(共17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
【素养提炼】
1.蛋白质的磷酸化及其结构与功能的关系
(1)蛋白质结构多样性与功能多样性
(2)蛋白质磷酸化、去磷酸化与构象改变
磷酸化就是通过磷酸转移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,因而可以参与各种化学反应。去磷酸化可看作是上一个反应的逆反应。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。
2.细胞结构与功能、细胞骨架系统
(1)细胞的结构与功能
①细胞结构与功能相适应的六个实例
②细胞结构与功能中的四个“不一定”与五个“一定”
(2)细胞骨架的结构与功能
在真核细胞中,细胞骨架是由微管、微丝和中间纤维三种蛋白质结构组分所构成的纤维状网架结构。细胞骨架为细胞提供动态的结构支撑,决定了细胞的形状;为细胞内各种结构的合理排布提供了定位框架;细胞骨架还为细胞器和大分子物质的定向移动提供了运输轨道。
【素养应用】
1.(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。
2.(2024·安徽卷)在多细胞生物体的发育过程中,细胞的分化及其方向是由细胞内外信号分子共同决定的,某信号分子诱导细胞分化的部分应答通路如图。下列叙述正确的是( )
A.细胞对该信号分子的特异应答,依赖于细胞内的相应受体
B.酶联受体是质膜上的蛋白质,具有识别、运输和催化作用
C.ATP水解释放的磷酸分子与靶蛋白结合,使其磷酸化而有活性
D.活化的应答蛋白通过影响基因的表达,最终引起细胞定向分化
D
解析 由题图可知,细胞对该信号分子的特异应答,依赖于细胞外侧的酶联受体,A项错误。题图中酶联受体没有体现出具有运输作用,B项错误。ATP水解产生ADP和磷酸基团,磷酸基团与其他物质如靶蛋白结合,使其磷酸化而有活性,C项错误。细胞分化的实质是基因的选择性表达,故信号分子调控相关蛋白质,活化的应答蛋白通过影响基因的表达,最终引起细胞定向分化,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时有发生,严重威胁人类健康,而人类健康问题是历年来高考的热点。建构以“病毒”为核心的知识网络体系,通过建构“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。
【素养提炼】
【素养应用】
C
1.(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
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。
D
2.(2025·黑龙江“六校联盟”联考)秋冬季是诺如病毒(RNA病毒)感染的高发季,感染者会出现恶心、呕吐、腹泻、腹痛等症状。下列叙述错误的是
( )
A.诺如病毒的遗传物质容易发生变异,因此相关疫苗研制困难
B.诺如病毒会利用宿主细胞的核糖体合成蛋白质外壳
C.诺如病毒的遗传信息传递遵循中心法则
D.浆细胞依靠细胞膜表面的受体识别诺如病毒并分泌抗体
解析 浆细胞不能识别抗原,它是通过分泌抗体来发挥免疫作用的,能识别抗原的是B细胞、辅助性T细胞、记忆细胞等,D项错误。(共48张PPT)
层级二 二轮核心 精研专攻
突破点1 蛋白质的加工、分选与囊泡运输
聚焦1蛋白质的合成、加工、分选与运输
【链真题 明方向】
C
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
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.(2022·广东卷)酵母菌sec系列基因的突变会影响分泌蛋白的分泌过程,某突变酵母菌菌株的分泌蛋白最终积累在高尔基体中。此外,还可能检测到分泌蛋白的场所是( )
A.线粒体、囊泡 B.内质网、细胞外
C.线粒体、细胞质基质 D.内质网、囊泡
D
解析 分泌蛋白最初在核糖体上合成,然后进入内质网初步加工,通过囊泡运输至高尔基体进一步加工后成为成熟蛋白质,再由囊泡包裹运至细胞膜,最后经膜融合后分泌至细胞外。线粒体为分泌蛋白的合成、加工、运输提供能量,分泌蛋白不会进入线粒体,A、C两项不符合题意。根据题意,突变菌株的分泌蛋白在高尔基体中积累,不会分泌到细胞外,B项不符合题意。内质网中初步加工的分泌蛋白以囊泡的形式转移到高尔基体,内质网、囊泡中会检测到分泌蛋白,D项符合题意。
【归纳拓展】
图解蛋白质的合成、加工、分选和运输过程
