内容正文:
层级二 二轮核心•精研专攻
【单元网络构建】
下丘脑
抗利尿激素
离子
核糖体
半保
留复制
纤维素和果胶
磷脂双分子层
行细胞间的信息交流
协助扩散
细胞质基质
核糖体
核糖体
突破点1 蛋白质的磷酸化及其结构与功能的关系
【高考命题预测】
蛋白质磷酸化是细胞信号转导和功能调控的核心机制,近年来高考对蛋白质结构与功能关系的考查逐渐深化,结合磷酸化动态调节的特点,可能的命题方向如下:①磷酸化过程的分子机制与能量变化。磷酸化由蛋白激酶催化,ATP提供磷酸基团和能量,属于吸能反应;去磷酸化由蛋白磷酸酶催化,释放磷酸基团。②磷酸化对蛋白质结构与功能的影响。磷酸化通过改变蛋白质构象或调控其与其他分子的结合能力进而影响蛋白质功能。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
【练真题 明方向】
1.(2024·河北卷改编)酵母细胞中的M蛋白被激活后可导致核膜裂解、染色质凝缩以及纺锤体形成。蛋白K和P可分别使M发生磷酸化和去磷酸化,三者间的调控关系如下图所示。现有一株细胞体积变小的酵母突变体,研究发现其M蛋白的编码基因表达量发生显著改变。下列分析不正确的
是( )
A.该突变体变小可能是M增多且被激活后造成细胞分裂间期变短所致
B.P和K都可改变M的空间结构,从而改变其活性
C.K不足或P过量都可使酵母细胞积累更多物质而体积变大
D.M和P之间的活性调控属于正反馈调节
C
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
解析 M的作用是使核膜裂解、染色质凝缩、纺锤体形成,M增多且被激活后会促进细胞进入分裂期,使分裂间期变短,从而导致细胞积累的物质减少,体积变小,A项正确。K使M发生磷酸化,P使M发生去磷酸化,都会使M的空间结构发生改变,从而改变其活性,B项正确。K不足或P过量都会使M活性增强,细胞分裂加快,从而使酵母细胞积累的物质减少,细胞体积变小,C项错误。M会激活P,P会激活M,故M和P之间的活性调控属于正反馈调节,D项正确。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
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
B
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
解析 由题图可以看出,PIP2s蛋白磷酸化被抑制后,H2O2从膜外运向膜内的速率大于从膜内运向膜外的速率,即PIP2s蛋白磷酸化被抑制后,抑制了H2O2外排,所以细胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的,A项正确,B项错误。敲除AT1基因或降低其表达,AT1蛋白就不能抑制PIP2s蛋白磷酸化,则盐碱胁迫下植物应激反应产生的H2O2外排的速率大于内流的速率,可减轻H2O2对细胞的毒害作用,提高禾本科农作物的耐盐碱能力,C项正确。在逆境胁迫下可以生存的物种往往含有抵抗逆境的基因,将该类基因通过基因工程技术导入农作物体内可提高农作物的抗逆性,D项正确。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
【归纳拓展】
1.ATP与蛋白质磷酸化
磷酸化就是通过磷酸转移酶(如蛋白激酶)在底物上加上一个磷酸基团,通常和ATP水解相偶联。ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化,这些分子被磷酸化后,空间结构发生变化,活性也被改变,因而可以参与特定的化学反应。去磷酸化是上一个反应的逆向过程。磷酸化和去磷酸化可给予或去除某种酶或蛋白质的功能,在生物代谢调控过程中有重要作用。
如图所示:
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
2.蛋白质的加工与构象变化
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
【练模拟 拓角度】
3.(2025·山东菏泽模拟)磷酸化在细胞代谢中往往起着开关的作用,通过激酶的作用可使物质上添加磷酸基团,该磷酸化主要集中在肽链中的酪氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基上,这些残基上具有游离的羟基,且本身不带电荷,当磷酸化作用后,蛋白质便具有了电荷。下列说法正确的是( )
A.磷酸化不改变蛋白质的结构,但可导致其活性改变
B.激酶能为蛋白质的磷酸化过程提供适宜的能量
C.载体蛋白磷酸化后,激活其ATP水解酶的活性
D.除了蛋白质以外,部分核苷酸也可发生磷酸化
D
