第四章 第1节 细胞通过质膜与外界进行物质交换(无答案)-高中生物学合格考学案等级考预备（新教材必修 第2版）

· 83 · 第四章 细胞的代谢 第 1 节 细胞通过质膜与外界进行物质交换 一、小分子物质经过被动运输或主动运输进出细胞 1. 被动运输：物质顺浓度梯度且不消耗能量的运输方式。 （1）自由扩散：又叫简单扩散，指的是质膜两侧的小分子物质由高浓度向低浓度的一侧扩散，如 02、 CO2以及乙醇等，此外很多脂溶性小分子化合物也可以通过此方式出入细胞，如性激素等。 （2）协助扩散：部分小分子物质如葡萄糖、氨基酸以及一些离子等与质膜上转运蛋白结合顺浓度梯 度运输（必修一，72页，图 4-4）。转运蛋白具有特异性，如转运葡萄糖的蛋白质不会参与氨基酸的转 运，并且每种在质膜上的数量有限，因此协助扩散速率会达到饱和。转运蛋白可以分为载体蛋白和通道 蛋白两种类型，前者只容许与自身结合部位相适应的分子或例子通过，且每次转运时都会发生自身构象 的改变，后者只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适应 的分子或离子通过，物质通过时，不需要与通道蛋白结合。 需要注意的是，水分子不仅可以通过自由扩散的方式进出细胞，更多 的是借助细胞质膜上的水通道蛋白进出细胞，如肾脏对水分的重吸收。水 分子也是以被动运输的方式透过质膜，从溶液浓度低的一侧（水分子多） 渗入溶液浓度高的一侧（水分子少），这一现象称为渗透。 问题：如何从宏观和微观角度理解自由扩散？自由扩散与细胞膜的哪种物质关系最大？ 物质运 输方式 被动运输 主动运输 自由扩散 协助扩散 方向 高 → 低 高 → 低 低 → 高 载体 × √ √ 能量 × × √ 总结 常见的 速率曲线 实例 O2、CO2、H2O、甘油、 苯、乙醇、脂溶性小分子等 Na ＋ ，Cl － 、葡萄糖、 氨基酸等进入红细胞 肾脏的重吸收；小肠吸收 葡萄糖、氨基酸、无机盐等； 植物根部吸收矿质元素 影响因素 2. 主动运输：细胞也会逆浓度梯度从细胞外吸收或向细胞外排出一些物质，如哺乳动物细胞胞外 Na ＋ 浓度比胞内高，而 K ＋ 浓度比胞内低，细胞需要不断地逆浓度梯度吸收 K、排出 Na ＋ ,以维持正常的生命活 动（必修一，72页，图 4-5）。主动运输能保证活细胞根据自身需求选择性地吸收或者排出特定的物质， 因此，对于维持细胞生命活动的稳态具有特别重要的意义。例如，一般情况下土壤溶液中矿质元素离子 的浓度都比细胞液中相应离子的浓度低，然而根毛细胞可以通过主动运输吸收自己需要的离子。类似 能量 主动运输 自由扩散 协助扩散 · 84 · 地，人体小肠上皮细胞也可以通过主动运输从肠腔中吸收葡萄糖等营养物质。 注：同一种物质进出不同细胞时，运输方式可能不同，如红细胞吸收葡萄糖为协助扩散，小肠细胞吸收葡萄糖则是主 动运输。 3. 主动运输的能量：主动运输是一种需要消耗能量的物质跨膜运输过程。根据能量来源不同，把主 动运输可以分为由 ATP直接供能（ATP驱动泵）、间接提供能量（协同转运）和光驱动泵三种类型。 （1）ATP 驱动泵：直接把 ATP 水解并利用该能量介导离子或小分子物质逆电化学梯度或浓度梯度进 行跨膜运输的载体蛋白（泵）。载体蛋白质既是载体也是催化 ATP水解的酶，最常见的钠钾泵就是这个类 型。