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第4章 细胞的物质输入和输出
第4章 细胞的物质输入和输出
物质跨膜运输的方式
[拓宽教材]
1．(必修1 P73“技能训练”改编)甲、乙两种物质在细胞内外的浓度情况如图所示。在进行跨膜运输时，下列说法正确的是( )
A．甲物质运出细胞一定有载体蛋白的参与
B．甲物质进入细胞一定需要能量
C．乙物质运出细胞一定有载体蛋白的参与
D．乙物质进入细胞一定不需要能量
解析：选A。甲物质在细胞外浓度高，细胞内浓度低，所以甲物质运出细胞是从低浓度一侧到高浓度一侧，只有主动运输才能实现，此运输方式既需要载体蛋白也需要能量；甲物质进入细胞是从高浓度一侧到低浓度一侧，此运输方式不一定需要能量；乙物质在细胞内浓度高，细胞外浓度低，所以乙物质进入细胞时要通过主动运输的方式，一定需要能量；而乙物质运出细胞时，是从高浓度一侧到低浓度一侧，所以不一定需要载体蛋白。
2．(必修1 P73“与社会的联系”改编)囊性纤维病是细胞中某种蛋白质结构异常，影响了Na＋和Cl－的跨膜运输导致的。分析回答下列问题：
(1)这一事例说明这种结构蛋白属于细胞膜上的________。
(2)也反映了细胞膜对离子的吸收具有选择性是通过细胞膜上________________来实现的。
答案：载体蛋白 载体蛋白的种类和数量
[精练好题]
3．自由扩散的特点是( )
A．物质从高浓度一侧运输到低浓度一侧
B．需要载体蛋白的协助
C．需要消耗细胞代谢所释放的能量
D．物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧
答案：A
4．(2019·辽宁六校协作体高一期中)李斯特氏菌是致死食源性细菌，会在人类的细胞之间快速传递，使人患脑膜炎。其原因是该菌的一种InIC蛋白可通过阻碍人类细胞中的Tuba蛋白的活性，使细胞膜更易变形而有利于细菌的转移。下列叙述正确的是( )
A．该菌与人类细胞在结构上相似，所以能够快速的转移
B．该菌使人类细胞发生变形，说明细胞膜具有选择透过性
C．Tuba蛋白和InIC蛋白的合成均需要内质网和高尔基体的加工
D．该菌进入人类细胞的方式是胞吞作用，需要消耗细胞代谢产生的能量
解析：选D。李斯特氏菌是原核生物，而人体细胞为真核细胞，两者在结构上存在较大差异，A错误；该菌使人类细胞发生变形，说明细胞膜具有流动性，B错误；该菌为原核生物，其细胞中不含内质网和高尔基体，因此Tuba蛋白和InIC蛋白的合成不需要内质网和高尔基体的加工，C错误；该菌进入人类细胞的方式是胞吞作用，需要消耗细胞代谢产生的能量，D正确。
5.右图表示在一定范围内细胞膜外某物质浓度变化与该物质进入细胞膜内速率的关系，据图分析，下列说法正确的是( )
A．该物质进入细胞的方式是自由扩散
B．该物质通过膜时必须与载体蛋白结合
C．该物质可能是水或甘油
D．该物质只能从浓度低的一侧向浓度高的一侧移动
解析：选B。据图分析，在一定范围内，随着膜外物质浓度增加，该物质的运输速率增大，当膜外物质浓度达到一定值时，物质的运输速率将不再变化，说明物质的运输速率受到膜上载体蛋白数量的限制，故该物质进入细胞的方式可能为协助扩散或主动运输，A、D错误，B正确；水和甘油通过自由扩散进出细胞，C错误。
6．下图为物质出入细胞的四种方式示意图，请据图回答下列问题：
(1)图中A表示________方式，B表示________方式，C表示________方式，D表示________方式。
(2)K＋、O2和葡萄糖三种物质中，可以通过B方式进入细胞的是________。
(3)与A方式相比，B方式的主要特点是需要借助________，该物质是在细胞内的________上合成的。
(4)若在细胞中注入某种呼吸抑制剂，________(填字母)方式将会受到较大影响。
(5)需要载体蛋白协助的方式为________(填字母)，影响B方式运输速率的因素为
________________________________________________________________________；与C运输方式有关的细胞器是________________。
解析：(1)根据是否顺浓度梯度运输、是否需要载体和能量可确定A、B、C、D的运输方式分别为自由扩散、协助扩散、主动运输和胞吐。(2)K＋、O2进入细胞的方式分别为主动运输、自由扩散，葡萄糖进入细胞的方式为协助扩散或主动运输。(4)加入某种呼吸抑制剂，会影响细胞呼吸，导致能量供应受阻，故主动运输和胞吐过程会受到影响。(5)主动运输需要载体蛋白和能量，故涉及的细胞器有核糖体和线粒体。
