蛋白顺浓度梯度进出细胞
依赖的膜转运蛋白 通道蛋白:在生物膜中主要有“开”与“关”两种构型,两种构型被不同因子所诱导 载体蛋白:先与被运输的物质结合,然后通过自身构象变化或移动完成物质运输;具有高度特异性
共同点 顺浓度梯度运输物质,不需要细胞代谢供能 特别提醒 水分子通过简单扩散或依赖通道蛋白的协助扩散进出细胞。
3.被动运输的结果:将物质顺着浓度梯度从高浓度向低浓度方向运输,其结果是促进细胞内外
物质浓度趋同。
1.特点
(1)物质逆浓度梯度进出细胞。
(2)依赖细胞质膜上特定的载体蛋白。
(3)需要细胞代谢供能。
2.实例:Na+-K+泵是活细胞中由ATP(供能物质)驱动的将Na+输出细胞,同时将K+输入细胞的运
输泵,是维持细胞内外K+和Na+浓度差的结构和功能基础。
3.意义
(1)通过细胞质膜的主动运输,物质逆浓度梯度进出细胞,这对形成和维持细胞内外物质的浓
度差具有特别重要的意义。
(2)主动运输能保证细胞按照生命活动的需要,主动地选择吸收营养物质,排出代谢废物和对
细胞有害的物质。因此,主动运输对于活细胞完成各项生命活动具有重要意义。
知识点 4 主动运输需要细胞供能
1.运输的物质:蛋白质、多核苷酸、多糖等大分子以及部分颗粒性物质。
2.特点
(1)涉及细胞内多种膜的破裂与融合。
(2)需要细胞代谢供能。
3.胞吞
(1)定义:胞吞是通过质膜的变形运动将细胞外物质转运进细胞的过程。
(2)类型(依据物质大小及其入胞机制的不同划分)
1、吞噬:细胞以大囊泡内吞较大固体颗粒的过程。
2、胞饮:细胞通过小囊泡将细胞周围的微滴状液体摄入细胞的过程。
4.胞吐:一般是指细胞将要外排的大分子形成囊泡,囊泡移动到细胞质膜处并与之结合,再将
大分子排出细胞的过程。
知识点 5 细胞的胞吞和胞吐
5.意义
(1)胞吐使质膜表面积增加,而胞吞则会减少质膜表面积,质膜表面积的这种动态平衡过程对
细胞质膜成分的更新和细胞的生存与生长非常必要。
(2)胞吞参与了细胞信号的传导,还能整合多种信号,在细胞的生长、发育、代谢以及增殖中
发挥重要作用。
知识辨析
1.将正常形态的红细胞置于等渗溶液中,红细胞形态未变,是因为此时没有水分子进出细胞,
这种说法正确吗
2.显微镜下观察洋葱鳞片叶外表皮细胞,发现原生质层与细胞壁分开,则此时细胞液浓度一定
低于外界溶液浓度,这种说法正确吗
3.磷脂双分子层内部是疏水的,故水分子都要通过水通道蛋白出入细胞,这种说法正确吗
提示
提示
提示
不正确。在等渗溶液中,进出红细胞的水分子处于动态平衡状态。
不正确。原生质层与细胞壁分开的细胞,可能正在发生质壁分离(细胞液浓度低于外界溶液浓度),也可能已达到质壁分离的最大程度(细胞液浓度等于外界溶液浓度),也有可能正在发生质壁分离复原(细胞液浓度高于外界溶液浓度)。
不正确。水分子可通过简单扩散或协助扩散(借助水通道蛋白)出入细胞。
4.被动运输和主动运输都有助于维持物质在细胞内外的浓度差,这种说法正确吗
5.新生儿小肠上皮细胞通过消耗能源物质,可以直接吸收母乳中的免疫球蛋白和葡萄糖。这
两种物质被吸收到小肠上皮细胞中的方式都是胞吞,这种说法正确吗
6.通过胞吞、胞吐进行跨膜运输的都是大分子物质,这种说法正确吗
提示
提示
提示
不正确。被动运输顺浓度梯度进行,其结果是促进细胞内外物质浓度趋同,不利于维持物质在细胞内外的浓度差;主动运输逆浓度梯度进行,有助于维持物质在细胞内外的浓度差。
不正确。免疫球蛋白属于大分子物质,进入小肠上皮细胞的方式是胞吞,葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式是主动运输。
不正确。有些小分子物质也可通过胞吞、胞吐进行跨膜运输。
1.溶质不能通过半透膜
(1)初始S1、S2溶液液面等高,若S1溶液浓度大于S2溶液浓度,则单位时间内S2→S1的水分子数
多于S1→S2的,外观上表现为S1溶液液面上升;若S1溶液浓度小于S2溶液浓度,则情况相反。
