(共22张PPT)
限时练2 蛋白质的磷酸化及其结构与功能的关系
及蛋白质的加工、分选与囊泡运输
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突破点1 蛋白质的磷酸化及其结构与功能的关系
1.(2025·河北邢台模拟)ATP水解释放的磷酸基团会转移到蛋白质的某些氨基酸残基上,使蛋白质分子磷酸化,这在细胞信号转导的过程中起重要作用。下列相关叙述错误的是( )
A.蛋白质磷酸化是伴随ATP水解的放能反应
B.蛋白质磷酸化后其空间结构会发生相应改变
C.某些蛋白质磷酸化后可参与物质的跨膜运输
D.磷酸化的蛋白质行使功能后会发生去磷酸化
A
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解析 吸能反应与ATP水解有关,蛋白质磷酸化是伴随ATP水解的吸能反应,A项错误。蛋白质磷酸化后其空间结构会发生变化,活性也发生改变,因而可以参与特定的化学反应,B项正确。某些蛋白质如参与Ca2+转运的载体蛋白在发挥功能时会发生磷酸化,C项正确。蛋白质磷酸化发挥功能后,会发生去磷酸化,为下次发挥功能做准备,D项正确。
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2.(2025·广西桂林模拟)被磷酸化的蛋白质空间结构发生变化后,可以参与多种生理活动。当植物细胞膜内侧的Ca2+与其在细胞膜上的载体蛋白结合时,该载体蛋白可以催化ATP水解,使该载体蛋白磷酸化。下列有关叙述错误的是( )
A.该载体蛋白既能催化ATP水解又能运输Ca2+
B.ATP水解,末端的磷酸基团转移到载体蛋白上
C.使用呼吸抑制剂会影响Ca2+跨膜运输到膜外
D.该载体蛋白催化水解的ATP可来自光合作用
D
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解析 Ca2+载体蛋白催化ATP水解,ATP分子末端的磷酸基团转移到该载体蛋白上,可将该Ca2+载体蛋白视为一种能催化ATP水解的酶,磷酸基团转移到载体蛋白上即被磷酸化,其空间结构发生了改变,进而运输Ca2+,A、B两项正确。Ca2+跨膜运输到膜外的方式为主动运输,使用呼吸抑制剂会影响Ca2+的主动运输,C项正确。光合作用中光反应产生的ATP用于暗反应和叶绿体内部代谢,不能用于其他生命活动,D项错误。
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3.(2025·安徽合肥二模)肝细胞内的乙酰辅酶A羧化酶(ACC)是脂肪酸合成代谢的关键酶,具有磷酸化和去磷酸化两种形式,其中,磷酸化形式是无活性的。磷酸化过程可由活化的蛋白激酶A(PKA)催化,消耗ATP。多种激素通过调节两种形式的转换,来维持细胞内物质代谢稳态。下列叙述正确的是( )
A.ACC的磷酸化伴随ATP的水解,释放的能量均以热能形式散失
B.磷酸化改变了ACC的空间结构,使反应的活化能显著降低
C.胰高血糖素可能通过信号转导产生的胞内信号来激活PKA
D.ACC去磷酸化是其磷酸化过程的逆反应,伴随ATP的生成
C
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解析 分析题意可知,ACC的磷酸化过程需要消耗ATP,ATP水解释放的能量主要用于酶分子的磷酸化(化学能),并非全部以热能形式散失,A项错误。磷酸化能够改变ACC的空间结构,使其失活,但反应的活化能是由酶本身(去磷酸化的ACC)降低的,磷酸化后的ACC无活性,无法降低活化能,B项错误。由题干可知,胰高血糖素可能通过信号转导产生的胞内信号来激活PKA,C项正确。由于物质和能量不同,且酶不同,故ACC去磷酸化不是其磷酸化过程的逆反应,D项错误。
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4.(2025·山东济南高三期末)蛋白质修饰是指对蛋白质分子的结构进行化学修饰,以改变其生物学性质的一种生物化学过程。蛋白质的修饰主要有糖基化、磷酸化与去磷酸化、甲基化、乙酰化等几种类型。下列叙述错误的是( )
A.分泌蛋白的糖基化可能发生在内质网中
B.载体蛋白在物质运输过程中可能会发生磷酸化与去磷酸化
C.组蛋白发生甲基化或乙酰化可能会影响基因的表达
D.蛋白质修饰的意义是使蛋白质活化,更好地发挥其作用
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解析 内质网是分泌蛋白合成和初步修饰的场所,故分泌蛋白的糖基化可能发生在内质网中,A项正确。载体蛋白在物质运输过程中可能会发生磷酸化与去磷酸化,从而发生空间构象的改变,B项正确。构成染色体的组蛋白发生甲基化或乙酰化等修饰,会影响基因的表达,C项正确。蛋白质修饰是指对蛋白质分子的结构进行化学修饰,而非使其活化,D项错误。
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突破点2 蛋白质分选及加工过程中的错误修正、囊泡运输
5.(2025·山西临汾二模)信号肽假说认为,编码分泌蛋白的mRNA在翻译时先合成一段信号肽,被识别后核糖体附着到内质网膜上,将已合成的多肽链送入内质网腔,随即信号肽被位于膜内表面的信号肽酶水解,肽链继续翻译直至完成并分泌到细胞外。下列说法错误的是( )
A.注入由3H标记的氨基酸,记录细胞中放射性物质出现的部位和时间可研究分泌蛋白形成过程
B.分泌蛋白在内质网中合成、加工形成一定的空间结构后通过囊泡转移至高尔基体再加工
C.人体内环境中的生长激素、抗体等分泌蛋白的氨基酸序列上存在该信号肽序列
D.据此推测进入细胞核的核蛋白质可能也存在一段核定位序列识别核孔复合体
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解析 氨基酸是合成蛋白质的原料,注入由3H标记的氨基酸,通过记录细胞中放射性物质出现的部位和时间,就可以追踪分泌蛋白的形成过程,比如首先在核糖体出现放射性,之后在内质网等部位出现,A项正确。内质网是蛋白质合成、加工的场所,分泌蛋白在内质网中合成、加工形成一定的空间结构后通过囊泡转移至高尔基体再加工,B项正确。生长激素、抗体等分泌蛋白的信号肽在内质网中被切除,因此人体内环境中的生长激素、抗体等分泌蛋白的氨基酸序列上不存在该信号肽序列,C项错误。从分泌蛋白通过信号肽识别并运输到内质网的过程可以推测,进入细胞核的核蛋白质可能也存在一段核定位序列识别核孔复合体,从而进入细胞核,D项正确。
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6.(2025·湖北武汉模拟)科学家用离心技术分离得到有核糖体结合的微粒体,即膜结合核糖体。其核糖体上最初合成的多肽链含有信号肽(SP)以及信号识别颗粒(SRP)。研究发现,引导新合成的多肽链进入内质网腔进行加工的前提是SRP与SP结合;经囊泡包裹离开内质网的蛋白质均不含SP,此时蛋白质一般无活性。下列说法错误的是( )
A.微粒体中的膜可能是内质网膜结构的一部分
B.内质网腔中含有能够在特定位点催化肽键水解的酶
C.SP合成缺陷的甲状腺细胞中,无法进行甲状腺激素的加工和分泌
D.SRP—SP—核糖体复合物与内质网膜的结合体现了生物膜信息交流的功能
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解析 分析题意可知,微粒体上有核糖体结合,其核糖体上最初合成的多肽链含有信号肽(SP)以及信号识别颗粒(SRP),且两者结合能引导多肽链进入内质网,据此推测微粒体中的膜是内质网膜结构的一部分,A项正确。经囊泡包裹离开内质网的蛋白质上均不含信号肽,说明在内质网腔内信号肽被切除,进而说明内质网腔内含有能在特定位点催化肽键水解的酶,B项正确。甲状腺激素的化学本质是含碘的氨基酸衍生物,故SP合成缺陷的甲状腺细胞中,可进行甲状腺激素的加工和分泌,C项错误。引导新合成的多肽链进入内质网腔加工的前提是SRP与SP结合,故SRP—SP—核糖体复合物与内质网的结合体现了生物膜的信息交流功能,D项正确。
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7.(2025·山东日照模拟)核糖体合成的蛋白质一般需要特定的氨基酸序列作为靶向序列来引导其运输到相应位置,之后靶向序列被切除。质体蓝素是类囊体膜内表面上的一种蛋白质,在细胞质基质中以前体形式合成后能检测到两段靶向序列,分别记为X、Y。在叶绿体基质中仅能检测到带有靶向序列Y的质体蓝素前体。成熟的质体蓝素中无靶向序列。药物甲可以抑制这两段靶向序列的切除。下列相关叙述正确的是( )
A.质体蓝素前体由核基因和叶绿体基因共同控制合成
B.切除质体蓝素前体靶向序列的酶存在于叶绿体基质中
C.类囊体薄膜上可能存在识别靶向序列Y的特异性受体
D.用甲处理会导致质体蓝素前体在细胞质基质大量积累
C
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解析 质体蓝素的合成场所是细胞质基质中游离的核糖体,而不是叶绿体中的核糖体,所以质体蓝素是由细胞核中的基因控制合成的,A项错误。靶向序列X介导质体蓝素前体跨叶绿体膜运进叶绿体基质中,在叶绿体基质中X序列被切除,故在叶绿体基质中只能检测到Y序列;Y序列介导质体蓝素前体进入类囊体后被切除,综上所述,切除X序列的酶在叶绿体基质中,切除Y序列的酶在类囊体腔中,B项错误。质体蓝素在细胞质基质中以前体形式合成后能检测到两段靶向序列,分别记为X、Y,在叶绿体基质中仅能检测到带有靶向序列Y的质体蓝素前体,因此类囊体薄膜上可能存在识别靶向序列Y的特异性受体,C项正确。药物甲可以抑制这两段靶向序列的切除,会造成质体蓝素无法成熟,但不会导致质体蓝素前体在细胞质基质大量积累,D项错误。
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8.(2025·辽宁大连模拟)真核细胞的细胞质中含有许多囊泡,这些囊泡在细胞中繁忙地运输“货物”。下列叙述正确的是( )
A.真核细胞的细胞质中的囊泡可来自内质网、高尔基体和细胞膜等细胞器
B.真核细胞内囊泡运输“货物”的过程与细胞骨架有关,且消耗能量
C.细菌分泌纤维素酶的过程,细胞中的囊泡膜会成为细胞膜的一部分
D.真核细胞内囊泡运输的物质一定是在核糖体上合成,并被分泌到细胞外发挥作用
B
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解析 细胞膜不是细胞器,A项错误。囊泡运输“货物”的过程与细胞骨架有关,且消耗能量,B项正确。细菌是原核生物,没有生物膜系统,故细菌分泌纤维素酶的过程不会形成囊泡,C项错误。囊泡运输的物质不一定是蛋白质,如氨基酸类的神经递质,D项错误。
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9.(2025·河南郑州模拟)细胞内的囊泡运输过程包括囊泡的出芽、靶向、束缚和融合四个阶段。COPⅡ囊泡是分泌蛋白从内质网转运至高尔基体的媒介。S蛋白位于人的内质网膜上,缺少该蛋白质时COPⅡ囊泡不能完成出芽。下列叙述错误的是( )
A.内质网膜、高尔基体膜属于细胞的生物膜系统
B.COPⅡ囊泡参与高尔基体膜成分的更新
C.S基因突变体的细胞质内COPⅡ囊泡增多
D.囊泡的运输过程离不开细胞内的信息传递
C
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解析 内质网膜、高尔基体膜参与构成细胞的生物膜系统,A项正确。COPⅡ囊泡膜与高尔基体膜融合后可更新高尔基体膜的成分,B项正确。S蛋白位于人的内质网膜上,缺少该蛋白质时COPⅡ囊泡不能完成出芽,S基因突变的患者可能缺少S蛋白,导致COPⅡ囊泡的出芽出现障碍,C项错误。分泌蛋白由囊泡运输到内质网和高尔基体中进行加工,由内质网到高尔基体,再运输到细胞膜相应位置的过程离不开信息传递,D项正确。
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10.(2025·甘肃白银模拟)蛋白质分泌是细胞间通信和生物功能实现的重要过程,大多数分泌蛋白都是通过内质网—高尔基体途径进行分泌的,称为经典分泌蛋白,其分泌途径称为经典分泌途径。但近年来的研究表明,在酵母菌以及高等真核细胞中存在一类分泌蛋白,它们不通过内质网—高尔基体途径分泌,研究者把这类蛋白质称为非经典分泌蛋白,其分泌途径被称为非经典分泌途径,示意图如下。下列相关叙述正确的是( )
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A.豚鼠的胰腺腺泡细胞分泌消化酶最可能是通过非经典分泌途径完成的
