内容正文:
专题微练(一) 细胞的物质组成、结构和物质运输
一、选择题
1.(2025·江苏卷,T1)关于蛋白质、磷脂和淀粉,下列叙述正确的是(B)
A.三者组成元素都有C、H、O、N
B.蛋白质和磷脂是构成生物膜的主要成分
C.蛋白质和淀粉都是细胞内的主要储能物质
D.磷脂和淀粉都是生物大分子
解析 组成蛋白质的元素包含C、H、O、N,有的还含有S;组成磷脂的主要元素为C、H、O、P,部分含有N元素;组成淀粉的元素仅有C、H、O,A项错误。生物膜主要由蛋白质和磷脂组成,此外还含有糖类分子,B项正确。淀粉为植物细胞内的储能物质,蛋白质虽然可以供能,但不是主要的储能物质,C项错误。生物大分子是由单体聚合而成的,淀粉由大量的葡萄糖聚合而成,属于生物大分子,磷脂不属于生物大分子,D项错误。
2.(2025·重庆模拟)某团队研究发现,番茄植株中的抗病蛋白(NRC蛋白)即使在无病原体入侵时也维持较高水平,却能避免过度免疫。其原因在于NRC蛋白倾向于形成二聚体或四聚体,并且这些多聚体处于非活性构象。下列关于NRC蛋白的说法,错误的是(B)
A.让NRC蛋白二聚体和四聚体解聚可能增强番茄对病虫害的抵抗力
B.NRC蛋白中的N主要存在于氨基中
C.高温条件易引发植物病害,可能与NRC蛋白构象改变有关
D.通过盐析提取的NRC蛋白有抗虫活性
解析 由题意可知,无病原体入侵时,番茄中的NRC蛋白倾向于形成非活性构象的二聚体或四聚体,从而避免过度免疫,若有病原体入侵,则可能会解聚转化为有活性状态以抵御病虫害,A项正确;NRC蛋白中的N主要存在于—CO—NH—中,B项错误;温度过高可能会使NRC蛋白的空间构象改变,从而失去活性引发病害,C项正确;盐析不会改变蛋白质的空间构象,通过盐析提取的NRC蛋白有抗虫活性,D项正确。
方法微点拨 盐析:在高浓度的中性盐溶液中,蛋白质溶解度降低而析出沉淀的现象叫作盐析。盐析一般不引起蛋白质变性,当除去盐后,蛋白质可再溶解。
3.(2025·茂名模拟)科学家在海洋微藻中发现了一种结构类似于线粒体的新型细胞器——“硝质体”。DNA研究表明,这种新发现的细胞器大约在1亿年前由海藻和固氮蓝细菌之间共生产生。下列关于“硝质体”的推论最可能错误的是(C)
A.可进行分裂传递给子细胞
B.结构内存在固氮相关的酶
C.可以合成自身全部蛋白质
D.有助于设计新的固氮的作物
解析 依题意,“硝质体”其结构类似于线粒体,线粒体可分裂,故推测“硝质体”可进行分裂传递给子细胞,A项正确;依题意,“硝质体”由海藻和固氮蓝细菌之间共生产生,固氮蓝细菌中含固氮相关的酶,推测“硝质体”内存在固氮相关的酶,B项正确;依题意,“硝质体”的结构类似于线粒体,线粒体是半自主性细胞器,可以合成自身的一部分蛋白质,故推测“硝质体”也只能合成自身的一部分蛋白质,C项错误;研究“硝质体”的固氮机制可为作物固氮设计提供思路,D项正确。
4.(2025·衡水模拟)下列关于细胞器的叙述,正确的是(B)
A.核糖体是蓝细菌唯一的细胞器,核仁是其核糖体RNA合成、加工和核糖体装配的场所
B.溶酶体内的水解酶不分解自身的蛋白质,可能与蛋白质的高度糖基化有关
C.植物液泡中的色素使植物的红花、绿叶、果实呈现不同的颜色
D.在成人体内,心肌细胞中的数量显著多于腹肌细胞中数量的细胞器是高尔基体
解析 蓝细菌是原核生物,核糖体是原核生物唯一的细胞器;原核生物没有以核膜为界限的细胞核,没有核仁,A项错误。蛋白质的高度糖基化可以让蛋白质的性质更稳定,不易被水解酶水解;溶酶体内的水解酶不分解自身的蛋白质,可能与蛋白质的高度糖基化有关,B项正确。植物液泡中的色素使植物的红花、果实呈现不同的颜色,绿叶的绿色主要是因为叶绿体中所含的叶绿素,C项错误。心肌细胞需要收缩,需要更多能量,线粒体是细胞的“动力车间”,所以,在成人体内,心肌细胞中的数量显著多于腹肌细胞中数量的细胞器是线粒体,D项错误。
