第10講物質(zhì)進出細(xì)胞的方式及影響因素[課標(biāo)要求]1.舉例說明有些物質(zhì)順濃度梯度進出細(xì)胞,不需要額外提供能量,有些物質(zhì)逆濃度梯度進出細(xì)胞,需要能量和載體蛋白。2.舉例說明大分子物質(zhì)可以通過胞吞、胞吐進出細(xì)胞。被動運輸、主動運輸與胞吞、胞吐考點一1.被動運輸(1)概念:物質(zhì)以擴散方式進出細(xì)胞,

消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量,這種物質(zhì)跨膜運輸方式稱為被動運輸。不需要(2)類型:分為自由擴散和協(xié)助擴散兩類。轉(zhuǎn)運蛋白高低高低不需要不消耗[思考]水分子難以大量通過自由擴散進出細(xì)胞,從細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)分析,其原因是什么?【提示】細(xì)胞膜以磷脂雙分子層作為基本支架,水分子難以大量通過磷脂雙分子層中的疏水區(qū)域。(3)轉(zhuǎn)運蛋白:包括通道蛋白和載體蛋白。協(xié)助擴散主動運輸特異性2.主動運輸載體蛋白逆消耗能量載體蛋白代謝廢物3.胞吞和胞吐深挖教材1.判斷正誤(1)(必修1P67正文)水分子主要是通過自由擴散進出細(xì)胞的。(

)×【提示】水分子主要是通過協(xié)助擴散進出細(xì)胞的。(2)(必修1P71正文)大分子有機物要通過轉(zhuǎn)運蛋白的作用才能進入細(xì)胞內(nèi),并且要消耗能量。(

)×【提示】大分子有機物要進入細(xì)胞內(nèi)的方式是胞吞,該過程不需要轉(zhuǎn)運蛋白,但要消耗能量。(3)(必修1P72練習(xí)與應(yīng)用)主動運輸都是逆濃度梯度進行的。(

)√(4)(必修1P72與社會的聯(lián)系)變形蟲既能通過胞吞攝取單細(xì)胞生物等食物,又能通過胞吐排出食物殘渣和廢物。(

)√2.規(guī)范表達(1)(必修1P67正文拓展)水通道蛋白(AQP)是一類細(xì)胞膜通道蛋白。檢測人唾液腺正常組織和水腫組織中3種AQP基因mRNA含量,發(fā)現(xiàn)AQP1和AQP3基因mRNA含量無變化,而水腫組織AQP5基因mRNA含量是正常組織的2.5倍。①AQP蛋白轉(zhuǎn)運水進入細(xì)胞需要消耗ATP嗎?請說明理由?！咎崾尽坎恍枰?。通道蛋白參與的是被動運輸(協(xié)助擴散),不消耗能量。②檢測結(jié)果表明,是否只有AQP5蛋白參與人唾液腺水腫的形成?請說明理由。【提示】不是。AQP1和AQP3基因mRNA含量無變化,而水腫組織AQP5基因mRNA含量是正常組織的2.5倍,說明AQP5基因mRNA含量在水腫組織和正常組織中有差異,但不能說明只有AQP5蛋白參與人唾液腺水腫的形成。(2)(必修1P69正文拓展)主動運輸過程中載體蛋白發(fā)生怎樣的變化?【提示】離子或分子與載體蛋白結(jié)合后,載體蛋白的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,運輸完成后載體蛋白又恢復(fù)原狀。(3)(必修1P72概念檢測)果脯在腌制過程中慢慢變甜是不是細(xì)胞通過主動運輸吸收糖分的結(jié)果?為什么?【提示】不是,腌制果脯時由于細(xì)胞外液濃度過高,細(xì)胞失水死亡,然后糖分大量擴散進入細(xì)胞才導(dǎo)致果脯變甜。“三看法”判斷物質(zhì)進出細(xì)胞方式能力1結(jié)合轉(zhuǎn)運蛋白的種類和功能,考查科學(xué)思維及獲取信息的能力1.(2024·四川成都模擬)研究發(fā)現(xiàn)物質(zhì)出入細(xì)胞有多種方式,有些物質(zhì)的出入需要轉(zhuǎn)運蛋白的協(xié)助。協(xié)助物質(zhì)進出細(xì)胞的轉(zhuǎn)運蛋白包括載體蛋白和通道蛋白,且載體蛋白協(xié)助物質(zhì)進出細(xì)胞時可能消耗能量,也可能不消耗能量,而通道蛋白協(xié)助物質(zhì)進出細(xì)胞時不消耗能量。下列敘述正確的是(

)[A]無轉(zhuǎn)運蛋白參與的物質(zhì)進出細(xì)胞的方式只有胞吞、胞吐[B]Na+能通過通道蛋白的協(xié)助逆濃度梯度運出細(xì)胞[C]在主動運輸中協(xié)助物質(zhì)進出細(xì)胞的蛋白質(zhì)是載體蛋白[D]物質(zhì)依靠通道蛋白進出細(xì)胞的方式需要消耗ATPC【解析】