(1)过程图解
(2)与分泌蛋白形成有关的细胞结构
(3)明确细胞中蛋白质的分类和去向
①由游离核糖体合成的蛋白质的去向:细胞质基质、细胞核内、线粒体、叶绿体等。
②由附着核糖体合成(先在游离核糖体上合成一段肽链),内质网、高尔基体加工的蛋白质的去向:分泌到细胞外、细胞膜上、溶酶体中。
③线粒体和叶绿体中的蛋白质:一部分由核基因控制,细胞质中游离核糖体合成后转入其中,还有一部分由线粒体、叶绿体自身的基因控制,自身的核糖体合成。
【练模拟 拓角度】
A
3.过氧化物酶体是一种内含过氧化氢酶等氧化酶类的单层膜细胞器,发生过程为:内质网出芽形成前体膜泡,然后过氧化物酶体的膜蛋白掺入;具有特定分选信号的基质蛋白借助信号序列与膜受体结合后进入形成成熟的过氧化物酶体。下列叙述错误的是( )
A.过氧化物酶体与溶酶体均能水解有机物
B.膜蛋白的掺入为基质蛋白输入提供基础
C.分选信号与基质蛋白在过氧化物酶体中行使功能无关
D.过氧化物酶体膜上的脂质和蛋白质分别在内质网、核糖体上合成
解析 过氧化物酶体中主要含氧化酶类,可使有机物氧化分解,溶酶体中含有多种水解酶,使有机物水解,A项错误;基质蛋白借助特定信号序列与膜受体结合后进入过氧化物酶体中,膜受体为膜蛋白,故膜蛋白的掺入为基质蛋白输入提供基础,B项正确;分析题意,分选信号的作用是引导基质蛋白进入过氧化物酶体,进入后会被切除,故分选信号与基质蛋白在过氧化物酶体中行使功能无关,C项正确;内质网是脂质的合成场所,核糖体是蛋白质的合成场所,过氧化物酶体膜上的脂质和蛋白质分别在内质网、核糖体上合成,D项正确。
4.研究发现,酵母细胞中有些分泌蛋白不能边合成边跨膜转运,而是由结合ATP的分子伴侣Bip蛋白与膜整合蛋白Sec63复合物相互作用后,水解ATP驱动翻译后的转运途径。下列说法错误的是( )
A.真核细胞分泌蛋白的合成起始于附着在内质网上的核糖体
B.分泌蛋白边合成边跨膜转运的过程依赖于生物膜的流动性
C.上述特殊分泌蛋白合成后的运输与细胞骨架密切相关
D.单独的Bip蛋白能与ATP结合但不能直接将其水解
A
解析 真核细胞分泌蛋白的合成起始于游离核糖体,只是游离的核糖体会带着一段肽链进入内质网上继续进行合成和加工,A项错误;分泌蛋白边合成边跨膜转运的过程依赖于生物膜的流动性,B项正确;细胞骨架参与物质运输,题述特殊分泌蛋白合成后的运输与细胞骨架密切相关,C项正确;结合题干“而是由结合ATP的分子伴侣Bip蛋白与膜整合蛋白Sec63复合物相互作用后,水解ATP驱动翻译后的转运途径”可知,单独的Bip蛋白能与ATP结合但不能直接将其水解,D项正确。
聚焦2蛋白质合成过程中信号识别与囊泡运输
【链真题 明方向】
5.(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参与抗体等分泌蛋白的合成,呼吸酶等胞内蛋白无需SRP参与,所以SRP与信号肽的识别与结合具有特异性,A项正确;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,不需要通过此途径合成并分泌,D项错误。
6.(2021·山东卷)高尔基体膜上的RS受体特异性识别并结合含有短肽序列RS的蛋白质,以出芽的形式形成囊泡,通过囊泡运输的方式将错误转运到高尔基体的该类蛋白运回内质网并释放。RS受体与RS的结合能力随pH升高而减弱。下列说法错误的是( )
A.消化酶和抗体不属于该类蛋白
B.该类蛋白运回内质网的过程消耗ATP
C.高尔基体内RS受体所在区域的pH比内质网的pH高
D.RS功能的缺失可能会使高尔基体内该类蛋白的含量增加
C
解析 根据题干信息可知,通过囊泡运输的方式将错误转运至高尔基体的蛋白质运回内质网,即这些蛋白质不应该运输至高尔基体,而消化酶和抗体属于分泌蛋白,需要运输至高尔基体并分泌至细胞外,所以消化酶和抗体不属于该类蛋白,A项正确;细胞通过囊泡运输需要消耗ATP,B项正确;根据题干信息“RS受体特异性识别并结合含有短肽序列RS的蛋白质,RS受体与RS的结合能力随pH升高而减弱”,如果高尔基体内RS受体所在区域的pH比内质网的pH高,则结合能力减弱,所以可以推测高尔基体内RS受体所在区域的pH比内质网的pH低,C项错误;如果RS的功能缺失,则受体不能和错误的蛋白质结合,并运回内质网,因此可能会使高尔基体内该类蛋白的含量增加,D项正确。
【情境拓展】
1.信号肽假说
信号肽假说认为,经典的蛋白分泌可通过内质网—高尔基体途径进行。核糖体—新生肽被引导至内质网后(如图所示),继续合成肽链,结束后其信号肽被切除,核糖体脱落;肽链在内质网中加工后被转运到高尔基体,最后经细胞膜分泌到细胞外。