Na ＋ -K ＋ 泵又称 Na ＋ -K ＋ ATP 酶，既能运输 Na ＋ 和 K ＋ 又能水解 ATP，利用水解 ATP释放的能量，将 3个 Na ＋ 泵出细胞，而将 2个 K ＋ 泵入细胞。 （2）协同运输：不直接消耗 ATP，转运蛋白能同时顺浓度运输一种物质和逆浓度运输另一种物质， 顺浓度运输物质时可以释放电化学势能（或浓度梯度势能），驱动另一种物质的逆浓度运输。而顺浓度梯 度是由 ATP驱动的方式建立起来的，因此，协同转运是一种间接消耗 ATP的主动运输。小肠上皮细胞和 肾小管上皮细胞吸收葡萄糖或氨基酸等有机物就是伴随着 Na ＋ 从细胞外流入细胞内完成的。工作原理就 是，载体蛋白上有两个结合位点，可分别与 Na ＋ 和葡萄糖结合，由于 Na ＋ 泵需要 ATP 供能，并不断地将 Na ＋ 输出到细胞外，结果造成了 Na ＋ 浓度膜外高于膜内，由此产生了电化学梯度。Na ＋ 和葡萄糖分别与载体蛋 白结合，借助梯度的驱动力，使 Na ＋ 和葡萄糖结伴而行，进入细胞，进入细胞后葡萄糖与载体蛋白分开， Na ＋ 又被泵出细胞外。 （3）光驱动泵：光驱动主要发现于细菌细胞，光驱动蛋白可以利用光能逆浓度运输物质。如菌紫红 质利用光能驱动 H ＋ 的转运。 例 1 下列物质不需要载体协助就能通过细胞膜进入细胞的一组是（ ）。 A. 葡萄糖 B. 维生素 D C. K + D. 氨基酸 例 2 甲、乙两种物质分别依赖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分子膜 代替细胞膜，并维持其他条件不变。则（ ）。 A．甲运输被促进 B．乙运输被促进 C．甲运输被抑制 D．乙运输被抑制 例 3 海带细胞中的碘比海水高许多倍，仍可从海水中吸收碘，表明吸收具有（ ）。 A．选择性 B．独立性 C．专一性 D．高效性 例 4 人体组织细胞内 K ＋ 浓度远高于组织液，说明组织细胞吸收 K ＋ 的方式为（ ）。 A．自由扩散 B．协助扩散 C．被动运输 D．主动运输 例 5 下列跨膜运输的生理活动中，属于主动运输的是（ ）。 A．酒精进入胃黏膜细胞 B．CO2由静脉血进入肺泡内 C．消化道的葡萄糖进入小肠上皮细胞 D．水分子进出细胞 例 6 右图表示物质跨膜运输的一种方式。据图分析正确的是（ ）。 A．这种转运方式可逆浓度梯度进行 B．乙醇分子是以这种方式进入红细胞的 C．细胞产生的能量增加会提高这种物质的转运速率 D．载体蛋白在物质转运过程中形状会发生改变 例 7 下列物质进出细胞的方式，叙述正确的是（ ）。 A．分子量小的物质都可以通过自由扩散进入细胞 B．大分子有机物可以借助载体蛋白进入细胞内，需要消耗能量 C．自由扩散和协助扩散都是顺浓度梯度进行的，既不需要能量，也不需要载体蛋白 · 85 · ATP ADP＋Pi 甲 乙 丙 D．主动运输是细胞逆浓度运输物质，既需要能量，也需要细胞膜上的载体蛋白 例 8 人体组织细胞从周围环境中吸收乙醇的量主要取决于（ ）。 A. 环境中乙醇的浓度 B. 细胞膜上载体的数量 C. 细胞中 ATP的数量 D. 细胞膜上载体的种类 例 9 若对离体的心肌细胞施用某种毒素，可使心肌细胞对 Ca 2＋ 吸收量明显减少，而对 K ＋ 、葡萄糖则不 受影响。