2027届高中生物一轮复习讲义第二单元　专题突破1　主动运输的类型

专题突破1　主动运输的类型 一、ATP直接驱动——各类“泵”和ABC转运蛋白 1．Na＋－K＋泵 2．质子泵 3．钙泵 4．ABC转运蛋白 典例1　(2024·甘肃，2)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 答案　C 解析　细胞膜上的H＋－ATP酶既是载体蛋白又可催化ATP水解，在其作用下，ATP分子末端的磷酸基团脱离下来与H＋－ATP酶结合，使H＋－ATP酶磷酸化从而导致其空间结构发生变化，A正确；观察题图可知，H＋顺浓度梯度进入细胞所释放的势能是驱动Na＋转运到细胞外的直接动力，B正确；H＋－ATP酶抑制剂干扰H＋的转运，进而影响膜两侧H＋浓度，对Na＋的运输会产生干扰，C错误；由题干“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”可知，为了适应环境，盐胁迫下Na＋－H＋逆向转运蛋白的基因表达水平可能提高，D正确。 典例2　Ca2＋是一种重要的信号物质，植物细胞内的钙稳态是靠Ca2＋的跨膜转运来调节的。据图分析，下列叙述不合理的是(　　) A．Ca2＋进出液泡都由ATP直接供能 B．载体蛋白转运Ca2＋时会发生构象改变 C．细胞质基质中Ca2＋浓度比细胞外低 D．生物膜上存在多种运输Ca2＋的转运蛋白 答案　A 解析　Ca2＋从液泡进入细胞质基质是顺浓度梯度的协助扩散，不需要消耗能量，A不合理；根据题图可知，Ca2＋从细胞质基质向细胞外运输需要消耗能量，为主动运输，从细胞外向细胞质基质运输为协助扩散，故细胞质基质中Ca2＋浓度比细胞外低，C合理；由题图可知，生物膜上既存在能够介导Ca2＋主动运输的载体蛋白，也存在介导Ca2＋协助扩散的通道蛋白，D合理。 二、ATP间接驱动——协同运输 典例3　(2023·山东，2)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 答案　D 解析　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＋浓度在溶酶体内较高，因此H＋进入溶酶体为逆浓度运输，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H＋载体蛋白失活，溶酶体内H＋浓度降低会导致Cl－转运受阻，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与溶酶体内的pH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。 典例4　海水稻是一种介于野生稻和栽培稻之间，普遍生长在海边滩涂地区，具有耐盐碱特点的水稻。某些物质进出海水稻根细胞的方式如图所示，下列叙述错误的是(　　) A．Na＋和NO进入根细胞有利于其适应盐碱环境 B．NO和H＋进入根细胞的方式均为协助扩散 C．蛋白B具有物质运输、催化功能 D．当盐碱地发生水涝时，根细胞吸收NO的量减少 答案　B 解析　Na＋和NO进入根细胞，使细胞液浓度变大，有利于其适应盐碱环境，A正确；NO借助H＋顺浓度梯度运输产生的电化学势能运进细胞，H＋进入根细胞的方式为协助扩散，NO进入根细胞的方式为主动运输，B错误；蛋白B既有物质运输功能(运输H＋)，也有酶的催化功能(催化ATP水解)，C正确；当盐碱地发生水涝的时候，细胞呼吸产生的ATP减少，H＋排出的量减少，细胞内外的H＋浓度差减小，H＋进入根细胞减少，吸收的NO也减少，D正确。 