B.经典分泌途径中存在膜成分更新且蛋白质分泌至细胞外主要依赖生物膜的选择透过性
C.非经典分泌途径中的类型Ⅳ因有高尔基体的参与,被称为高尔基体旁路途径
D.蛋白质靠经典分泌途径还是非经典分泌途径分泌可能与其是否存在信号序列有关
答案 D
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解析 豚鼠的胰腺腺泡细胞分泌消化酶最可能是通过经典分泌途径完成的,A项错误。经典分泌途径中存在膜成分更新且蛋白质分泌至细胞外主要依赖生物膜的流动性,B项错误。非经典分泌途径中的类型Ⅳ没有高尔基体的参与,C项错误。据图可知,蛋白质靠经典分泌途径还是非经典分泌途径分泌可能与其是否存在信号序列有关,D项正确。(共44张PPT)
层级一:主干知识落实清单
考点1 细胞的分子组成
【串联整合】
1.厘清水与细胞
代谢的关系
第三
脱水缩合
自由水
结合水
水的光解
第二
2.归纳概括无机盐及其在稳态维持中的作用
离子
血红素
甲状腺激素
无机盐、
蛋白质
Na+和Cl-
7.35~7.45
HC、H2CO3
K+
Na+
与阴离子(Cl-)
3.概括糖类和脂质的种类与功能
葡萄糖
糖蛋白
纤维素
大量
糖类供能不足
性激素
维生素D
4.明确蛋白质和核酸的结构、功能及相互关系
(1)氨基酸的功能与运输
(2)厘清核酸与蛋白质的三个层次及相互关系
(3)常考的“核酸—蛋白质复合体”
【自主落实】
[练易错]
1.判断下列有关细胞中水和无机盐叙述的正误。
(1)(2024·安徽卷)水分子主要通过细胞膜上的水通道蛋白进出肾小管上皮细胞。( )
(2)(2024·福建卷)与豆子相比,豆芽中自由水与结合水的比值下降。( )
(3)(2022·湖北卷)水是酶促反应的环境,能参与血液中缓冲体系的形成,并可作为反应物参与生物氧化过程。( )
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(4)(2020·江苏卷)自由水是生化反应的介质,不直接参与生化反应;结合水是细胞结构的重要组成成分,主要存在于液泡中。( )
(5)(2022·全国甲卷)人体内Ca2+可自由通过细胞膜的磷脂双分子层,当血液中钙离子浓度过低易出现抽搐现象。( )
(6)(2025·浙江卷)人体缺铁会直接引起神经细胞兴奋性降低,肌肉抽搐。
( )
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2.判断下列有关糖类和脂质叙述的正误。
(1)(2024·全国新课标卷)大豆油含有不饱和脂肪酸,熔点较低,室温时呈液态。 ( )
(2)(2024·甘肃卷)脂肪在人体消化道内水解为脂肪酸和甘油后,可被小肠上皮细胞吸收。( )
(3)(2023·全国新课标卷)血液中的葡萄糖进入人体脂肪组织细胞可转变为甘油三酯。( )
(4)(2023·湖南卷)帝企鹅孵蛋期间不进食,主要靠消耗体内脂肪以供能。
( )
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(5)(2021·海南卷)纤维素是植物和蓝细菌细胞壁的主要成分,其水解的产物与斐林试剂反应产生砖红色沉淀。( )
(6)(2021·重庆卷)香蕉中的纤维素不能被人体吸收利用。( )
(7)(2024·江苏卷)细胞中肝糖原和脂肪都是储能物质。( )
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3.判断下列有关蛋白质和核酸叙述的正误。
(1)(2023·海南卷)蜘蛛丝蛋白的肽链由氨基酸通过肽键连接而成,高温可改变该蛋白质的化学组成,从而改变其韧性。( )
(2)(2023·湖南卷)帝企鹅蛋孵化过程中有mRNA和蛋白质种类的变化。( )
(3)(2024·贵州卷)rRNA彻底水解的产物是碱基、核糖、磷酸。( )
(4)(2024·江苏卷)肝糖原和胃蛋白酶的基本组成单位相同。( )
(5)(2024·海南卷)不同植物的DNA均含有元素C、H、O、N、S。( )
(6)(2025·浙江卷)烟草叶肉细胞的遗传物质水解后可产生4种脱氧核苷酸。
( )
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[练表达]
4.(2020·全国Ⅰ卷)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是 。
5.(2020·全国Ⅱ卷)牛奶的主要成分有乳糖和蛋白质等,组成乳糖的2种单糖是 。
牛奶中含有人体所需的必需氨基酸,必需氨基酸是指
。
6.(2018·全国Ⅲ卷)通常,细胞内具有正常生物学功能的蛋白质需要有正确的氨基酸序列和 结构,某些物理或化学因素可以导致蛋白质变性,通常,变性的蛋白质易被蛋白酶水解,原因是
。
肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收
葡萄糖和半乳糖
人体细胞自身不能合成,必须从食物中获取的氨基酸
空间
蛋白质变性使肽键暴露,暴露的肽键易与蛋白酶接触,使蛋白质降解
7.(必修1 P22思考·讨论)植物缺乏N、Mg等元素会影响光合作用的原因是
。
8.(必修1 P27正文)一般情况下,人很容易发胖,但减肥却相对困难的原因是
。
9.(必修1 P32与社会的联系)吃熟鸡蛋、熟肉容易消化的原因是
。
10.(必修1 P28图2-8)抗体和头发的主要成分均为蛋白质,但功能却相差极大,请从氨基酸角度分析,原因是___________________________________
。
N、Mg是构成叶绿素的必需元素,缺乏N、Mg等元素会导致叶绿素合成受阻,进而影响光反应。除此之外,N还是与光合作用有关酶等物质的组成元素
糖类在供应充足的情况下,可以大量转化为脂肪;而脂肪一般只在糖类供能不足时,才会分解供能,而且不能大量转化为糖类
高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散,容易被蛋白酶水解
组成抗体和头发的氨基酸的种类、数目和排列顺序不同,蛋白质的空间结构也不同
考点2 细胞的结构基础
【串联整合】
1.比较原核细胞
和真核细胞的异同
核糖体
细胞器
基因突变
无丝
减数
基因重组
生产者
分解者
分解者
消费者
分解者
2.理解细胞的结构与功能的适应性
(1)细胞膜
糖蛋白
糖脂
选择透过性
细胞识别、免疫
(2)细胞器
①叶绿体的类囊体堆叠使膜面积增大,有利于 。
②线粒体内膜内折形成嵴,有利于附着 。
③内质网膜面积大,有利于物质运输。
④溶酶体内含大量 ,有利于分解衰老、损伤的细胞器,吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌。
(3)细胞核
①核膜上的核孔数目多→ 等物质运输速率快→蛋白质合成旺盛→细胞代谢快。
②细胞代谢旺盛→ 较大→合成rRNA、组成核糖体速率快
→蛋白质合成旺盛。
吸收光能
与有氧呼吸有关的酶
水解酶
RNA、蛋白质
核仁
3.理解细胞的生物
膜系统
【自主落实】
[练易错]
1.判断下列有关细胞核及真核细胞、原核细胞叙述的正误。
(1)(2024·福建卷)幽门螺杆菌通过减数分裂进行繁殖。( )
(2)(2023·山东卷)原核细胞无核仁,不能合成rRNA。( )
(3)(2024·北京卷)大肠杆菌和水绵的能量代谢都发生在细胞器中。( )
(4)(2021·河北卷)细胞质中的RNA均在细胞核合成,经核孔输出。( )
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(5)(2022·浙江卷)核仁是核内的圆形结构,主要与mRNA的合成有关。
( )
(6)(2024·全国甲卷)原核生物因为没有线粒体所以都不能进行有氧呼吸。
( )
(7)(2020·北京卷)原核细胞与真核细胞都通过有丝分裂进行细胞增殖。
( )
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2.判断下列有关细胞结构与功能叙述的正误。
(1)(2024·江西卷)溶酶体中的蛋白酶在核糖体中合成。( )
(2)(2023·海南卷)蛋白质和脂质是生物膜不可或缺的成分,二者的运动构成膜的流动性。( )
(3)(2022·河北卷)受损细胞器的蛋白质、核酸可被溶酶体降解。( )
(4)(2022·全国甲卷)线粒体中的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成。( )
(5)(2021·福建卷)蓝细菌和菠菜细胞膜的成分都有脂质和蛋白质。( )
(6)(2024·河北卷)细胞骨架具备物质运输功能。( )
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3.判断下列有关细胞膜和生物膜系统叙述的正误。
(1)(2023·海南卷)哺乳动物成熟红细胞的细胞膜与高尔基体膜之间具有膜融合现象。( )
(2)(2023·湖南卷)内质网是一种膜性管道系统,是蛋白质的合成、加工场所和运输通道。( )
(3)(2021·海南卷)参与分泌蛋白合成与加工的细胞器的膜共同构成了生物膜系统。( )
(4)(2024·湖南卷)耐极端低温细菌的膜脂富含饱和脂肪酸。( )
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[练表达]
4.(2022·江苏卷)纤毛结构中由细胞膜延伸形成的纤毛膜主要由中心体转变而来,中心体在有丝分裂中的功能是 。
5.(2020·全国Ⅱ卷改编)为了研究细胞器的功能,某同学将正常叶片置于适量的溶液B中,用组织捣碎机破碎细胞,再用差速离心法分离细胞器。
(1)该实验所用溶液B应满足的条件是
(答出2点即可)。
(2)运用该方法分离细胞器,则线粒体、叶绿体和核糖体沉降的先后顺序是 。
与有丝分裂有关(参与纺锤体的形成)
pH应与细胞质基质的相同,渗透压应与细胞内的相同
叶绿体、线粒体、核糖体
6.(必修1 P40问题探讨)“台盼蓝染色法”是鉴别死细胞和活细胞的常用方法,其原理是
。
7.(必修1 P44图3-5)糖类和蛋白质在细胞膜上的分布是不对称的。请从细胞膜的功能角度分析其原因:______________________________________
。
8.(必修1 P53拓展应用)溶酶体内的水解酶不分解溶酶体膜的原因可能是
。
活细胞的细胞膜有控制物质进出细胞的功能,台盼蓝是细胞不需要的物质,不能进入细胞,活细胞不能被染色,而死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能,台盼蓝可进入细胞内,使其被染色
糖被分布在细胞膜的外表面,细胞膜的外侧分布着一些受体蛋白以接收外界信号,这都与细胞膜进行细胞间的信息交流有关
①溶酶体膜的成分经过修饰,不被这些水解酶识别;②溶酶体内的酶大多在酸性条件下才能发挥作用,而溶酶体膜生活的细胞质基质为中性;③溶酶体膜不断地运动着,分解它的酶难以起作用
9.若真核细胞内的核仁被破坏,蛋白质合成将不能正常进行,原因是
。
10.将分离得到的叶绿体悬浮在适宜溶液中,照光后有氧气释放;如果在该适宜溶液中将叶绿体的双层膜破坏后再照光, (填“有”或“没有”)氧气释放,原因是_________________________________________________
。
真核细胞内的核仁与核糖体的形成有关,核糖体是蛋白质合成的场所,核仁被破坏,不能形成核糖体,导致蛋白质的合成不能正常进行
有
类囊体薄膜是H2O分解释放O2的场所,叶绿体膜被破坏不影响类囊体薄膜的功能
考点3 物质进出细胞的实例和方式
【串联整合】
1.细胞膜参与细胞
的吸水和失水
浓度差
细胞膜
全透性
原生质层
2.物质出入细胞的方式和影响因素
(1)物质出入细胞方式的判断
主动运输
被动运输
自由扩散
主动运输
胞吞、
胞吐
协助扩散
(2)载体蛋白和通道蛋白的作用不完全相同
①载体蛋白和通道蛋白对物质的运输都具有选择性,通道蛋白只能
运输。
②载体蛋白需要和被转运的物质结合,且会发生自身 ;通道蛋白运输时不需要和被转运的物质结合。
顺浓度梯度
构象的改变
3.影响物质跨膜运输的三大因素
(1)物质浓度(在一定的浓度梯度范围内)
(2)O2浓度
(3)温度
温度影响生物膜的 ,进而影响所有跨膜方式的运输速率;温度通过影响 而影响呼吸速率,进而影响能量供应,主动运输和胞吞、胞吐均受影响。
流动性
酶活性
4.巧用两种抑制剂探究物质跨膜运输的方式
主动运输
蛋白酶
[练易错]
1.判断下列有关细胞吸水和失水叙述的正误。