無轉(zhuǎn)運蛋白參與的物質(zhì)進出細(xì)胞的方式有自由擴散、胞吞和胞吐;Na+通過載體蛋白的協(xié)助逆濃度梯度運出細(xì)胞,通道蛋白只能進行順濃度梯度運輸;在主動運輸中協(xié)助物質(zhì)進出細(xì)胞的蛋白質(zhì)是載體蛋白;物質(zhì)依靠通道蛋白進出細(xì)胞的方式是協(xié)助擴散,屬于被動運輸,不需要消耗ATP。能力2結(jié)合物質(zhì)出入細(xì)胞方式的判斷考查獲取信息能力2.(2024·河南濮陽模擬)圖1為氨基酸和Na+進出腎小管上皮細(xì)胞的示意圖,圖2表示甲、乙兩種小分子物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)外的濃度情況。下列相關(guān)敘述錯誤的是(

)[A]圖1中氨基酸運出腎小管上皮細(xì)胞的方式屬于被動運輸[B]使用呼吸抑制劑不會影響腎小管上皮細(xì)胞將氨基酸運進細(xì)胞[C]圖2中的甲可代表圖1中的Na+,進出均需要轉(zhuǎn)運蛋白[D]圖2中的乙可代表圖1中的氨基酸,進出均需要轉(zhuǎn)運蛋白B【解析】

據(jù)題圖分析可知,腎小管上皮細(xì)胞將氨基酸順濃度梯度運出,需要轉(zhuǎn)運蛋白協(xié)助,是協(xié)助擴散,即屬于被動運輸;腎小管上皮細(xì)胞從腎小管管腔吸收氨基酸是從低濃度向高濃度的逆濃度梯度運輸,需要消耗由Na+在細(xì)胞內(nèi)、外濃度差而形成的勢能,不需要呼吸作用提供能量,但是Na+在細(xì)胞內(nèi)、外濃度差的維持依靠Na+的主動運輸,其過程需要消耗呼吸作用合成的ATP,故使用呼吸抑制劑會影響腎小管上皮細(xì)胞將氨基酸運進細(xì)胞;圖2中的甲物質(zhì)細(xì)胞內(nèi)的濃度低于細(xì)胞外,圖1中Na+在細(xì)胞內(nèi)的濃度低于細(xì)胞外,故圖2中的甲可代表圖1中的Na+,Na+進入細(xì)胞的方式是協(xié)助擴散,Na+運出細(xì)胞的方式是主動運輸,兩種運輸方式都需要轉(zhuǎn)運蛋白協(xié)助;圖2中的細(xì)胞內(nèi)乙物質(zhì)的濃度高于細(xì)胞外,圖1中氨基酸在細(xì)胞內(nèi)的濃度高于細(xì)胞外,氨基酸進入細(xì)胞的方式是主動運輸,運出細(xì)胞的方式是協(xié)助擴散,兩種運輸方式都需要轉(zhuǎn)運蛋白協(xié)助。歸納總結(jié)關(guān)注物質(zhì)進出細(xì)胞方式的5點“不一定”(1)同一種物質(zhì)進出細(xì)胞的運輸方式不一定相同,如人的紅細(xì)胞吸收葡萄糖的方式是協(xié)助擴散,腎小管上皮細(xì)胞重吸收葡萄糖的方式是主動運輸。(2)消耗能量的運輸方式不一定是主動運輸,也可能是胞吞或胞吐。(3)需要載體蛋白的運輸方式不一定是主動運輸,也可能是協(xié)助擴散。(4)通過胞吞、胞吐運輸?shù)牟灰欢ㄊ谴蠓肿游镔|(zhì),如神經(jīng)遞質(zhì)通過胞吐釋放。(5)順濃度運輸?shù)姆绞讲灰欢ㄊ亲杂蓴U散,也可能是協(xié)助擴散。考點二影響物質(zhì)跨膜運輸速率的因素分析1.影響物質(zhì)跨膜運輸速率的因素(1)濃度差對物質(zhì)跨膜運輸?shù)挠绊?。濃度差主要影響自由擴散和協(xié)助擴散。轉(zhuǎn)運(2)轉(zhuǎn)運蛋白數(shù)量對跨膜運輸?shù)挠绊?。轉(zhuǎn)運蛋白數(shù)量影響協(xié)助擴散和主動運輸,自由擴散不受轉(zhuǎn)運蛋白數(shù)量的影響。能量(3)氧氣含量對跨膜運輸?shù)挠绊?通過影響細(xì)胞呼吸進而影響主動運輸?shù)乃俾?。提醒紅細(xì)胞主動運輸速率與O2含量的關(guān)系同左圖。(4)溫度對跨膜運輸?shù)挠绊憽?.探究物質(zhì)跨膜運輸方式的實驗設(shè)計思路(1)探究是主動運輸還是被動運輸。主動運輸被動運輸(2)探究是自由擴散還是協(xié)助擴散。協(xié)助擴散自由擴散深挖教材1.判斷正誤(1)(必修1P67正文拓展)自由擴散的速率僅與所運輸物質(zhì)的濃度差有關(guān),與環(huán)境溫度無關(guān)。(

)×【提示】自由擴散的速率既與所運輸物質(zhì)的濃度差有關(guān),又與環(huán)境溫度有關(guān)。(2)(必修1P70正文拓展)當(dāng)氧氣濃度為零時,人體肝細(xì)胞吸收葡萄糖的速率為零。(

)×【提示】肝細(xì)胞吸收葡萄糖的方式為主動運輸,即使氧氣濃度為零,人體肝細(xì)胞吸收葡萄糖的速率也不為零,因為肝細(xì)胞可通過無氧呼吸供能。2.規(guī)范表達(必修1P72拓展應(yīng)用2)檉柳是強耐鹽植物,它的葉子和嫩枝可以將吸收到植物體內(nèi)的無機鹽排出體外。檉柳的根部吸收無機鹽離子是主動運輸還是被動運輸?如果要設(shè)計實驗加以證明,請說出實驗思路?！咎崾尽?/p>