2.内质网和高尔基体之间的识别
细胞内部产生的蛋白质被包裹于膜泡形成囊泡,囊泡被分为披网格蛋白小泡、COPⅠ被膜小泡以及COPⅡ被膜小泡三种类型。三种囊泡介导不同途径的运输(如图1所示),其中COPⅠ被膜小泡以及COPⅡ被膜小泡的识别和运输过程如图2所示。
图1
图2
3.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。
【命题设计】
(1)信号肽假说认为,分泌蛋白首先在 上起始合成,当多肽链延伸一段序列后,肽链一端的 与信号识别颗粒(SRP)结合,SRP通过与内质网上的DP结合,将核糖体新生肽引导至内质网。根据假说可推测,细胞内的两种核糖体 (填“能”或“不能”)相互转化;内质网膜上的易位子属于一种 。
(2)COPⅡ被膜小泡负责从 (细胞器名称)向 运输“货物”。若定位在甲中的某些蛋白质偶然掺入到乙中,则图中的 可以帮助实现这些蛋白质的回收。
(细胞质基质的)游离核糖体
信号肽
能
通道蛋白
内质网
高尔基体
COPⅠ
(3)为确定两种参与某经典分泌蛋白囊泡运输的基因的功能,科学家筛选了两种酵母菌突变体。与野生型酵母菌电镜照片相比,Sec12基因突变体细胞中内质网特别大;Sec17基因突变体细胞中内质网和高尔基体间积累大量的未融合小泡。据此推测,Sec12基因编码的蛋白质和Sec17基因编码的蛋白质功能分别是______________________________________________
。
Sec12基因编码的蛋白质参与内质网上囊泡的形成,Sec17基因编码的蛋白质参与囊泡与高尔基体的融合
【练模拟 拓角度】
ACD
7.(不定项)蛋白质的合成和运输过程可以分为两条途径。途径一是共翻译转运:在游离核糖体上合成出一段肽链(信号肽)后,信号肽会引导核糖体一起转移到粗面内质网上继续合成,再经一系列加工后转运至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外。途径二是翻译后转运:在游离核糖体上完成肽链合成,然后转运至线粒体、叶绿体、细胞核或细胞质基质等处。下列分析错误的是( )
A.用3H标记亮氨酸的羧基可确定某种蛋白质的转运是何种途径
B.细胞内蛋白质的合成都起始于细胞质中的游离核糖体
C.构成细胞骨架的蛋白质的合成和运输需经过共翻译转运途径
D.生长激素、胰岛素、性激素等激素的分泌需经过共翻译转运途径
解析 氨基酸脱水缩合过程中,羧基会将H脱去,用3H标记亮氨酸的羧基不能确定蛋白质的转运途径,A项错误;细胞内蛋白质的合成都起始于细胞质中的游离核糖体,不同的蛋白质去向不同,需要进入内质网的蛋白质会合成信号肽,信号肽会引导核糖体一起转移到粗面内质网上继续合成,B项正确;共翻译转运是溶酶体蛋白、细胞膜蛋白或分泌蛋白的合成和运输途径,细胞骨架蛋白的合成和运输需经过翻译后转运途径,C项错误;性激素的化学本质是固醇,不是蛋白质,D项错误。
B
8.高尔基体形成囊泡后可以通过图示两种分泌途径将物质分泌到胞外。下列分析错误的是( )
A.图示分泌过程会导致细胞膜成分
发生更新
B.信号分子需进入细胞才能参与调
控胞吐过程
C.神经递质和激素的分泌主要属于
调节型分泌
D.囊泡与细胞膜融合分泌物质依赖于膜的流动性
解析 图示分泌过程存在囊泡与细胞膜的融合,可使细胞膜成分发生更新,A项正确;由图示可知信号分子与细胞膜上的受体结合参与调控胞吐过程,未进入细胞,B项错误;神经递质的释放需要轴突的兴奋,激素的分泌也需要一定的刺激,符合信号分子与受体结合、信号转导再释放,主要属于调节型分泌,C项正确;囊泡与细胞膜的融合依赖于膜的流动性,D项正确。
突破点2 渗透作用与物质运输方式
聚焦1渗透作用与质壁分离
【链真题 明方向】
1.(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。
2.(2023·全国甲卷)探究植物细胞的吸水和失水实验是高中学生常做的实验。某同学用紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料进行实验,探究蔗糖溶液、清水处理外表皮后,外表皮细胞原生质体和液泡的体积及细胞液浓度的变化。图中所提到的原生质体是指植物细胞不包括细胞壁的部分。下列示意图中能够正确表示实验结果的是( )
C
解析 用30%蔗糖溶液处理后,细胞失水导致原生质体和液泡的体积都减小,细胞液浓度增大;用清水处理后,细胞吸水,原生质体和液泡的体积都会增大,细胞液浓度减小,A、B两项错误。当蔗糖溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞失水,原生质体和液泡的体积都减小,细胞液浓度增大,C项正确,D项错误。