(1)(2021·湖北卷)红细胞在高渗NaCl溶液中体积缩小,在低渗NaCl溶液中体积增大的原因是细胞膜对水分子的通透性远高于Na+和Cl-,水分子从低渗溶液扩散至高渗溶液。( )
(2)(2021·湖南卷)质壁分离复原过程中,细胞的吸水能力逐渐降低。( )
(3)(2020·山东卷)质壁分离过程中,黑藻细胞绿色加深、吸水能力减小。
( )
(4)(2024·北京卷)原生质体失去细胞全能性。( )
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2.判断下列有关物质出入细胞方式叙述的正误。
(1)(2024·安徽卷)液泡膜上的一种载体蛋白只能主动转运一种分子或离子。
( )
(2)(2023·全国甲卷)葡萄糖可通过主动运输但不能通过协助扩散进入细胞。
( )
(3)(2023·全国甲卷)血浆中的K+进入红细胞时需要载体蛋白并消耗ATP。
( )
(4)(2024·浙江卷)婴儿的肠道上皮细胞可以吸收母乳中的免疫球蛋白,此过程涉及载体蛋白协助。( )
(5)(2021·江苏卷)肾小管上皮细胞通过主动运输方式重吸收氨基酸。( )
×
×
√
×
√
[练表达]
3.主动运输需要消耗ATP。在主动运输过程中,ATP的作用是
。
4.(2021·全国甲卷)植物的根细胞可以通过不同方式吸收外界溶液中的K+。细胞外的K+能够通过离子通道进入植物的根细胞。
(1)离子通道是由 复合物构成的,其运输的特点是
(答出1点即可)。
(2)细胞外的K+可以通过载体蛋白逆浓度梯度进入植物的根细胞。在有呼吸抑制剂的条件下,根细胞对K+的吸收速率降低,原因是
_______________________________________________________________
。
为主动运输提供能量和使载体蛋白磷酸化,引起载体蛋白构象发生改变
蛋白质
一种离子通道只允许一种离子通过
根细胞对K+的吸收属于主动运输,消耗能量,而呼吸抑制剂抑制细胞呼吸产生能量(共27张PPT)
层级三 素养整合 诠释应用
素养1 生命观念——分子、细胞、生态系统中的结构与功能观
结合实例分析三个水平上的结构与功能
分子水平的结构与功能相适应 DNA作为生物遗传物质的结构基础 具有规则的双螺旋结构→是DNA具有稳定性的基础
磷酸和脱氧核糖构成的基本骨架的不变性和内部碱基排列的可变性→是DNA能携带大量遗传信息的基础
双链之间通过严格的碱基互补配对相连→是DNA精确复制的基础
分子水平的结构与功能相适应 蛋白质结构多样性与功能多样性的关系 氨基酸在形成肽链时排列顺序千变万化,肽链通过盘曲、折叠形成的空间结构千差万别,形成了结构和功能极其多样的蛋白质
与糖类相比,脂肪作为主要储能物质 与糖类相比,脂肪结构上“H多O少”
淀粉、纤维素和糖原在生物体中承担的功能不同 葡萄糖聚合的结构不同
细胞水平的结构与功能相适应 叶绿体具有吸收、传递并转化光能合成有机物的功能 类囊体薄膜层层堆叠形成广阔的膜面积为与光反应有关的色素和酶提供了附着位点;叶绿体基质呈溶胶状,围绕着类囊体薄膜,为光反应和暗反应的物质交流提供了方便
哺乳动物的红细胞可运输氧气 细胞成熟后无细胞核及细胞器
根尖分生区细胞连续有丝分裂 细胞体积小,但细胞核相对较大
神经元之间需要进行频繁的信号传递 结构上含有突起,包括轴突和树突
神经元之间兴奋只能单向传递 神经递质只能由突触前膜释放作用于突触后膜
浆细胞可大量合成并分泌抗体 浆细胞具有发达的内质网和高尔基体
生态系统水平的结构与功能相适应 生态系统执行能量流动和物质循环的功能 生态系统的营养结构包括食物链和食物网,食物链和食物网是生态系统物质循环和能量流动的渠道。改变生态系统的营养结构,有助于生态系统功能的优化
【素养应用】
1.(2025·云南卷)研究发现,细胞蛇是一种无膜细胞器,其在果蝇三龄幼虫大脑干细胞中数量较多而神经细胞中几乎没有,在人类肝癌细胞中的数量比正常组织中多。据此推测细胞蛇可能参与的生命活动是( )
A.细胞增殖 B.细胞分化
C.细胞凋亡 D.细胞衰老
A
解析 因为细胞蛇在具有较强增殖能力的果蝇三龄幼虫大脑干细胞和异常增殖的人类肝癌细胞中数量较多,所以推测细胞蛇可能参与细胞增殖,A项符合题意。
2.(2024·湖北卷)人的前胰岛素原是由110个氨基酸组成的单链多肽。前胰岛素原经一系列加工后转变为由51个氨基酸组成的活性胰岛素,才具有降血糖的作用。该实例体现了生物学中“结构与功能相适应”的观念。下列叙述与上述观念不相符合的是( )
A.热带雨林生态系统中分解者丰富多样,其物质循环的速率快
B.高温处理后的抗体,失去了与抗原结合的能力
C.硝化细菌没有中心体,因而不能进行细胞分裂
D.草履虫具有纤毛结构,有利于其运动
C
解析 热带雨林生态系统中分解者种类多,温度高,水分充足,其物质循环的速率快;抗体属于免疫球蛋白,高温处理会使蛋白质空间结构被破坏,失去与抗原结合的能力;草履虫具有纤毛结构,有利于其运动从而进行捕食和逃避敌害,A、B、D三项都符合“结构与功能相适应”的观念。硝化细菌属于原核生物,尽管没有中心体,但仍可进行细胞分裂,C项不符合“结构与功能相适应”的观念。
3.(2025·贵州黔南模拟)“结构与功能相适应”是生物学的基本观点,如家鸽的前肢变为翼适于飞行;蚯蚓的体壁可以分泌黏液使体表保持湿润,有利于呼吸。从结构与功能观的角度思考,下列叙述错误的是( )
A.内质网是一种膜性管道系统,能对蛋白质进行加工、折叠和组装
B.肾小管细胞膜上有较多水通道蛋白,有利于水分子的协助扩散
C.线粒体内膜上含有丰富的酶,是有氧呼吸生成CO2的场所
D.浆细胞含有丰富的内质网和高尔基体,有利于其分泌抗体
C
解析 内质网是一种膜性管道系统,在细胞中,它能对蛋白质进行加工、折叠和组装,结构与功能相适应,A项正确。肾小管细胞膜上有较多水通道蛋白,水通道蛋白可协助水分子进行跨膜运输,有利于水分子通过协助扩散的方式进出细胞,结构与功能相适应,B项正确。有氧呼吸生成CO2的场所是线粒体基质,而不是线粒体内膜,线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所,C项错误。抗体是分泌蛋白,内质网和高尔基体参与分泌蛋白的合成、加工和运输,含有丰富的内质网和高尔基体有利于浆细胞分泌抗体,结构与功能相适应,D项正确。
素养2 社会责任——病毒与人体健康
近年来由病毒引起的公共卫生事件严重威胁了人类的健康,而人类健康问题是历年来高考的热点。构建以“病毒”为核心的知识网络体系,通过构建“知识网络”,串联与之相关的知识点:结构与功能、物质运输、繁殖过程、中心法则、体液免疫与细胞免疫、病毒的检测和预防、病毒的分类鉴定及实践应用等。
【素养应用】
1.(2025·河南卷)在T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验中,子代噬菌体中的元素全部来自其宿主细胞的是( )
A.C B.S C.P D.N
B
解析 T2噬菌体侵染大肠杆菌时,只有DNA进入大肠杆菌中并作为模板控制子代T2噬菌体的合成,而合成子代T2噬菌体所需的原料均由大肠杆菌提供,因此子代T2噬菌体的蛋白质外壳中的元素全部来自大肠杆菌;但由于DNA复制方式为半保留复制,因此子代噬菌体DNA中一些元素来自亲代噬菌体,一些来自大肠杆菌。已知T2噬菌体的蛋白质外壳由C、H、O、N、S五种元素组成,DNA由C、H、O、N、P五种元素组成,子代噬菌体中的元素全部来自其宿主细胞大肠杆菌的是S。
2.(2025·河北卷)轮状病毒引起的小儿腹泻是主要经消化道感染的常见传染病,多表现出高热和腹泻等症状。病毒繁殖后,经消化道排出体外。下列叙述错误的是( )
A.当体温维持在39 ℃时,患儿的产热量与散热量相等
B.检查粪便可诊断腹泻患儿是否为轮状病毒感染
C.抗病毒抗体可诱导机体产生针对该病毒的特异性免疫
D.保持手的清洁和饮食卫生有助于预防该传染病
C
解析 体温维持相对稳定时,产热量与散热量相等。当体温维持在39 ℃,患儿的产热量和散热量相等,A项正确。轮状病毒繁殖后经消化道排出体外,粪便中可能含该病毒,检查粪便可诊断腹泻患儿是否为轮状病毒感染,B项正确。特异性免疫诱导机体产生抗病毒抗体,而非抗病毒抗体诱导机体产生特异性免疫,C项错误。轮状病毒主要经消化道感染,保持手的清洁和饮食卫生可切断传播途径,有助于预防该传染病,D项正确。
3.(2024·山东卷)乙型肝炎病毒(HBV)的结构模式图如图所示。HBV与肝细胞吸附结合后,脱去含有表面抗原的包膜,进入肝细胞后再脱去由核心抗原组成的衣壳,大量增殖形成新的HBV,释放后再感染其他肝细胞。下列说法正确的是( )
A.树突状细胞识别HBV后只发挥其吞噬功能
B.辅助性T细胞识别并裂解被HBV感染的肝细胞
C.根据表面抗原可制备预防乙型肝炎的乙肝疫苗
D.核心抗原诱导机体产生特异性抗体的过程属于细胞免疫
C
解析 树突状细胞除具有吞噬功能外,还具有摄取、处理和呈递抗原的功能,A项错误;细胞毒性T细胞识别并裂解被HBV感染的肝细胞,B项错误;抗原可以引发机体的特异性免疫反应,故根据表面抗原可制备预防乙型肝炎的乙肝疫苗,C项正确;核心抗原诱导机体产生特异性抗体的过程属于体液免疫,D项错误。
4.(2024·河北卷)某病毒具有蛋白质外壳,其遗传物质的碱基含量如下表所示。下列叙述正确的是( )
碱基种类 A C G T U
含量/% 31.2 20.8 28.0 0 20.0
A.该病毒复制合成的互补链中G+C含量为51.2%
B.病毒的遗传物质可能会引起宿主DNA变异
C.病毒增殖需要的蛋白质在自身核糖体合成
D.病毒基因的遗传符合分离定律
B
解析 该病毒不含碱基T,且互补碱基含量不同,为单链RNA病毒,复制合成的互补链中G+C含量与该病毒自身G+C含量一致,为20.8%+28.0%=48.8%,A项错误。一些RNA病毒的遗传物质可以通过逆转录产生DNA,整合到宿主DNA中,引起宿主DNA变异,B项正确。病毒没有细胞结构,没有核糖体,C项错误。进行有性生殖的真核生物同源染色体上的等位基因的遗传符合分离定律,病毒没有细胞结构,其基因的遗传不符合分离定律,D项错误。
5.(2025·安徽合肥模拟)病毒专营寄生生活,感染动植物时,可引发多种疾病。但病毒并非一无是处,随着科技的不断进步,病毒在多个领域有着广泛的用途。下列有关病毒应用的叙述,错误的是( )
A.一些病毒经灭活或减毒处理后可制成疫苗,用于预防相应的病毒感染
B.灭活的病毒可作为细胞融合的诱导剂,用于细胞工程中的各项生物技术
C.病毒可作为基因工程的载体,将目的基因导入受体细胞,实现基因重组
D.利用噬菌体来杀死某些污染水体中特定的病原菌,从而达到消毒的目的
B
解析 在免疫学上,一些病毒经灭活或减毒处理后可制成疫苗,刺激机体产生免疫反应,预防相应的病毒感染,A项正确。灭活的病毒可作为动物细胞融合的诱导剂,促进动物细胞之间的融合,但不一定能用于其他生物技术,B项错误。病毒可作为基因工程的载体,将目的基因导入受体细胞,实现基因重组,C项正确。噬菌体是一种专门寄生细菌的病毒,在医疗废水处理或食品加工等污水中,利用噬菌体来杀死特定的病原菌,属于生物消毒法,D项正确。
6.(2025·湖北卷)某种昆虫病毒的遗传物质为双链环状DNA。该病毒具有包膜结构,包膜上的蛋白A与宿主细胞膜上的受体结合后,两者的膜发生融合,从而使病毒DNA进入细胞内进行自我复制。回答下列问题。
(1)要清楚观察病毒的形态结构需要使用的显微镜类型是 。
(2)体外培养的梭形昆虫细胞,被上述病毒感染后会转变为圆球形,原因是病毒感染引起了昆虫细胞内 (填细胞结构名称)的改变。
(3)这类病毒的基因组中通常含有抗细胞凋亡的基因,这类基因对病毒的生物学意义是:___________________________________________________
。
电子显微镜
细胞骨架
抗细胞凋亡的基因能够抑制宿主细胞的凋亡,延长宿主细胞的存活时间,从而有利于病毒的复制和增殖
(4)该病毒DNA能在宿主细胞中自我复制,却无法在大肠杆菌中复制。为解决这一问题,可在该病毒的DNA中插入 序列,以实现利用大肠杆菌扩增该病毒DNA的目的。
(5)用该病毒感染哺乳动物细胞,可以在细胞内检测到该病毒完整的基因组DNA,但无对应的转录产物。推测其无法转录的原因是:
。
(6)采用脂溶剂处理该病毒颗粒可使病毒失去对宿主细胞的感染性,其原因是:
。
大肠杆菌复制原点
病毒基因组缺乏真核生物的启动子序列,或者宿主细胞的RNA聚合酶无法识别病毒的DNA并启动转录
包膜上的蛋白A是病毒特异性识别宿主细胞受体的关键成分,脂溶剂破坏了病毒的包膜结构,病毒无法与细胞的受体结合,进而无法通过膜融合感染细胞