取甲、乙兩組生長狀態(tài)基本相同的檉柳幼苗,放入適宜濃度的含有Ca2+、K+的培養(yǎng)液中。甲組給予正常的細(xì)胞呼吸條件,乙組抑制細(xì)胞呼吸,一段時間后測定兩組植株根系對Ca2+、K+的吸收速率。若兩組植株對Ca2+、K+的吸收速率相同,說明檉柳從土壤中吸收無機鹽為被動運輸;若乙組吸收速率明顯小于甲組吸收速率,說明檉柳從土壤中吸收無機鹽是主動運輸。能力3結(jié)合物質(zhì)跨膜運輸?shù)挠绊懸蛩?考查科學(xué)思維3.(2024·云南昆明模擬)細(xì)胞可運用不同的方式跨膜轉(zhuǎn)運物質(zhì),下列相關(guān)敘述錯誤的是(

)[A]物質(zhì)自由擴散進出細(xì)胞的速率既與濃度梯度有關(guān),也與分子大小有關(guān)[B]小腸上皮細(xì)胞攝入和運出葡萄糖與細(xì)胞質(zhì)中各種溶質(zhì)分子的濃度有關(guān)[C]神經(jīng)細(xì)胞膜上運入K+的載體蛋白和運出K+的通道蛋白都具有特異性[D]腎小管上皮細(xì)胞通過主動運輸方式重吸收氨基酸B【解析】物質(zhì)通過自由擴散的方式進出細(xì)胞的速率與濃度梯度有關(guān),也與分子大小有關(guān);小腸上皮細(xì)胞攝入葡萄糖為主動運輸,與其他溶質(zhì)分子濃度無關(guān),運出葡萄糖為協(xié)助擴散,與細(xì)胞質(zhì)中葡萄糖分子的濃度有關(guān),與細(xì)胞質(zhì)中其他溶質(zhì)分子的濃度無關(guān);膜轉(zhuǎn)運蛋白包括載體蛋白和通道蛋白,二者都具有特異性,載體蛋白只允許與自身結(jié)合部位相適應(yīng)的分子或離子通過,通道蛋白只允許與自身通道的直徑和形狀相適配、大小和電荷相適宜的分子或離子通過;腎小管上皮細(xì)胞重吸收氨基酸的方式是主動運輸。能力4結(jié)合物質(zhì)跨膜運輸?shù)挠嘘P(guān)實驗,考查科學(xué)探究能力4.(2024·河南鄭州月考)為探究細(xì)胞吸收葡萄糖的條件,將兔的成熟紅細(xì)胞和肌肉細(xì)胞分別置于含有5.0%葡萄糖的培養(yǎng)液中進行實驗,一段時間后測定培養(yǎng)液中葡萄糖的含量,結(jié)果如下表。組別培養(yǎng)條件肌肉細(xì)胞成熟紅細(xì)胞甲加入葡萄糖載體抑制劑5.0%5.0%乙加入呼吸抑制劑4.7%3.5%丙不做任何處理2.5%3.5%以下分析正確的是(

)[A]該實驗的對照組為甲組,因變量為培養(yǎng)液中葡萄糖的含量[B]甲組與丙組比較,可知肌肉細(xì)胞和成熟紅細(xì)胞吸收葡萄糖均需要通道蛋白[C]乙組與丙組比較,可知肌肉細(xì)胞和成熟紅細(xì)胞吸收葡萄糖均需要能量[D]實驗結(jié)果說明肌肉細(xì)胞吸收葡萄糖的方式既有主動運輸,也有協(xié)助擴散D【解析】由于甲組加入葡萄糖載體抑制劑,乙組加入呼吸抑制劑,而丙組不加入葡萄糖載體抑制劑和呼吸抑制劑,因此該實驗中,甲組和乙組為實驗組,丙組為對照組,實驗的自變量為是否添加抑制劑和細(xì)胞種類,因變量為培養(yǎng)液中葡萄糖的含量;甲組與丙組比較,自變量為是否加入葡萄糖載體抑制劑,結(jié)果顯示甲組成熟紅細(xì)胞和肌肉細(xì)胞培養(yǎng)液中葡萄糖含量不變,丙組成熟紅細(xì)胞和肌肉細(xì)胞培養(yǎng)液中葡萄糖的含量均減少,說明肌肉細(xì)胞和成熟紅細(xì)胞吸收葡萄糖均需要蛋白質(zhì)協(xié)助,但不確定是否為通道蛋白;乙組與丙組比較,自變量為是否加入呼吸抑制劑,結(jié)果顯示乙組肌肉細(xì)胞培養(yǎng)液中葡萄糖含量高于丙組,成熟紅細(xì)胞培養(yǎng)液中葡萄糖含量兩組相等,可知肌肉細(xì)胞吸收葡萄糖需要能量,成熟紅細(xì)胞吸收葡萄糖不需要消耗能量;由以上分析可知,肌肉細(xì)胞吸收葡萄糖的方式既有主動運輸,也有協(xié)助擴散。考向一結(jié)合生命觀念及科學(xué)思維,考查物質(zhì)出入細(xì)胞的方式1.(2024·浙江1月選考,3)嬰兒的腸道上皮細(xì)胞可以吸收母乳中的免疫球蛋白,此過程不涉及(

