备战高考：物质跨膜运输总结

1、物质跨膜运输总结物质跨膜运输的方自由扩散无蛋白介导（简单扩散）载体蛋白介导如：葡偷糖转运蛋k1 通道蛋白介导如：水迪道、离子通道_.atp驱动泵如：na k泵、ca泵、质泵主动运输光驱动泵如：噬盐菌细胞膜i局紫红质 载体蛋白介唇、协同转运如：a葡萄糖矿胞吞胞d土受体蛋白介导一. 被动运输小分子物质利用势能，顺着浓度梯度或电化学梯度跨膜运输，不需要代谢提供能量。根据是否 需要膜转运蛋白，分为自由扩散和协助扩散。1. 自由扩散是一类最简单的被动运输，气体（如。2、cod以及水、尿素、不带电的极性小分子和脂溶性小 分子可在自由能较低的情况下，利用电化学势差跨膜扩散，直穿脂双层。2. 协助扩散在专一膜

2、转运蛋白的协助下使被动运输易化，多种带电离子和极性小分子等物质可进行跨膜运 输，存在载体运输、通道运输两种方式： 载体运输。在载体蛋白的介导下，加速物质从自由能高的一侧运输至低的一侧。例如，红细 胞膜上存在葡萄糖载体，跨膜结构上带有的部分残基具有结合位点，可与血液中葡萄糖结合，载体 蛋白进行可逆变构，将其顺势转运至胞内。 通道运输。离子通道蛋白的“闸门”通常是闭合的，当膜上受到电位、信号分子或压力刺激 时，分别开启电压门、配体门或应力激活不同通道，具有专一性。例如，产生动作电位时，可兴奋 组织神经肌肉接头的突触前膜去极化，膜上电压门控ca小通道瞬间开放，突触间隙中大量ca"内流， 激

3、活胞内钙依赖蛋白激酶，加速突触小泡向突触前膜移动并融合，释放突触小泡中的乙酰胆碱（ach）, 从而改变突触后膜的电位，这就是电信号刺激下兴奋一分泌偶联的过程。当水通道蛋白存在时，水主要以协助扩散的方式跨膜转运，不需通过脂双层疏水核心，转运的 速率显著高于自由扩散。水通道蛋白（aqp）又称水孔蛋白，也是一类通道蛋白。以哺乳动物水通道 蛋白（aqp1）为例，其分子的空间四级结构是由4个亚基组成的四聚体，每个亚基由6个跨膜a螺旋 构成，形成了一个具有“中央孔”的结构，其孔径略大于水分子，允许水分子自由通行。该结构中 还附着带正电荷的asn残基，恰好排斥其他质子，能够特异性实现水分子高效的转运。随着研

4、究的深入，迄今己经在哺乳动物体内发现有13种发挥不同功能的水通道蛋白，部分水通道蛋白对尿素 和甘油也有通透性。通道介导的协助扩散与载体蛋白介导的协助扩散相比有两个显著特点。1、通道蛋白介导的运输与自由扩散相同，没有饱和性。2、通道蛋白介导的运输往往具有门控性。有些是电压门控，有些是化学门控，有些是机械门控。当然也 有少数离子通道没有门控性，一直处于开放状态，如神经细胞膜上形成静息电位的钾离子通道（钾渗漏通道），这个通道与na-k泵一起维持着静息电位。静息状态：na*. k电压门控通道关闭。nananak* k悌漏k悌漏心/kese钾霹盔na*/k*atpase非门控钾离了通道二. 主动运输小分

5、子物质逆着浓度梯度或电化学梯度，由载体蛋白介导进行跨膜运输，需要代谢提供能量。 根据能量来源将主动运输分为三类。1. atp驱动泵这种载体蛋白具有两种功能，既作为载体的功能，又具有atp水解酶活性。直接利用atp水解产生的能量，实现小分子物质逆浓度梯度或电化学梯度进行跨膜运输。例如， 在动物细胞中，na+-k+泵存在于质膜上，恢复静息电位时，该结构上的。亚基不同位点先后结合 na'、k'发生磷酸化、去磷酸化反应，构象变化一个循环可泵出3个na'和进2个k；消耗1个atp, 从而维持动作电位发生前胞内n/少，k*多的静息状态。2. 协同转运型主动运输户厂 c6h12o6去