(2)在达到渗透平衡后,若存在如图所示的液面差Δh,则此时S1溶液浓度仍大于S2溶液浓度。
因为液面高的一侧形成的压强会阻止溶剂(水分子)由低浓度一侧向高浓度一侧渗透。
关键能力 定点破
定点 1 不同渗透装置中水分子运动情况及液面变化
2.溶质能通过半透膜
初始半透膜两侧溶液液面等高,若S1溶液浓度大于S2溶液浓度,则最初单位时间内S2→S1
的水分子数多于S1→S2的,随着溶质的扩散,最终S1和S2溶液浓度相等,外观上表现为S1溶液液
面先上升后下降,最终S1和S2溶液液面等高。
典例 为研究成熟植物细胞的渗透吸水现象,设计简易渗透吸水装置如图甲所示,图甲中漏
斗液面上升的高度与时间的关系如图乙所示。将一个成熟植物细胞放在某外界溶液中,一段
时间后如图丙所示(此时细胞有活性)。下列相关叙述中错误的是 ( )
甲 乙 丙
A.由图甲中漏斗液面上升可知,实验开始时b液体的浓度小于a液体的浓度
B.由图乙可知,图甲中漏斗里溶液的吸水速率在下降
C.图丙中相当于图甲中c结构的是3、4、5、
D.图丙所示状态的细胞不一定正在发生质壁分离
A
思路点拨 熟悉水渗透方向、渗透作用与浓度的关系,细胞质壁分离状态的判断。
解析 由图甲中漏斗液面上升可知,实验开始时b液体的浓度大于a液体的浓度,A错误;由图
乙可知,图甲中漏斗液面上升的速率(单位时间内上升的高度)在减慢,直至不再上升,说明漏
斗里溶液的吸水速率在下降,B正确;植物细胞中相当于图甲中c半透膜结构的是原生质层,原
生质层由细胞质膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质构成,即图丙中的3、4、5、,C正确;图丙
所示状态的细胞可能正在发生质壁分离或正在发生质壁分离复原或处于动态平衡状态,D正
确。
1.细胞是否发生质壁分离及复原的判断方法
(1)从细胞角度分析
1、具有中央大液泡的成熟植物细胞才可发生质壁分离及复原现象。
2、死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离及复原现象。
(2)从溶液角度分析
1、在溶质能通过原生质层的溶液(如KNO3、甘油等)中,细胞可发生先质壁分离后自动复原
的现象。
2、在溶质不能通过原生质层的溶液中,细胞只会发生质壁分离现象,不能发生自动复原现象。
3、在高浓度溶液中,细胞可发生质壁分离现象,但很可能会因过度失水而死亡,不能再发生质
壁分离复原。
定点 2 植物细胞质壁分离和复原实验的分析和拓展
2.质壁分离与复原实验的应用
(1)判断成熟植物细胞的死活
(2)测定细胞液浓度范围
(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
典例 某同学利用绿色植物叶肉细胞进行质壁分离及复原实验(如图)。有关说法不正确的
是 ( )
A.若该细胞置于高浓度KNO3溶液中,一定能观察到质壁分离后自动复原
B.若该细胞正在失水,则细胞的吸水能力逐渐增强
C.若该细胞置于滴有少量红墨水的质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中,则b处为绿色,a处为红
色
D.若该细胞刚好处于平衡状态,则a、c溶液的浓度基本相等
A
解析 高浓度KNO3溶液可能导致细胞死亡,不一定能观察到细胞质壁分离后自动复原,A错
误;若该细胞正在失水,则细胞液浓度升高,细胞的吸水能力逐渐增强,B正确;a处为外界溶液,
故为红色,b处为细胞质,含有叶绿体,故为绿色,C正确;若该细胞刚好处于平衡状态,水分子进
出细胞的速率相等,则a、c溶液的浓度基本相等,D正确。
1.物质跨膜运输的比较
定点 3 物质跨膜运输的区别和联系
比较 项目 被动运输 主动运输 胞吞 胞吐
简单扩散 协助扩散 运输方向 高浓度→低浓度 低浓度→高浓度 胞外→胞内 胞内→胞外