)[A]消耗ATP [B]受體蛋白識別[C]載體蛋白協(xié)助 [D]細(xì)胞膜流動性研練真題·感悟高考C【解析】免疫球蛋白的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),是有機大分子物質(zhì),吸收方式為胞吞,需要消耗ATP,胞吞體現(xiàn)了細(xì)胞膜具有一定的流動性的結(jié)構(gòu)特點;免疫球蛋白是有機大分子物質(zhì),細(xì)胞吸收該物質(zhì),需要受體蛋白的識別,不需要載體蛋白的協(xié)助。2.(2024·甘肅卷,2)維持細(xì)胞的Na+平衡是植物的耐鹽機制之一。鹽脅迫下,植物細(xì)胞膜(或液泡膜)上的H+-ATP酶(質(zhì)子泵)和Na+-H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白可將Na+從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中轉(zhuǎn)運到細(xì)胞外(或液泡中),以維持細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的低Na+水平(見下圖)。下列敘述錯誤的是(

)[A]細(xì)胞膜上的H+-ATP酶磷酸化時伴隨著空間構(gòu)象的改變[B]細(xì)胞膜兩側(cè)的H+濃度梯度可以驅(qū)動Na+轉(zhuǎn)運到細(xì)胞外[C]H+-ATP酶抑制劑會干擾H+的轉(zhuǎn)運,但不影響Na+轉(zhuǎn)運[D]鹽脅迫下Na+-H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白的基因表達水平可能提高C【解析】細(xì)胞膜上的H+-ATP酶介導(dǎo)H+向細(xì)胞外轉(zhuǎn)運時為主動運輸,H+-ATP酶磷酸化時伴隨著空間構(gòu)象的改變;H+順濃度梯度進入細(xì)胞所產(chǎn)生的勢能是驅(qū)動Na+轉(zhuǎn)運到細(xì)胞外的直接動力;H+-ATP酶抑制劑干擾H+的轉(zhuǎn)運,進而影響膜兩側(cè)H+濃度,對Na+的運輸同樣起到抑制作用;耐鹽植株的Na+-H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白比普通植株多,以適應(yīng)高鹽環(huán)境,因此鹽脅迫下Na+-H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白的基因表達水平可能提高。3.(2023·遼寧卷,4)血腦屏障的生物膜體系在控制物質(zhì)運輸方式上與細(xì)胞膜類似。下表中相關(guān)物質(zhì)不可能存在的運輸方式是(

)C選項通過血腦屏障生物膜體系的物質(zhì)運輸方式[A]神經(jīng)生長因子蛋白胞吞、胞吐[B]葡萄糖協(xié)助擴散[C]谷氨酸自由擴散[D]鈣離子主動運輸【解析】神經(jīng)生長因子蛋白是生物大分子,以胞吞、胞吐的方式通過生物膜細(xì)胞,與生物膜的流動性有關(guān);葡萄糖進入哺乳動物成熟紅細(xì)胞的方式為協(xié)助擴散;谷氨酸跨膜運輸需要載體蛋白的協(xié)助,不能為自由擴散,當(dāng)谷氨酸作為神經(jīng)遞質(zhì)出細(xì)胞時為胞吐,也不是自由擴散;鈣離子通過生物膜需要載體蛋白運輸,運輸方式可能為主動運輸?？枷蚨Y(jié)合科學(xué)探究考查影響細(xì)胞物質(zhì)運輸?shù)囊蛩?.(2023·湖南卷,8)鹽堿脅迫下植物應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的H2O2對細(xì)胞有毒害作用。禾本科農(nóng)作物AT1蛋白通過調(diào)節(jié)細(xì)胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平,影響H2O2的跨膜轉(zhuǎn)運,如圖所示。下列敘述錯誤的是(

)[A]細(xì)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,促進H2O2外排,從而減輕其對細(xì)胞的毒害[C]敲除AT1基因或降低其表達可提高禾本科農(nóng)作物的耐鹽堿能力[D]從特殊物種中發(fā)掘逆境脅迫相關(guān)基因是改良農(nóng)作物抗逆性的有效途徑B【解析】由題右圖的信息可知,AT1蛋白缺陷,可以促進PIP2s蛋白的磷酸化,進而促進H2O2排出膜外;據(jù)題左圖的信息可知,AT1蛋白能夠抑制PIP2s蛋白的磷酸化,減少了H2O2從膜內(nèi)運輸?shù)侥ね獾牧?導(dǎo)致抗氧化脅迫能力弱,不能減輕H2O2對細(xì)胞的毒害;敲除AT1基因或降低其表達,可提高禾本科農(nóng)作物抗氧化脅迫的能力,進而提高其成活率;從特殊物種中發(fā)掘逆境脅迫相關(guān)基因,可通過基因工程技術(shù)改良農(nóng)作物抗逆性。5.(2022·海南卷,16)細(xì)胞膜上存在的多種蛋白質(zhì)參與細(xì)胞的生命活動?；卮鹣铝袉栴}。(1)細(xì)胞膜上不同的通道蛋白、載體蛋白等膜蛋白,對不同物質(zhì)的跨膜運輸起著決定性作用,這些膜蛋白能夠體現(xiàn)出細(xì)胞膜具有的功能特性是