归纳总结　类比两种协同转运方式 方式 同向协同转运 实例 葡萄糖通过小肠上皮细胞的转运过程 图解 方式 反向协同转运 实例 拟南芥中的Na＋、H＋通过液泡膜上的逆向协同转运蛋白(钠氢交换体)的运输 图解 提醒　协同转运过程并非不消耗能量，而是不直接消耗ATP中的化学能，即细胞将ATP中的化学能转化为某些离子(如H＋、Na＋)的化学势能，再利用该离子的势能逆浓度梯度以相同方向转运(即同向协同转运)或相反方向转运(即反向协同转运)其他物质。 三、光驱动泵的运输 光驱动泵主要在细菌细胞中发现，对溶质的主动运输与光能的输入相偶联，如细菌视紫红质利用光能驱动H＋的转运，光能驱动比较少见。 典例5　(2025·合肥模拟)细菌紫膜质是一种膜蛋白，ATP合成酶能将H＋势能转化为ATP中的化学能。科研人员分别将细菌紫膜质和ATP合成酶重组到脂质层(一种由磷脂双分子层组成的人工膜)中，在光照条件下观察到如图所示的结果。下列叙述错误的是(　　) A．图甲中H＋通过细菌紫膜质进入脂质体内部的过程需要消耗ATP B．细菌紫膜质是一种载体蛋白，转运物质时会发生自身构象的改变 C．图丙中ATP合成消耗的能量依赖于脂质体内外部H＋形成的电化学势能 D．ATP合成酶同时具有催化和控制物质运输的功能 答案　A 解析　图甲中，H＋通过细菌紫膜质逆浓度梯度进入脂质体内部需要的能量来自光能(主动运输)，不需要消耗ATP，A错误；细菌紫膜质参与主动运输，属于载体蛋白，载体蛋白转运物质时会发生自身构象的改变，B正确；由图甲、乙、丙对比可知，当H＋从脂质体内部顺浓度梯度转运到脂质体外部时，才会有ATP的合成，因此可以推出ATP合成消耗的能量依赖于脂质体内外部H＋形成的电化学势能，C正确；由图丙可知，ATP合成酶同时具有催化和控制物质运输的功能，既能催化ADP和Pi合成ATP，又能控制H＋运出脂质体，D正确。 课时精练 [分值：50分] [1～10题，每题5分，共50分] 1．人的细胞质基质的pH一般为7.2左右。胃液pH的正常范围是0.9～1.5，这与胃黏膜内某种细胞的细胞膜上具有质子泵(一种转运H＋的载体蛋白，且能催化ATP水解)有关。人的进食通过刺激机体释放相关激素引起胃黏膜上皮细胞中质子泵的转移和活化，如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．质子泵通过膜融合整合到细胞膜上，并恢复活性 B．质子泵主动转运H＋时，不会发生自身构象的改变 C．质子泵向胃内泵送的H＋有利于食物的消化和对病原体的防御 D．开发能特异性抑制质子泵活性的药物，可治疗胃酸分泌过多 答案　B 解析　质子泵是一种载体蛋白，并有催化ATP水解的功能，主动转运H＋时，会发生自身构象的改变，B错误。 2．视紫红质是人视杆细胞中的一种特殊感光物质，科研人员发现海洋细菌中也存在视紫红质，它利用光能将H＋泵出细胞，从而在H＋回流时产生能量，细菌可以利用这些能量生长，具体过程如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．在细菌中，视紫红质将H＋泵出细胞与人体红细胞吸收葡萄糖进细胞的运输方式相同 B．视紫红质是一种H＋通道蛋白，ATP合成酶抑制剂可以抑制视紫红质对H＋的运输 C．含有视紫红质的细菌的胞外H＋浓度高于胞内H＋浓度 D．