5.施一公院士的团队相继获得了剪接体、核孔复合体原子分辨率的三维结构。剪接体是由RNA和多种蛋白质组成的动态复合物,是细胞核中执行基因表达过程的关键分子机器;核孔复合体由100多种蛋白质组成,融合、贯穿于核膜中。下列有关叙述错误的是(A)
A.剪接体与染色体的组成成分相同
B.剪接体与核孔复合体中的蛋白质的形成都需要核糖体参与
C.核孔复合体和核膜对物质的吸收均具有选择透过性
D.核质之间物质交换越频繁的细胞,其核孔复合体的数目相对越多
解析 分析题意可知,剪接体是由RNA和多种蛋白质组成的复合物,而染色体主要由DNA和蛋白质(如组蛋白)组成,两者的组成成分不同,A项错误;剪接体和核孔复合体中的蛋白质都是在核糖体上合成的,B项正确;核孔复合体是核膜上的通道结构,负责调控细胞核与细胞质之间的物质交换,具有选择透过性,核膜也具有选择透过性,能够控制物质的进出,C项正确;核孔复合体的数量与细胞核和细胞质之间的物质交换频率相关,物质交换越频繁,其核孔复合体的数目相对越多,D项正确。
6.(2025·信阳模拟)将团藻置于一定浓度的KNO3溶液中,在不同溶氧量条件下测定团藻细胞对K+吸收的速率,结果如图所示。下列相关叙述正确的是(D)
A.同种K+载体蛋白能介导K+输入细胞和K+输出细胞
B.无氧条件下,团藻细胞只能以协助扩散的方式吸收K+
C.培养液中K+浓度越大,团藻细胞吸收K+的速率就越快
D.b点时,影响团藻细胞吸收K+的主要因素是载体蛋白的数量
解析 由于载体蛋白具有专一性,同种K+载体蛋白只能介导K+输入细胞或K+输出细胞,A项错误;无氧条件下,团藻细胞通过无氧呼吸为主动运输提供能量来吸收K+,即K+的运输方式可以为主动运输,B项错误;由题干信息可知:团藻细胞吸收K+的方式为主动运输,主动运输需要消耗能量,需要载体蛋白的协助,培养液中K+的浓度越大,团藻细胞吸收K+的速率不一定越快,还受到能量和载体蛋白数量的影响,C项错误;由题图可知:b点时氧气浓度最大,即能量供应充足,此时影响团藻细胞吸收K+的主要因素是载体蛋白的数量,D项正确。
7.(2025·长沙模拟)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。下列分析正确的是(B)
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游离的核糖体
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 脱水缩合过程中,氨基酸的羧基会将H脱去,用3H标记亮氨酸的羧基不能确定转运途径,A项错误;细胞内蛋白质的合成都起始于细胞质中游离的核糖体,B项正确;细胞骨架蛋白通过途径二合成和运输,C项错误;性激素的化学本质是固醇,不是蛋白质,D项错误。
8.(2025·合肥模拟)某实验小组为探究主动运输的特点,利用如图1所示装置进行实验,图2为所得实验结果,其中HgCl2可抑制ATP水解。下列叙述错误的是(A)
A.本实验的自变量是有无HgCl2,无关变量为温度、pH和胡萝卜片数量等
B.在实验前后需测定溶液中磷酸盐的浓度,从而得出磷酸盐的浓度差
C.由甲组和乙组的结果可推测细胞吸收磷酸盐需要消耗能量,属于主动运输
D.丙组吸收磷酸盐比甲组少的原因可能是幼嫩组织细胞膜上相关载体蛋白数量少