。

選擇透過性【解析】(1)細(xì)胞膜上存在對不同物質(zhì)的跨膜運輸起決定性作用的膜蛋白,這些膜蛋白能夠體現(xiàn)出細(xì)胞膜具有選擇透過性這一功能特性。(2)細(xì)胞膜上的水通道蛋白是水分子進出細(xì)胞的重要通道,水分子借助水通道蛋白進出細(xì)胞的方式屬于

。

協(xié)助擴散【解析】(2)水分子借助細(xì)胞膜上的水通道蛋白進出細(xì)胞,這種借助膜上轉(zhuǎn)運蛋白順濃度梯度進出細(xì)胞的物質(zhì)擴散方式稱為協(xié)助擴散。(3)細(xì)胞膜上的H+-ATP酶是一種轉(zhuǎn)運H+的載體蛋白,能催化ATP水解,利用ATP水解釋放的能量將H+泵出細(xì)胞,導(dǎo)致細(xì)胞外的pH

;此過程中,H+-ATP酶作為載體蛋白在轉(zhuǎn)運H+時發(fā)生的變化是

。

下降【解析】(3)細(xì)胞膜上的H+-ATP酶能利用ATP水解釋放的能量將H+泵出細(xì)胞,導(dǎo)致細(xì)胞外的H+增多,pH下降;載體蛋白在每次轉(zhuǎn)運時都會發(fā)生自身構(gòu)象的改變。自身構(gòu)象發(fā)生改變(或空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變)(4)細(xì)胞膜上的受體通常是蛋白質(zhì)。人體胰島B細(xì)胞分泌的胰島素與靶細(xì)胞膜上的受體結(jié)合時,會引起靶細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的生理變化,這一過程體現(xiàn)的細(xì)胞膜的功能是

。

進行細(xì)胞間的信息交流【解析】

(4)胰島B細(xì)胞分泌的胰島素,隨血液到達全身各處,與靶細(xì)胞的細(xì)胞膜表面的受體結(jié)合,將信息傳遞給靶細(xì)胞,引起靶細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的生理變化,該過程體現(xiàn)了細(xì)胞膜具有進行細(xì)胞間信息交流的功能。(5)植物根細(xì)胞借助細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運蛋白逆濃度梯度吸收磷酸鹽,不同溫度下吸收速率的變化趨勢如圖。與25℃相比,4℃條件下磷酸鹽吸收速率低的主要原因是

。

呼吸酶的活性降低,主動運輸所需的能量減少【解析】(5)根細(xì)胞吸收磷酸鹽的方式為主動運輸,影響其運輸速率的因素有載體蛋白的數(shù)量及能量的供應(yīng)等,4℃條件下,呼吸酶的活性降低,細(xì)胞呼吸供能減少,從而使磷酸鹽吸收速率下降。熱點情境2主動運輸?shù)娜N能量來源[情境鏈接]根據(jù)能量來源不同,主動運輸可分為ATP直接提供能量(ATP驅(qū)動泵)、間接提供能量(協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白)以及光驅(qū)動泵三種基本類型。(如圖所示)1.ATP驅(qū)動泵ATP驅(qū)動泵直接利用水解ATP釋放的能量,實現(xiàn)離子或小分子逆濃度梯度或電化學(xué)梯度的跨膜運輸。這種主動運輸是一種能量偶聯(lián)的化學(xué)反應(yīng)過程,即離子或小分子逆電化學(xué)梯度的運輸與ATP水解相偶聯(lián)。2.協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白介導(dǎo)各種離子和分子的跨膜運輸。這種轉(zhuǎn)運蛋白包括兩種類型:同向轉(zhuǎn)運蛋白和反向轉(zhuǎn)運蛋白。這兩類轉(zhuǎn)運蛋白使一種離子或分子逆濃度梯度轉(zhuǎn)運與另一種或多種其他離子或分子順濃度梯度的轉(zhuǎn)運偶聯(lián)起來。與ATP驅(qū)動泵直接利用水解ATP提供能量的方式不同,協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白所利用的能量儲存在其中一種溶質(zhì)的電化學(xué)梯度中。在動物細(xì)胞膜上,Na+是常用的協(xié)同轉(zhuǎn)運離子,它的電化學(xué)梯度為另一種物質(zhì)的主動運輸提供了驅(qū)動力。由于Na+電化學(xué)梯度的形成需要Na+-K+泵水解ATP,因此,協(xié)同轉(zhuǎn)運是一種間接消耗能量的主動運輸方式(如下圖)。3.光驅(qū)動泵當(dāng)細(xì)菌紫膜質(zhì)被重組到人工脂質(zhì)囊泡時,經(jīng)科學(xué)家們通過實驗證明在有光的條件下,它能夠?qū)+泵到囊泡內(nèi),產(chǎn)生一個質(zhì)子梯度。當(dāng)這些囊泡與從線粒體中純化的ATP合成酶混合時,該系統(tǒng)就催化ATP的合成(如圖丙)。這個ATP的形成需要H+濃度梯度,且研究人員發(fā)現(xiàn)減少系統(tǒng)中的紫膜質(zhì)或增加解偶聯(lián)劑都會減少ATP的合成(如圖甲、乙、丁)。[典型例題](2021·山東卷,2)液泡是植物細(xì)胞中儲存Ca2+的主要細(xì)胞器,液泡膜上的H+焦磷酸酶可利用水解無機焦磷酸釋放的能量跨膜運輸H+,建立液泡膜兩側(cè)的H+濃度梯度。該濃度梯度驅(qū)動H+通過液泡膜上的載體蛋白CAX完成跨膜運輸,從而使Ca2+以與H+相反的方向同時通過CAX進入液泡并儲存。下列說法錯誤的是(