通道蛋白或载体蛋白 不需要 需要通道蛋白 或载体蛋白 需要载体蛋白 不需要 是否消 耗能量 不消耗 不消耗 消耗 消耗 作用机制 分子随机运动朝向低浓度区转移 物质通过通道蛋白或与膜上载体蛋白结合后穿膜,朝向低浓
度区转移 逆浓度梯度
运输物质 细胞质膜通过变形运动将细胞外物质包裹形成囊泡转运进细胞 囊泡与细胞
质膜融合,排
出内含物
举例 O2、CO2、甘油、乙醇、苯等的跨膜运输 人的红细胞吸收葡萄糖
等 小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等 变形虫摄取
食物等 分泌蛋白的
分泌等
2.有关物质出入细胞的几个“不要漏掉”
(1)影响协助扩散运输速率的因素除通道蛋白或载体蛋白数量外,不要漏掉物质浓度。
(2)与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外,不要漏掉载体蛋白的合成场所——核糖
体。
(3)运输速率与O2浓度(能量)无关的运输方式除简单扩散外不要漏掉协助扩散。
(4)胞吞、胞吐的物质穿过细胞质膜的层数为0,因为该过程是通过膜的融合将物质转入或转
出细胞的。
典例 物质跨膜运输有如图所示三种方式,相关叙述错误的是 ( )
A.氧气以方式1进入细胞
B.物质以方式3进入细胞的过程需要消耗细胞代谢提供的能量
C.方式1和方式2都属于被动运输
D.蛋白质分子可以通过方式3进入细胞
D
解析 据图分析,方式1中物质运输方向是从高浓度到低浓度,不需要转运蛋白协助,表示简单
扩散;方式2中物质运输方向是从高浓度到低浓度,需要转运蛋白协助,不需要能量,表示协助
扩散;方式3中物质运输方向是从低浓度到高浓度,需要转运蛋白和能量,表示主动运输。氧气
以简单扩散的方式进入细胞,即图中的方式1,A正确;物质以主动运输进入细胞的过程需要细
胞代谢供能,B正确;简单扩散和协助扩散都属于被动运输,C正确;蛋白质分子属于大分子物
质,其进入细胞的方式是胞吞,D错误。
1.物质浓度对跨膜运输速率的影响
图1 图2
定点 4 影响被动运输和主动运输速率的相关因素
(1)图1表示的运输方式为简单扩散。
(2)图2表示的运输方式是协助扩散或主动运输。若表示协助扩散,则P点之后运输速率不再
增加的原因是膜上载体蛋白或通道蛋白的数量有限。若表示主动运输,则P点之后运输速率
不再增加的原因是载体蛋白的数量或能量供应有限。
2.ATP浓度和O2浓度对跨膜运输速率的影响(ATP浓度和O2浓度都与能量供应有关)
图1 图2 图3
(1)图1表示的运输方式为简单扩散或协助扩散,被动运输不需要细胞代谢供能。
(2)图2表示的运输方式为主动运输。P点之后运输速率不再增加的原因是载体蛋白的数量有
限。
(3)图3表示的运输方式为主动运输,P点之后运输速率不再增加的原因是载体蛋白的数量有
限,Q点时运输速率不为0,是因为细胞在没有氧气的条件下,可通过无氧呼吸供能。
3.温度对跨膜运输速率的影响
温度可通过影响细胞质膜的流动和细胞代谢来影响物质运输速率。
典例 图中曲线a、b表示物质跨膜运输的两种方式,下列表述正确的是 ( )
A.脂溶性小分子物质不通过方式a运输
B.与方式a有关的转运蛋白覆盖于细胞质膜表面
C.方式b的最大转运速率可能与转运蛋白数量有关
D.抑制细胞呼吸对方式a和b的转运速率均有影响
C
解析 据图分析,曲线a表示被转运分子的转运速率与其浓度成正比,则方式a为简单扩散。
曲线b表示随被转运分子浓度增大,转运速率先增大后趋于稳定,则方式b为协助扩散或主动
运输。脂溶性小分子物质的跨膜运输方式是简单扩散,可通过方式a运输,A错误;方式a是简
单扩散,不需要转运蛋白的协助,B错误;主动运输需要载体蛋白的协助,协助扩散需要载体蛋
白或通道蛋白的协助,因此方式b的最大转运速率可能与转运蛋白数量有关,C正确;抑制细胞
呼吸会限制能量供应,影响主动运输,但对简单扩散和协助扩散无影响,D错误。
关于真核细胞、叶绿体、线粒体的起源,目前学术界较为认可的是“内共生假说”,其
内容可大致用下图表示:
学科素养 情境破