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
解析 磷酸化使蛋白质添加了新的基团,并具有了电荷,因此改变了蛋白质的结构,并导致其活性改变,A项错误。激酶催化物质的磷酸化,能降低化学反应的活化能,但不能为其提供能量,B项错误。载体蛋白与其运输的物质结合后,其作为ATP水解酶的活性被激活,然后水解ATP并完成自身(即载体蛋白)磷酸化,C项错误。腺嘌呤核糖核苷酸可以通过磷酸化形成ADP,再通过进一步磷酸化形成ATP,D项正确。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
4.(2025·海南三亚模拟)慢性髓细胞性白血病(CML)是一种起源于多能干细胞的骨髓增殖性肿瘤,药物格列卫对CML有一定的疗效,相关机制如图。下列叙述正确的是( )
A.ATP为BCR-ABL蛋白的降解提供活化能
B.格列卫与ATP竞争BCR-ABL蛋白上的结合位点
C.使用格列卫治疗CML时,底物发生了磷酸化
D.BCR-ABL蛋白通过降解底物来降低CML发病率
B
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
解析 由题图可知,BCR-ABL蛋白可同时结合ATP和底物,同时它可催化ATP的磷酸基团转移到底物上,使底物磷酸化,因此ATP为BCR-ABL蛋白的活化提供活化能,A项错误。由图示可知,格列卫与ATP竞争BCR-ABL蛋白上的结合位点,从而达到治疗的目的,B项正确。由题图可推测,ATP结合BCR-ABL蛋白时,使底物发生了磷酸化,使用格列卫治疗CML时,底物未发生磷酸化,C项错误。由题图可知,药物格列卫是通过与ATP竞争BCR-ABL蛋白的结合位点,从而抑制其活性,使底物不能磷酸化,从而降低CML发病率,D项错误。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
突破点2 蛋白质的加工、分选与囊泡运输
【高考命题预测】
蛋白质的分选、加工和囊泡运输是细胞生物学的重要模块,其中分泌蛋白的合成与信号肽假说是高考的高频考点。预计考查方向包括:分泌蛋白的合成路径、信号肽假说的内容与实验证据、囊泡运输的机制与方向。高考主要通过选择题、流程图填空等形式,综合考查分泌蛋白的合成、分选及运输机制,需注重知识整合与实验逻辑。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
【练真题 明方向】
1.(2025·陕晋宁青卷)高温胁迫导致植物细胞中错误折叠或未折叠蛋白质在内质网中异常积累,使细胞合成更多的参与蛋白质折叠的分子伴侣蛋白,以恢复内质网中正常的蛋白质合成与加工,此过程称为“未折叠蛋白质应答反应(UPR)”。下列叙述正确的是( )
A.错误折叠或未折叠蛋白质被转运至高尔基体降解
B.合成新的分子伴侣所需能量全部由线粒体提供
C.UPR过程需要细胞核、核糖体和内质网的协作
D.阻碍UPR可增强植物对高温胁迫的耐受性
C
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
解析 高尔基体无降解功能,错误折叠或未折叠蛋白质可能被转运至溶酶体降解,A项错误。合成新的分子伴侣所需能量不是全部由线粒体提供,细胞呼吸的第一阶段(在细胞质基质中)也可以产生少量ATP,为此过程提供能量,B项错误。在UPR过程中,细胞合成了更多的分子伴侣蛋白,这个过程需要细胞核、核糖体的参与,而分子伴侣蛋白需要在内质网中发挥作用,还需要内质网的协作,C项正确。UPR能恢复内质网中正常的蛋白质合成与加工,增强植物对高温胁迫的耐受性,若阻碍UPR则不利于增强植物对高温胁迫的耐受性,D项错误。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
2.(2024·浙江卷)浆细胞合成抗体分子时,先合成的一段肽链(信号肽)与细胞质中的信号识别颗粒(SRP)结合,肽链合成暂时停止。待SRP与内质网上的SRP受体结合后,核糖体附着到内质网膜上,将已合成的多肽链经由SRP受体内的通道送入内质网腔,继续翻译直至完成整个多肽链的合成并分泌到细胞外。下列叙述正确的是( )
A.SRP与信号肽的识别与结合具有特异性
B.SRP受体缺陷的细胞无法合成多肽链
C.核糖体和内质网之间通过囊泡转移多肽链
D.生长激素和性激素均通过此途径合成并分泌
A
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
解析 SRP受体缺陷的细胞可以合成部分多肽链,如呼吸酶等,B项错误。核糖体和内质网之间通过SRP受体内的通道转移多肽链,同时核糖体是无膜细胞器不能形成囊泡,C项错误。生长激素通过此途径合成并分泌,性激素属于固醇,不需要通过该途径合成并分泌,D项错误。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