无光照条件时该细菌无法合成ATP 答案　C 解析　在细菌中，视紫红质将H＋泵出细胞消耗光能且需要载体蛋白，是主动运输，人体红细胞吸收葡萄糖是协助扩散，A错误；视紫红质作为载体蛋白利用光能主动运输H＋，在细胞内、外建立质子浓度梯度，形成的电化学势能驱动ATP合成酶合成ATP，ATP合成酶抑制剂抑制ATP的合成，但不能抑制视紫红质对H＋的主动运输，B错误；含有视紫红质的细菌，H＋从细胞外回流至细胞内时为协助扩散，说明细胞外H＋浓度大于细胞内H＋浓度，C正确；无光条件下，该细菌可通过呼吸作用合成ATP来实现供能，D错误。 3．肺炎链球菌和肺炎支原体都能使机体患肺炎，两种生物细胞膜上都具备一种ABC转运蛋白，可以利用ATP水解供能来运输合成蛋白质的原料。下列叙述正确的是(　　) A．两种生物都没有核膜、细胞器膜等各种生物膜 B．两种细胞在结构上的共性表现在都具有细胞膜、核糖体、DNA等基本结构 C．ABC转运蛋白运输氨基酸时会发生空间构象的改变 D．ABC转运蛋白转移到细胞膜上时需要膜泡运输的参与 答案　C 解析　肺炎链球菌和肺炎支原体都是原核生物，都没有核膜、各种细胞器膜，但是都含有细胞膜，A错误；两种细胞在结构上的共性表现在都具有细胞膜、核糖体等基本结构，DNA是物质不是结构，B错误；分析题意，ABC转运蛋白可以利用ATP水解供能来运输合成蛋白质的原料氨基酸，由此可知，ABC转运蛋白为载体蛋白，其运输氨基酸时会发生空间构象的改变，C正确；原核细胞没有内质网、高尔基体等具膜结构，因此ABC转运蛋白转移到细胞膜上时不需要膜泡运输的参与，D错误。 4．(2025·成都一模)植物细胞中的液泡是一种酸性细胞器，膜上有 V－ATPase 能够催化 ATP 的水解并运输 H＋，液泡吸收半胱氨酸(Cys)由 H＋浓度梯度驱动，如图所示。液泡酸化消失会导致线粒体功能异常而使细胞出现衰老症状。下列叙述错误的是(　　) A．H＋进入液泡的过程中 V－ATPase 的空间结构会发生变化 B．正常情况下，细胞质基质中 Cys 的浓度低于液泡中的浓度 C．若液泡中的 H＋大量外流，会抑制葡萄糖在线粒体内的分解 D．液泡中存在水解酶，由此推测液泡可能有分解衰老、损伤细胞器的功能 答案　C 解析　H＋进入液泡的方式是主动运输，要消耗ATP，还需要载体蛋白的协助，并且载体蛋白的空间结构会发生变化，A正确；Cys－H＋转运蛋白要依靠H＋顺浓度梯度产生的势能来运输Cys，属于主动运输，因此正常情况下，细胞质基质中Cys的浓度低于液泡中的浓度，B正确；若液泡中的H＋大量外流，会导致液泡酸化消失影响线粒体功能，但葡萄糖不会进入线粒体，C错误；液泡内有类似于溶酶体酶的水解酶，可推测其具有和溶酶体类似的功能，可以分解衰老、损伤的细胞器，D正确。 5．(2024·浙江6月选考，15)植物细胞胞质溶胶中的Cl－、NO通过离子通道进入液泡，Na＋、Ca2＋逆浓度梯度转运到液泡，以调节细胞渗透压。白天光合作用合成的蔗糖可富集在液泡中，夜间这些蔗糖运到胞质溶胶。植物液泡中部分离子与蔗糖的转运机制如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．液泡通过主动运输方式维持膜内外的H＋浓度梯度 B．Cl－、NO通过离子通道进入液泡不需要ATP直接供能 C．Na＋、Ca2＋进入液泡需要载体蛋白协助不需要消耗能量 D．