素养 1 科学思维——“内共生假说”解释真核细胞的进化过程
情境探究
问题1 根据该假说推测,真核细胞内的核膜、内质网膜在成分和结构上与细胞质膜有何关
系
提示 核膜、内质网膜等由质膜内折而来,它们在结构和成分上具有很大的相似性。
问题2 被“内吞”的原核生物的细胞在结构上具有什么特点
提示 都具有细胞质膜,细胞内都有核糖体、DNA和RNA等。
问题3 根据该假说推测线粒体和叶绿体的膜层数、内部结构。
提示 线粒体、叶绿体都具有两层膜,内部都具有核糖体、DNA和RNA。从内膜开始,线粒
体和叶绿体相当于一个原核细胞。
讲解分析
利用“内共生假说”记忆叶绿体、线粒体的结构和功能
线粒体 叶绿体
结构简图
功能 有氧呼吸的主要场所 光合作用的场所
特点 可以自我复制,内部可进行部分蛋白质的合成过程,是“半自主性细胞器”;从内膜开始,线粒体和叶绿体相当于一个原核细胞 典例呈现
例题 “内共生假说”认为线粒体起源于始祖细胞对好氧细菌的吞噬和共生。某种抗生素对
细菌核糖体有损伤作用,大量摄入会危害人体,根据内共生假说可推测,该种抗生素最有可能
危害人类细胞的 ( )
A.线粒体 B.内质网
C.细胞质核糖体 D.中心体
A
解题思路
情境探究
蛋白质合成过程又称翻译,是核糖体利用mRNA上信息进行氨基酸脱水缩合的生理过
程。根据翻译与蛋白质转运的时间关系可将细胞中蛋白质分选途经分成两类:翻译后转运和
共翻译转运,如图所示。
素养 2 生命观念——真核细胞蛋白质分选途径
问题1 图右侧(黑色序号)代表翻译后转运途径,这些蛋白质有什么特点
提示 翻译后转运蛋白质属于非分泌蛋白,在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成。
问题2 与存在于线粒体、叶绿体、过氧化物酶体以及细胞核中的翻译后转运蛋白质相比,存
在于细胞质基质的胞质可溶性蛋白质在结构上有什么区别
提示 与线粒体、叶绿体、过氧化物酶体以及细胞核中的翻译后转运蛋白质相比,存在于细
胞质基质的胞质可溶性蛋白质不含靶向序列。
问题3 图左侧(红色序号)代表共翻译转运途径,其在游离核糖体合成的内质网定向信号序列
可以被内质网上的受体(SRP)识别,据此分析共翻译转运蛋白质的分选途径。
提示 共翻译转运蛋白质在细胞质基质游离核糖体上起始合成,然后在信号肽及SRP的引导
下转移至粗面内质网并完成蛋白质合成→通过囊泡转运至高尔基体→经高尔基体进一步修
饰加工,以膜泡运输方式分选至细胞外、质膜和溶酶体。
讲解分析
蛋白质转运类型
膜泡运输 蛋白质通过不同类型的转运膜泡,从粗面内质网合成部位转运至高尔基体,进而分选转运至细胞的不同部位。膜泡运输涉及供体膜出芽形成不同的转运膜泡、膜泡运输以及膜泡与靶膜的融合等过程
蛋白质的跨膜转运 主要指翻译后转运途径中,在细胞质基质核糖体上完成合成的多肽链,在不同靶向信号序列指导下,依不同的机制转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等结构中
选择性门控转运 在细胞质基质中合成的蛋白质,通过核孔复合体在核质间双向选择性地完成核输入或核输出
细胞质基质中蛋白质的转运 与细胞骨架系统密切相关,但由于细胞质基质的组织结构尚不清楚,因此对其中的蛋白质转运方式了解甚少(上述几种转运类型也涉及蛋白质在细胞质基质中的转运)
典例呈现
例题 下图为某动物细胞内部分蛋白质合成、加工及转运的示意图,下列相关叙述错误的是
( )
A.高尔基体对其加工的蛋白质先进行分类再转运至细胞的不同部位
B.核糖体合成的多肽通过囊泡运输到内质网腔内进行加工
C.内质网膜、高尔基体膜及囊泡膜都属于生物膜
D.膜蛋白的形成需经内质网和高尔基体的加工
B
解题思路 高尔基体对其加工的蛋白质先进行分类包装后,再转运至细胞的不同部位(细胞
质膜上、细胞外或溶酶体中),A正确;游离的核糖体以氨基酸为原料开始多肽链的合成,当合
成了一段肽链后,这段肽链会与核糖体一起转移到粗面内质网上继续其合成过程,且边合成