这种毒素的作用是（ ）。 A．抑制呼吸酶的活性 B．抑制 Ca 2＋ 载体的活动 C．改变了细胞膜的结构 D．改变了细胞膜两侧的 Ca 2＋ 浓度 例 10 下列哪种情况不会出现饱和现象（ ）。 A．氧气被细胞膜运输时，氧气浓度与运输速率的关系 B．红细胞吸收葡萄糖时，葡萄糖浓度与运输速率的关系 C．肌肉细胞吸收氨基酸时，氧气浓度与运输速率的关系 D．叶肉细胞吸收镁离子时，载体数量与运输速率的关系 例 11 某细胞能吸收物质 Q，下列哪些实验结果能说明细胞对物质 Q的吸收是以自由扩散方式进行 的？（ ）。 ①物质 Q的吸收随温度的变化而变化 ②只有在有氧时才会发生 Q的吸收 ③当溶液中 Q的浓度低于细胞中 Q的浓度时，也会发生 Q的吸收 A．只有①和②能说明 B．只有②和③能说明 C．只有①和③能说明 D．①②③都不能说明 例 12 大肠杆菌在繁殖时，细胞内钾离子的浓度是培养液的 3000 倍。如果在培养液中加入一种叫箭毒 的药物，大肠杆菌细胞内钾离子浓度立即下降，这种药物很可能（ ）。 A. 使细胞膜变成全透性 B. 抑制膜上载体的活动 C. 加快细胞膜的流动 D. 使载体运动方向改变 例 13 右图是某物质跨膜运输的过程图，■、●分别代表两种不同的物质 ①、②。下列说法正确的是（ ）。 A．细胞膜中运输①的载体蛋白不能运输② B．氧气浓度越高，物质①的运输速度越快 C．温度越高，物质①的运输速度越快 D．物质①的运输需要载体蛋白的协助，属于协助扩散 例 14 右图表示细胞膜主动运输吸收某离子时，该离子运输速率与其物质浓度的关系，P 点运输速率不 再上升的原因是（ ）。 ①该离子数量有限 ②细胞提供的能量有限 ③细胞膜上磷脂分子有限 ④细胞膜上该离子运输载体有限 A. ①② B. ①③ C. ②③ D. ②④ 例 15 右图为某种离子跨膜运输的示意图，由此作出的下列判断中正确的是（ ）。 A．图中离子跨膜的正确顺序是乙→丙→甲 B．离子跨膜有随机性并消耗 ATP中的能量 C．磷脂的运动使离子跨膜的通道自动开闭 D．图示的离子跨膜方式为协助扩散 运输速率 物质浓度 · P · 86 · 例 16 人工脂质双层膜两侧存在浓度差，离子不能通过该膜。在人工膜中加入少量缬氨霉素，钾离子即 可从高浓度一侧通过该膜到达低浓度一侧，其他离子不能通过。对此现象的正确解释是（ ）。 A. 缬氨霉素是钾离子的载体，钾离子协助扩散通过膜 B. 缬氨霉素杀死人工膜，钾离子被动运输通过膜 C. 缬氨霉素改变人工膜的通透性，钾离子自由扩散通过膜 D. 缬氨霉素提供载体和能量，钾离子主动运输通过膜 例 17 甲（○）、乙（△）两种小分子物质在细胞膜两侧的分布情况如右图所示（颗 粒多少表示浓度的高低），在进行跨膜运输时，下列说法中正确的是（ ）。 A. 乙进入细胞一定有载体蛋白的参与 B. 乙运出细胞一定有载体蛋白的参与 C. 甲进入细胞一定需要能量 D. 甲运出细胞一定不需要能量 例 18 物质的跨膜运输对细胞的生存和生长至关重要。下图为几种物质跨膜运输方式的示意图，请判 断有关叙述中不正确的是（ ）。 A．组成细胞膜的 A、B两种物质通常不是静止的 B. 丙物质跨膜运输方式中物质一般要从低浓度一侧向高浓度一侧运输 C．甲、乙、丙三种物质跨膜运输方式对于维持活细胞正常的生命活动均有重要意义 D．