解析 (1)要清楚观察病毒的形态结构需要使用电子显微镜。(2)细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构,维持着细胞的形态,锚定并支撑着许多细胞器,与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转化、信息传递等生命活动密切相关。(3)抗细胞凋亡的基因能够抑制宿主细胞的凋亡,延长宿主细胞的存活时间,从而有利于病毒的复制和增殖。(4)该病毒DNA能在宿主细胞中自我复制,却无法在大肠杆菌中复制。为解决这一问题,可在该病毒的DNA中插入大肠杆菌复制原点序列,以实现利用大肠杆菌扩增该病毒DNA的目的。
(5)检测到该病毒完整的基因组DNA,但无对应的转录产物,可能是病毒基因组缺乏真核生物的启动子序列,或者宿主细胞的RNA聚合酶无法识别病毒的DNA并启动转录。(6)该病毒具有包膜结构,包膜上的蛋白A与宿主细胞膜上的受体结合后,两者的膜发生融合,从而使病毒DNA进入细胞内进行自我复制。采用脂溶剂处理该病毒颗粒可破坏病毒的包膜结构,使病毒不能进入细胞而感染细胞。(共29张PPT)
限时练1 大单元一查缺补漏保分练
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[刷真题]
1.(2025·陕晋宁青卷)佝偻病伴发的手足抽搐症状与人体内某种元素缺乏有关。该元素还可以( )
A.参与构成叶绿素 B.用于诱导原生质体融合
C.辅助血红蛋白携氧 D.参与构成甲状腺激素
B
解析 佝偻病伴发的手足抽搐症状与人体Ca2+缺乏有关,而参与构成叶绿素的是镁元素,A项不符合题意。高Ca2+—高pH融合法可用于诱导植物原生质体融合,B项符合题意。辅助血红蛋白携氧的是铁元素,C项不符合题意。参与构成甲状腺激素的是碘元素,D项不符合题意。
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2.(2025·云南卷)化学元素含量对生命活动十分重要。下列说法错误的
是( )
A.植物缺镁导致叶绿素合成减少
B.哺乳动物缺钙会出现抽搐症状
C.人体缺铁导致镰状细胞贫血
D.人体缺碘导致甲状腺激素合成减少
C
解析 镁是叶绿素的组成元素,植物缺镁会导致叶绿素合成减少,A项正确。哺乳动物血液中钙离子含量过低会出现抽搐症状,B项正确。人体缺铁会导致缺铁性贫血,而镰状细胞贫血是由基因突变导致血红蛋白结构异常引起的,并非缺铁所致,C项错误。碘是合成甲状腺激素的原料,人体缺碘会导致甲状腺激素合成减少,D项正确。
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3.(2025·北京卷)2025年,国家持续推进“体重管理年”行动。为践行“健康饮食、科学运动”,应持有的正确认识是( )
A.饮食中元素种类越多所含能量越高
B.饮食中用糖代替脂肪即可控制体重
C.无氧运动比有氧运动更有利于控制体重
D.在生活中既要均衡饮食又要适量运动
D
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解析 饮食由多种有机物和无机物组成,饮食中的有机物蕴含着可被细胞利用的能量,这些有机物包括糖类、脂质、蛋白质、核酸等,脂肪与常见的糖类的组成元素是C、H、O,蛋白质与核酸中均含有元素C、H、O、N,同质量的糖类、脂肪、蛋白质、核酸中储存能量最多的是脂肪,A项不符合题意。细胞中的糖类和脂肪可以相互转化,机体内富余的葡萄糖可大量转化为脂肪,但脂肪不可以大量转化为糖类,故饮食中不能用糖代替脂肪来达到控制体重的目的,B项不符合题意。有氧运动能增强细胞的有氧呼吸,会消耗体内的葡萄糖、脂肪等有机物,又能避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量乳酸,更利于人体健康,C项不符合题意。健康生活既要保持营养均衡,又要适度运动,D项符合题意。
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4.(2025·四川卷)真核细胞的核孔含有多种蛋白质,这些蛋白质的主要区别是( )
A.基本组成元素不同
B.单体连接方式不同
C.肽链空间结构不同
D.合成加工场所不同
C
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解析 蛋白质的基本组成单位是氨基酸,氨基酸的基本组成元素是C、H、O、N,真核细胞的核孔含有多种蛋白质,这些蛋白质的基本组成元素相同,A项不符合题意。蛋白质的单体(氨基酸)的连接方式相同,均是氨基酸脱水缩合形成肽键连接,B项不符合题意。不同的蛋白质的功能不同,结构与功能相适应,因此这些蛋白质的肽链盘曲、折叠形成的空间结构不同,C项符合题意。这些蛋白质所处的位置相同,均在真核细胞的核孔,故这些蛋白质的合成加工场所均相同,D项不符合题意。
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5.(2025·河北卷)下列对生物体有机物的相关叙述,错误的是( )
A.纤维素、淀粉酶和核酸的组成元素中都有C、H和O
B.糖原、蛋白质和脂肪都是由单体连接成的多聚体
C.多肽链和核酸单链可在链内形成氢键
D.多糖、蛋白质和固醇可参与组成细胞结构
B
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解析 纤维素的组成元素为C、H、O,淀粉酶的化学本质是蛋白质,组成元素为C、H、O、N等,核酸的组成元素为C、H、O、N、P,三者组成元素都有C、H、O,A项正确。多聚体由单体聚合而成,糖原(单体为葡萄糖)、蛋白质(单体为氨基酸)是多聚体,脂肪由甘油和脂肪酸组成,不是多聚体,B项错误。多肽链盘曲折叠时氨基酸间可形成氢键,核酸单链(如tRNA)内部可通过碱基互补配对的方式形成氢键,C项正确。多糖(如纤维素参与植物细胞壁的构成)、蛋白质(如细胞膜蛋白)、固醇(如胆固醇参与动物细胞膜的构成)均可参与组成细胞结构,D项正确。
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6.(2025·广东卷)罗伯特森(J.D.Robertson)提出了“蛋白质—脂质—蛋白质”的细胞膜结构模型。下列不属于该模型提出的基础的是( )
A.化学分析表明细胞膜中含有磷脂和胆固醇
B.据表面张力研究推测细胞膜中含有蛋白质
C.电镜下观察到细胞膜暗—亮—暗三层结构
D.细胞融合实验结果表明细胞膜具有流动性
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解析 化学分析表明细胞膜中含有磷脂和胆固醇,该结论在罗伯特森用电镜观察细胞膜之前,属于该模型提出的基础,A项不符合题意。1935年,英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力,据表面张力研究推测细胞膜中可能含有蛋白质,该结论在罗伯特森用电镜观察细胞膜之前,属于该模型提出的基础,B项不符合题意。1959年,罗伯特森根据电镜下看到的细胞膜清晰的暗—亮—暗三层结构,结合其他科学家的工作,提出蛋白质—脂质—蛋白质三层结构模型,C项不符合题意。1970年,科学家通过荧光标记的小鼠细胞和人细胞的融合实验,证明细胞膜具有流动性,该结论在罗伯特森用电镜观察细胞膜之后,不属于该模型提出的基础,D项符合题意。
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7.(2025·河南卷)某研究小组将合成的必需基因导入去除DNA的支原体中,构建出具有最小基因组且能够正常生长和分裂的细胞。下列结构中,这种细胞一定含有的是( )
A.核糖体 B.线粒体
C.中心体 D.溶酶体
A
解析 某研究小组将合成的必需基因导入去除DNA的支原体中,构建出具有最小基因组且能够正常生长和分裂的细胞,在导入的合成的必需基因具体作用未知的前提下,由于支原体属于原核生物,一定含有核糖体这种细胞器,A项符合题意。
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8.(2025·安徽卷)下列关于真核细胞内细胞器中的酶和化学反应的叙述,正确的是( )
A.高尔基体膜上分布有相应的酶,可对分泌蛋白进行修饰加工
B.核糖体中有相应的酶,可将氨基酸结合到特定tRNA的3'端
C.溶酶体内含有多种水解酶,仅能消化衰老、损伤的细胞组分
D.叶绿体中的ATP合成酶,可将光能直接转化为ATP中的化学能
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解析 高尔基体膜上分布有相应的酶,能够对分泌蛋白进行修饰加工,比如糖基化等过程,A项正确。氨基酸与tRNA结合的化学反应称为氨基酰化,由氨酰tRNA合成酶催化完成,核糖体中的酶催化氨基酸之间的脱水缩合,B项错误。溶酶体内含有多种水解酶,其功能不仅是消化衰老、损伤的细胞组分,还能吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌,C项错误。叶绿体中的ATP合成酶发挥作用时是利用光反应产生的H+电化学势能来合成ATP的,需要先经过一系列转化,光能才能转化为ATP中的化学能,D项错误。
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9.(2025·北京卷)“探究植物细胞的吸水和失水”实验中,在清水和0.3 g/mL蔗糖溶液中处于稳定状态的细胞如图。以下叙述错误的是( )
图1 清水
图2 蔗糖溶液
A.图1,水分子通过渗透作用进出细胞
B.图1,细胞壁限制过多的水进入细胞
C.图2,细胞失去的水分子是自由水
D.与图1相比,图2中细胞液浓度小
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解析 因为成熟的植物细胞原生质层相当于一层半透膜,细胞液与外界溶液一般具有浓度差,符合渗透作用发生的条件,所以植物细胞是通过渗透作用吸水和失水的,A项正确。图1为在清水中处于稳定状态的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞,此状态下细胞液的浓度(或渗透压)远远高于清水,但细胞壁的保护作用限制了过多的水分子进入细胞而引起细胞体积的进一步膨胀,B项正确。结合水是不能自由流动的水,是细胞结构的组成成分。自由水具有流动性、溶解性,能进出细胞,C项正确。图2为在0.3 g/mL蔗糖溶液中处于稳定状态的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞,此时处于质壁分离状态,其细胞液的渗透压与外界蔗糖溶液的渗透压相等,比图1中细胞的细胞液浓度(渗透压)大,D项错误。
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10.(2025·云南卷)细胞作为生命活动的基本单位,需要与外界环境进行物质交换。下列说法正确的是( )
A.协助扩散转运物质需消耗ATP
B.被动运输是逆浓度梯度进行的
C.载体蛋白转运物质时自身构象发生改变
D.主动运输转运物质时需要通道蛋白协助
C
解析 协助扩散是顺浓度梯度运输,不需要消耗ATP,A项错误。被动运输包括自由扩散和协助扩散,都是顺浓度梯度进行的,B项错误。载体蛋白转运物质时,会与被转运物质结合,自身构象发生改变,从而实现物质的跨膜运输,C项正确。主动运输转运物质时需要载体蛋白协助,而不是通道蛋白,通道蛋白一般用于协助扩散,D项错误。
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11.(2025·广东湛江一模)人体所需的胆固醇约1/3由小肠吸收,约2/3由肝合成。研究发现,胆固醇吸收或合成过量会导致高胆固醇血症,患者体内脂肪堆积并伴有动脉粥样硬化等心血管疾病。下列有关胆固醇的叙述,错误的是( )
A.胆固醇在人体血液循环中的作用是参与血脂的运输
B.与磷脂相比,脂肪缺少的元素有P甚至N
C.胆固醇的合成与内质网有关
D.植物细胞膜上的胆固醇有利于维持其刚性
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解析 胆固醇是构成动物细胞膜的重要成分,在人体内还参与血液中脂质的运输,A项正确。磷脂的元素组成是C、H、O,还含有P甚至N,脂肪的元素组成是C、H、O,故与磷脂相比,脂肪缺少的元素有P甚至N,B项正确。胆固醇属于脂质,故胆固醇的合成与内质网有关,C项正确。植物细胞膜不含胆固醇,D项错误。
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12.(2025·江苏模拟预测)关于细菌、流行性感冒病毒和支原体,下列说法正确的是( )