【归纳拓展】
1.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和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)细胞吸水大于失水是a、b、c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组。
(2)花冠细胞液浓度介于0.4~0.5 mol/L之间。
2.质壁分离的条件和应用
(1)质壁分离的条件
(2)质壁分离和复原实验的拓展应用
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。
【练模拟 拓角度】
3.将紫色洋葱外表皮细胞放于某种无机盐溶液中,其质壁分离程度随时间的变化情况如图所示。下列推测正确的是( )
A.t1时刻与t3时刻的洋葱外表皮细胞中的溶质含量
相等
B.t2时刻,洋葱外表皮细胞开始吸收溶液中的无机
盐离子
C.在实验过程中,洋葱外表皮细胞液泡的颜色先变
深后变浅
D.t4时刻之后,洋葱外表皮细胞继续吸水直至细胞涨破
C
解析 题图中细胞发生了质壁分离后的复原,其中溶质进入细胞导致细胞液浓度增大,从而吸收水分,因此t3时刻的洋葱外表皮细胞中的溶质含量多于t1时刻,A项错误;t2时刻细胞开始发生复原,洋葱外表皮细胞细胞液浓度大于无机盐溶液的浓度,说明t2时刻之前洋葱外表皮细胞已经开始吸收溶液中的无机盐离子,B项错误;该实验过程中,细胞先失水,然后吸水,所以洋葱外表皮细胞液泡的颜色先变深后变浅,C项正确;洋葱细胞具有细胞壁,不会吸水涨破,D项错误。
聚焦2离子泵、质子泵及协同运输
【链真题 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。
D
5.(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
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。
【归纳拓展】
1.离子泵和质子泵
(1)离子泵属于复合蛋白,既具有酶的催化功能(催化ATP水解),又具有运输离子的功能,通过主动运输的方式对特定离子进行跨膜运输,如下图为钠钾泵。
(2)质子泵
2.主动运输与协同运输
(1)主动运输是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度进行的跨膜转运方式,普遍存在于动植物细胞和微生物细胞中。主动运输的能量来源分为3类(如图1):ATP直接提供能量(ATP驱动泵)、间接供能(协同转运蛋白)、光驱动(光驱动泵)。
图1
(2)协同运输包括同向协同和反向协同两种情况。图2为小肠上皮细胞吸收和转运葡萄糖的示意图。协同运输是一种物质的逆浓度跨膜运输,其依赖于另一种溶质的顺浓度,该过程消耗的能量来自离子电化学梯度。
图2
【练模拟 拓角度】
6.质子泵是生物膜上特异性转运H+的蛋白质,对维持细胞局部环境以及能量代谢的正常进行起着重要作用。下图是常见的两种质子泵,相关叙述正确的是( )
V型质子泵
F型质子泵
A.叶肉细胞中的类囊体膜和线粒体内膜可能分布有F型质子泵
B.生物膜上有质子泵体现了生物膜在结构上具有一定的流动性
C.核糖体膜上可能分布有V型质子泵
D.V型质子泵转运H+的方式为协助扩散
答案 A
解析 F型质子泵可以将H+由膜内转运到膜外,同时还能催化ATP合成,在类囊体膜和线粒体内膜上也能进行ATP合成,推测可能含有F型质子泵,A项正确;生物膜上有质子泵体现了生物膜的功能特征,即生物膜的选择透过性,B项错误;核糖体不含生物膜,C项错误;V型质子泵转运H+的同时,还能催化ATP水解,因此推测这种转运方式耗能,为主动运输,不是协助扩散,D项错误。
A
7.丙酮酸进入线粒体的过程如图所示。孔蛋白为亲水通道,分子量较小的物质可自由通过。丙酮酸通过内膜时,所需的能量不直接来源于ATP。下列说法错误的是( )
A.孔蛋白是专一运输丙酮酸的转运蛋白
B.线粒体内膜上既有载体蛋白也有酶
C.丙酮酸进入线粒体的内膜是利用H+浓度
梯度的协同运输
D.丙酮酸进入线粒体的过程受O2浓度的
影响
注:质子泵是指生物膜上逆膜两侧H+电化学势差、主动运输H+的蛋白质。
解析 孔蛋白为亲水通道,分子量较小的物质可自由通过,不是专一运输丙酮酸的转运蛋白,A项错误;题图中H+与丙酮酸进入线粒体是依靠载体蛋白完成的,H+与O2反应生成H2O需要线粒体内膜上的酶催化,B项正确;由题图可知,丙酮酸进入线粒体内膜是利用H+浓度梯度的协同运输,C项正确;O2与H+反应生成H2O的同时将H+运入膜间隙,膜间隙中的H+浓度会影响丙酮酸的运输,所以丙酮酸进入线粒体的过程受O2浓度的影响,D项正确。