胆固醇跨膜运输以甲的方式进行是 B物质的缘故 例 19 下图①～④是葡萄糖分子进入红细胞的过程示意图，其中 A侧表示红细胞外侧，B侧表示红细胞 内侧。按葡萄糖分子进入红细胞的顺序排序，正确的是（ ）。 A．①→②→③→④ B．①→③→②→④ C．④→②→③→① D．④→③→②→① 例 20 下列物质进出细胞的过程与线粒体密切相关的是（ ）。 ①酒精被胃黏膜吸收 ②细胞与内环境进行气体交换 ③根吸收矿质元素 ④小肠绒毛上皮细胞吸收氨基酸 A．①② B．③④ C．②③④ D．①②③④ 例 21 右图显示的是小分子通过甲、乙两种细胞的转运过程，下列叙述中正确的是（ ）。 A．甲细胞运输的可能是水分子 B．乙细胞运输的不可能是水分子 C．小分子的运输与两种细胞的呼吸作用强度有关 D．小分子的运输与两种细胞的膜蛋白不一定有关 ③ B A ② 载体蛋白 葡萄糖分子 ① B A A B B ④ A 甲细胞 乙细胞 小分子 · 87 · a b 被转运分子的浓度 转 运 速 度 外 内 C C S C、S C、S S 能量 细胞膜 例 22 右图是某种物质通过细胞膜的示意图，从图中能得出（ ）。 A．图中 S代表载体，C代表离子 B．膜外一定是低浓度，膜内一定是高浓度 C．这种物质的跨膜方式一定是主动运输，因为有 C和能量参与 D．图中 C这种移动方式是错误的，它是固定不变的 例 23 右图中，线 a、b表示物质跨（穿）膜运输的两种方式，下列表述中正确的是（ ）。 A．脂溶性小分子物质不能通过方式 a运输 B．与方式 a有关的载体蛋白覆盖于细胞膜表面 C．方式 b的最大转运速率与载体蛋白数量有关 D．抑制细胞呼吸对方式 a和 b的转运速率均有影响 例 24 下图表示一个动物细胞内外不同离子的相对浓度，离子的浓度差是靠主动运输的方式维持的。由 图分析可知进入细胞内的物质有（ ）。 A. K ＋ 和 Mg 2＋ B. K ＋ 和 Na ＋ C. Na ＋ 和 Cl － D. Mg 2＋ 和 Cl － 第 24题图 第 25题图 例 25 将甲（不做处理）、乙（抑制细胞膜蛋白的功能）两组红细胞都置于清水中，显微镜下观察红细 胞的变化如图所示。此实验说明水分进入红细胞的主要方式是（ ）。 A．胞吞 B．自由扩散 C．协助扩散 D．主动运输 例 26 物质通过细胞膜有不同的转运方式，下图表示物质 A、B 通过细胞膜的情况。下列说法正确的是 （ ）。 A．A物质通过细胞膜不需要蛋白质协助，B物质需要蛋白质协助 B．A、B物质通过细胞膜均需蛋白质协助，转运 A物质还需消耗能量 C．A、B物质通过细胞膜均需蛋白质协助，转运 B物质还需消耗能量 D．红细胞吸收葡萄糖的方式与 B曲线类似 例 27 高等植物光合作用的产物以蔗糖的形式进入小叶脉的筛管-伴胞复合体（SE-CC）。下图是蔗糖进 入 SE-CC的一种方式。SE-CC 细胞膜上有“蔗糖-H ＋ 共运输载体”（SU载体）。胞内的 H ＋ 通过 H ＋ 泵运输至 细胞外，形成较高的 H ＋ 浓度，SU载体再将 H ＋ 和蔗糖共转运入 SE-CC。据此判断，蔗糖由细胞外进入 SE- CC 的方式是（ ）。 