A.抗生素对以上三类生物引起的肺炎均有效
B.都不具有细胞核和细胞器
C.遗传物质彻底水解得到的碱基都是四种
D.蛋白质都是在宿主细胞的核糖体上合成的
C
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解析 抗生素主要作用于细菌的细胞壁,支原体和流行性感冒病毒无细胞壁,所以抗生素对支原体和流行性感冒病毒引起的肺炎无效,A项错误。细菌、支原体为原核生物,不具有细胞核,具有核糖体这种细胞器,流行性感冒病毒为非细胞生物,不具有细胞核和细胞器,B项错误。细菌、支原体的遗传物质为DNA,彻底水解得到A、T、C、G四种碱基,流行性感冒病毒的遗传物质为RNA,彻底水解得到A、U、C、G四种碱基,C项正确。细菌、支原体的蛋白质在自身核糖体中合成,流行性感冒病毒为非细胞生物,不含核糖体,其蛋白质在宿主细胞的核糖体中合成,D项错误。
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13.(2025·河北承德模拟)细胞器是细胞质中具有特定形态、结构和功能的微器官,在动植物细胞中发挥着重要作用。下列有关细胞器的叙述,错误的是( )
A.正常动物细胞中含内质网,内质网是与核膜相连的膜性管道系统
B.合成蛋白质的核糖体既可游离在细胞质中,也可附着于内质网表面
C.液泡内的细胞液中含无机盐、糖类、DNA等,可以调节细胞内的环境
D.细胞分化过程中,某些生物大分子和衰老的细胞器可被溶酶体降解
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解析 正常动物细胞中含内质网,内质网由膜围成的管状、泡状或扁平囊状结构连接形成一个连续的内腔相通的膜性管道系统,内质网内连核膜、外连细胞膜,A项正确。核糖体是蛋白质的合成车间,真核细胞的核糖体有两种存在形式,一种是附着在内质网上,另一种是游离在细胞质中,B项正确。液泡内的细胞液中含无机盐、糖类等,但不含DNA,C项错误。溶酶体是细胞的消化车间,细胞分化过程中,某些生物大分子和衰老的细胞器可被溶酶体降解,D项正确。
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14.(2025·安徽合肥一模)真核细胞的细胞膜、细胞器膜和核膜等共同构成生物膜系统。下列有关生物膜结构和功能的叙述,正确的是( )
A.信号分子需要与细胞膜上的受体结合才能调节靶细胞的生理活动
B.叶绿体类囊体薄膜上的ATP合成酶可以催化ADP和Pi合成ATP
C.完整的多肽链在游离核糖体上合成后被转移至内质网中进行加工、折叠
D.来自高尔基体的囊泡膜可成为细胞膜的一部分是因为两者结构完全相同
B
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解析 信号分子的受体有的在细胞膜上,有的在细胞内,A项错误。叶绿体类囊体薄膜上发生光反应可以产生ATP,而ATP的合成需要ATP合成酶的催化,B项正确。游离核糖体上合成一段肽链后,这段肽链会与核糖体一起转移到粗面内质网上并边合成边转移至内质网腔内,再进行加工、折叠,C项错误。来自高尔基体的囊泡膜可成为细胞膜的一部分是因为两者结构相似,而不是完全相同,D项错误。
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15.(2025·甘肃白银模拟)研究表明,在保卫细胞中,液泡膜上的Cl-转运蛋白高表达,促进液泡中Cl-积累以调节细胞渗透压。保卫细胞失水皱缩会使植物气孔关闭。下列叙述正确的是( )
A.保卫细胞中Cl-进入液泡的运输方式属于协助扩散
B.保卫细胞的液泡吸收Cl-时植物的气孔是张开的
C.液泡膜上的Cl-转运蛋白高表达更容易观察到质壁分离
D.液泡膜上的Cl-转运蛋白高表达有利于植物对CO2的吸收
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解析 在保卫细胞中,液泡膜上的Cl-转运蛋白高表达,促进液泡中Cl-积累以调节细胞渗透压,所以Cl-进入液泡是逆浓度梯度运输,运输方式属于主动运输,A项错误。液泡吸收Cl-时植物的气孔可能是关闭的,B项错误。液泡膜上的Cl-转运蛋白高表达更不容易观察到质壁分离,C项错误。液泡膜上的Cl-转运蛋白高表达会使细胞渗透压升高,保卫细胞更容易吸水膨胀,导致气孔开放,有利于植物通过气孔吸收CO2,D项正确。
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16.(2025·安徽合肥模拟)心肌细胞外Ca2+和Na+浓度均高于细胞质,已知心肌细胞质中Ca2+浓度升高可引起心肌收缩。心肌收缩后,心肌细胞膜上的Na+-Ca2+交换体(转入Na+的同时排出Ca2+)和Ca2+泵(水解ATP并排出Ca2+)工作以维持心肌细胞内Ca2+浓度的稳态。下列叙述正确的是( )
A.Ca2+泵工作时,载体蛋白磷酸化导致其空间结构变化有利于运输Ca2+
B.心肌细胞膜上Na+-Ca2+交换体工作时,两种离子的运输均为被动运输
C.Ca2+运入心肌细胞需要转运蛋白并消耗细胞化学反应所释放的能量
D.用特异性药物阻断心肌细胞中Na+外运,会引起心肌收缩力下降
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解析 Ca2+泵(水解ATP并排出Ca2+)工作时消耗能量,载体蛋白磷酸化导致其空间结构变化有利于运输Ca2+,A项正确。Ca2+泵工作时,ATP水解脱离的磷酸基团使载体蛋白磷酸化后,导致载体蛋白的空间结构发生变化并将Ca2+运输到心肌细胞外,心肌细胞膜上的Na+-Ca2+交换体工作时,Na+顺浓度梯度运入心肌细胞为协助扩散,Ca2+逆浓度梯度运出心肌细胞为主动运输,B项错误。Ca2+顺浓度梯度运入心肌细胞为协助扩散,需要转运蛋白协助但不消耗细胞化学反应所释放的能量,C项错误。用特异性药物阻断心肌细胞中Na+外运,会抑制心肌细胞膜上Na+-Ca2+交换体的功能,导致心肌细胞中Ca2+浓度升高,引起心肌收缩力升高,D项错误。(共24张PPT)
限时练3 溶酶体与细胞自噬、渗透作用
与复杂情境下的物质跨膜运输
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突破点3 溶酶体与细胞自噬
1.(2025·山东卷)在细胞的生命活动中,下列细胞器或结构不会出现核酸分子的是( )
A.高尔基体 B.溶酶体
C.核糖体 D.端粒
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解析 高尔基体由扁平膜囊、大囊泡、小囊泡组成,属于单层膜细胞器,其主要功能是加工、分类和包装蛋白质,其组成成分中不含核酸分子,A项符合题意。溶酶体是单层膜包被的细胞器,内部含有多种水解酶,其主要功能是分解衰老、损伤的细胞器及吞噬病原体,可能存在核酸分子,B项不符合题意。核糖体由rRNA和蛋白质组成,rRNA属于核酸,C项不符合题意。端粒是真核细胞染色体末端的DNA—蛋白质复合体,其中DNA属于核酸,端粒与染色体稳定性和细胞衰老相关,D项不符合题意。
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2.(2025·湖南卷)蛋白R功能缺失与人血液中低胆固醇水平相关。蛋白R是肝细胞膜上的受体,参与去唾液酸糖蛋白的胞吞和降解,从而调节胆固醇代谢。下列叙述错误的是( )
A.去唾液酸糖蛋白的胞吞过程需要消耗能量
B.去唾液酸糖蛋白的胞吞离不开膜脂的流动
C.抑制蛋白R合成能增加血液中胆固醇的含量
D.去唾液酸糖蛋白可以在溶酶体中被降解
C
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解析 胞吞过程是一个耗能过程,需要消耗能量,去唾液酸糖蛋白的胞吞过程也不例外,A项正确。胞吞过程中细胞膜会发生形态的改变,去唾液酸糖蛋白的胞吞离不开膜脂的流动,B项正确。已知蛋白R功能缺失与人血液中低胆固醇水平相关,蛋白R参与去唾液酸糖蛋白的胞吞和降解从而调节胆固醇代谢,那么抑制蛋白R合成,可能导致血液中胆固醇含量降低,而不是增加,C项错误。溶酶体中含有多种水解酶,能够分解衰老、损伤的细胞器,吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌等,去唾液酸糖蛋白被胞吞后可以在溶酶体中被降解,D项正确。
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3.(2025·海南模拟)激烈的细胞自噬会使细胞的溶酶体膜破裂,溶酶体中的水解酶释放到细胞质基质中,水解细胞结构,并经过一系列信号传导,激活细胞内促凋亡基因的表达,从而导致细胞凋亡。下列有关叙述正确的是
( )
A.真核生物和原核生物中都普遍存在细胞自噬现象
B.细胞自噬产生的物质,都会被该细胞再度利用
C.细胞凋亡是细胞的一种程序性死亡,受环境因素的影响
D.溶酶体中的水解酶释放到细胞质基质后活性不发生改变
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解析 细胞自噬过程需要溶酶体的参与,而原核生物没有溶酶体,据此推测,细胞自噬是真核生物体内普遍存在的现象,A项错误。细胞自噬产生的物质,未必都会被该细胞再度利用,其中对细胞有用的物质,细胞可以再利用,废物则被排出细胞外,B项错误。细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程,是一种程序性死亡,也会受环境因素的影响,C项正确。溶酶体中的水解酶释放到细胞质基质后活性发生改变,因为溶酶体中的pH和细胞质基质中的不同,D项错误。
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4.(2025·福建福州模拟)内质网自噬由自噬受体介导,目前已发现约有6种内质网自噬受体,其可调节内质网的碎片化,内质网碎片被运送到溶酶体降解,以维持细胞稳态。寨卡病毒(ZIKV)感染人体后,能引起内质网自噬关键受体蛋白FAM134B的特异性降解,下列叙述正确的是( )
A.内质网自噬主要依赖生物膜的选择透过性
B.溶酶体降解内质网碎片后的产物或可被再利用
C.ZIKV内合成的酶能降解内质网自噬受体蛋白FAM134B
D.开发促进FAM134B降解的药物可治疗ZIKV感染
B
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解析 内质网碎片被运送到溶酶体降解涉及生物膜的融合,故内质网自噬主要依赖生物膜的流动性,A项错误。溶酶体降解内质网碎片后产生的产物如果是细胞需要的物质,可以被细胞再利用,B项正确。ZIKV是病毒,没有细胞结构,不能合成酶,C项错误。ZIKV感染人体后引起FAM134B降解,FAM134B是引起内质网自噬关键受体蛋白,其降解后,内质网自噬受到影响,难以维持细胞稳态,故开发抑制FAM134B降解的药物是治疗感染ZIKV患者的一种思路,D项错误。
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突破点4 渗透作用与复杂情境下的物质跨膜运输
5.(2025·湖南邵阳模拟)溶酶体膜上的部分蛋白质及其作用如图所示,其中V-ATP酶能跨膜转运H+进入溶酶体。当细胞自噬时,Ca2+通道开放,
增强与溶酶体生成相关基因的表达。下列有关叙述正确的是( )
A.V-ATP酶转运H+的过程中不消耗能量
B.Ca2+通道开放有利于维持膜两侧的Ca2+浓度差
C.细胞质基质中含有缓冲物质,其pH会低于4.6
D.当细胞自噬时,溶酶体的代谢活动有所增强
D
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解析 由题图可知,V-ATP酶转运H+的过程需要消耗能量,A项错误。Ca2+通道开放会使Ca2+从溶酶体中流到细胞质基质,这会导致膜两侧的Ca2+浓度差减小,而不是维持膜两侧的Ca2+浓度差,B项错误。溶酶体内部pH约为4.6,细胞质基质pH约为7.5,细胞质基质中含有缓冲物质,能维持相对稳定的pH环境,C项错误。当细胞自噬时,Ca2+通道开放,增强与溶酶体生成相关基因的表达,这可能会使溶酶体的数量增加,同时溶酶体内的水解酶活性及其中的代谢活动也会有所增强,以更好地完成对细胞内衰老、损伤的细胞器以及吞噬的病毒或细菌等物质的降解,D项正确。
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6.(2025·河南卷)耐寒黄花苜蓿的基因M编码的蛋白M属于水通道蛋白家族,将基因M转入烟草植株可提高其耐寒能力。下列叙述错误的是( )