6、甲webth c?s水e肌丝协同转运又称为偶联转运，运输物质的直接动力与atp驱动泵 不同，依靠膜两侧建立的电化学梯度，将一种物质“顺流而下” 与另一种物质“逆流而上”相偶联，通过atp间接供能，实现物 质跨膜运输。一类为同向协同转运，指被运输物与偶联物方向相 同。例如，哺乳动物小肠的基底膜细胞上存在钠泵，可将n疽主动 运输至胞外，该过程需atp,胞内na.浓度降低，而小肠肠腔内na' 浓度相对较高，na*可结合在粘膜上皮细胞的葡萄糖泵中，大大增 加对葡萄糖的亲和力，被运输物葡萄糖可利用n&'建立的电化学梯 度与n/同向运送至胞内，是一个n/驱动的葡萄糖泵继发性主动 运

7、输过程。另一类为反向协同转运，指被运输物与偶联物方向相反。例 如，质膜上存在的na+-h(交换器，动物细胞常用此方式调节ph, 在主动运输，出去同时，伴随n/反向进入细胞，因此也是间接耗 能的过程。2> ca*泵(ca-atpase)一般情况下细胞质基质中是个低ca'的环境，ca>离子被储存在细胞外和内质网中，这点很重要。当细 胞受到某种信号刺激时，细胞膜上的或内质网膜上ca小通道开放，ca?,流入细胞质基质中，c小作为信使, 引发一系列生理生化反应。那么，细胞质基质中低ca环境是如何维持的呢？细胞膜和内质网膜上存在ca小 泵，可以逆浓度的将胞质中的c转运到胞外或内质网中。

8、也就是说细胞膜和内质网膜上ca?泵和ca"通道 联合工作，使细胞对内外环境变化做出相应的应答反应。3、h*泵(h+-atpase)质子泵主要存在于液泡膜、溶酶体膜、胞内体膜以及植物细胞和细菌的细胞膜上。 液泡膜、胞内体膜和溶酶体膜上的质子泵主要是将从胞质逆浓度泵入，从而维持内部的酸性环境, 进而维持内部酶的最适pho 由于植物细胞、细菌细胞膜上不存在na-k-atpase,因此，质子泵就充当了 na-k-atpase的功能，主要是为其他物质协同转运提供动力。比较特别的ii泵：这类蛋白质利用h'的顺浓度流过时释放的能量来合成atp,这类蛋白统称为atp合 酶。主要存在于线粒体内

9、膜、叶绿体的类囊体膜和细菌细胞膜上。如下图所示，图1为类囊体膜，图2为 线粒体内膜或细菌细胞膜。图1总之，k逆浓度运输时消耗atp （即h-atpase）,h*顺浓度转运时合成atp （即atp合酶）。如下图所三. 胞吞、胞吐1.胞吞作用细胞在摄取胞外大分子物质时，利用膜的流动性内陷形成囊泡，将摄取到的物质裹入囊泡内， 然后转运到细胞内。整个过程中质膜表面积减少，需要耗能。胞吞作用对细胞代谢、细胞内信号转 导、维持正常生命活动有重要意义。胞吞作用分为吞噬作用和胞饮作用。1.1吞噬作用吞噬细胞在被吞噬物与膜表面受体结合的信号触发下，诱发质膜形变伸出伪足，在微幺幺和结合 蛋白的相互作用下，包裹被吞

10、噬物形成吞噬泡，直径常大于250nnio在原生生物中，主要利用吞噬 作用进行摄食，并在溶酶体中消化，维持生命活动。在哺乳动物中，只有少数几种细胞（如嗜中性 粒细胞、巨噬细胞、树突状细胞等）具有吞噬功能。1.2胞饮作用发生在所有的真核细胞中，可连续摄入液滴或可溶性分子，由膜包被形成的胞饮泡直径常小于 150nmo2 .胞吐作用与胞吞作用相反，胞内形成的囊泡移动后与质膜融合，将内容物外排至胞外，过程中质膜表面 积增多，需要耗能。在真核细胞中，由于涉及到蛋白质分选过程的靶向运输和复杂的调控过程，将 胞吐分为调节型胞吐和组成型胞吐作用。2.1调节型胞吐胞吐发生在特化的分泌细胞中，需有信号的触发，储存在