【情境链接】
1.蛋白质的分选
蛋白质分选是指蛋白质依靠蛋白质自身信号序列从起始合成部位转运到其功能发挥部位的过程。核基因编码的蛋白质的分选大体可分为2条途径:共翻译转运途径和翻译后转运途径,相关过程如图所示。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
[命题设计]
(1)明确细胞中蛋白质的分类和去向
①翻译后转运蛋白的去向是 等。
②共翻译转运蛋白的合成是先在 上合成一段肽链,再经 加工后转运至 。
细胞质基质、细胞核内、线粒体、叶绿体
游离核糖体
内质网、高尔基体 细胞外、细胞膜上、溶酶体中
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
(2)探究蛋白质分选的原因
为探究影响细胞内多肽去向的因素,研究人员获得A、B两组均去除了DNA和RNA的细胞提取液,然后向A组加入由3H标记的氨基酸、含编码信号肽序列的mRNA,向B组加入由3H标记的氨基酸、不含编码信号肽序列的mRNA,一段时间后检测内质网中是否出现放射性。结果发现,A组内质网出现放射性,B组不出现放射性。该实验运用了科学方法中的 ;根据实验结果,可得出的结论是 。
(放射性)同位素标记法
信号肽序列是多肽进入内质网的必需组分
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
2.信号肽假说与分泌蛋白的合成、加工
科学家推测,在分泌蛋白的合成过程中,游离核糖体最初合成的一段氨基酸序列作为信号肽,被位于细胞质基质中的信号识别颗粒(SRP)识别,肽链合成暂停。携带着肽链与核糖体的SRP与内质网膜上的SRP受体(DP)结合,核糖体附着于内质网上,继续合成肽链。这就是信号肽假说,如图所示。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
科学家构建了体外的反应体系,证明了该假说。实验分组见下表。
实验组别 核糖体 信号识别颗粒(SRP) 内质网 实验结果
1 + - - 合成的肽链比正常肽链多一段
2 + + - 合成的肽链比正常肽链少一段
3 + + + 合成的肽链与正常肽链一致
注:“+”和“-”分别代表反应体系中存在或不存在该结构。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
[命题设计]
(3)根据材料分析,假设在合成新生肽链阶段切除了信号肽,游离的核糖体
(填“能”或“不能”)附着到内质网上。
(4)推测组别1的实验结果:核糖体上合成的肽链比正常肽链长的原因是 。
(5)组别2中的肽链 (填“含有”或“不含有”)信号序列。其合成的肽链比正常肽链短的原因是 。
(6)对比组别2和组别3的结果,结合图中信息可知,只有结合了信号序列的SRP与内质网上的 识别并结合后,肽链的延伸才会继续。综合实验结果说明内质网具有 的功能。
不能
无SRP,肽链可继续合成,但无法进入内质网切除信号肽
含有
SRP不能与DP结合,导致肽链无法继续合成
DP
合成和加工蛋白质
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
【归纳拓展】
1.与囊泡运输有关的问题归纳
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
2.囊泡运输与信息交流
囊泡运输是一种高度有组织的定向运输,各类囊泡之所以能够被准确地运到靶细胞器或靶细胞,主要是因为靶细胞器或靶细胞具有特殊的膜标志蛋白,囊泡通过与特殊的膜标志蛋白相互识别,锚定、融合并进行囊泡运输。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
【练模拟 拓角度】
3.(2025·重庆模拟)多数分泌蛋白含有信号肽序列,通过内质网—高尔基体(ER—Golgi)途径分泌到细胞外,被称为经典分泌途径。但研究表明,真核生物中少数分泌蛋白并不依赖ER—Golgi途径,称为非经典分泌途径(如图所示)。下列相关叙述错误的是( )
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
A.非经典分泌途径有的伴随着生物膜的转化
B.生物体中常见的分泌蛋白有抗体、消化酶和一部分激素等
C.经典的蛋白质分泌途径体现了生物膜的选择透过性,有利于膜成分的更新
D.非经典分泌途径的存在对经典分泌途径是一种必要和有益的补充
答案 C
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