8.视紫红质是人视杆细胞中的一种特殊感光物质,科研人员发现海洋细菌中也存在视紫红质,它利用光能将H+泵出细胞,从而在H+回流时产生能量,细菌可以利用这些能量生长,具体过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A.在细菌中,视紫红质将H+泵出细胞与人体
红细胞吸收葡萄糖进细胞的运输方式相同
B.视紫红质是一种H+通道蛋白,ATP合成酶
抑制剂可以抑制视紫红质对H+的运输
C.含有视紫红质的细菌的胞外H+浓度高于胞内H+浓度
D.无光照条件时该细菌无法合成ATP
C
解析 视紫红质将H+泵出细胞消耗光能且需要载体,是主动运输,人体红细胞吸收葡萄糖是协助扩散,A项错误;视紫红质作为载体蛋白利用光能主动运输H+,在细胞内外建立质子浓度梯度,电化学势能驱动ATP合成酶合成ATP,ATP合成酶抑制剂抑制ATP的合成,而不能抑制视紫红质对H+的主动运输,B项错误;含有视紫红质的细菌,H+从细胞外回流至细胞内时为协助扩散,说明其细胞外H+浓度大于细胞内H+浓度,C项正确;无光条件下,该细菌可通过细胞呼吸合成ATP来实现供能,D项错误。(共46张PPT)
层级一 主干知识 自主落实
【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
进行细胞间的信息交流
协助扩散
细胞质基质
核糖体
核糖体
考点1 细胞的分子组成
【把脉高考】 细胞的分子组成包括细胞中的水和无机盐、糖类和脂质、蛋白质和核酸。水和无机盐的功能与人体健康的关系往往成为命题的情境;糖类和脂质多结合血糖调节、高血压、高血脂(高脂血症)等进行考查;蛋白质和核酸是高考命题热点,常结合细胞代谢、细胞分裂、遗传变异、生命活动调节等进行考查。
三年 高考 2025 河北卷T3,全国卷T1,陕晋宁青卷T1,甘肃卷T2,云南卷T1
2024 黑吉辽卷T1,湖南卷T1,全国新课标卷T1,河北卷T1,甘肃卷T1
2023 湖南卷T1,湖北卷T2,海南卷T2,全国乙卷T1
串联整合
1.厘清水与细胞代谢的关系
2.归纳概括无机盐及其在稳态维持中的作用
3.概括糖类和脂质的种类与功能
4.明确蛋白质和核酸的结构、功能及相互关系
(1)厘清核酸与蛋白质的三个层次及相互关系
1.判断与表达——水和无机盐
(1)(2025·云南卷)化学元素含量对生命活动十分重要。植物缺镁导致叶绿素合成减少。( √ )
(2)(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。( √ )
(3)(2023·湖南卷)帝企鹅的核酸、多糖和蛋白质合成过程中都有水的产生。
( √ )
(4)(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。( √ )
对标高考
(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,血液中Ca2+浓度过低易出现抽搐现象。( × )
(6)(2020·江苏卷)无机盐参与维持细胞的酸碱平衡,不参与有机物的合成。
( × )
(7)(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 肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收 (答出1点即可)。
2.判断——糖类和脂质
(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·全国乙卷)组成淀粉和糖原的单体都是葡萄糖。( √ )
(4)(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。( √ )
(5)(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。
( √ )
(6)(2022·浙江卷)糖原是马铃薯重要的贮能物质,纤维素是细胞膜的重要组成成分。( × )
(7)(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。( × )
3.判断与表达——蛋白质和核酸
(1)(2024·黑吉辽卷)钙调蛋白是广泛存在于真核细胞的Ca2+感受器,Ca2+是钙调蛋白的基本组成单位。( × )