11、胞内的分泌泡才会与质膜融合将分泌 物外排，发挥生理功能，完成蛋白质的分选，如激素、神经递质等。2. 2组成型胞吐胞吐自发进行，囊泡通过高尔基体反面管网区输出，不断供应质膜的更新，外排的物质可作为 膜外周蛋白、信号分子、营养物质等。思维能力提升训练1. （2016年江苏卷）如图为一种溶质分子跨膜运输的示意图.下列相关叙述，不正确的是（）k / nax /.溶质分子a. 载体能够逆浓度运输溶质分子b. 载体具有atp水解酶的活性c. 载体和转运溶质分子方式不同d. 载体转运溶质分子不消耗atp【答案】b2. （2019年全国ii卷第3题）某种h+-atpase是一种位于膜上的载体蛋白，具有atp水

12、解酶活性， 能够利用水解atp释放的能量逆浓度梯度跨膜转运h将某种植物气孔的保卫细胞悬浮在一定 ph的溶液中（假设细胞内的ph高于细胞外），置于暗中一段时间后，溶液的ph不变。再将含 有保卫细胞的该溶液分成两组，一组照射蓝光后溶液的ph明显降低；另一组先在溶液中加入 ir-atpase的抑制剂（抑制atp水解），再用蓝光照射，溶液的pll不变。根据上述实验结果，下列 推测不合理的是（）a. h,-atpasc位于保卫细胞质膜上，蓝光能够引起细胞内的h+转运到细胞外b. 蓝光通过保卫细胞质膜上的h+-atpase发挥作用导致ft逆浓度梯度跨膜运输c. h-atpase逆浓度梯度跨膜转运h+所需的

13、能量可由蓝关直接提供d. 溶液中的不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞【答案】c3. （不定项）钠-钾atp酶（na+/k+-atpase）存在于大多数动物细胞膜上，能够利用atp水解释放的能量， 将细胞内的n£泵出细胞外，而相应地将细胞外k泵入细胞内，从而维持膜内外一定的电化学梯度。该电 化学梯度能驱动葡萄糖协同转运载体以同向协同转运的方式将葡萄糖等有机物转运入细胞内，然后由膜上 的转运载体glut2转运至细胞外液，完成对葡萄糖的吸收。图为人小肠上皮细胞吸收葡萄糖的过程示意图，分析错误的是（y 士 2na-肠腔葡塾o°o（细胞核;adp + p1glut2na*

14、 atpase . w区动的葡萄粳同向转运裁体细胞外活a.图示细胞吸收和释放na*的方式均属于主动运输b.图示细胞吸收和释放葡萄糖的方式均属于协助扩散c.图示细胞的膜蛋白有催化、运输、信息交流等功能d.图示的na+/kna*从肠腔进入小肠上皮细胞和葡萄糖从小肠上皮细胞到组织液的跨膜运输方式 （填“相 同”或“不同”）;在上述过程中，当na和葡萄糖充足时，二者的运输速率与相应载体蛋白的数量呈 （填“正相关”或“负相关” ）o 葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞的跨膜运输方式是，你判断的依据是：被选择吸收的物质 ;需要的能量来自于o 温度影响na*从小肠上皮细胞到组织液的运输，一方面是因为温度影响细胞膜

15、的 （结构特点）；另一方面温度影响合成atp的重要途径一一中酶的活性。 一种转运蛋白往往只适合转运特定的物质，因此，细胞膜上转运蛋白的种类和,或转运蛋白，对许多物质的跨膜运输起着决定性的作用，这也是细胞膜具有的结构基础。【答案】相同 正相关 主动运输 从低浓度一边到高浓度一边 na*电化学梯度的势能 流动性细胞呼吸数量 空间结构的变化选择透过性-atpase也存在于神经元细胞膜上【答案】abc4. 下图为n&和葡萄糖进出小肠上皮细胞的示意图，图中的主动运输过程既可消耗来自atp直接提供的能量，也可利用m电化学梯度的势能。请据图回答问题:小肠上皮细胞5. 如图一是生物膜的流动镶嵌模型及物