解析 非经典分泌途径如溶酶体分泌和外来体,存在生物膜的转化,体现了膜的流动性,A项正确。生物体中常见的分泌蛋白有抗体、消化酶和一部分激素等,B项正确。经典的蛋白质分泌途径需要通过囊泡来实现,体现了生物膜的流动性,有利于膜成分的更新,C项错误。非经典分泌途径的存在,能够使一些特殊结构的蛋白质易于分泌,非经典分泌途径的存在对经典分泌途径是一种必要和有益的补充,D项正确。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
4.(2025·河南郑州模拟)人体细胞合成分泌蛋白时一般先合成信号肽。信号肽合成后被信号识别颗粒(SRP)识别并结合后,肽链暂停合成。SRP将核糖体携带至内质网上,已合成的肽链经由SRP受体内的通道进入内质网腔,其合成重新开始。内质网膜上含信号肽酶,经内质网加工后蛋白质进入高尔基体。细胞遭受病毒侵染时,内质网中错误折叠的蛋白质大量堆积,细胞可通过调节过程减少这类蛋白质堆积。下列叙述正确的是( )
A.信号肽在游离的核糖体上合成,SRP受体缺乏细胞不能合成蛋白质
B.从内质网运输到高尔基体的蛋白质仍含信号肽,且通过囊泡实现运输
C.内质网上不含SRP受体,SRP可引导含信号肽的肽链进入内质网腔
D.细胞可能会识别并降解内质网中错误折叠的蛋白质,减少其大量堆积
D
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
解析 根据题目信息可知,SRP的作用是启动内质网对肽链进一步的合成与加工,即SRP受体缺乏细胞不能合成分泌蛋白,但对核糖体没有影响,即细胞能合成某些蛋白质(如呼吸酶),A项错误。内质网膜上含信号肽酶,信号肽可能在内质网腔中被切除,使得从内质网运输到高尔基体的蛋白质不含信号肽,B项错误。SRP的作用是帮助已合成的肽链经由SRP受体内的通道进入内质网腔,故内质网上含有SRP受体,C项错误。细胞可能会通过调节过程,识别并降解错误折叠的蛋白质,减少其大量堆积,以维持细胞的正常生命活动,D项正确。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
5.(2025·贵州模拟)囊泡是真核细胞中的膜泡结构,承担着细胞内物质定向运输的功能,其中的网格蛋白有被囊泡主要参与从高尔基体向溶酶体或细胞膜外的物质运输。下列叙述正确的是( )
A.囊泡的膜结构不参与生物膜系统的组成
B.囊泡的定向运输与细胞骨架有密切关系
C.网格蛋白有被囊泡可被酸性水解酶分解
D.分泌蛋白释放过程穿过2层磷脂双分子层
B
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
解析 生物膜系统是由细胞膜、细胞器膜以及核膜等结构共同构成的,这些膜结构在组成和结构上很相似,在结构和功能上紧密联系,囊泡作为膜泡结构,其膜结构同样属于生物膜系统的一部分,A项错误。细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构,它维持着细胞的形态,锚定并支撑着许多细胞器,与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转化、信息传递等生命活动密切相关,囊泡的定向运输需要细胞骨架的引导和支撑,以确保物质能够准确地被运输到目标位置,B项正确。网格蛋白有被囊泡主要参与从高尔基体向溶酶体或细胞膜外的物质运输,但其本身并不被运输到溶酶体内进行分解,溶酶体内的酸性水解酶主要分解衰老、损伤的细胞器以及吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌等,而不是分解网格蛋白有被囊泡,C项错误。分泌蛋白是通过胞吐作用从细胞中释放出来的,在这个过程中,分泌蛋白首先被包裹在囊泡内,然后囊泡与细胞膜融合,将分泌蛋白释放到细胞外,这个过程中,分泌蛋白并没有穿过磷脂双分子层,而是通过囊泡与细胞膜的融合直接将物质释放到细胞外,D项错误。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
突破点3 溶酶体与细胞自噬
【高考命题预测】
结合近年高考命题趋势及溶酶体与细胞自噬的研究热点,高考对该考点的考查角度及命题形式的预测分析如下:1.溶酶体的结构与功能机制,主要以选择题形式考查溶酶体内的水解酶泄漏后的活性变化、溶酶体pH维持的分子机制等。2.细胞自噬的类型、过程和意义,高考试题会结合示意图或流程图,考查自噬体膜来源、生物膜的流动性特点,或判断自噬类型,或结合情境材料分析自噬异常导致疾病的分子机制,或推断治疗策略。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
【练真题 明方向】