答案：(1)自由扩散 协助扩散 主动运输 胞吐
(2)葡萄糖 (3)载体蛋白 核糖体 (4)C、D
(5)B、C 细胞膜内外浓度差和载体蛋白数量 线粒体和核糖体
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物质跨膜运输的方式
1．在动物细胞的物质运输中，属于自由扩散的是( )
A．红细胞中的Na＋进入血浆
B．细胞外液中的O2进入肌细胞
C．细胞外液中的K＋进入神经细胞
D．血浆中的碘进入甲状腺滤泡上皮细胞
解析：选B。离子跨膜进出细胞的方式多是主动运输。能以自由扩散方式跨膜运输的物质有CO2、O2、甘油、酒精、苯等，故B正确。
2．在物质进出细胞的方式中，自由扩散区别于协助扩散的是( )
A．由高浓度向低浓度扩散 B．需要载体蛋白
C．由低浓度向高浓度扩散 D．不需要载体蛋白
解析：选D。自由扩散与协助扩散的相同之处是物质顺浓度梯度(高浓度→低浓度)跨膜运输，同时均不消耗能量；不同之处表现在自由扩散不需要载体蛋白，而协助扩散需要载体蛋白。
3．(2019·山东淄博七中高一月考)大肠杆菌在生长时，细胞内钾离子的质量分数是培养液的 3 000 倍。如果在培养液中加入不影响细胞呼吸的药物，大肠杆菌细胞内钾离子的质量分数立即下降，这种药物的作用是( )
A．抑制了细胞膜上载体的活性
B．抑制了细胞内呼吸酶的活性
C．破坏了细胞内的遗传物质
D．破坏了线粒体的结构
答案：A
4．下图为氨基酸和Na＋进出肾小管上皮细胞的示意图。下表选项中正确的是( )
选项 管腔中氨基酸→上皮细胞 管腔中Na＋→上皮细胞 上皮细胞中氨基酸→组织液
A 主动运输 被动运输 主动运输
B 被动运输 被动运输 被动运输
C 被动运输 主动运输 被动运输
D 主动运输 被动运输 被动运输
解析：选D。根据题图可知，管腔中的氨基酸进入肾小管上皮细胞为逆浓度梯度的运输，属于主动运输；管腔中的Na＋进入肾小管上皮细胞为顺浓度梯度的运输，不消耗能量，为被动运输；肾小管上皮细胞中的氨基酸进入组织液为顺浓度梯度的运输，属于被动运输，综上分析，D正确。
5．某哺乳动物神经细胞内外的K＋和Na＋浓度如表所示。下列肯定属于主动运输的是( )
细胞内浓度(mmol/L) 细胞外浓度(mmol/L)
K＋ 140.0 3.0
Na＋ 18.0 145.0
①K＋进入细胞 ②K＋排出细胞
③Na＋进入细胞 ④Na＋排出细胞
A．①③ B．②③
C．①④ D．②④
解析：选C。根据表格可知，神经细胞外Na＋浓度较高，细胞内K＋浓度较高，K＋排出细胞和Na＋进入细胞属于被动运输；K＋进入细胞和Na＋排出细胞，运输方向由低浓度到高浓度，运输方式为主动运输。
6．(2019·陕西麻镇中学高一期末)生物膜和人工制备的磷脂双层膜在通透性上存在一定差异，如表所示为实验测得的相关数据(单位：cm/s)。据此可以推断( )
膜种类 K＋ Na＋ 甘油 H2O O2
生物膜 10－6 10－7 10－6 10－2 10
人工磷脂双层膜 10－10 10－10 10－6 10－3 10
A．生物膜上存在着协助O2通过的物质
B．人工磷脂双层膜对K＋、Na＋的通透具有选择性
C．H2O和甘油在跨膜运输方式上有所不同
D．分子的大小对其通过人工膜的扩散速率无影响
答案：C
7．甲、乙两种物质分别通过自由扩散和协助扩散进入细胞，如果以人工合成的无蛋白磷脂双层膜代替细胞膜，并维持其他条件不变，则( )
A．甲的运输被促进 B．乙的运输被促进
C．甲的运输被抑制 D．乙的运输被抑制
解析：选D。自由扩散是指被选择吸收的物质，从浓度高的一侧通过细胞膜向浓度低的一侧运输，不需要载体，也不消耗细胞内新陈代谢所释放的能量。协助扩散是物质通过细胞膜进出细胞的方式之一，物质必须在载体蛋白的协助下，才能从高浓度一侧向低浓度一侧运输，此种方式也不消耗能量。协助扩散和自由扩散都是物质顺浓度梯度的扩散过程，主要动力是细胞膜两侧的浓度差，但是，协助扩散是在细胞膜上载体蛋白的协助下进行的。
8．(2017·高考海南卷)将生长状态一致的某种植物幼苗分成甲、乙两组，分别移入适宜的营养液中在光下培养，并给甲组的营养液适时通入空气，乙组不进行通气处理。一定时间后测得甲组的根对a离子的吸收速率远大于乙组的。关于这一实验现象，下列说法错误的是( )
A．给营养液通入空气有利于该植物的生长
B．根细胞对a离子的吸收过程属于自由扩散
C．根细胞对a离子的吸收过程有能量的消耗
D．根细胞的有氧呼吸有利于根对a离子的吸收
解析：选B。由题目给的信息“甲组的根对a离子的吸收速率远大于乙组的”说明根对a离子的吸收为主动运输过程，主动运输过程需要能量和载体，B错误，C正确。给营养液通入的空气中含有氧气，根细胞获得氧气，有氧呼吸能正常进行，有利于根对a的吸收，有利于该植物的生长，A、D正确。