细胞内 细胞外 00 离子浓度/mmol·L －1 150 100 50 Na ＋ K ＋ Mg 2＋ Cl － 离子种类 甲组 乙组 0.5min 1.5min 2.5min 3.5min 细胞外液浓度 时间 运输速度 细胞内液浓度 B A 外界溶液 · 88 · A. 主动运输 B. 协助扩散 C. 自由扩散 D. 胞吞作用 例 28 下图表示不同物质穿过细胞膜进入人体细胞内的四种情况。加入有氧呼吸抑制剂后，曲线变化最 明显的是（ ）。 二、大分子物质通过胞吞或胞吐进出细胞（原核生物除外；必修一，73页，图 4-6） 1. 胞吞：当细胞摄取大分子时，首先是大分子与质膜上的受体结合，接着质膜内陷形成小囊，包围着 大分子。然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部。 2. 胞吐：细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大 分子排出细胞。 类型 胞吞（内吞） 胞吐（外排） 原理 生物膜的流动性 条件 细胞摄取或排出大分子和颗粒物质的方式 特点 物质通过小泡转移，需要消耗能量，不需要载体 方向 细胞外→内 细胞内→外 实例 变形虫吞食食物颗粒，白细胞吞噬病菌等 胰岛 B 细胞分泌胰岛素 3. 物质运输方式总结 被动运输：自由扩散、协助扩散 物质出入细胞的方式 主动运输（耗能） 大分子：非跨膜运输——胞吞、胞吐（耗能） 例 29 唾液腺细胞合成的酶分泌到细胞外的方式（ ）。 A．主动运输 B．协助扩散 C．自由扩散 D．胞吐 例 30 下图表示两种细胞输入和输出物质的方式。下列相关叙述中，错误的是（ ）。 细胞膜 细胞外 SE-CC 蔗糖 ATP ADP＋Pi H ＋ H ＋ 泵 SU 载体 H ＋ H ＋ H ＋ 蔗糖 A B C D 转运速率 转运速率 转运速率 细胞内浓度 被转运物质的浓度 细胞内外浓度差 组织液 02% 细胞外浓度 甲 乙 离子、无极性小分子：跨膜运输 · 89 · A．甲表示胞吞，乙表示胞吐 B．甲和乙两种物质运输方式说明生物膜具有一定的流动性 C．甲需要消耗 ATP，而乙不需要 D．抗体和神经递质的释放方式均与乙图中的方式相同 例 31 右图表示发生炎症反应时，嗜中性粒细胞在血管内皮细胞 处聚集、并穿过血管壁进入感染组织、进而杀灭病原微生物的过 程。该过程反应了嗜中性粒细胞质膜的（ ）。 A. 催化性 B. 黏连性 C. 半流动性 D. 选择透过性 例 32 物质进出细胞的方式有跨膜运输（被动运输和主动运输）和非跨膜运输（胞吞和胞吐）。下列有 关物质进出细胞方式的判断，正确的是（ ）。 A．依据是否消耗能量，只要运输过程中耗能的就是主动运输 B．依据物质浓度梯度，只要顺浓度梯度的运输就是自由扩散 C．依据是否需要载体，需要载体的运输就是协助扩散 D．依据跨膜的层数，跨膜层数为 0的就是胞吞或胞吐 例 33 受体介导的胞吞是一种特殊类型的胞吞作用，主要用于摄取特殊的生物大分子。其过程如下图 所示，下列有关叙述中不正确的是（ ）。 A．该过程以膜的流动性为基础 B．受体介导的胞吞过程存在细胞识别并需要内部供能 C．Na ＋ 、K ＋ 等无机盐离子也可通过此方式运输 D．该过程不能体现细胞膜的选择透过性 三、细胞质膜具有选择通过性 1. 