1.(2025·四川卷)通俗地说,细胞自噬就是细胞“吃掉”自身的结构和物质。下列叙述错误的是( )
A.溶酶体作为“消化车间”可为细胞自噬过程提供水解酶
B.线粒体作为“动力车间”为细胞自噬过程提供所需能量
C.细胞自噬产生的氨基酸可作为原料重新用于蛋白质合成
D.细胞自噬“吃掉”细胞器不利于维持细胞内部环境稳定
D
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
解析 溶酶体内含有多种水解酶,能分解衰老、损伤的细胞器等,可作为“消化车间”为细胞自噬提供水解酶,A项正确。线粒体是有氧呼吸的主要场所,能为细胞生命活动(包括细胞自噬)提供能量,B项正确。细胞自噬产生的氨基酸可作为原料重新用于蛋白质合成,实现物质再利用,C项正确。细胞自噬“吃掉”衰老、损伤的细胞器,能维持细胞内部环境稳定,有利于细胞正常代谢,D项错误。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
2.(2024·江西卷)溶酶体膜稳定性下降,可导致溶酶体中的酶类物质外溢,引起机体异常,如类风湿性关节炎等。下列有关溶酶体的说法,错误的是( )
A.溶酶体的稳定性依赖其双层膜结构
B.溶酶体中的蛋白酶在核糖体中合成
C.从溶酶体外溢出的酶主要是水解酶
D.从溶酶体外溢后,大多数酶的活性会降低
A
解析 溶酶体是具有单层膜结构的细胞器,其中含有多种水解酶,是细胞的“消化车间”,A项错误。溶酶体内的蛋白酶的合成场所在核糖体,B项正确。溶酶体中含有多种水解酶,因此,从溶酶体外溢出的酶主要是水解酶,C项正确。溶酶体内的pH比细胞质基质的低,从溶酶体外溢后,由于pH不适宜,大多数酶的活性会降低,D项正确。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
3.(2024·甘肃卷)某研究团队发现,小鼠在禁食一定时间后,细胞自噬相关蛋白被募集到脂质小滴上形成自噬体,随后与溶酶体融合形成自噬溶酶体,最终脂质小滴在溶酶体内被降解。关于细胞自噬,下列叙述错误的是( )
A.饥饿状态下自噬参与了细胞内的脂质代谢,使细胞获得所需的物质和能量
B.当细胞长时间处在饥饿状态时,过度活跃的细胞自噬可能会引起细胞凋亡
C.溶酶体内合成的多种水解酶参与了细胞自噬过程
D.细胞自噬是细胞受环境因素刺激后的应激性反应
C
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
解析 由题意可知,饥饿状态下自噬参与了细胞内的脂质代谢,使细胞获得所需的物质和能量,维持基本的生命活动,A项正确;细胞长时间处在饥饿状态时,细胞可能无法获得足够的能量和营养,过度活跃的细胞自噬可能会引起细胞凋亡,B项正确;溶酶体内水解酶的化学本质是蛋白质,其合成场所是核糖体,在溶酶体内发挥作用,参与了细胞自噬过程,C项错误;细胞自噬是细胞感应外部环境刺激后表现出的应激性行为,是为了适应环境、维持基本的生命活动,D项正确。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
【归纳拓展】
1.溶酶体与细胞内的消化作用
溶酶体内含多种酸性水解酶(其维持酸性环境的原理如图1),溶酶体存在着吞噬作用和自噬作用(如图2),其消化作用的对象有细胞吞噬的病原体、细胞残片、细胞内多余或损伤的生物大分子、衰老损伤的细胞器等。
图1
图2
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
2.凋亡和自噬的区别与联系
(1)区别
①形态学上的区别:凋亡是由细胞膜内陷形成凋亡小体后细胞解体;自噬主要是形成双层膜的自噬泡,包裹细胞质内的物质,然后与溶酶体融合消化内容物。
②生理意义上的区别:凋亡一定引起细胞死亡;自噬不一定引起细胞死亡。
(2)联系:有些激烈的细胞自噬,可能诱导细胞凋亡。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
【练模拟 拓角度】
4.(2025·湖南长沙模拟)细胞可通过溶酶体“自噬”自身的部分结构和物质,降解后再利用。细胞自噬主要有三种形式,如图所示。其中,分子伴侣介导的自噬过程中,伴侣蛋白识别带有“KFERQ”(五肽序列)的靶蛋白并与之结合形成复合体,进而被运进溶酶体。下列叙述不正确的是( )
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
A.细胞自噬的三种形式均需要膜蛋白的参与
B.②属于胞吞,需要消耗细胞代谢释放的能量
C.③过程中,靶蛋白由伴侣蛋白引导进入溶酶体后被降解
D.细胞自噬可为细胞提供物质和能量,可能会引起细胞凋亡
答案 B