(2)(2023·海南卷)蜘蛛丝蛋白的肽链由氨基酸通过肽键连接而成,高温可改变该蛋白的化学组成,从而改变其韧性。( × )
(3)(2023·湖南卷)帝企鹅蛋孵化过程中有mRNA和蛋白质种类的变化。
( √ )
(4)(2023·浙江卷改编)组成微管蛋白的基本单位是氨基酸。( √ )
(5)(2021·全国甲卷)酶、抗体、核酸都是由含氮的单体连接成的多聚体。
( √ )
(6)(2021·辽宁卷)叶绿体中存在催化ATP合成的蛋白质;线粒体膜上存在运输葡萄糖的蛋白质。( × )
(7)(2020·全国Ⅲ卷)牛奶的主要成分有乳糖和蛋白质等,组成乳糖的两种单糖是 葡萄糖和半乳糖 。牛奶中含有人体所需的必需氨基酸,必需氨基酸是指 人体细胞不能合成,必须从外界环境中获取的氨基酸 。
(8)(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 空间 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 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 。
深挖教材
1.(必修1P24图2-3)淀粉、糖原和纤维素的基本单位都是葡萄糖,它们在化学性质上有很大差距的原因是 葡萄糖的连接方式、数量等不同 。
2.(必修1P27拓展应用)等量的脂肪比糖类含能量多,但在一般情况下却不是生物体利用的主要能源物质,原因是 与糖类氧化相比,脂肪在细胞内的氧化速率慢,耗氧量大,此外,糖类既可在有氧条件下也可在无氧条件下分解,而脂肪只能在有氧条件下分解 。
(2)常考的“核酸—蛋白质复合体”
3.(必修1P28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,从氨基酸角度分析,原因是 组成抗体和头发的氨基酸的种类、数目和排列顺序不同 。
4.(必修1P32图2-13)人正常血红蛋白的空间结构呈球状,由它参与组成的红细胞呈两面凹的圆盘状,如果血红蛋白某一处的谷氨酸被缬氨酸取代,就可能形成异常的血红蛋白。这样的血红蛋白可聚合成纤维状,性质也与正常血红蛋白有差异,由它参与组成的红细胞就会扭曲成镰刀状,运输氧的能力会大为削弱。结合镰状细胞贫血的致病原理,说明蛋白质结构与功能的关系。
提示 每一种蛋白质分子都有与它所承担功能相适应的独特结构,如果氨基酸序列改变或蛋白质的空间结构改变,就可能会影响其功能。
考点2 细胞的结构基础
【把脉高考】 细胞的类型、结构和功能是高考命题的高频考点。主要考查:真核细胞和原核细胞的区别,细胞膜、细胞器、细胞核的结构和功能,分泌蛋白的合成和运输,生物膜系统的功能,等等。试题情境既有生活实践和科学研究的学科情境,又有科学实验与科学探究的学科情境。
三年 高考 2025 山东卷T1,安徽卷T1
2024 湖南卷T1、T2,安徽卷T1、T2,全国甲卷T1,山东卷T3
2023 湖南卷T2,海南卷T1、T3,山东卷T1,广东卷T4
串联整合
1.比较原核细胞与真核细胞
2.归纳细胞核的四个关注点
3.归纳概括主要细胞器的结构和功能
4.细胞的生物膜系统
对标高考
1.判断——细胞核及真核细胞、原核细胞
(1)(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。
( × )
(2)(2023·海南卷)衣藻和大肠杆菌都以DNA作为遗传物质,都具有叶绿体,能进行光合作用。( × )
(3)(2023·山东卷)原核细胞无核仁,不能合成rRNA。( × )
(4)(2022·浙江卷)核仁是核内的圆形结构,主要与mRNA的合成有关。( × )
(5)(2021·河北卷)有丝分裂过程中,核膜和核仁周期性地消失和重现。( √ )
(6)(2021·河北卷)细胞质中的RNA均在细胞核合成,经核孔输出。( × )
2.判断与表达——细胞的结构与功能
(1)(2023·山东卷)真核细胞的核糖体蛋白在核糖体上合成。( √ )
(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)(2020·山东卷)附着在内质网上的核糖体参与溶酶体酶的合成。( √ )
(7)(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 参与纺锤体的形成,是纺锤体的形成中心 。
3.判断——分泌蛋白
(1)(2023·海南卷)哺乳动物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)核糖体上合成的肽链经内质网和高尔基体加工形成分泌蛋白,合成的分泌蛋白通过胞吐排出细胞。( √ )