白天液泡富集蔗糖有利于光合作用的持续进行 答案　C 解析　由图可知，细胞液的pH为 3～6，胞质溶胶的pH为 7.5，说明细胞液的H＋浓度高于胞质溶胶，若要长期维持膜内外的H＋浓度梯度，需通过主动运输将胞质溶胶中的H＋运输到细胞液中，A正确；Cl－、NO通过离子通道进入液泡属于协助扩散，不需要ATP直接供能，B正确；Na＋、Ca2＋是逆浓度梯度转运到液泡的，因此Na＋、Ca2＋进入液泡的方式为主动运输，需要消耗能量，能量由液泡膜两侧的H＋电化学梯度提供，C错误；白天蔗糖进入液泡，使光合作用产物及时转移，减少光合作用产物蔗糖在胞质溶胶中过度积累，有利于光合作用持续进行，D正确。 6．(2026·河南青桐鸣联考)某科研团队发现：肠道微生物分泌的信号分子能调控小肠上皮细胞的Na＋－K＋泵活性，进而影响葡萄糖吸收速率。如图为小肠上皮细胞通过SGLTs(钠驱动的葡萄糖载体蛋白)和Na＋－K＋泵转运葡萄糖、Na＋和K＋的过程。下列叙述错误的是(　　) A．葡萄糖通过SGLTs进入细胞的过程与细胞膜两侧Na＋浓度有关，属于协助扩散 B．Na＋－K＋泵既具有运输功能，又能催化ATP水解，体现了蛋白质功能的多样性 C．细胞内K＋浓度高于细胞外，K＋通过Na＋－K＋泵进入细胞的方式为主动运输 D．若肠道微生物信号分子能增强Na＋－K＋泵活性，则可以促进小肠上皮细胞吸收葡萄糖 答案　A 解析　葡萄糖通过SGLTs进入细胞时，是从低浓度向高浓度运输，依赖细胞内外的Na＋浓度差提供动力，且需要载体SGLTs协助，因此属于主动运输，A错误；细胞内K＋浓度高于细胞外，K＋通过Na＋－K＋泵进入细胞时，是逆浓度梯度运输，且需要Na＋－K＋泵催化ATP水解供能，因此属于主动运输，C正确；Na＋－K＋泵活性增强时，会更高效地将Na＋运出细胞、K＋运入细胞，使细胞内外Na＋浓度差进一步增大，而葡萄糖通过SGLTs进入细胞依赖Na＋浓度差产生的势能，因此会促进小肠上皮细胞吸收葡萄糖，D正确。 7．(2025·三门峡联考)植物叶片保卫细胞的细胞膜和液泡膜上均存在H＋－ATP酶，当保卫细胞膜上的H＋－ATP酶被蓝光照射激活后，将H＋逆浓度泵出细胞膜外，H＋再次通过细胞膜载体返回细胞时协同其他离子(K＋、NO等)逆浓度进入细胞；液泡膜上的H＋－ATP酶利用水解ATP的能量将H＋逆浓度转运进入液泡，H＋顺浓度重新进入细胞质基质的同时能够使Ca2＋逆浓度进入液泡储存，从而避免细胞质基质中Ca2＋浓度过高对细胞的毒害。下列叙述正确的是(　　) A．细胞质中的H＋逆浓度泵出细胞膜外，需蓝光直接提供能量 B．液泡中H＋及细胞外的K＋、NO转运进入细胞质基质的方式均是协助扩散 C．H＋－ATP酶不仅具有催化功能，还能作为运载H＋等的载体 D．H＋－ATP酶保持活性有利于促进细胞吸水，且受到温度、光照强度等的影响 答案　C 解析　由题干信息可知，细胞质中的H＋逆浓度泵出细胞膜外，属于主动运输，需ATP直接提供能量，A错误；液泡中H＋进入细胞质基质的方式是协助扩散，细胞外的K＋、NO逆浓度进入细胞属于主动运输，B错误；H＋－ATP酶保持活性有利于促进细胞吸水，且受到温度、光质等的影响，D错误。 8．土壤钠盐过高对植物的伤害作用称为盐胁迫。研究发现拟南芥可通过SOS转导途径增强耐盐性，调节机制如图所示。盐胁迫出现后，细胞膜上某种磷脂分子PA含量迅速增加并与SOS2结合，一方面使SOS1被激活后利用H＋电化学势能转运Na＋，另一方面又使钙调蛋白SCaBP8磷酸化，磷酸化的SCaBP8对K＋内流的抑制作用减弱，从而调节细胞内Na＋/K＋的稳态。下列叙述错误的是(　　) A．磷脂分子PA在SOS转导途径中是起调节作用的信号分子 B．盐胁迫下，Na＋通过SOS1排出细胞的方式未直接消耗ATP C．钙调蛋白SCaBP8磷酸化会导致其蛋白质空间结构改变 D．