9．(2016·高考全国卷Ⅰ)离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子。下列叙述正确的是( )
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着浓度梯度进行的
C．动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率
D．加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率
解析：选C。由题干“离子泵能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子”可知离子通过离子泵的跨膜运输属于主动运输，A项错误；由题干信息可知，离子通过离子泵的跨膜运输属于主动运输，主动运输可以逆着浓度梯度进行，B项错误；动物一氧化碳中毒会降低其体内血红细胞运输氧气的能力，导致动物体内细胞有氧呼吸强度降低，供能减少，离子泵跨膜运输离子的速率下降，C项正确；由题干信息可知离子泵是一种载体蛋白，加入蛋白质变性剂会使载体蛋白变性，降低离子泵跨膜运输离子的速率，D项错误。
10．(2019·福建莆田一中期末)研究发现，在小肠绒毛的微绒毛面存在着两种运输葡萄糖的载体——SGLT1和GLUT2，前者是主动运输的载体，后者是协助扩散的载体。科学家根据不同葡萄糖浓度下的运输速率绘制如下图所示曲线，下列说法中不正确的是( )
A．细胞运输葡萄糖时，协助扩散最高速率约为主动运输最高速率的3倍
B．在较低浓度下，主动运输的载体先达到饱和状态
C．小肠绒毛细胞对葡萄糖的两种运输方式在同时进行
D．在较高浓度下，细胞主要依赖主动运输来增大吸收速率
答案：D
11．(2019·湖北沙市中学高一期中)实验表明，对离体的蛙的心肌细胞施用某种毒素，心肌细胞对K＋、C6H12O6的吸收量却不受影响，但对Ca2＋吸收量却明显减少，试分析，这种毒素可能的作用机理是( )
A．改变了心肌细胞膜的结构，使膜的流动性加快，对物质的吸收加快
B．抑制了心肌细胞膜上Ca2＋载体蛋白的活动，使细胞吸收Ca2＋的速率减慢
C．抑制了心肌细胞的呼吸，细胞的有氧呼吸降低，为主动运输提供的能量减少
D．改变了心肌细胞膜两侧的Ca2＋浓度，使细胞主动吸收Ca2＋的速率降低
解析：选B。根据题意分析可知：心肌细胞吸收Ca2＋、K＋、C6H12O6等物质的方式是主动运输，需要载体，消耗能量。现施用了某种毒素，但对K＋、C6H12O6等的吸收不受影响，说明没有影响细胞的呼吸供能，因此这种毒素的作用对象最可能是Ca2＋载体，因为载体具有专一性。
12.将水稻幼苗放入适宜的完全营养液中，置于适宜的条件下培养。培养液中钙、硅两种离子的浓度保持相等且恒定，定期测得细胞中两种离子的含量，得到如图所示曲线。据图分析，下列叙述中不正确的是( )
A．水稻细胞吸收钙、硅两种离子的方式都是主动运输
B．水稻细胞运输离子硅的载体数量比运输离子钙的多
C．两种离子均可以从低浓度的一侧运输到高浓度的一侧
D．曲线a～b段和m～n段趋于平衡，说明两种离子的载体数量有限
答案：D
13．物质的跨膜运输对细胞的生存和生长至关重要。下图表示几种物质经过细胞膜的运输方式，请据图回答下列问题：
(1)图示中细胞膜主要由[ ]____________和[ ]___________组成，其中[ ]________的种类和数量与细胞膜功能的复杂性有关。
(2)组成细胞膜的A、B两种物质通常不是静止的，而是处于运动状态的，具有________________性。
(3)如果图中的细胞膜是红细胞的，则氨基酸、葡萄糖和甘油进入细胞膜的方式依次是[ ]________、[ ]________、[ ]________。
(4)人们设计出一种膜结构，这种膜结构能将有毒重金属离子阻挡在膜的一侧，以降低污水中的有毒重金属离子对水的污染，这是模拟生物膜的____________。
解析：(3)分析题图，①方式顺浓度梯度进入细胞，不需载体蛋白和能量，为自由扩散；②方式顺浓度梯度进入细胞，需载体蛋白协助，不消耗能量，为协助扩散；③方式逆浓度梯度进入细胞，需载体蛋白协助并消耗能量，运输方式为主动运输。如果该图为红细胞膜，则氨基酸、葡萄糖、甘油进入该细胞的方式分别为主动运输、协助扩散、自由扩散，分别为图中的③②①。
(4)根据这种膜结构对有毒重金属有拦截作用，说明是模拟生物膜的选择透过性。
答案：(1)A 磷脂双分子层 B 蛋白质 B 蛋白质
(2)一定的流动