边转移到内质网腔内,再经过加工、折叠,形成具有一定空间结构的蛋白质,这一过程没有囊
泡运输,B错误;囊泡膜、细胞质膜、核膜和细胞器膜等都属于生物膜,C正确;据图分析可知,
膜蛋白在核糖体上合成后,需要经过内质网和高尔基体的加工,D正确。
情境探究
主动运输可通过ATP驱动泵、协同转运蛋白或光驱动泵逆浓度梯度或电化学梯度进行,
分为ATP直接驱动、ATP间接驱动和光驱动三种类型,如图所示。
素养 3 生命观念——主动运输的能量来源
问题1 通道蛋白与ATP驱动泵、协同转运蛋白、光驱动泵在物质运输特点上有什么不同
提示 通道蛋白运输物质的方向是顺浓度梯度或电化学梯度,不消耗能量。
问题2 已知小肠上皮细胞外是高Na+环境,小肠上皮细胞质膜上的协同转运蛋白将Na+转运进
细胞的同时完成了葡萄糖进入细胞的过程,协同转运蛋白运输Na+和葡萄糖的方式一样吗
提示 不一样。细胞外Na+浓度高于细胞内,Na+顺浓度梯度进入细胞不消耗能量,运输方式
是协助扩散;小肠上皮细胞吸收葡萄糖是伴随着Na+协助扩散进入细胞发生的,即Na+运输驱
动了葡萄糖的主动运输。
问题3 协同转运蛋白可以运输不止一种物质是否能说明膜转运蛋白运输物质不具有特异性
提示 不能。协同转运蛋白在运输物质时,物质与蛋白质特定部位特异性结合才能实现转
运,运输具有特异性。
问题4 从进行主动运输的不同方式的结构基础谈谈你对蛋白质是生命活动主要承担者的认
识。
提示 主动运输是细胞获取生命活动所需营养物质的重要方式之一,图示3种类型的主动运
输都需要载体蛋白,体现了膜蛋白在生命活动中的重要地位。
讲解分析
主动运输的三种类型
(1)ATP直接驱动:直接利用ATP水解提供的能量,实现离子或小分子逆浓度梯度或电化学梯
度的跨膜运输。如Na+-K+泵,又称为Na+-K+ATP酶,不仅是载体蛋白,也是催化ATP水解的酶。
(2)ATP间接驱动:需要借助协同转运蛋白进行。协同转运蛋白分为同向协同转运蛋白和反
向协同转运蛋白。
同向协同转运 反向协同转运
特 点 两种物质运输方向相同,一种物质顺浓度梯度(或电化学梯度)的转运为另一种物质逆浓度梯度(或电化学梯度)的转运提供驱动力 两种物质运输方向相反,一种物质顺浓度梯度(或电化学梯度)的转运为另一种物质逆浓度梯度(或电化学梯度)的转运提供驱动力
举 例 1、通过质子泵将H+逆浓度运输到细胞外,从而使细胞外H+浓度高于细胞内; 2、细胞质膜上的SU载体将H+由细胞外顺浓度梯度运输到细胞内的同时将蔗糖主动运输到细胞内
1、H+消耗能量逆浓度梯度进入液泡,细胞液中H+浓度高于细胞质基质;
2、液泡膜上的NHX载体将H+由液泡顺浓度梯度运输到细胞质基质的同时将Na+主动运输到液泡中
(3)光驱动泵:主要发现于细菌细胞,光驱动泵可以利用光能逆浓度梯度或电化学梯度运输物
质。
典例呈现
例题 钠钾ATP酶(Na+/K+-ATPase)存在于大多数的动物细胞质膜上,能够利用ATP水解释放的
能量将细胞内的Na+泵出细胞,而相应地将细胞外的K+泵入细胞,从而维持膜内外一定的电化
学梯度。该电化学梯度能驱动葡萄糖协同转运载体以同向协同转运的方式将葡萄糖运入细
胞,然后膜上的转运载体GLUT2将葡萄糖运至细胞外液,完成对葡萄糖的吸收。如图为人小
肠上皮细胞吸收葡萄糖的过程示意图,下列相关分析正确的是( )
A.葡萄糖进出小肠绒毛上皮细胞的方式不同,但运输的载体相同
B.Na+通过Na+/K+-ATPase的跨膜运输是主动运输,K+通过Na+/K+-ATPase
的跨膜运输是协助扩散
C.图示细胞的膜蛋白有运输、信息交流等功能
D.当细胞内外Na+浓度相等时,Na+和葡萄糖的协同转运不能进行
D
根据上图分析,A、B错误;图示过程体现膜蛋白具有运输功能,但并未体现其具有信息交流功
能,C错误;细胞利用细胞质膜两侧Na+浓度梯度主动运输吸收葡萄糖,当细胞内外Na+浓度相
等时,Na+浓度梯度消失,Na+驱动的葡萄糖协同转运停止,D正确。
解题思路