)[A]Ca2+通過CAX的跨膜運輸方式屬于協(xié)助擴散[B]Ca2+通過CAX的運輸有利于植物細(xì)胞保持堅挺[C]加入H+焦磷酸酶抑制劑,Ca2+通過CAX的運輸速率變慢[D]H+從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)轉(zhuǎn)運到液泡的跨膜運輸方式屬于主動運輸A【解析】Ca2+通過CAX的跨膜運輸方式為主動運輸,所需要的能量由H+濃度梯度產(chǎn)生的勢能提供;Ca2+通過CAX的運輸進入液泡,增大了細(xì)胞液的滲透壓,有利于植物細(xì)胞吸水進而保持堅挺;加入H+焦磷酸酶抑制劑會抑制H+從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)進入液泡,則液泡中的H+濃度降低,液泡膜兩側(cè)的H+濃度梯度差減小,Ca2+通過CAX的運輸速率減慢;H+從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)轉(zhuǎn)運到液泡的跨膜運輸方式需要水解無機焦磷酸釋放的能量,為主動運輸。思維建模[遷移應(yīng)用]1.(2024·廣東珠海調(diào)研)研究發(fā)現(xiàn),植物細(xì)胞可以利用H+形成的濃度差提供的能量,通過蔗糖-H+同向運輸器吸收蔗糖分子。如圖為蔗糖分子的跨膜運輸示意圖,下列相關(guān)敘述錯誤的是(

)[A]H+可采用不同的方式進行跨膜轉(zhuǎn)運[B]加入H+-ATP酶抑制劑不會影響蔗糖的運輸速率[C]H+-ATP酶既具有催化功能,又具有運輸功能[D]H+-ATP酶發(fā)揮作用時,其空間結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變B【解析】

由題圖分析可知,H+可采用主動運輸和協(xié)助擴散的方式進行跨膜轉(zhuǎn)運;加入H+-ATP酶抑制劑會影響H+運出細(xì)胞,進而影響細(xì)胞對蔗糖的吸收;H+-ATP酶既具有催化功能(催化ATP水解),又具有運輸物質(zhì)功能(運輸H+);H+-ATP酶作為載體蛋白發(fā)揮作用時,其空間結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變。2.(2024·甘肅立昌期中)冰菜是一種耐鹽性極強的鹽生植物,其莖、葉表面有鹽囊細(xì)胞,富含鈉、鉀、胡蘿卜素、氨基酸、抗酸化物等,是具有很高營養(yǎng)價值的蔬菜。如圖表示鹽囊細(xì)胞中4種離子的轉(zhuǎn)運方式。下列敘述錯誤的是(

)[A]P型和V型ATP酶轉(zhuǎn)運H+為Na+、K+的轉(zhuǎn)運提供動力[B]NHX運輸Na+有利于降低細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中Na+含量,提高耐鹽性[C]在CLC開放后,H+和Cl-順濃度梯度轉(zhuǎn)運的方式屬于主動運輸[D]鹽囊細(xì)胞膜上的某些載體蛋白可以同時具有運輸和催化的功能C【解析】

P型和V型ATP酶通過催化ATP水解分別將細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的H+運出細(xì)胞、運入液泡,使細(xì)胞外和液泡內(nèi)H+的濃度較高,液泡中H+可順濃度梯度進入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),其產(chǎn)生的電化學(xué)勢能驅(qū)動載體蛋白NHX協(xié)同轉(zhuǎn)運Na+;細(xì)胞外的H+順濃度梯度進入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),其產(chǎn)生的電化學(xué)勢能驅(qū)動載體蛋白NHX協(xié)同轉(zhuǎn)運Na+和載體蛋白KUP協(xié)同轉(zhuǎn)運K+,因此P型和V型ATP酶轉(zhuǎn)運H+為Na+、K+的轉(zhuǎn)運提供了動力。NHX可將細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的Na+運出細(xì)胞,也可將其運入液泡,有利于降低細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中Na+含量,液泡內(nèi)Na+的含量增大,液泡的細(xì)胞液濃度增大,耐鹽性提高。據(jù)題圖分析可知,CLC開放后,Cl-借助H+(協(xié)助擴散)產(chǎn)生的電化學(xué)勢能逆濃度梯度進入液泡中,為主動運輸。鹽囊細(xì)胞膜上的某些載體蛋白如P型ATP酶,同時具有運輸H+和催化ATP水解的功能。3.(2024·廣東陽江模擬)α-變形菌的細(xì)胞膜鑲嵌有光驅(qū)動蛋白,其作為“質(zhì)子泵”可將H+從細(xì)胞內(nèi)側(cè)泵到細(xì)胞膜外,形成的H+濃度梯度(化學(xué)勢能)可用于ATP合成、物質(zhì)的跨膜運輸或驅(qū)動細(xì)菌鞭毛運動。如圖為α-變形菌能量轉(zhuǎn)化的部分示意圖。下列敘述正確的是(