解析 细胞自噬的三种形式均需要膜蛋白对目标蛋白或细胞器进行识别,A项正确。②为溶酶体的微自噬,不是细胞,所以不能叫胞吞,B项错误。分析题图以及结合题干“伴侣蛋白识别带有‘KFERQ’(五肽序列)的靶蛋白并与之结合形成复合体,进而被运进溶酶体”可知,③过程中,靶蛋白由伴侣蛋白引导进入溶酶体后被降解,C项正确。细胞自噬可为细胞提供物质和能量,但是有些激烈的细胞自噬,可能会引起细胞凋亡,D项正确。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
突破点4 渗透作用与特殊的跨膜运输方式
【高考命题预测】
渗透作用和物质跨膜运输是细胞代谢、植物生理及人体稳态调节的重要基础,高考常结合实验探究、生活应用和疾病机制进行综合考查。渗透作用的原理、细胞质壁分离和复原常聚焦于考查植物细胞的吸水和失水与原生质体体积的变化、渗透压的变化的关系、实验过程的分析等;物质的输入和输出是高考命题的高频考点,也是高考的热点。高考命题中常以农业生产、生活实践和科学研究为情境,结合协同运输等物质运输方式,考查创新能力。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
聚焦1渗透作用、质壁分离及其应用
【练真题 明方向】
1.(2025·浙江卷)某同学利用幼嫩的黑藻叶片完成“观察叶绿体和细胞质流动”实验后,继续进行“质壁分离”实验,示意图如下。下列叙述正确的是( )
A.实验过程中叶肉细胞处于失活状态
B.①与②的分离,与①的选择透过性无关
C.与图甲相比,图乙细胞吸水能力更强
D.与图甲相比,图乙细胞体积明显变小
C
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
解析 实验过程中该叶肉细胞处于失水状态,并非失活状态,A项错误。①细胞膜与②细胞壁的分离,与①的选择透过性有关,原因是细胞壁具有全透性,蔗糖可通过细胞壁,但不能通过具有选择透过性的细胞膜,B项错误。与图甲相比,图乙细胞处于失水状态,细胞液渗透压升高,吸水能力更强,C项正确。与图甲相比,图乙细胞体积几乎不变,D项错误。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
2.(2024·山东卷)仙人掌的茎由内部薄壁细胞和进行光合作用的外层细胞等组成,内部薄壁细胞的细胞壁伸缩性更大。水分充足时,内部薄壁细胞和外层细胞的渗透压保持相等;干旱环境下,内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快。下列说法错误的是( )
A.细胞失水过程中,细胞液浓度增大
B.干旱环境下,外层细胞的细胞液浓度比内部薄壁细胞的低
C.失水比例相同的情况下,外层细胞更易发生质壁分离
D.干旱环境下内部薄壁细胞合成多糖的速率更快,有利于外层细胞的光合作用
B
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
解析 细胞失水过程中,细胞液浓度增大,渗透压升高,A项正确。干旱环境下进行光合作用的外层细胞主要合成的是单糖,内部薄壁细胞中单糖合成多糖的速率比外层细胞快,一方面可以使外层细胞的光合产物迅速转移到内部薄壁细胞,减少外层细胞单糖的积累,减弱产物对光合作用的抑制;另一方面内部薄壁细胞中单糖合成多糖的过程产生水,使外层细胞的细胞液浓度高于内部薄壁细胞,外层细胞可以从内部薄壁细胞中获得水分,有利于外层细胞的光合作用,B项错误,D项正确。失水比例相同的情况下,由于内部薄壁细胞的细胞壁伸缩性更大,不易发生质壁分离,外层细胞更易发生质壁分离,C项正确。
突破点1
突破点2
突破点3
突破点4
【归纳拓展】
细胞吸水和失水的判断
将某植物花冠切成大小和形状相同的细条,分为a、b、c、d、e、f组,分别置于不同浓度的蔗糖溶液中,浸泡相同时间后测量各组花冠细条的长度,结果如图所示。
(1)细胞吸水大于失水的是a、b、c三组;蔗糖溶液浓度大于细胞液浓度,细胞明显失水的是d、e、f三组。
(2)花冠细胞液浓度介于0.4~0.5 mol/L之间。
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【练模拟 拓角度】
3.(2025·陕西西安模拟)植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞,分别放入三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中,当水分交换达到平衡时观察到:细胞a未发生变化;细胞b体积增大;细胞c发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换,下列关于这一实验的叙述,不合理的是( )