盐胁迫下细胞内的Na＋/K＋值降低，经调节后Na＋/K＋值升高 答案　D 解析　磷脂分子PA含量迅速增加并与SOS2结合，使SOS1被激活、钙调蛋白SCaBP8磷酸化等，从而调节细胞内Na＋/K＋的稳态，所以磷脂分子PA在SOS转导途径中是起调节作用的信号分子，A正确；盐胁迫下，Na＋通过SOS1排出细胞的方式属于主动运输，利用了H＋电化学势能，未直接消耗ATP，B正确；结构与功能相适应，钙调蛋白SCaBP8磷酸化后对K＋内流的抑制作用减弱，所以钙调蛋白SCaBP8磷酸化会导致其蛋白质空间结构改变，C正确；盐胁迫下，细胞内的Na＋/K＋值升高，经调节后，Na＋通过SOS1运出细胞，磷酸化的SCaBP8对K＋内流的抑制作用减弱，使得细胞内Na＋/K＋比值降低，D错误。 9．(2026·六安月考)胃壁细胞靠近胃腔的细胞膜(顶膜)上有质子泵，质子泵每水解一分子ATP，可驱动一个H＋和一个K＋的转运。胃壁细胞的Cl－通过细胞顶膜的Cl－通道进入胃腔，与H＋形成盐酸，过程如图所示。PPIs是目前临床上最常用的抑酸药物，这种药物需要在酸性环境才能被活化。活化后的PPIs与质子泵结合，使质子泵空间结构发生改变，从而抑制胃酸的分泌，抑酸作用可持续24 h以上，造成胃腔完全无酸状态。下列叙述正确的是(　　) A．H＋通过胃壁细胞顶膜上的质子泵进入胃腔的方式是协助扩散 B．胃壁细胞的Cl－需要与细胞顶膜的Cl－通道蛋白结合进入胃腔 C．胃壁细胞顶膜上的质子泵除能控制物质进出细胞外，还具有催化ATP合成的功能 D．胃壁细胞的K＋通过细胞顶膜的K＋通道蛋白进入胃腔不需要能量 答案　D 解析　根据图中信息可知，胃腔pH≈1.2，胃壁细胞pH≈7.4，胃腔内H＋浓度大于胃壁细胞内，质子泵水解ATP将H＋逆浓度梯度运到胃腔，运输方式为主动运输，A错误；通道蛋白在运输物质时不与该物质结合，所以胃壁细胞的Cl－进入胃腔不需要与细胞顶膜的Cl－通道蛋白结合，B错误；根据图中信息可知，质子泵水解ATP将H＋运到胃腔，所以胃壁细胞顶膜上的质子泵除能控制物质进出细胞外，还具有催化ATP水解的功能，C错误；K＋通过K＋通道蛋白从胃壁细胞进入胃腔方式为协助扩散，不消耗能量，D正确。 10．研究发现某农作物对硝态氮(NO)的吸收具有偏好性的原因是该作物根细胞的细胞膜上有大量的硝酸盐转运蛋白(NRT)，NRT是H＋/NO同向转运体，其吸收机制如图所示。液泡膜上的H＋/NO反向转运体在H＋浓度梯度驱动下，可将NO运入液泡。下列叙述错误的是(　　) A．液泡的pH低于细胞质基质，液泡吸收无机离子有利于细胞保持坚挺 B．该作物根细胞通过NRT吸收NO的过程需要间接消耗细胞中的ATP C．利用ATPase抑制剂处理该农作物的根部，根细胞吸收NO的速率会降低 D．该作物根细胞吸收的NO可用于合成蛋白质、核酸、磷脂等生物大分子 答案　D 解析　液泡的pH低于细胞质基质，有利于酶活性的发挥，液泡吸收无机离子使得细胞液浓度上升，因而有利于细胞吸水进而保持坚挺，A正确；NRT是H＋/NO同向转运体，其能转运硝酸盐，同时还转运H＋，该作物根细胞通过NRT吸收NO的过程需要消耗H＋的梯度势能，而H＋浓度差的维持需要消耗细胞中的ATP，B正确；利用ATPase抑制剂处理该植物根部，会抑制ATPase的活性，减小了H＋浓度梯度，而NRT介导的NO吸收过程依赖H＋浓度梯度，所以根细胞吸收NO的速率会降低，C正确；该作物根细胞吸收的NO可用于合成蛋白质、核酸、磷脂等，但磷脂不是生物大分子，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $