第2单元 第5课时 物质出入细胞的方式及影响因素（word教师用书）-【高考领航】2025年高考生物大一轮复习

第5课时　物质出入细胞的方式及影响因素 　1.通过举例理解物质进出的不同方式。(生命观念)　2.比较自由扩散、协助扩散、主动运输和胞吞、胞吐几种运输方式的异同点，并能根据某种物质进出细胞的特点来判断其运输方式。(科学思维) 考点一　物质出入细胞的方式 1.被动运输 (1)概念：物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。 (2)类型：分为自由扩散和协助扩散两类。 (3)两种类型转运蛋白的比较 2.主动运输 　某物质进出细胞的方式并非固定的一种：葡萄糖进入红细胞的方式是协助扩散，而葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式为主动运输，要视具体情况而定。静息电位形成时K＋外流与动作电位形成时Na＋内流均为协助扩散；但K＋、Na＋在其他细胞中的跨膜运输一般为主动运输。 3.胞吞与胞吐 　(必修1 P72与社会的联系)变形虫既能通过胞吞摄取单细胞生物等食物，又能通过胞吐排出食物残渣和废物。在人体肠道内寄生的一种变形虫——痢疾内变形虫，能通过胞吐作用分泌蛋白分解酶，溶解人的肠壁组织，通过胞吞作用“吃掉”肠壁组织细胞。 4.“三看法”判断物质进出细胞的方式 高考情境探究 1.(2021·全国甲卷，节选)植物的根细胞可以通过不同方式吸收外界溶液中的K＋。 (1)细胞外的K＋能够通过离子通道进入植物的根细胞。离子通道是由蛋白质复合物构成的，其运输的特点是顺浓度梯度运输或不消耗能量(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，原因是细胞逆浓度梯度吸收K＋是主动运输过程，需要能量，呼吸抑制剂会影响细胞呼吸供能，故使细胞主动运输速率降低。 2.(2022·辽宁卷，改编)水通道蛋白(AQP)是一类细胞膜通道蛋白。检测人唾液腺正常组织和水肿组织中3种AQP基因mRNA含量，发现AQP1和AQP3基因mRNA含量无变化，而水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍。 (1)AQP蛋白转运水进出细胞需要消耗ATP吗？不需要(填“需要”或“不需要”)理由是通道蛋白参与的只是被动运输(协助扩散)，在运输过程中并不与被运输的分子或离子相结合，而是通过自身通道并且是从高浓度向低浓度运输，所以运输时不消耗能量。 (2)检测结果表明，是否只有AQP5蛋白参与人唾液腺水肿的形成？不是(填“是”或“不是”)。理由是AQP1和AQP3基因mRNA含量无变化，而水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍，可知AQP5基因mRNA含量在水肿组织和正常组织有差异，但不能说明只有AQP5蛋白参与人唾液腺水肿的形成。 3.Na＋是植物生长所需的矿质元素，主要储存在液泡中。如图表示紫色洋葱外表皮细胞的液泡吸收Na＋的过程。 液泡吸收Na＋后，短时间内液泡中的H＋浓度降低，进而使其中的花青素逐渐由紫色变成蓝色。欲利用该原理设计实验来验证液泡吸收Na＋需要ATP间接供能，材料：紫色洋葱外表皮细胞、钼酸钠溶液(细胞可吸收其中的Na＋)和抗霉素A(抑制ATP生成的一种物质)。 实验思路：取生理状态相同的紫色洋葱外表皮细胞均分成两份，并编号甲、乙。甲组滴加适量的钼酸钠，乙组先滴加抗霉素A后滴加等量的钼酸钠。记录两组液泡由紫色变成蓝色的时间。 预期实验结果：甲组变蓝的时间短于乙组。 重点难点阐释 1.主动运输的三种驱动方式的比较 方式 转运方向 能量来源 ATP驱动泵 逆浓度梯度 ATP 协同 转运 蛋白 逆向协 同运输 一种离子或分子逆浓度梯度转运；另外一种离子顺浓度梯度转运 利用的能量储存在其中的一种溶质的电化学梯度中 同向协 同运输 光驱动泵 逆浓度梯度 光能 2.物质运输方式中不同转运蛋白的比较 依据 蛋白质类型 转运蛋白举例 运输方式 运输物 质方法 改变构象 运输物质 钙离子泵 主动运输 通道蛋白 运输物质 水通道蛋白 协助扩散 运输物 质种类 运输一种物质的载体蛋白 质子泵 多为主动运输 运输两种物质的载体蛋白 钠钾泵 主动运输 运输能 量来源 ATP驱动 的载体蛋白 质子泵 主动运输 化学势能驱动的载体蛋白 小肠上皮细胞钠离子葡萄糖协同转运蛋白 钠离子：协助扩散，葡萄糖：主动运输 1.水是一种极性小分子，研究发现水分子通过细胞膜的方式有两种(如图所示)，下列相关叙述错误的是(　　) A.结构a分子的尾部有屏障细胞内外环境作用 B.通道蛋白跨膜部分含有较多的疏水性氨基酸 C.方式2属于主动运输，该过程中通道蛋白会发生空间改变 D.水通道蛋白失活的植物细胞在高渗溶液中仍能发生质壁分离 解析：C　结构a为磷脂双分子层，磷脂分子疏水性尾端，可阻止水溶性分子或离子通过，具有屏障细胞内外环境的作用，A正确；通道蛋白跨膜部分与磷脂双分子层疏水尾部接触，因而这部分含有较多疏水性氨基酸，B正确；方式2是水分子依赖通道蛋白的扩散，属于协助扩散，在转运过程中通道蛋白不与水分子结合，通道蛋白分子的空间构象不发生改变，C错误；由于水分子不仅依赖方式2运输，也可通过方式1(自由扩散)运输，因此即使水通道蛋白失活，植物细胞仍可在高渗溶液中渗透失水，发生质壁分离，D正确。 2.(2024·山东聊城模拟)α-变形菌的细胞膜镶嵌有光驱动蛋白，其作为“质子泵”可将H＋从细胞内侧泵到细胞膜外，形成的H＋浓度梯度(化学势能)可用于ATP合成、物质的跨膜运输或驱动细菌鞭毛运动。如图为α-变形菌能量转化的部分示意图。下列叙述正确的是(　　) A.质子泵将H＋从细胞内侧泵到细胞膜外，有利于调节变形菌细胞的pH B.H＋从细胞内侧泵到细胞膜外过程中，光驱动蛋白的构象不会发生变化 C.H＋从细胞内侧泵到细胞膜外没有消耗ATP，为被动运输 D.α-变形菌的鞭毛运动可利用光能作为直接能源 解析：A　质子泵将H＋从细胞内侧泵到细胞膜外，改变了细胞的pH，所以有利于调节变形菌细胞的pH，A正确；光驱动蛋白属于载体蛋白，在运输物质过程中发生构象的变化，所以H＋从细胞内侧泵到细胞膜外过程中，光驱动蛋白的构象发生了变化，B错误；H＋从细胞内侧泵到细胞膜外需要光能驱动，为主动运输，C错误；α-变形菌的鞭毛运动消耗的能量是ATP中的化学能，不能利用光能作为直接能源，D错误。 考点二　影响物质跨膜运输的因素和实验探究 1.影响物质跨膜运输因素的分析 (1)物质浓度 (2)氧气浓度 (3)温度 2.探究物质跨膜运输方式的实验设计思路 (1)探究是主动运输还是被动运输 (2)探究是自由扩散还是协助扩散(顺浓度梯度情况下) 　(必修1 P72拓展应用)柽柳是强耐盐植物，它的叶子和嫩枝可以将吸收到植物体内的无机盐排出体外。柽柳的根部吸收无机盐离子是主动运输还是被动运输？如果要设计实验加以证明，请说出实验思路。 提示：取甲、乙两组生长状态基本相同的柽柳幼苗，放入适宜浓度的含有Ca2＋、K＋的溶液中；甲组给予正常的细胞呼吸条件，乙组抑制细胞呼吸；一段时间后测定两组植株根系对Ca2＋、K＋的吸收速率。若两组植株对Ca2＋、K＋的吸收速率相同。说明柽柳从土壤中吸收无机盐为被动运输；若乙组吸收速率明显小于甲组吸收速率，说明柽柳从土壤中吸收无机盐是主动运输。 高考情境探究 1.(2022·全国乙卷，节选)农业生产中，农作物生长所需的氮素可以NO的形式由根系从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的根细胞吸收NO的速率与O2浓度的关系如图所示。 (1)由图可判断NO进入根细胞的运输方式是主动运输，判断的依据是主动运输需要呼吸作用提供能量，O2浓度小于a点时，根细胞对NO的吸收速率与O2浓度呈正相关。 (2)O2浓度大于a时作物乙吸收NO速率不再增加，推测其原因是主动运输需要载体蛋白，作物乙根细胞的细胞膜上载体蛋白数量有限。 (3)作物甲和作物乙各自在NO最大吸收速率时，作物甲根细胞的呼吸速率大于作物乙，判断依据是甲的NO最大吸收速率大于乙，甲需要能量多，消耗O2多。 2.最新研究表明，若肠腔葡萄糖浓度较高，葡萄糖主要通过载体蛋白(GLUT2)的协助通过协助扩散的方式进入小肠上皮细胞。在协助扩散的同时，通过载体蛋白(SGLT1)的主动运输过程也在发生。但主动运输的载体(SGLT1)容易饱和，协助扩散吸收葡萄糖的速率比主动运输快数倍。请你设计实验加以验证。(载体蛋白由相关基因控制合成)实验步骤：取甲(敲除了SGLT1载体蛋白基因的小肠上皮细胞)、乙(敲除了GLUT2载体蛋白基因的小肠上皮细胞)、丙(正常的小肠上皮细胞)，三组其他生理状况均相同。将甲、乙、丙三组细胞分别置于相同的较高浓度的葡萄糖溶液中，其他条件相同，培养适宜时间，检测三组培养液的葡萄糖浓度。若丙组培养液中葡萄糖浓度小于甲组，甲组培养液中葡萄糖浓度小于乙组的，则验证了上述研究结果。 1.(2024·河北保定模拟)如图中曲线a、b表示分子跨膜运输速率与O2浓度的关系，下列分析错误的是(　　) A.曲线a代表被动运输，曲线b代表主动运输 B.曲线a代表的分子跨膜运输一定不需要载体蛋白 C.曲线b运输速率达到饱和的原因是细胞膜上载体蛋白数量有限 D.温度可影响生物膜的流动性从而对曲线a、b的运输速率均有影响 解析：B　曲线a说明物质跨膜运输与氧气无关，不消耗能量；而曲线b说明物质跨膜运输与氧气有关，消耗能量，所以曲线a代表被动运输，曲线b可能代表主动运输，A正确。曲线a代表的分子跨膜运输不消耗能量，属于被动运输，如果是协助扩散，则需要载体蛋白；如果是自由扩散，则不需要载体蛋白，B错误。由于主动运输需要载体、消耗能量，所以曲线b运输速率达到饱和的原因是细胞膜上载体蛋白数量有限，C正确。由于细胞膜的流动性与温度有关，所以温度可影响生物膜的流动性从而对曲线a、b的运输速率均有影响，D正确。 2.(2024·辽宁大连校考)如图显示了人体某细胞的细胞膜对葡萄糖的转运速率与细胞外葡萄糖浓度的关系。实线表示仅葡萄糖存在，虚线表示同时存在稳定浓度的半乳糖。据图推测，下列叙述正确的是(　　) A.葡萄糖的转运速率与葡萄糖浓度持续呈正相关 B.葡萄糖的跨膜转运一定伴随着ATP的水解 C.半乳糖对葡萄糖的转运有抑制作用 D.