A.细胞内的结合水占比增加可提升植物的耐寒能力
B.低温时,水分子通过与蛋白M结合转运到细胞外
C.蛋白M增加了水的运输能力,但不改变水的运输方向
D.水通道蛋白介导的跨膜运输不是水进出细胞的唯一方式
B
解析 结合水是细胞结构的重要组成成分,细胞内的结合水占比增加可提升植物的耐寒能力,A项正确。水分子通过细胞膜上的水通道蛋白进行跨膜运输时,不与其结合,B项错误。蛋白M是细胞膜上的水通道蛋白,可增加水的运输能力,但不改变水的运输方向,C项正确。水进出细胞的方式有自由扩散和水通道蛋白介导的协助扩散,D项正确。
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7.(2025·湖南卷)Cl属于植物的微量元素。分别用渗透压相同、Na+或Cl-物质的量浓度也相同的三种溶液处理某荒漠植物(不考虑溶液中其他离子的影响)。5天后,与对照组(Ⅰ)相比,Ⅱ组和Ⅲ组的光合速率降低,而Ⅳ组无显著差异;各组植株的地上部分和根中Cl-、K+含量如图所示。下列叙述错误的是( )
注:Ⅰ组为对照组(正常栽培);Ⅱ组加入NaCl溶液;Ⅲ组加入Na+浓度与Ⅱ组中相同、无Cl-的溶液;Ⅳ组加入Cl-浓度与Ⅱ组中相同、无Na+的溶液。
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A.过量的Cl-可能储存于液泡中,以避免高浓度Cl-对细胞的毒害
B.溶液中Cl-浓度越高,该植物向地上部分转运的K+量越多
C.Na+抑制该植物组织中K+的积累,有利于维持Na+、K+的平衡
D.K+从根转运到地上部分的组织细胞中需要消耗能量
答案 B
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解析 植物细胞可以通过将过量的Cl-储存于液泡中,来降低细胞质基质中Cl-的浓度,从而避免高浓度Cl-对细胞的毒害,A项正确。分析题图可知,Ⅱ组(NaCl溶液)与Ⅳ组(Cl-浓度与Ⅱ组中相同、无Na+的溶液)相比,Ⅱ组向地上部分转运的K+量少,说明不是溶液中Cl-浓度越高,植物向地上部分转运的K+量越多,B项错误。对比Ⅰ组(对照组)、Ⅱ组(NaCl溶液)和Ⅲ组(Na+浓度与Ⅱ组中相同、无Cl-的溶液),发现Ⅱ组和Ⅲ组中Na+存在时,植物组织中K+积累受到抑制,这有利于维持Na+、K+的平衡,C项正确。K+从根转运到地上部分的组织细胞是主动运输过程,主动运输需要消耗能量,D项正确。
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8.(2025·湖南长沙模拟)原发性主动运输和继发性主动运输是细胞物质运输的两种形式,二者的供能机制不同,原发性主动运输由ATP直接供能,继发性主动运输不由ATP直接供能。下图是小肠上皮细胞转运葡萄糖的过程示意图,下列有关分析正确的是( )
A.原发性主动运输是逆浓度梯度跨膜运输,
继发性主动运输是顺浓度梯度跨膜运输
B.小肠上皮细胞运输葡萄糖既有原发性主动运输也有继发性主动运输
C.Na+—葡萄糖协同转运蛋白能转运两种物质,该转运蛋白无特异性
D.抑制Na+—K+泵的功能会使得葡萄糖运入小肠上皮细胞的量减少
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解析 根据题意,原发性主动运输和继发性主动运输均是逆浓度梯度跨膜运输,A项错误。葡萄糖运入小肠上皮细胞是继发性主动运输,运出小肠上皮细胞是协助扩散,B项错误。Na+—葡萄糖协同转运蛋白能转运Na+和葡萄糖两种物质,该转运蛋白能够与特定的分子或离子结合,不能与其他分子或离子结合,因此具有特异性,C项错误。抑制Na+—K+泵的功能会使得运出小肠上皮细胞的Na+减少,导致运入小肠上皮细胞的Na+也会减少,进而导致葡萄糖运入小肠上皮细胞的量减少,D项正确。
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9.(2025·安徽安庆二模)心肌细胞跨膜运输Ca2+的方式多种多样,如下图所示(图中①~⑦表示生理过程)。正常情况下,细胞外Ca2+浓度高于细胞质基质。心肌收缩和舒张是心脏完成血液循环的基本生理过程,一定范围内细胞质基质中Ca2+浓度下降会引起心肌舒张。下列有关说法正确的是( )
A.Ca2+经①②过程运输时均需与转运蛋白结合
B.心肌收缩结束后②③④⑦运输Ca2+的作用增强
C.过程③载体蛋白转运Ca2+是由ATP直接供能的
D.Ca2+引发心肌舒张说明其参与细胞内
复杂化合物的组成
B
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解析 Ca2+经过①过程进行跨膜运输的方式属于协助扩散,借助通道蛋白,不需要与之结合,经过②过程进行跨膜运输的方式是主动运输,需要与转运蛋白结合,A项错误。在一定范围内,当细胞质基质内Ca2+浓度快速上升时,会引起心肌收缩,随后,Ca2+浓度下降,因此心肌收缩结束后②③④⑦运输Ca2+的作用增强,使细胞质基质中的Ca2+浓度下降,B项正确。过程③载体蛋白转运Ca2+是由Na+顺浓度梯度转运时产生的离子势能来提供能量,C项错误。Ca2+引发心肌舒张说明无机盐可以维持细胞和生物体的正常生命活动,D项错误。
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10.(11分)(2025·河北卷)砷可严重影响植物的生长发育。拟南芥对砷胁迫具有一定的耐受性,为探究其机制,研究者进行了相关实验。回答下列问题。
(1)砷通过转运蛋白F进入根细胞时需消耗能量,该运输方式属于 。砷的累积可导致细胞内自由基含量升高。自由基造成细胞损伤甚至死亡的原因为_______________________________________
(答出两点即可)。
主动运输
攻击磷脂分子,破坏细胞膜结构;攻击DNA,可能引起基因突变;攻击蛋白质,使蛋白质活性下降等
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(2)针对砷吸收相关基因C缺失和过量表达的拟南芥,研究者检测了其根细胞中砷的含量,结果如图。由此推测,蛋白C可 (填“增强”或“减弱”)根对砷的吸收。进一步研究表明,砷激活的蛋白C可使F磷酸化,磷酸化的F诱导细胞膜内陷,形成含有蛋白F的囊泡。由此判断,激活的蛋白C可使细胞膜上转运蛋白F的数量 ,造成根对砷吸收量的改变。囊泡的形成过程体现了细胞膜在结构上具有 的特点。
减弱
减少
流动性
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(3)砷和磷可竞争性通过转运蛋白F进入细胞。推测在砷胁迫下植物对磷的吸收量 (填“增加”或“减少”),结合(2)和(3)的信息,分析其原因:
______________________________________________________________
(答出两点即可)。
减少
砷与磷竞争结合转运蛋白F,使可与磷结合的转运蛋白F数量减少;砷激活蛋白C,使细胞膜上转运蛋白F的数量减少
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解析 (1)砷通过转运蛋白F进入根细胞需要消耗能量,说明该运输方式为主动运输(逆浓度梯度、需要载体和能量)。自由基化学性质活泼,可攻击磷脂分子(破坏细胞膜结构)、DNA(导致基因突变)、蛋白质(使酶活性下降、结构蛋白受损)等,造成细胞损伤甚至死亡。
(2)对比野生型、C缺失突变体、C过量表达植株根细胞中砷的含量可知,基因C缺失时根对砷的吸收增多,基因C过量表达时根对砷的吸收减少,故蛋白C可减弱根对砷的吸收。砷激活的蛋白C使F磷酸化,诱导细胞膜内陷形成含有蛋白F的囊泡,从而使细胞膜上转运蛋白F的数量减少(转运蛋白F被包裹进囊泡,脱离细胞膜)。囊泡的形成体现了细胞膜具有流动性的结构特点。
(3)砷胁迫下,植物对磷的吸收量减少。原因如下:一是砷与磷竞争结合转运蛋白F,使可与磷结合的转运蛋白F数量减少;二是砷激活蛋白C,使细胞膜上转运蛋白F的数量减少。
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10(共67张PPT)
层级二 二轮核心 精研专攻
【单元网络构建】
下丘脑
抗利尿激素
离子
核糖体
半保
留复制
纤维素和果胶
磷脂双分子层
行细胞间的信息交流
协助扩散
细胞质基质
核糖体
核糖体
突破点1 蛋白质的磷酸化及其结构与功能的关系
【高考命题预测】
蛋白质磷酸化是细胞信号转导和功能调控的核心机制,近年来高考对蛋白质结构与功能关系的考查逐渐深化,结合磷酸化动态调节的特点,可能的命题方向如下:①磷酸化过程的分子机制与能量变化。磷酸化由蛋白激酶催化,ATP提供磷酸基团和能量,属于吸能反应;去磷酸化由蛋白磷酸酶催化,释放磷酸基团。②磷酸化对蛋白质结构与功能的影响。磷酸化通过改变蛋白质构象或调控其与其他分子的结合能力进而影响蛋白质功能。
【练真题 明方向】
1.(2024·河北卷改编)酵母细胞中的M蛋白被激活后可导致核膜裂解、染色质凝缩以及纺锤体形成。蛋白K和P可分别使M发生磷酸化和去磷酸化,三者间的调控关系如下图所示。现有一株细胞体积变小的酵母突变体,研究发现其M蛋白的编码基因表达量发生显著改变。下列分析不正确的
是( )
A.该突变体变小可能是M增多且被激活后造成细胞分裂间期变短所致
B.P和K都可改变M的空间结构,从而改变其活性
C.K不足或P过量都可使酵母细胞积累更多物质而体积变大
D.M和P之间的活性调控属于正反馈调节
C
解析 M的作用是使核膜裂解、染色质凝缩、纺锤体形成,M增多且被激活后会促进细胞进入分裂期,使分裂间期变短,从而导致细胞积累的物质减少,体积变小,A项正确。K使M发生磷酸化,P使M发生去磷酸化,都会使M的空间结构发生改变,从而改变其活性,B项正确。K不足或P过量都会使M活性增强,细胞分裂加快,从而使酵母细胞积累的物质减少,细胞体积变小,C项错误。M会激活P,P会激活M,故M和P之间的活性调控属于正反馈调节,D项正确。
2.(2023·湖南卷)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 由题图可以看出,PIP2s蛋白磷酸化被抑制后,H2O2从膜外运向膜内的速率大于从膜内运向膜外的速率,即PIP2s蛋白磷酸化被抑制后,抑制了H2O2外排,所以细胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的,A项正确,B项错误。敲除AT1基因或降低其表达,AT1蛋白就不能抑制PIP2s蛋白磷酸化,则盐碱胁迫下植物应激反应产生的H2O2外排的速率大于内流的速率,可减轻H2O2对细胞的毒害作用,提高禾本科农作物的耐盐碱能力,C项正确。在逆境胁迫下可以生存的物种往往含有抵抗逆境的基因,将该类基因通过基因工程技术导入农作物体内可提高农作物的抗逆性,D项正确。
【归纳拓展】
1.ATP与蛋白质磷酸化
磷酸化就是通过磷酸转移酶(如蛋白激酶)在底物上加上一个磷酸基团,通常和ATP水解相偶联。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,因而可以参与特定的化学反应。去磷酸化是上一个反应的逆向过程。磷酸化和去磷酸化可给予或去除某种酶或蛋白质的功能,在生物代谢调控过程中有重要作用。
如图所示:
2.蛋白质的加工与构象变化
【练模拟 拓角度】
3.(2025·山东菏泽模拟)磷酸化在细胞代谢中往往起着开关的作用,通过激酶的作用可使物质上添加磷酸基团,该磷酸化主要集中在肽链中的酪氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基上,这些残基上具有游离的羟基,且本身不带电荷,当磷酸化作用后,蛋白质便具有了电荷。下列说法正确的是( )
A.磷酸化不改变蛋白质的结构,但可导致其活性改变
B.激酶能为蛋白质的磷酸化过程提供适宜的能量
C.载体蛋白磷酸化后,激活其ATP水解酶的活性
D.除了蛋白质以外,部分核苷酸也可发生磷酸化
D
解析 磷酸化使蛋白质添加了新的基团,并具有了电荷,因此改变了蛋白质的结构,并导致其活性改变,A项错误。激酶催化物质的磷酸化,能降低化学反应的活化能,但不能为其提供能量,B项错误。载体蛋白与其运输的物质结合后,其作为ATP水解酶的活性被激活,然后水解ATP并完成自身(即载体蛋白)磷酸化,C项错误。腺嘌呤核糖核苷酸可以通过磷酸化形成ADP,再通过进一步磷酸化形成ATP,D项正确。