A.水分交换前,细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度
B.水分交换前,细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c
C.水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度
D.水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度
C
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解析 由于细胞b在水分交换达到平衡时细胞体积增大,说明细胞吸水,则水分交换前,细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度,A项合理。水分交换达到平衡时,细胞a的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度,细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度,细胞c的细胞液浓度小于外界蔗糖溶液的浓度,因此水分交换前,细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c,B项合理。由题意可知,水分交换达到平衡时,细胞a未发生变化,说明其细胞液浓度与外界蔗糖溶液浓度相等;水分交换达到平衡时,虽然细胞内外溶液浓度相同,但细胞c失水后外界蔗糖溶液的浓度减小,因此,水分交换平衡时,细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度,C项不合理。在一定的蔗糖溶液中,细胞c发生了质壁分离,水分交换达到平衡时,其细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度,D项合理。
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聚焦2复杂情境下的物质跨膜运输
【练真题 明方向】
4.(2025·山东卷)生长于NaCl浓度稳定在100 mmol/L的液体培养基中的酵母菌,可通过离子通道吸收Na+,但细胞质基质中Na+浓度超过30 mmol/L时会导致酵母菌死亡。为避免细胞质基质Na+浓度过高,液泡膜上的蛋白N可将Na+以主动运输的方式转运到液泡中,细胞膜上的蛋白W也可将Na+排出细胞。下列说法错误的是( )
A.Na+在液泡中的积累有利于酵母细胞吸水
B.蛋白N转运Na+过程中自身构象会发生改变
C.通过蛋白W外排Na+的过程不需要细胞提供能量
D.Na+通过离子通道进入细胞时不需要与通道蛋白结合
C
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解析 Na+在液泡中的积累可以提高细胞液的渗透压,有利于酵母细胞吸水,A项正确。蛋白N转运Na+的过程为主动运输,所以蛋白N为载体蛋白,在运输过程中自身构象会发生改变,B项正确。通过蛋白W外排Na+的过程属于主动运输,需要细胞提供能量,C项错误。Na+通过离子通道进入细胞时不需要与通道蛋白结合,D项正确。
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5.(2025·四川卷)某细菌能将组氨酸脱羧生成组胺和CO2,相关物质的跨膜运输过程如下图。下列叙述正确的是( )
A.转运蛋白W可协助组氨酸逆浓度梯度进入细胞
B.胞内产生的组胺跨膜运输过程需要消耗能量
C.转运蛋白W能同时转运两种物质,故不具特异性
D.CO2分子经自由扩散,只能从胞内运输到胞外
B
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解析 从图中看出,转运蛋白W可协助组氨酸顺浓度梯度进入细胞,A项错误。胞内产生的组胺跨膜运输至膜外是从低浓度至高浓度,属于主动运输,需要消耗能量,能量由组氨酸的浓度梯度提供,B项正确。转运蛋白W能同时转运两种物质,具有特异性,C项错误。CO2分子经自由扩散,也可以从胞外运输至胞内,例如从血浆进入肺部细胞,D项错误。
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6.(2025·陕晋宁青卷)丙酮酸是糖代谢过程的重要中间物质。丙酮酸转运蛋白(MPC)运输丙酮酸通过线粒体内膜的过程如下图。下列叙述错误的是( )
A.MPC功能减弱的动物细胞中乳酸积累将会增加
B.丙酮酸根、H+共同与MPC结合使后者构象改变
C.线粒体内外膜间隙pH变化影响丙酮酸根转运速率
D.线粒体内膜两侧的丙酮酸根浓度差越大其转运速率越高
D