(4)(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。( × )
深挖教材
1.(必修1P40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 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 。
2.(必修1P45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。 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息,这都与细胞膜进行细胞间的信息交流有关 。
3.(必修1P45旁栏思考)膜内部分是疏水的,但水分子能跨膜运输,原因是 水分子极小,可以通过由于磷脂分子运动而产生的间隙 ; 细胞膜上存在水通道蛋白,水分子可以通过水通道蛋白通过膜 。
考点3 物质进出细胞的实例和方式
【把脉高考】
高考常考查植物细胞的吸水和失水与原生质体体积变化、渗透压变化的关系,实验过程的分析,实验原理的理解、迁移和应用,等等。细胞的物质输入和输出是高考命题的高频考点,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,考查理解能力、实验探究能力、解决问题能力。
三年 高考 2025 湖南卷T3、T15,山东卷T2,河北卷T19,全国卷T30
2024 湖南卷T14,山东卷T1、4,甘肃卷T2
2023 湖南卷T8,山东卷T2,全国甲卷T4,浙江1月T4
串联整合
1.细胞的吸水和失水
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
(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
顺浓度梯度 运输。
②载体蛋白需要和被转运的物质结合,且会发生自身 构象的改变 ;通道蛋白运输时不需要和被转运的物质结合。
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 流动性 ,进而影响所有跨膜方式的运输速率;温度通过影响 酶活性 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。
4.巧用两种抑制剂探究物质跨膜运输的方式
对标高考
1.判断——细胞吸水和失水
(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)(2022·浙江卷)观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原实验中,用显微镜观察到的结果如图所示。丙图细胞的体积将持续增大,最终涨破。
( × )
2.判断与表达——物质出入细胞的方式
(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)(2023·浙江卷)囊泡与细胞膜的融合依赖于膜的选择透过性。( × )
(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。
( √ )
(6)(2021·河北卷)人体成熟红细胞能够运输O2和CO2,其部分结构和功能如图,①~⑤表示相关过程,其中①和②是自由扩散,③是主动运输,④和⑤是协助扩散。( √ )
(7)(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 蛋白质 复合物构成的,其运输的特点是 一种离子通道只允许一种离子通过 (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 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 。
深挖教材
(必修1P68科学史话拓展)非洲爪蟾卵母细胞几乎对水不通透,是进行水通道蛋白研究的良好材料。阿格雷等人将CHIP28蛋白的mRNA注入非洲爪蟾卵母细胞。72 h后,CHIP28蛋白大量表达。把卵母细胞移到低渗溶液中,显微观察发现卵母细胞迅速吸水膨胀。阿格雷由此确定CHIP28蛋白是一种水通道蛋白。
(1)有人对此实验提出质疑,请说明质疑的理由可能是 CHIP28并非水通道蛋白本身,可能是调节水通道开闭的蛋白 。
(2)请再补充实验以证明CHIP28蛋白就是一种水通道蛋白: 将CHIP28蛋白构建于仅含脂双层的脂质体膜上,显微观察脂质体对水的通透性是否增加 。