4.(2025·海南三亚模拟)慢性髓细胞性白血病(CML)是一种起源于多能干细胞的骨髓增殖性肿瘤,药物格列卫对CML有一定的疗效,相关机制如图。下列叙述正确的是( )
A.ATP为BCR-ABL蛋白的降解提供活化能
B.格列卫与ATP竞争BCR-ABL蛋白上的结合位点
C.使用格列卫治疗CML时,底物发生了磷酸化
D.BCR-ABL蛋白通过降解底物来降低CML发病率
B
解析 由题图可知,BCR-ABL蛋白可同时结合ATP和底物,同时它可催化ATP的磷酸基团转移到底物上,使底物磷酸化,因此ATP为BCR-ABL蛋白的活化提供活化能,A项错误。由图示可知,格列卫与ATP竞争BCR-ABL蛋白上的结合位点,从而达到治疗的目的,B项正确。由题图可推测,ATP结合BCR-ABL蛋白时,使底物发生了磷酸化,使用格列卫治疗CML时,底物未发生磷酸化,C项错误。由题图可知,药物格列卫是通过与ATP竞争BCR-ABL蛋白的结合位点,从而抑制其活性,使底物不能磷酸化,从而降低CML发病率,D项错误。
突破点2 蛋白质的加工、分选与囊泡运输
【高考命题预测】
蛋白质的分选、加工和囊泡运输是细胞生物学的重要模块,其中分泌蛋白的合成与信号肽假说是高考的高频考点。预计考查方向包括:分泌蛋白的合成路径、信号肽假说的内容与实验证据、囊泡运输的机制与方向。高考主要通过选择题、流程图填空等形式,综合考查分泌蛋白的合成、分选及运输机制,需注重知识整合与实验逻辑。
【练真题 明方向】
1.(2025·陕晋宁青卷)高温胁迫导致植物细胞中错误折叠或未折叠蛋白质在内质网中异常积累,使细胞合成更多的参与蛋白质折叠的分子伴侣蛋白,以恢复内质网中正常的蛋白质合成与加工,此过程称为“未折叠蛋白质应答反应(UPR)”。下列叙述正确的是( )
A.错误折叠或未折叠蛋白质被转运至高尔基体降解
B.合成新的分子伴侣所需能量全部由线粒体提供
C.UPR过程需要细胞核、核糖体和内质网的协作
D.阻碍UPR可增强植物对高温胁迫的耐受性
C
解析 高尔基体无降解功能,错误折叠或未折叠蛋白质可能被转运至溶酶体降解,A项错误。合成新的分子伴侣所需能量不是全部由线粒体提供,细胞呼吸的第一阶段(在细胞质基质中)也可以产生少量ATP,为此过程提供能量,B项错误。在UPR过程中,细胞合成了更多的分子伴侣蛋白,这个过程需要细胞核、核糖体的参与,而分子伴侣蛋白需要在内质网中发挥作用,还需要内质网的协作,C项正确。UPR能恢复内质网中正常的蛋白质合成与加工,增强植物对高温胁迫的耐受性,若阻碍UPR则不利于增强植物对高温胁迫的耐受性,D项错误。
2.(2024·浙江卷)浆细胞合成抗体分子时,先合成的一段肽链(信号肽)与细胞质中的信号识别颗粒(SRP)结合,肽链合成暂时停止。待SRP与内质网上的SRP受体结合后,核糖体附着到内质网膜上,将已合成的多肽链经由SRP受体内的通道送入内质网腔,继续翻译直至完成整个多肽链的合成并分泌到细胞外。下列叙述正确的是( )
A.SRP与信号肽的识别与结合具有特异性
B.SRP受体缺陷的细胞无法合成多肽链
C.核糖体和内质网之间通过囊泡转移多肽链
D.生长激素和性激素均通过此途径合成并分泌
A
解析 SRP受体缺陷的细胞可以合成部分多肽链,如呼吸酶等,B项错误。核糖体和内质网之间通过SRP受体内的通道转移多肽链,同时核糖体是无膜细胞器不能形成囊泡,C项错误。生长激素通过此途径合成并分泌,性激素属于固醇,不需要通过该途径合成并分泌,D项错误。
【情境链接】
1.蛋白质的分选
蛋白质分选是指蛋白质依靠蛋白质自身信号序列从起始合成部位转运到其功能发挥部位的过程。核基因编码的蛋白质的分选大体可分为2条途径:共翻译转运途径和翻译后转运途径,相关过程如图所示。
[命题设计]
(1)明确细胞中蛋白质的分类和去向
①翻译后转运蛋白的去向是 等。
②共翻译转运蛋白的合成是先在 上合成一段肽链,再经 加工后转运至 。
细胞质基质、细胞核内、线粒体、叶绿体
游离核糖体
内质网、高尔基体 细胞外、细胞膜上、溶酶体中
(2)探究蛋白质分选的原因
为探究影响细胞内多肽去向的因素,研究人员获得A、B两组均去除了DNA和RNA的细胞提取液,然后向A组加入由3H标记的氨基酸、含编码信号肽序列的mRNA,向B组加入由3H标记的氨基酸、不含编码信号肽序列的mRNA,一段时间后检测内质网中是否出现放射性。结果发现,A组内质网出现放射性,B组不出现放射性。该实验运用了科学方法中的 ;根据实验结果,可得出的结论是 。
(放射性)同位素标记法
信号肽序列是多肽进入内质网的必需组分
2.信号肽假说与分泌蛋白的合成、加工
科学家推测,在分泌蛋白的合成过程中,游离核糖体最初合成的一段氨基酸序列作为信号肽,被位于细胞质基质中的信号识别颗粒(SRP)识别,肽链合成暂停。携带着肽链与核糖体的SRP与内质网膜上的SRP受体(DP)结合,核糖体附着于内质网上,继续合成肽链。这就是信号肽假说,如图所示。
科学家构建了体外的反应体系,证明了该假说。实验分组见下表。
实验组别 核糖体 信号识别颗粒(SRP) 内质网 实验结果
1 + - - 合成的肽链比正常肽链多一段
2 + + - 合成的肽链比正常肽链少一段
3 + + + 合成的肽链与正常肽链一致
注:“+”和“-”分别代表反应体系中存在或不存在该结构。
[命题设计]
(3)根据材料分析,假设在合成新生肽链阶段切除了信号肽,游离的核糖体
(填“能”或“不能”)附着到内质网上。
(4)推测组别1的实验结果:核糖体上合成的肽链比正常肽链长的原因是 。
(5)组别2中的肽链 (填“含有”或“不含有”)信号序列。其合成的肽链比正常肽链短的原因是 。
(6)对比组别2和组别3的结果,结合图中信息可知,只有结合了信号序列的SRP与内质网上的 识别并结合后,肽链的延伸才会继续。综合实验结果说明内质网具有 的功能。
不能
无SRP,肽链可继续合成,但无法进入内质网切除信号肽
含有
SRP不能与DP结合,导致肽链无法继续合成
DP
合成和加工蛋白质
【归纳拓展】
1.与囊泡运输有关的问题归纳
2.囊泡运输与信息交流
囊泡运输是一种高度有组织的定向运输,各类囊泡之所以能够被准确地运到靶细胞器或靶细胞,主要是因为靶细胞器或靶细胞具有特殊的膜标志蛋白,囊泡通过与特殊的膜标志蛋白相互识别,锚定、融合并进行囊泡运输。
【练模拟 拓角度】
3.(2025·重庆模拟)多数分泌蛋白含有信号肽序列,通过内质网—高尔基体(ER—Golgi)途径分泌到细胞外,被称为经典分泌途径。但研究表明,真核生物中少数分泌蛋白并不依赖ER—Golgi途径,称为非经典分泌途径(如图所示)。下列相关叙述错误的是( )
A.非经典分泌途径有的伴随着生物膜的转化
B.生物体中常见的分泌蛋白有抗体、消化酶和一部分激素等
C.经典的蛋白质分泌途径体现了生物膜的选择透过性,有利于膜成分的更新
D.非经典分泌途径的存在对经典分泌途径是一种必要和有益的补充
答案 C
解析 非经典分泌途径如溶酶体分泌和外来体,存在生物膜的转化,体现了膜的流动性,A项正确。生物体中常见的分泌蛋白有抗体、消化酶和一部分激素等,B项正确。经典的蛋白质分泌途径需要通过囊泡来实现,体现了生物膜的流动性,有利于膜成分的更新,C项错误。非经典分泌途径的存在,能够使一些特殊结构的蛋白质易于分泌,非经典分泌途径的存在对经典分泌途径是一种必要和有益的补充,D项正确。
4.(2025·河南郑州模拟)人体细胞合成分泌蛋白时一般先合成信号肽。信号肽合成后被信号识别颗粒(SRP)识别并结合后,肽链暂停合成。SRP将核糖体携带至内质网上,已合成的肽链经由SRP受体内的通道进入内质网腔,其合成重新开始。内质网膜上含信号肽酶,经内质网加工后蛋白质进入高尔基体。细胞遭受病毒侵染时,内质网中错误折叠的蛋白质大量堆积,细胞可通过调节过程减少这类蛋白质堆积。下列叙述正确的是( )
A.信号肽在游离的核糖体上合成,SRP受体缺乏细胞不能合成蛋白质
B.从内质网运输到高尔基体的蛋白质仍含信号肽,且通过囊泡实现运输
C.内质网上不含SRP受体,SRP可引导含信号肽的肽链进入内质网腔
D.细胞可能会识别并降解内质网中错误折叠的蛋白质,减少其大量堆积
D
解析 根据题目信息可知,SRP的作用是启动内质网对肽链进一步的合成与加工,即SRP受体缺乏细胞不能合成分泌蛋白,但对核糖体没有影响,即细胞能合成某些蛋白质(如呼吸酶),A项错误。内质网膜上含信号肽酶,信号肽可能在内质网腔中被切除,使得从内质网运输到高尔基体的蛋白质不含信号肽,B项错误。SRP的作用是帮助已合成的肽链经由SRP受体内的通道进入内质网腔,故内质网上含有SRP受体,C项错误。细胞可能会通过调节过程,识别并降解错误折叠的蛋白质,减少其大量堆积,以维持细胞的正常生命活动,D项正确。
5.(2025·贵州模拟)囊泡是真核细胞中的膜泡结构,承担着细胞内物质定向运输的功能,其中的网格蛋白有被囊泡主要参与从高尔基体向溶酶体或细胞膜外的物质运输。下列叙述正确的是( )
A.囊泡的膜结构不参与生物膜系统的组成
B.囊泡的定向运输与细胞骨架有密切关系
C.网格蛋白有被囊泡可被酸性水解酶分解
D.分泌蛋白释放过程穿过2层磷脂双分子层
B
解析 生物膜系统是由细胞膜、细胞器膜以及核膜等结构共同构成的,这些膜结构在组成和结构上很相似,在结构和功能上紧密联系,囊泡作为膜泡结构,其膜结构同样属于生物膜系统的一部分,A项错误。细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构,它维持着细胞的形态,锚定并支撑着许多细胞器,与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转化、信息传递等生命活动密切相关,囊泡的定向运输需要细胞骨架的引导和支撑,以确保物质能够准确地被运输到目标位置,B项正确。网格蛋白有被囊泡主要参与从高尔基体向溶酶体或细胞膜外的物质运输,但其本身并不被运输到溶酶体内进行分解,溶酶体内的酸性水解酶主要分解衰老、损伤的细胞器以及吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌等,而不是分解网格蛋白有被囊泡,C项错误。分泌蛋白是通过胞吐作用从细胞中释放出来的,在这个过程中,分泌蛋白首先被包裹在囊泡内,然后囊泡与细胞膜融合,将分泌蛋白释放到细胞外,这个过程中,分泌蛋白并没有穿过磷脂双分子层,而是通过囊泡与细胞膜的融合直接将物质释放到细胞外,D项错误。
突破点3 溶酶体与细胞自噬
【高考命题预测】
结合近年高考命题趋势及溶酶体与细胞自噬的研究热点,高考对该考点的考查角度及命题形式的预测分析如下:1.溶酶体的结构与功能机制,主要以选择题形式考查溶酶体内的水解酶泄漏后的活性变化、溶酶体pH维持的分子机制等。2.细胞自噬的类型、过程和意义,高考试题会结合示意图或流程图,考查自噬体膜来源、生物膜的流动性特点,或判断自噬类型,或结合情境材料分析自噬异常导致疾病的分子机制,或推断治疗策略。
【练真题 明方向】
1.(2025·四川卷)通俗地说,细胞自噬就是细胞“吃掉”自身的结构和物质。下列叙述错误的是( )
A.溶酶体作为“消化车间”可为细胞自噬过程提供水解酶
B.线粒体作为“动力车间”为细胞自噬过程提供所需能量
C.细胞自噬产生的氨基酸可作为原料重新用于蛋白质合成
D.细胞自噬“吃掉”细胞器不利于维持细胞内部环境稳定
D
解析 溶酶体内含有多种水解酶,能分解衰老、损伤的细胞器等,可作为“消化车间”为细胞自噬提供水解酶,A项正确。线粒体是有氧呼吸的主要场所,能为细胞生命活动(包括细胞自噬)提供能量,B项正确。细胞自噬产生的氨基酸可作为原料重新用于蛋白质合成,实现物质再利用,C项正确。细胞自噬“吃掉”衰老、损伤的细胞器,能维持细胞内部环境稳定,有利于细胞正常代谢,D项错误。
2.(2024·江西卷)溶酶体膜稳定性下降,可导致溶酶体中的酶类物质外溢,引起机体异常,如类风湿性关节炎等。下列有关溶酶体的说法,错误的是( )
A.溶酶体的稳定性依赖其双层膜结构
B.溶酶体中的蛋白酶在核糖体中合成
C.从溶酶体外溢出的酶主要是水解酶
D.从溶酶体外溢后,大多数酶的活性会降低
A
解析 溶酶体是具有单层膜结构的细胞器,其中含有多种水解酶,是细胞的“消化车间”,A项错误。溶酶体内的蛋白酶的合成场所在核糖体,B项正确。溶酶体中含有多种水解酶,因此,从溶酶体外溢出的酶主要是水解酶,C项正确。溶酶体内的pH比细胞质基质的低,从溶酶体外溢后,由于pH不适宜,大多数酶的活性会降低,D项正确。
3.(2024·甘肃卷)某研究团队发现,小鼠在禁食一定时间后,细胞自噬相关蛋白被募集到脂质小滴上形成自噬体,随后与溶酶体融合形成自噬溶酶体,最终脂质小滴在溶酶体内被降解。关于细胞自噬,下列叙述错误的是( )
A.饥饿状态下自噬参与了细胞内的脂质代谢,使细胞获得所需的物质和能量
B.当细胞长时间处在饥饿状态时,过度活跃的细胞自噬可能会引起细胞凋亡