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解析 据图可知,MPC能同时转运丙酮酸根、H+进入线粒体基质,MPC功能减弱会使丙酮酸进入线粒体基质的数量减少,而丙酮酸在细胞质基质中会参与无氧呼吸产生乳酸,导致乳酸积累,A项正确。据图可知,丙酮酸根、H+与MPC结合后使后者构象改变,实现对物质的转运,B项正确。MPC与丙酮酸根和H+结合的位点不同,且H+顺浓度梯度从低pH的线粒体内外膜间隙运到高pH的线粒体基质一侧,运输方式为协助扩散,该过程为丙酮酸根的同向运输提供了能量,故线粒体内外膜间隙pH变化通过直接影响H+的运输来影响丙酮酸根转运速率,C项正确。图中丙酮酸根的运输方式为主动运输,其转运速率除受线粒体内膜两侧的丙酮酸根浓度影响外,还与H+浓度和MPC的数量有关,D项错误。
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7.(2024·甘肃卷)维持细胞的Na+平衡是植物的耐盐机制之一。盐胁迫下,植物细胞膜(或液泡膜)上的H+—ATP酶(质子泵)和Na+—H+逆向转运蛋白可将Na+从细胞质基
质中转运到细胞外(或液泡中),以维持细胞质基质中的低Na+水平(见下图)。下列叙述错误的是( )
A.细胞膜上的H+—ATP酶磷酸化时伴随着空间构象的改变
B.细胞膜两侧的H+浓度梯度可以驱动Na+转运到细胞外
C.H+—ATP酶抑制剂会干扰H+的转运,但不影响Na+转运
D.盐胁迫下Na+—H+逆向转运蛋白的基因表达水平可能提高
C
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解析 由图可知,H+—ATP酶(质子泵)向细胞外转运H+时伴随着ATP的水解,且为逆浓度梯度运输,从而推出H+—ATP酶向细胞外转运H+为主动运输,在主动运输过程中,载体蛋白与被运输分子结合,会导致载体蛋白的空间结构发生改变,A项正确;H+顺浓度梯度进入细胞的同时把Na+转运到细胞外,B项正确; H+—ATP酶抑制剂通过干扰H+的转运,进而影响膜两侧H+浓度,对Na+的运输同样起到抑制作用,C项错误;为了适应高盐环境,耐盐植株的Na+—H+逆向转运蛋白的数量比普通植株多,因此盐胁迫下Na+—H+逆向转运蛋白的基因表达水平可能提高,D项正确。
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【归纳拓展】
1.主动运输消耗的能量并不都由ATP直接提供
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2.离子泵与质子泵
(1)Na+—K+泵
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(2)质子泵
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【练模拟 拓角度】
8.(2025·福建福州三模)下图表示海水稻(耐盐碱水稻)与抗逆性相关的生理过程,SOS1转运蛋白和NHX转运蛋白的活性受磷酸化和去磷酸化的调控。下列叙述错误的是( )
注:SOS1和NHX为膜上两种转运蛋白。
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A.Na+外排和液泡区隔化可降低细胞质基质中的Na+浓度以减轻Na+毒害
B.H+运入细胞可建立H+浓度梯度,为SOS1转运蛋白提供驱动力,促进Na+排出
C.SOS1转运蛋白和NHX转运蛋白磷酸化和去磷酸化的动态平衡参与维持细胞内离子稳态
D.海水稻通过胞吐分泌抗菌蛋白抵御病原体的侵染是其适应环境的表现
答案 B
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解析 结合图示可知,Na+可以通过SOS1转运蛋白运出细胞,也可以通过NHX转运蛋白运入液泡(液泡区隔化),从而降低细胞质基质中的Na+浓度以减轻Na+毒害,A项正确。H+运出细胞和运入液泡时,需要载体蛋白的参与,且需要消耗ATP,为主动运输,主动运输是逆浓度运输的,可以建立H+浓度梯度,从而为SOS1转运蛋白提供驱动力,促进Na+排出,B项错误。据图可知,SOS1转运蛋白和NHX转运蛋白参与Na+和H+的运输,物质通过两种载体蛋白运输时,载体蛋白会发生磷酸化和去磷酸化过程,因此SOS1转运蛋白和NHX转运蛋白磷酸化和去磷酸化的动态平衡参与维持细胞内离子稳态,C项正确。图示表明海水稻分泌抗菌蛋白的方式是胞吐,抗菌蛋白可用于抵御病原体的侵染,这是其适应环境的表现,D项正确。
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