质膜具有选择透过性：作为生物体基本单位的细胞在生命活动过程中必须与外界交换物质，物质 进出细胞必须通过细胞膜，细胞膜最重要特征之一是具选择透过性，即有选择地吸收细胞所需要的物 质，排出对自己有害的物质及代谢废物，保障了细胞内部环境的相对稳定。如植物根对矿质元素的选择 性吸收、神经细胞对 K ＋ 的吸收和对 Na ＋ 的排出、肾小管的重吸收和分泌、小肠的吸收等。 2. 质膜具有选择透过性的原因：遗传性（DNA）决定细胞膜上蛋白质的合成，即决定了载体种类和数 量，决定了细胞膜的选择透过性。主动运输能充分说明选择透过性。 3. 流动性与选择透过性的关系：细胞膜的流动性是表现其选择透过性的结构基础，因为只有细胞膜具 有流动性，细胞才能完成其各项生理功能，才能表现出选择透过性。相反，如果细胞膜失去了选择透过性， 细胞可能已经死亡了。事实上，生物体内的所有膜都具有选择透过性。 物质基础 细胞识别 控制物质进出 具有 具有 可运动 流动性 选择透过性 磷脂分子层 + 蛋白质分子 + 糖类 结构 功能 信息交流 组成 决定 导致 体现 具 有 糖蛋白 部分 分布 镶 横 嵌 跨 组 成 保证 磷脂分子层 物质运输 正常进行 细胞膜的组成结构与功能关系图 有被小泡 外被蛋白 有被 小窝 受体 嗜中性粒细胞 血管内皮细胞 感染部位 · 90 · ① ③ ② 土壤 细胞壁 细胞膜 细胞质 载体 蛋白 能量 矿 质 离 子 例 34 右图是细胞膜亚显微结构模式图，①～③表示构成细胞膜的物质，下列叙述中错误的是（ ）。 A．①、②、③具有半流动性 B．②构成细胞膜的基本骨架 C．脂肪酸通过①出入细胞 D．①、③与细胞膜选择透过性有关 例 35 对于细胞膜的组成、结构、功能之间的关系，逻辑顺序正确的一组是（ ）。 ①膜主要由磷脂和蛋白质分子组成 ②膜具有一定的流动性 ③膜具有选择透过性 ④膜内蛋白质分子和磷脂分子大都是运动的 A．①④③② B．①②③④ C．①④②③ D．①②④③ 例 36 能够反映细胞膜具有选择透过性功能特点的实例有（ ）。 ①白细胞吞噬病菌 ②细胞膜外 K ＋ 的浓度远低于膜内 ③变形虫的变形运动 ④唾液腺细胞分泌唾液淀粉酶 ⑤海带细胞内的 I － 浓度远远高于海水中的 I － 浓度 A．①③④ B．②④⑤ C．①③ D．②⑤ 例 37 下列关于细胞膜的流动性和选择透过性的叙述不正确的是（ ）。 A. 流动性的基础是组成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大多是运动的 B. 选择透过性的基础是细胞膜上的载体蛋白和磷脂分子具有特异性 C. 细胞的胞吞和胞吐体现了细胞膜的流动性 D. 钾离子通过主动运输的形式进入细胞体现了细胞膜的选择透过性 例 38 用水洗涤菜叶类蔬菜时，水的颜色无明显变化。若进行加温，随着水温的升高，水的颜色逐渐 变绿，其原因是（ ）。 A．加温使细胞壁失去选择透过性 B．加温使原生质层失去选择透过性 C．加温使细胞膜和叶绿体膜失去选择透过性 D．加温使细胞膜和液泡膜失去选择透过性 例 39 右图所示为植物根毛细胞从土壤中吸收某矿物质离子示意图。对该种跨膜运输方式的下列描述 中正确的是（ ）。 A．植物的根毛细胞同样以该种运输方式吸收水分 B．这种运输方式与膜的流动性有关 C．该种运输方式是物质进出活细胞的主要方式 D．细胞壁为该种运输方式的进行起到了保护和滤过作用