16、质跨膜运输示意图，其中组成离子通道的通道蛋白是横跨生物膜的亲水性通道，允许相应的离子通过，代表不同的运输方式。图二表示物质通过膜的运输速率（纵坐标）随。2浓度变化的情况。请仔细观察图示并回答有关问题。被rid的物顷肉子通iflatp 的礼5的浓反09（1）图一生物膜的功能与其化学组成密切相关，功能越复杂的生物膜,的种类与数目越多。一般来说，细胞在吸收培养液中的离子时，主要是通过方式进行的，可蛋白质分泌出细胞的方式是,这些主要体现了细胞膜具有的功能。（2）图二与图一中的【答案】蛋白质主动运输胞吐 控制物质进出 载体蛋白的数量是有限的完全抑（填序号）代表的物质运输方式一致。若需跨膜运输的物质足够，

17、图中曲线出现bc段的主要原因是（3）择柳是泌盐植物，其叶子和嫩枝可以将植物体内的盐分排出，是强耐盐植物。为探究择柳从土壤中吸收盐分的方式是主动运输还是被动运输，设计了如下实验。实验步骤:a. 取甲、乙两组生长发育基本相同的株柳幼苗植株，放入适宜浓度的含有ca伫n疽的培养液中进行培养。b. 甲组给予正常的呼吸条件，乙组c.实验结果及结论:结果结论乙组吸收速率明显小于甲组吸收速率a、b>c桎柳从土壤中吸收盐分的方式是主动制呼吸一段时间后测定两组植株根系对ca2 na的吸收速率运输两组植株对ca na'的吸收速率相同桎柳从土壤中吸收盐分的方式是被动运输探究物质跨膜运输方式的实验设计6.

18、 科学家在电子显微镜下观察核孔，发现核孔是一种特殊的跨膜运输蛋白复合体，命名为核孔复合体。请 回答问题。甲胞质侧it内乙f 中央栓（转运体）核输入物核输入受体核输出物核输出受体核孔复合体结构及物质出入核孔方式模式图（1）核膜具有层膜，构成核膜的主要成分是o（2）乙图的运输方式属于,判断依据为o（3）根尖分生区细胞中，通过丙方式进行运输的是 （选填下列序号）；通过丁方式进行运输的是 （选填下列序号），请写出运输的大致过程：核输出物,再与受体分离。dna聚合酮 atp合成酮 mrna（4）综上所述，核孔复合体 （具有/不具有）选择透过性。【答案】两磷脂和蛋白质协助扩散（易化扩散）需要中央栓蛋白协助

19、，不消耗能量 与受体结合，借助中央栓蛋白转运到核外具有7. 神经细胞膜上存在电压敏感蛋白a,这类蛋白质分子的构型会随膜电位变化而发生相应改变。研究人员 对蛋白a进行了改造，将其与绿色荧光蛋白gfp相连。已知神经细胞兴奋时，蛋白a构型的改变会导致 gfp的构型发生改变，使gfp发出的荧光减弱，如图1所示。将神经细胞内的钙调蛋白cam及其亚基m13 连在gfp的两个不同位置上进行实验，结果如图2所示。回答下列问题：（1）图1发生由左至右的变化时，神经细胞变为（填“静息”或“兴奋”）状态，此时膜内电位变为o由此推测，对蛋白a改造的目的可能是为了利用gfp的发光情况来指示o（2）图2中神经细胞兴奋时，

20、钙离子内流使膜内钙离子浓度升高，此时gfp发出的荧光 （填“增强”或“减弱”）,因此gfp的发光情况也可用于指示细胞内的变化。（3）钠离子在神经细胞产生兴奋的过程中起着重要的作用。静息时，神经细胞膜内钠离子浓度远小于膜外，而维持这种钠离子膜内外浓度差的是膜上的钠钾泵，则钠钾泵跨膜运输钠离子的方式为o兴奋时，神经细胞膜上的钠离子通道 （填“开放”或“关闭”）,引起钠离子，产生动作电位。【答案】兴奋 正电位 神经细胞的兴奋状况 增强钙离子浓度主动运输 开放 内流葡萄糖总，组织细胞蛋ria 促进糖原和脂y肪的合成! |葡萄斯1转运蛋门8. 胰岛b细胞内k'浓度为细胞外的28倍，而细胞外c/浓