解析 该实验中的自变量分别为HgCl2溶液的有无和胡萝卜片细胞的成熟程度,无关变量为温度、pH和胡萝卜片数量等,A项错误;该实验中的因变量为溶液中磷酸盐的浓度变化,在实验前后需测定溶液中磷酸盐的浓度,从而得出磷酸盐的浓度差,B项正确;比较甲组和乙组结果可推测细胞吸收磷酸盐需要消耗能量,属于主动运输,得出的结论是主动运输与能量供应的量有关,C项正确;主动运输的转运速率与载体蛋白的数量有关,丙组吸收磷酸盐比甲组少的原因可能是幼嫩组织细胞膜上相关载体蛋白数量少,D项正确。
9.(2025·南通模拟)低钾胁迫时,Ca2+进入拟南芥细胞与CBL蛋白结合形成复合物,再与CIPK(一种蛋白激酶)结合,激活HAK5和TPK两种转运蛋白,促进细胞吸收K+以及液泡中K+的释放,其机制如图所示。下列相关叙述错误的是(B)
A.Ca2+与CBL蛋白结合会引起CBL空间结构改变
B.CIPK既能激活HAK5也能激活TPK,不具有专一性
C.激活的HAK5以主动运输的方式从外界吸收K+
D.激活的TPK以协助扩散的方式向细胞质基质释放K+
解析 Ca2+与CBL蛋白结合后,会使CBL发生构象变化,从而能够与CIPK结合并激活后续反应,A项正确;酶的专一性是指一种酶能催化一种或一类化学反应,HAK5和TPK都是转运蛋白,因此CIPK激活HAK5和TPK属于一类化学反应,能够体现专一性,B项错误;根据题图可知,HAK5从细胞外向细胞内转运K+为逆浓度梯度运输,因此激活的HAK5以主动运输的方式从外界吸收K+,C项正确;根据题图可知,TPK从液泡内向细胞质基质转运K+为顺浓度梯度运输,故激活的TPK以协助扩散的方式向细胞质基质释放K+,D项正确。
10.A型闰细胞是肾脏集合管中的一种特殊细胞,当机体发生酸中毒时,闰细胞加快H+的分泌以及HC和K+的重吸收,具体机制如图所示。下列叙述错误的是(D)
A.机体酸中毒时,碳酸酐酶的活性增强
B.重吸收的HC用于维持pH的相对稳定
C.K+进出A型闰细胞的方式不同
D.K+重吸收受阻不会影响H+的分泌
解析 酸中毒时血液中H+浓度过大,A型闰细胞会通过增强碳酸酐酶活性来加快H+和HC的生成,从而有利于H+分泌和HC重吸收,以维持机体pH平衡,A项正确;HC和H2CO3是血浆中重要的pH缓冲物质,重吸收的HC可用于缓冲血液中多余的酸,维持pH相对稳定,B项正确;据题图可知,K+进入A型闰细胞时消耗ATP,属于主动运输,细胞内K+浓度高于细胞外,则K+通过转运蛋白运出细胞为顺浓度运输,属于协助扩散,K+进出A型闰细胞的方式不同,C项正确;据题图可知,转运蛋白把H+从A型闰细胞内分泌出去的同时,又把K+重吸收回细胞,K+和H+的转运在A型闰细胞中是相互关联的,K+的重吸收受阻会影响细胞内K+的浓度,进而影响H+的分泌,D项错误。
二、非选择题
11.(2022·北京卷,T16)芽殖酵母属于单细胞真核生物。为寻找调控蛋白分泌的相关基因,科学家以酸性磷酸酶(P酶)为指标,筛选酵母蛋白分泌突变株并进行了研究。回答下列问题:
(1)酵母细胞中合成的分泌蛋白一般通过 胞吐 作用分泌到细胞膜外。
(2)用化学诱变剂处理,在酵母中筛选出蛋白分泌异常的突变株(sec1)。无磷酸盐培养液可促进酵母P酶的分泌,分泌到胞外的P酶活性可反映P酶的量。将酵母置于无磷酸盐培养液中,对sec1和野生型的胞外P酶检测结果如图。
据图可知,24 ℃时sec1和野生型胞外P酶随时间而增加。转入37 ℃后,sec1胞外P酶呈现 先上升后下降 的趋势,表现出分泌缺陷表型,表明sec1是一种温度敏感型突变株。
(3)37 ℃培养1 h后电镜观察发现,与野生型相比,sec1中由高尔基体形成的分泌泡在细胞质中大量积累。由此推测野生型sec1基因的功能是促进 分泌泡与细胞膜 的融合。