转运葡萄糖的转运蛋白也可以转运半乳糖 解析：C　由题图可知，在一定的浓度范围内，葡萄糖的转运速率与葡萄糖浓度持续呈正相关，当达到一定浓度后，葡萄糖的转运速率受到了其他因素(如：转运蛋白)的限制，A错误；葡萄糖的跨膜转运不一定需要能量，即不一定伴随着ATP的水解，B错误；由题图可知，仅存在葡萄糖的情况比同时存在一定浓度的半乳糖时葡萄糖的转运速率高，所以半乳糖对葡萄糖的转运具有抑制的作用，C正确；转运蛋白具有专一性，转运葡萄糖的转运蛋白不能转运半乳糖，D错误。 1.(2022·湖北卷)哺乳动物成熟红细胞的细胞膜含有丰富的水通道蛋白，硝酸银(AgNO3)可使水通道蛋白失去活性。下列叙述错误的是(　　) A.经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会膨胀 B.经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中不会变小 C.未经AgNO3处理的红细胞在低渗蔗糖溶液中会迅速膨胀 D.未经AgNO3处理的红细胞在高渗蔗糖溶液中会迅速变小 解析：B　经AgNO3处理的红细胞，水通道蛋白失去活性，但水可以通过自由扩散的形式进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会失水变小，A正确，B错误；未经AgNO3处理的红细胞，水可通过水通道蛋白快速进出细胞，也可通过自由扩散进出细胞，故其在低渗蔗糖溶液中会迅速吸水膨胀，在高渗蔗糖溶液中会迅速失水变小，C、D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 解析：B　由题图右侧的信息可知，AT1蛋白缺陷，可以促进PIP2s蛋白的磷酸化，进而促进H2O2排出膜外，A正确；据题图左侧的信息可知，AT1蛋白能够抑制PIP2s蛋白的磷酸化，减少了H2O2从细胞内输出到细胞外的量，导致抗氧化胁迫能力弱，不能减轻其对细胞的毒害，B错误；结合对A选项的分析可推测，敲除AT1基因或降低其表达，可提高禾本科农作物抗氧化胁迫的能力，进而提高其成活率，C正确；从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因，可通过基因工程技术改良农作物抗逆性，D正确。 3.(2023·山东卷)溶酶体膜上的H＋载体蛋白和Cl－/H＋转运蛋白都能运输H＋，溶酶体内H＋浓度由H＋载体蛋白维持，Cl－/H＋转运蛋白在H＋浓度梯度驱动下，运出H＋的同时把Cl－逆浓度梯度运入溶酶体。Cl－/H＋转运蛋白缺失突变体的细胞中，因Cl－转运受阻导致溶酶体内的吞噬物积累，严重时可导致溶酶体破裂。下列说法错误的是(　　) A.H＋进入溶酶体的方式属于主动运输 B.H＋载体蛋白失活可引起溶酶体内的吞噬物积累 C.该突变体的细胞中损伤和衰老的细胞器无法得到及时清除 D.溶酶体破裂后，释放到细胞质基质中的水解酶活性增强 解析：D　Cl－/H＋转运蛋白在H＋浓度梯度驱动下，运出H＋的同时把Cl－逆浓度梯度运入溶酶体，说明H＋浓度为溶酶体内较高，因此H＋进入溶酶体为逆浓度运输，方式属于主动运输，A正确；溶酶体内H＋浓度由H＋载体蛋白维持，若载体蛋白失活，溶酶体内pH改变导致溶酶体酶活性降低，进而导致溶酶体内的吞噬物积累，B正确；Cl－/H＋转运蛋白缺失突变体的细胞中，因Cl－转运受阻导致溶酶体内的吞噬物积累，该突变体的细胞中损伤和衰老的细胞器无法得到及时清除，C正确；细胞质基质中的pH与溶酶体内不同，溶酶体破裂后，释放到细胞质基质中的水解酶可能失活，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$