21、度为细胞内的15000倍。与神经细胞一样，胰 岛b细胞在静息状态下呈外正内负的膜电位。当血糖浓度增加时，葡萄糖进入胰岛b细胞能引起胰岛b细 胞和组织细胞的一系列生理反应，如图所示。葡萄糖乙co.+ h,0久胰岛b细胞 （1）据图判断，以协助扩散方式进入细胞的物质是。胰岛素b细胞膜内外k'和存在浓度差，其浓度差的建立和维持主要依靠的跨膜运输方式是o（2）据图可知，进食后血糖浓度升高，对胰岛b细胞的葡萄糖供应增加。葡萄糖进入胰岛b细胞后，首先使细胞内的过程加强，同时导致atp/adp的比值上升，进而影响图示atp敏感的ic通道和ca2+通道的升闭状态，此时胰岛b细胞的膜两侧电荷分布为o若图

22、中胰岛b细胞葡萄糖载体蛋白存在缺陷，相对于正常状态下，推测胰岛b细胞内ca”将。（填“增多”、“减少”或“不变”）。（3）根据图示信息，写出胰岛素与组织细胞膜上的受体结合后降低血糖浓度的途径o（4）图中血糖升高后胰岛b细胞中贮存的胰岛素释放完成需3-5min完成，血糖升高15min后胰岛素释放再次出现高峰，推测ca於的内流对于增加胰岛素含量的作用是。（5）在血糖平衡调节过程中，胰岛素与胰高血糖素之间存在关系，激素一经靶细胞接受并起作用后就o【答案】葡萄糖、ca" 主动运输（2）有氧呼吸（或葡萄糖彻底氧化分解）内正外负 减少（3）增加组织细胞膜上葡萄糖转运蛋白的数量，促进葡萄糖进入组织

23、细胞；促进组织细胞内葡萄糖合成 糖原、蛋白质和脂肪（4）c/促进囊泡运输和分泌；促进胰岛素基因的表达及囊泡的形成（5）拮抗（或抗衡）失活9. 下图是物质跨膜运输的示意图，其中-表示物质，a-d表示运输方式。回答下列相关问题:aoo ob °00°0 o o 。°。°。ooco h 0/ 。私monatp（1）表示，b、d分别表示和,水进出细胞的方式是（填字母）。（2）钾离子带有电荷，不能通过自由扩散穿过，需要通过细胞膜上的和©进行运输。（3）科学研究发现，在心肌和血管壁平滑肌细胞膜上都有钙离子通道，像一扇大门一样控制钙离子的出入。细胞内钙离子浓

24、度升高，可以引起细胞收缩，使血管阻力增大，血压升高。某治疗高血压的药物为二氢毗噬类钙通道阻滞剂，请分析该药物治疗高血压的作用原理o【答案】磷脂双分子层协助扩散（或易化扩散）主动运输a、c离子通道（或通道蛋白） 载体蛋白 钙通道阻滞剂主要通过阻断心肌和血管平滑肌细胞膜上的钙离子通道，抑制细胞外钙离子内 流，使进入心肌细胞的钙离子减少，心肌收缩力减弱，有利于血压降低活化的神经肌肉接头 抻经 湖10. 离子通道是细胞膜上仅能使无机盐离子选择性被动通过的一类通道蛋白。在离子通道上常具有门，因 此又称为门通道。根据门开关条件的不同，大体分为电压门通道、配体门通道和压力激活通道（如图1所 示）。电压门通道山膜电位控制门的开关；配体门通道的开关取决于细胞内外特定的物质（配体）与相应 的通道蛋白（受体）是否结合，从而影响离子进出细胞；压力激活通道的开关取决于机械力的作用。图2 是神经肌肉接头处传递神经冲动、刺激肌肉收缩过程中相关离子通道先后开放和关闭的示意图（各门通道 开放顺序已数字标注）。关闭开放图注：a:电斥门通道b、c:配体门通道 d:压力激活