(4)由37 ℃转回24 ℃并加入蛋白合成抑制剂后,sec1胞外P酶重新增加。对该实验现象的合理解释是 积累在分泌泡中的P酶分泌到细胞外 。
(5)现已得到许多温度敏感型的蛋白分泌突变株。若要进一步确定某突变株的突变基因在37 ℃条件下影响蛋白分泌的哪一阶段,可作为鉴定指标的是:突变体 B (填选项字母)。
A.蛋白分泌受阻,在细胞内积累
B.与蛋白分泌相关的胞内结构的形态、数量发生改变
C.细胞分裂停止,逐渐死亡
解析 (1)分泌蛋白是生物大分子,通过胞吞和胞吐进出细胞。(2)据题图可知,转入37 ℃后,sec1胞外P酶呈现先上升后下降的趋势。(3)正常情况下,由高尔基体分泌的囊泡转运至细胞膜,与细胞膜融合后将分泌蛋白分泌到细胞外,但在37 ℃培养1 h后的sec1中由高尔基体形成的分泌泡在细胞质中大量积累,不能与细胞膜融合,故推测sec1基因的功能是促进分泌泡与细胞膜的融合。(4)由37 ℃转回24 ℃并加入蛋白合成抑制剂后,即细胞内不能合成新的蛋白质,但sec1胞外P酶重新增加,最合理的解释是在细胞质中大量积累在分泌泡中的P酶分泌到细胞外。(5)突变基因可使与蛋白分泌相关的胞内结构的形态、数量发生改变,若要进一步确定某突变株的突变基因在37 ℃条件下影响蛋白分泌的哪一阶段,可检测突变体中与蛋白分泌相关的胞内结构的形态、数量是否发生改变,故选B。
12.(科学探究)线粒体中约90%的蛋白质由核基因编码,线粒体蛋白(MP)参与调控线粒体的代谢活动。线粒体前体蛋白(MPP)合成后转运到线粒体中,并加工为成熟的MP,过程如图所示。回答下列问题:
(1)在细胞中,合成MPP的细胞器是 核糖体 。据图分析,MPP信号序列的末端携带了特定的化学基团N,MPP肽链的另一端携带的化学基团为 羧基(或—COOH) 。
(2)在MPP进入线粒体的过程中,分子伴侣HSP⁃70发挥 与MPP结合并将其转运至线粒体外膜 的作用,线粒体HSP⁃70发挥的作用是 催化ATP水解,从而为蛋白质的加工供能 。在线粒体中,由MPP加工为成熟的MP时,需要 蛋白酶 的催化。
(3)在受精前后,卵细胞的同一线粒体中蛋白质的组成有差异,原因是 多数MP由核基因编码,卵细胞受精后,精子的核基因表达 。在细胞分裂前的间期,短时间内会合成大量的蛋白质,其依赖于 基因大量转录合成较多的mRNA,多个核糖体结合到mRNA上,形成多聚核糖体 。
(4)已知MPP含有信号序列是其进入线粒体的前提。为验证该结论,实验的思路是 敲除MP基因中合成信号序列的碱基后,检测线粒体中MP的含量 。
解析 (1)线粒体前体蛋白(MPP)在核糖体上经过脱水缩合形成,MPP信号序列的末端携带了特定的化学基团N,即氮端,则另一端为羧基端,携带的化学基团为—COOH。(2)据题图可知,在MPP进入线粒体的过程中,分子伴侣HSP⁃70发挥与MPP结合并将其转运至线粒体外膜的作用,线粒体HSP⁃70发挥的作用是催化ATP水解,从而为蛋白质的加工供能;由MPP加工为成熟的MP时需要断裂肽键,该过程需要蛋白酶催化。(3)多数MP由核基因编码,卵细胞受精后,精子的核基因表达,使得在受精前后,卵细胞的同一线粒体中蛋白质的组成有差异。基因大量转录合成较多的mRNA,多个核糖体结合到mRNA上,形成多聚核糖体,短时间内会合成大量的蛋白质,提高翻译的效率。(4)为验证MPP含有信号序列是其进入线粒体的前提,实验的自变量是是否含有其MP基因,因变量是检测线粒体中MP的含量。故实验思路为敲除MP基因中合成信号序列的碱基后,检测线粒体中MP的含量。
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