)[A]質(zhì)子泵將H+從細(xì)胞內(nèi)側(cè)泵到細(xì)胞膜外,有利于調(diào)節(jié)α-變形菌細(xì)胞的pH[B]H+從細(xì)胞內(nèi)側(cè)泵到細(xì)胞膜外過程中,光驅(qū)動蛋白的構(gòu)象不會發(fā)生變化[C]H+從細(xì)胞內(nèi)側(cè)泵到細(xì)胞膜外沒有消耗ATP,為被動運輸[D]α-變形菌的鞭毛運動可利用光能作為直接能源A【解析】

質(zhì)子泵將H+從細(xì)胞內(nèi)側(cè)泵到細(xì)胞膜外,改變了細(xì)胞的pH,有利于調(diào)節(jié)α-變形菌細(xì)胞的pH;光驅(qū)動蛋白屬于載體蛋白,在運輸物質(zhì)過程中發(fā)生構(gòu)象的變化,所以H+從細(xì)胞內(nèi)側(cè)泵到細(xì)胞膜外過程中,光驅(qū)動蛋白的構(gòu)象發(fā)生了變化;H+從細(xì)胞內(nèi)側(cè)泵到細(xì)胞膜外需要光能驅(qū)動,為主動運輸;α-變形菌的鞭毛運動消耗的能量是ATP中的化學(xué)能,不能利用光能作為直接能源。B(時間:30分鐘滿分:38分)基礎(chǔ)強化練選擇題:1~7題,每題2分。1.(物質(zhì)運輸綜合|2024·重慶聯(lián)考)下列有關(guān)物質(zhì)進出細(xì)胞的敘述錯誤的是(

)[A]葡萄糖進入紅細(xì)胞的主動運輸過程中需要的能量來自紅細(xì)胞的無氧呼吸[B]質(zhì)壁分離過程中,液泡中細(xì)胞液的水分子外流導(dǎo)致細(xì)胞的吸水能力增強[C]通過胞吐作用釋放到細(xì)胞外的不一定是大分子[D]護膚品中的甘油進入皮膚細(xì)胞的過程屬于自由擴散A【解析】葡萄糖進入紅細(xì)胞的方式是協(xié)助擴散,不消耗能量;質(zhì)壁分離過程中,液泡中水分子外流導(dǎo)致細(xì)胞液濃度升高,細(xì)胞吸水能力增強;小分子神經(jīng)遞質(zhì)可通過胞吐方式釋放到細(xì)胞外;甘油屬于脂溶性物質(zhì),甘油進入皮膚細(xì)胞的過程屬于自由擴散。2.(水分子的運輸方式|2024·南陽期中)水是一種極性小分子,研究發(fā)現(xiàn)水分子通過細(xì)胞膜的方式有兩種(如圖所示),下列相關(guān)敘述錯誤的是(

)[A]結(jié)構(gòu)a分子的尾部有屏障細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境作用[B]通道蛋白跨膜部分含有較多的疏水性氨基酸[C]方式2屬于主動運輸,該過程中通道蛋白會與水分子結(jié)合[D]水通道蛋白失活的植物細(xì)胞在高滲溶液中仍能發(fā)生質(zhì)壁分離C【解析】結(jié)構(gòu)a為磷脂雙分子層,磷脂分子具有疏水性尾部,可阻止水溶性分子或離子通過,具有屏障細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的作用;通道蛋白跨膜部分與磷脂雙分子層疏水尾部接觸,因而這部分含有較多疏水性氨基酸;方式2是水分子依賴水通道蛋白的運輸,屬于協(xié)助擴散,在轉(zhuǎn)運過程中通道蛋白不與水分子結(jié)合;由于水分子不僅通過方式2運輸,也通過方式1(自由擴散)運輸,因此即使水通道蛋白失活,植物細(xì)胞仍可在高滲溶液中滲透失水,發(fā)生質(zhì)壁分離。3.(物質(zhì)運輸綜合|2024·文山州月考)如圖是物質(zhì)進出細(xì)胞方式的概念圖,對圖示分析正確的是(

)[A]據(jù)圖可確定②為不耗能、需轉(zhuǎn)運蛋白的被動運輸[B]哺乳動物的成熟紅細(xì)胞吸收葡萄糖的方式為①[C]③和④的共同特點都是順濃度梯度進行跨膜運輸[D]水進入細(xì)胞的方式為①C【解析】②為被動運輸,其中自由擴散不需轉(zhuǎn)運蛋白;哺乳動物的成熟紅細(xì)胞吸收葡萄糖的方式為②中的協(xié)助擴散;水進入細(xì)胞的方式為②被動運輸。4.(轉(zhuǎn)運蛋白|2024·麗江期中)生物膜的選擇透過性與膜上的轉(zhuǎn)運蛋白種類密切相關(guān),轉(zhuǎn)運蛋白包括通道蛋白和載體蛋白兩種類型。下列有關(guān)通道蛋白和載體蛋白的敘述正確的是(