(3)③ 主动运输 ② 协助扩散 ① 自由扩散 (4)选择透过性
14．美国的两位科学家在细胞膜通道(水通道和离子通道)方面做出了开创性贡献。这项研究对彻底揭开水和离子跨膜运输的机理有重大的意义，图甲是生物膜的结构模型示意图，图乙表示某种分子跨膜运输的过程图解。请据图回答下列问题：
(1)水通道和离子通道实际上是指图甲中的________(填序号)，生物膜的流动镶嵌模型认为，图中[ ]________________构成了膜的基本支架。
(2)图甲中与细胞识别有关的结构是[ ]________；叶绿体和线粒体等细胞器中均具有生物膜结构，但它们的具体功能却有很大的区别，究其原因是由于[ ]______不同所致。
(3)图乙中b代表的是________，a可能是________。
(4)图乙中物质运输的方式是________，判断的主要依据是①________________；②________________。
解析：(1)水通道和离子通道的化学本质是蛋白质分子，对应图甲中的③，磷脂双分子层构成了膜的基本支架。(2)图甲中的①代表的是糖蛋白，具有识别作用；膜的功能复杂程度是由细胞膜上蛋白质的种类和数量决定的。 (3)(4)图乙中所示的运输方式为主动运输，需要能量(b)和载体蛋白(a)。
答案：(1)③ ② 磷脂双分子层
(2)① 糖蛋白 ③ 蛋白质(或膜蛋白)
(3)能量 载体蛋白
(4)主动运输 ①需要消耗能量 ②需要载体蛋白协助
15．下图是A、B、C三种物质跨膜运输的方式，请分析回答下列问题：
(1)物质A、B、C跨膜运输的方式依次是________、________、________。
(2)某种物质能专一性地破坏物质C的载体蛋白，若用其处理细胞后，物质B跨膜运输的速率将__________，物质C跨膜运输的速率将__________。
(3)三种物质的运输中，与图甲曲线相符的是________。与图乙中的甲曲线相符的是__________，与乙曲线相符的是____________________。
答案：(1)自由扩散 协助扩散 主动运输
(2)不变 下降
(3)物质C 物质A 物质B或物质C
16．(2019·潍坊新高考质量测评)某学校生物兴趣小组验证牛的成熟红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散，而非主动运输。现提供如下材料：牛的成熟红细胞若干、培养瓶、葡萄糖浓度测试仪、蒸馏水、5%的葡萄糖溶液、5 mL 葡萄糖载体抑制剂和5 mL呼吸抑制剂等，请完善下列实验过程：
(1)实验原理：主动运输需要载体和消耗能量，协助扩散需要载体和具有浓度差。
(2)实验步骤：①取三个培养瓶，编号A、B、C，向三个培养瓶中分别加入等量的牛的成熟红细胞和5%的葡萄糖溶液。
②________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)预期结果：_______________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)实验结论：_______________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(2)①取三个培养瓶，编号A、B、C，向三个培养瓶中分别加入等量的牛的成熟红细胞和5%的葡萄糖溶液。②向A瓶中加入5 mL蒸馏水，向B瓶中加入5 mL葡萄糖载体抑制剂，向C瓶中加入5 mL呼吸抑制剂。③在相同且适宜的培养条件下培养一定时间后，利用葡萄糖浓度测试仪测定各培养瓶中葡萄糖的含量。(3)预期结果：若成熟红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散，则B组中葡萄糖的运输会受到抑制且C组中葡萄糖的运输不受限制，因此预期结果为：A瓶和C瓶中葡萄糖含量大致相等且小于B瓶。(4)实验结论：牛的成熟红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散，而非主动运输。
答案：(2)②向A瓶中加入5 mL蒸馏水，向B瓶中加入5 mL葡萄糖载体抑制剂，向C瓶中加入5 mL呼吸抑制剂 ③在相同且适宜的培养条件下培养一定时间后，利用葡萄糖浓度测试仪测定各培养瓶中葡萄糖的含量
(3)A瓶和C瓶中葡萄糖含量大致相等且小于B瓶 (4)牛的成熟红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散，而非主动运输
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