C.溶酶体内合成的多种水解酶参与了细胞自噬过程
D.细胞自噬是细胞受环境因素刺激后的应激性反应
C
解析 由题意可知,饥饿状态下自噬参与了细胞内的脂质代谢,使细胞获得所需的物质和能量,维持基本的生命活动,A项正确;细胞长时间处在饥饿状态时,细胞可能无法获得足够的能量和营养,过度活跃的细胞自噬可能会引起细胞凋亡,B项正确;溶酶体内水解酶的化学本质是蛋白质,其合成场所是核糖体,在溶酶体内发挥作用,参与了细胞自噬过程,C项错误;细胞自噬是细胞感应外部环境刺激后表现出的应激性行为,是为了适应环境、维持基本的生命活动,D项正确。
【归纳拓展】
1.溶酶体与细胞内的消化作用
溶酶体内含多种酸性水解酶(其维持酸性环境的原理如图1),溶酶体存在着吞噬作用和自噬作用(如图2),其消化作用的对象有细胞吞噬的病原体、细胞残片、细胞内多余或损伤的生物大分子、衰老损伤的细胞器等。
图1
图2
2.凋亡和自噬的区别与联系
(1)区别
①形态学上的区别:凋亡是由细胞膜内陷形成凋亡小体后细胞解体;自噬主要是形成双层膜的自噬泡,包裹细胞质内的物质,然后与溶酶体融合消化内容物。
②生理意义上的区别:凋亡一定引起细胞死亡;自噬不一定引起细胞死亡。
(2)联系:有些激烈的细胞自噬,可能诱导细胞凋亡。
【练模拟 拓角度】
4.(2025·湖南长沙模拟)细胞可通过溶酶体“自噬”自身的部分结构和物质,降解后再利用。细胞自噬主要有三种形式,如图所示。其中,分子伴侣介导的自噬过程中,伴侣蛋白识别带有“KFERQ”(五肽序列)的靶蛋白并与之结合形成复合体,进而被运进溶酶体。下列叙述不正确的是( )
A.细胞自噬的三种形式均需要膜蛋白的参与
B.②属于胞吞,需要消耗细胞代谢释放的能量
C.③过程中,靶蛋白由伴侣蛋白引导进入溶酶体后被降解
D.细胞自噬可为细胞提供物质和能量,可能会引起细胞凋亡
答案 B
解析 细胞自噬的三种形式均需要膜蛋白对目标蛋白或细胞器进行识别,A项正确。②为溶酶体的微自噬,不是细胞,所以不能叫胞吞,B项错误。分析题图以及结合题干“伴侣蛋白识别带有‘KFERQ’(五肽序列)的靶蛋白并与之结合形成复合体,进而被运进溶酶体”可知,③过程中,靶蛋白由伴侣蛋白引导进入溶酶体后被降解,C项正确。细胞自噬可为细胞提供物质和能量,但是有些激烈的细胞自噬,可能会引起细胞凋亡,D项正确。
突破点4 渗透作用与特殊的跨膜运输方式
【高考命题预测】
渗透作用和物质跨膜运输是细胞代谢、植物生理及人体稳态调节的重要基础,高考常结合实验探究、生活应用和疾病机制进行综合考查。渗透作用的原理、细胞质壁分离和复原常聚焦于考查植物细胞的吸水和失水与原生质体体积的变化、渗透压的变化的关系、实验过程的分析等;物质的输入和输出是高考命题的高频考点,也是高考的热点。高考命题中常以农业生产、生活实践和科学研究为情境,结合协同运输等物质运输方式,考查创新能力。
聚焦1渗透作用、质壁分离及其应用
【练真题 明方向】
1.(2025·浙江卷)某同学利用幼嫩的黑藻叶片完成“观察叶绿体和细胞质流动”实验后,继续进行“质壁分离”实验,示意图如下。下列叙述正确的是( )
A.实验过程中叶肉细胞处于失活状态
B.①与②的分离,与①的选择透过性无关
C.与图甲相比,图乙细胞吸水能力更强
D.与图甲相比,图乙细胞体积明显变小
C
解析 实验过程中该叶肉细胞处于失水状态,并非失活状态,A项错误。①细胞膜与②细胞壁的分离,与①的选择透过性有关,原因是细胞壁具有全透性,蔗糖可通过细胞壁,但不能通过具有选择透过性的细胞膜,B项错误。与图甲相比,图乙细胞处于失水状态,细胞液渗透压升高,吸水能力更强,C项正确。与图甲相比,图乙细胞体积几乎不变,D项错误。
2.(2024·山东卷)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
B
解析 细胞失水过程中,细胞液浓度增大,渗透压升高,A项正确。干旱环境下进行光合作用的外层细胞主要合成的是单糖,内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快,一方面可以使外层细胞的光合产物迅速转移到内部薄壁细胞,减少外层细胞单糖的积累,减弱产物对光合作用的抑制;另一方面内部薄壁细胞中单糖合成多糖的过程产生水,使外层细胞的细胞液浓度高于内部薄壁细胞,外层细胞可以从内部薄壁细胞中获得水分,有利于外层细胞的光合作用,B项错误,D项正确。失水比例相同的情况下,由于内部薄壁细胞的细胞壁伸缩性更大,不易发生质壁分离,外层细胞更易发生质壁分离,C项正确。
【归纳拓展】
细胞吸水和失水的判断
将某植物花冠切成大小和形状相同的细条,分为a、b、c、d、e、f组,分别置于不同浓度的蔗糖溶液中,浸泡相同时间后测量各组花冠细条的长度,结果如图所示。
(1)细胞吸水大于失水的是a、b、c三组;蔗糖溶液浓度大于细胞液浓度,细胞明显失水的是d、e、f三组。
(2)花冠细胞液浓度介于0.4~0.5 mol/L之间。
【练模拟 拓角度】
3.(2025·陕西西安模拟)植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞,分别放入三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中,当水分交换达到平衡时观察到:细胞a未发生变化;细胞b体积增大;细胞c发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换,下列关于这一实验的叙述,不合理的是( )
A.水分交换前,细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度
B.水分交换前,细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c
C.水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度
D.水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度
C
解析 由于细胞b在水分交换达到平衡时细胞体积增大,说明细胞吸水,则水分交换前,细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度,A项合理。水分交换达到平衡时,细胞a的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度,细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度,细胞c的细胞液浓度小于外界蔗糖溶液的浓度,因此水分交换前,细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c,B项合理。由题意可知,水分交换达到平衡时,细胞a未发生变化,说明其细胞液浓度与外界蔗糖溶液浓度相等;水分交换达到平衡时,虽然细胞内外溶液浓度相同,但细胞c失水后外界蔗糖溶液的浓度减小,因此,水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度,C项不合理。在一定的蔗糖溶液中,细胞c发生了质壁分离,水分交换达到平衡时,其细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度,D项合理。
聚焦2复杂情境下的物质跨膜运输
【练真题 明方向】
4.(2025·山东卷)生长于NaCl浓度稳定在100 mmol/L的液体培养基中的酵母菌,可通过离子通道吸收Na+,但细胞质基质中Na+浓度超过30 mmol/L时会导致酵母菌死亡。为避免细胞质基质Na+浓度过高,液泡膜上的蛋白N可将Na+以主动运输的方式转运到液泡中,细胞膜上的蛋白W也可将Na+排出细胞。下列说法错误的是( )
A.Na+在液泡中的积累有利于酵母细胞吸水
B.蛋白N转运Na+过程中自身构象会发生改变
C.通过蛋白W外排Na+的过程不需要细胞提供能量
D.Na+通过离子通道进入细胞时不需要与通道蛋白结合
C
解析 Na+在液泡中的积累可以提高细胞液的渗透压,有利于酵母细胞吸水,A项正确。蛋白N转运Na+的过程为主动运输,所以蛋白N为载体蛋白,在运输过程中自身构象会发生改变,B项正确。通过蛋白W外排Na+的过程属于主动运输,需要细胞提供能量,C项错误。Na+通过离子通道进入细胞时不需要与通道蛋白结合,D项正确。
5.(2025·四川卷)某细菌能将组氨酸脱羧生成组胺和CO2,相关物质的跨膜运输过程如下图。下列叙述正确的是( )
A.转运蛋白W可协助组氨酸逆浓度梯度进入细胞
B.胞内产生的组胺跨膜运输过程需要消耗能量
C.转运蛋白W能同时转运两种物质,故不具特异性
D.CO2分子经自由扩散,只能从胞内运输到胞外
B
解析 从图中看出,转运蛋白W可协助组氨酸顺浓度梯度进入细胞,A项错误。胞内产生的组胺跨膜运输至膜外是从低浓度至高浓度,属于主动运输,需要消耗能量,能量由组氨酸的浓度梯度提供,B项正确。转运蛋白W能同时转运两种物质,具有特异性,C项错误。CO2分子经自由扩散,也可以从胞外运输至胞内,例如从血浆进入肺部细胞,D项错误。
6.(2025·陕晋宁青卷)丙酮酸是糖代谢过程的重要中间物质。丙酮酸转运蛋白(MPC)运输丙酮酸通过线粒体内膜的过程如下图。下列叙述错误的是( )
A.MPC功能减弱的动物细胞中乳酸积累将会增加
B.丙酮酸根、H+共同与MPC结合使后者构象改变
C.线粒体内外膜间隙pH变化影响丙酮酸根转运速率
D.线粒体内膜两侧的丙酮酸根浓度差越大其转运速率越高
D
解析 据图可知,MPC能同时转运丙酮酸根、H+进入线粒体基质,MPC功能减弱会使丙酮酸进入线粒体基质的数量减少,而丙酮酸在细胞质基质中会参与无氧呼吸产生乳酸,导致乳酸积累,A项正确。据图可知,丙酮酸根、H+与MPC结合后使后者构象改变,实现对物质的转运,B项正确。MPC与丙酮酸根和H+结合的位点不同,且H+顺浓度梯度从低pH的线粒体内外膜间隙运到高pH的线粒体基质一侧,运输方式为协助扩散,该过程为丙酮酸根的同向运输提供了能量,故线粒体内外膜间隙pH变化通过直接影响H+的运输来影响丙酮酸根转运速率,C项正确。图中丙酮酸根的运输方式为主动运输,其转运速率除受线粒体内膜两侧的丙酮酸根浓度影响外,还与H+浓度和MPC的数量有关,D项错误。
7.(2024·甘肃卷)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 由图可知,H+—ATP酶(质子泵)向细胞外转运H+时伴随着ATP的水解,且为逆浓度梯度运输,从而推出H+—ATP酶向细胞外转运H+为主动运输,在主动运输过程中,载体蛋白与被运输分子结合,会导致载体蛋白的空间结构发生改变,A项正确;H+顺浓度梯度进入细胞的同时把Na+转运到细胞外,B项正确; H+—ATP酶抑制剂通过干扰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,C项错误;为了适应高盐环境,耐盐植株的Na+—H+逆向转运蛋白的数量比普通植株多,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,D项正确。
【归纳拓展】
1.主动运输消耗的能量并不都由ATP直接提供
2.离子泵与质子泵
(1)Na+—K+泵
(2)质子泵
【练模拟 拓角度】
8.(2025·福建福州三模)下图表示海水稻(耐盐碱水稻)与抗逆性相关的生理过程,SOS1转运蛋白和NHX转运蛋白的活性受磷酸化和去磷酸化的调控。下列叙述错误的是( )
注:SOS1和NHX为膜上两种转运蛋白。
A.Na+外排和液泡区隔化可降低细胞质基质中的Na+浓度以减轻Na+毒害
B.H+运入细胞可建立H+浓度梯度,为SOS1转运蛋白提供驱动力,促进Na+排出
C.SOS1转运蛋白和NHX转运蛋白磷酸化和去磷酸化的动态平衡参与维持细胞内离子稳态
D.海水稻通过胞吐分泌抗菌蛋白抵御病原体的侵染是其适应环境的表现
答案 B
解析 结合图示可知,Na+可以通过SOS1转运蛋白运出细胞,也可以通过NHX转运蛋白运入液泡(液泡区隔化),从而降低细胞质基质中的Na+浓度以减轻Na+毒害,A项正确。H+运出细胞和运入液泡时,需要载体蛋白的参与,且需要消耗ATP,为主动运输,主动运输是逆浓度运输的,可以建立H+浓度梯度,从而为SOS1转运蛋白提供驱动力,促进Na+排出,B项错误。据图可知,SOS1转运蛋白和NHX转运蛋白参与Na+和H+的运输,物质通过两种载体蛋白运输时,载体蛋白会发生磷酸化和去磷酸化过程,因此SOS1转运蛋白和NHX转运蛋白磷酸化和去磷酸化的动态平衡参与维持细胞内离子稳态,C项正确。图示表明海水稻分泌抗菌蛋白的方式是胞吐,抗菌蛋白可用于抵御病原体的侵染,这是其适应环境的表现,D项正确。