)[A]兩者都是跨膜蛋白[B]兩者運輸物質(zhì)時都不需要消耗能量[C]兩者都既能將物質(zhì)從低濃度向高濃度運輸,也能從高濃度向低濃度運輸[D]轉(zhuǎn)運物質(zhì)的特異性只與物質(zhì)的大小、性質(zhì)有關(guān),與兩者的結(jié)構(gòu)無關(guān)A【解析】載體蛋白和通道蛋白都是跨膜蛋白,兩者以不同的方式轉(zhuǎn)運物質(zhì);通道蛋白參與的被動運輸不需要消耗能量,載體蛋白參與的逆濃度梯度運輸需要消耗能量;通道蛋白只參與協(xié)助擴散,在運輸過程中是從高濃度向低濃度運輸,而載體蛋白可以參與協(xié)助擴散和主動運輸,既能將物質(zhì)從低濃度向高濃度運輸,也能從高濃度向低濃度運輸;載體蛋白和通道蛋白都可以運輸物質(zhì)且具有特異性,轉(zhuǎn)運物質(zhì)的特異性既與物質(zhì)的大小、性質(zhì)有關(guān),也與兩者的結(jié)構(gòu)有關(guān)。5.(影響物質(zhì)運輸?shù)囊蛩貄2024·漳州模擬)麗藻是一種水生植物,某實驗小組測定了麗藻細(xì)胞液中離子濃度與其生活環(huán)境中相應(yīng)離子濃度的比值,統(tǒng)計結(jié)果如下表所示。下列相關(guān)敘述錯誤的是(

)[A]表格數(shù)據(jù)說明麗藻對不同離子的吸收存在差異,說明細(xì)胞膜具有選擇透過性[B]表格中的比值不同反映了麗藻細(xì)胞膜上運輸不同離子的載體蛋白數(shù)量不同[C]若池水缺氧,則離子的吸收將受影響,但麗藻對水的吸收不受影響[D]若池水溫度降低,麗藻對離子的吸收速率都將減慢C【解析】細(xì)胞吸收離子可提高細(xì)胞液濃度,進而促進麗藻細(xì)胞對水的吸收,若池水缺氧,則麗藻呼吸產(chǎn)能減少,離子吸收受影響,水的吸收也將受影響。6.(物質(zhì)進出細(xì)胞的方式|2025·成都期中)離子或小分子物質(zhì)的跨膜運輸與許多生物學(xué)過程密切相關(guān),如圖為物質(zhì)跨膜運輸?shù)?種類型。下列有關(guān)敘述,錯誤的是(

)[A]跨膜運輸速率會受到低溫環(huán)境影響的類型有①②③④[B]上圖的運輸類型中,H2O的跨膜運輸方式主要為①[C]哺乳動物的神經(jīng)細(xì)胞中,這4種跨膜運輸類型都存在[D]哺乳動物成熟紅細(xì)胞過程④,能量由細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)提供B【解析】低溫會降低細(xì)胞膜的流動性和有關(guān)蛋白質(zhì)的活性,使物質(zhì)運輸?shù)乃俾式档?因此低溫能影響的跨膜運輸類型有①②③④;更多的水分子通過②協(xié)助擴散進行跨膜運輸;哺乳動物神經(jīng)細(xì)胞中,題圖4種跨膜運輸類型都存在;哺乳動物成熟紅細(xì)胞沒有線粒體,但可通過在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)進行的無氧呼吸為過程④提供能量。[A]a點時影響離子吸收速率的主要因素是能量[B]b點時離子吸收速率不再增大是因為載體蛋白的數(shù)量有限[C]c點時影響離子吸收速率的主要因素是底物濃度[D]d點時離子吸收速率不再增大是因為底物濃度太高,細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離D能力提升練選擇題:8~10題,每題4分。8.(物質(zhì)跨膜運輸方式|2025·四川高考適應(yīng)性考試)葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4(GLUT4)是一種存在于脂肪細(xì)胞中的蛋白質(zhì)。在胰島素的刺激下,GLUT4會從脂肪細(xì)胞內(nèi)的囊泡膜上轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜上,葡萄糖借助細(xì)胞膜上的GLUT4進入脂肪細(xì)胞。下列敘述錯誤的是(

)[A]脂肪細(xì)胞中GLUT4以氨基酸為原料,在核糖體中合成[B]GLUT4轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜所需要的能量主要來自線粒體[C]GLUT4每次轉(zhuǎn)運葡萄糖時,其自身構(gòu)象都會發(fā)生改變[D]當(dāng)血糖濃度升高時,脂肪細(xì)胞膜上的GLUT4數(shù)量減少D【解析】葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4(GLUT4)是一種存在于脂肪細(xì)胞中的蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)合成的原料是氨基酸,合成的場所是核糖體;線粒體是有氧呼吸的主要場所,是能量代謝中心,因此GLUT4轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜所需要的能量主要來自線粒體;葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4(GLUT4)是葡萄糖進入脂肪細(xì)胞的轉(zhuǎn)運蛋白,每次轉(zhuǎn)運葡萄糖時GLUT4的構(gòu)象會發(fā)生改變;當(dāng)血糖濃度升高時,會有更多的葡萄糖通過細(xì)胞膜上的GLUT4進入脂肪細(xì)胞,因此脂肪細(xì)胞膜上的GLUT4數(shù)量增加。D10.(新情境·質(zhì)子泵|2024·合肥模擬)生物膜上能運輸H+的轉(zhuǎn)運蛋白統(tǒng)稱為質(zhì)子泵,常見的質(zhì)子泵有3類:V型質(zhì)子泵,可利用ATP水解的能量,將H+逆濃度梯度泵入細(xì)胞器;F型質(zhì)子泵,可利用H+順濃度梯度的勢能合成ATP;P型質(zhì)子泵,在水解ATP的同時發(fā)生磷酸化,將H+泵出細(xì)胞并維持穩(wěn)定的H+濃度,該質(zhì)子泵能被藥物W特異性抑制。下列敘述錯誤的是(