重点培优 跨膜蛋白协助的物质转运系统分析

重点培优

跨膜蛋白协助的物质转运

系统分析与实践应用（点击进入“专题验收评价”）主动转运能量来源分为三类：第一类是ATP水解直接供能；第二类是一种物质顺浓度梯度被动转运释放的电化学势能驱动了另一种物质逆浓度梯度进行主动转运；第三类是光驱动蛋白可以利用光能逆浓度梯度运输物质，这一类主要发现于细菌细胞，如细菌视紫红质利用光能驱动H＋的转运。培优点(一)

基于不同能量来源的主动转运方式分析[应用体验]1.(2023·绍兴模拟)气孔保卫细胞的细胞膜中存在一种特殊的K＋转运蛋白BLINK1，光照(蓝光)是诱导信号，如图所示。它可调控气孔快速开启与关闭。下列分析正确的是(

)A.保卫细胞吸收K＋的方式与吸收水分子的方式相同B.光照为运输K＋提供了能量C.K＋转运蛋白在运输过程中发生了空间结构的改变D.光照促进K＋运入细胞，不利于保卫细胞渗透吸水答案：C

解析：保卫细胞吸收K＋的方式为主动转运，吸收水的方式是扩散或易化扩散，细胞吸收两者的方式不同，A错误；光照是诱导信号，K＋运输的能量来自ATP，B错误；K＋转运蛋白是载体蛋白，在运输过程中因发生磷酸化过程而发生了空间结构的改变，C正确；光照促进K＋运入细胞，使细胞内渗透压增大，有利于保卫细胞渗透吸水，D错误。2.(2023·浙江Z20联盟第三次联考)盐胁迫条件下，耐盐植物可通过如图所示的多种机制降低细胞溶胶中的Na＋浓度，从而抵抗盐胁迫。下列相关叙述错误的是

(

)A.将Na＋运输至液泡储存，与膜的流动性有关B.Na＋通过载体蛋白进入液泡和离开细胞的方式不同C.液泡膜上可能存在一种与H＋主动转运有关的蛋白质D.液泡中富集的Na＋提高了细胞液浓度，有利于细胞吸水答案：B

解析：图中Na＋借助囊泡与液泡膜融合运输至液泡储存的过程，与膜的流动性有关，A正确；Na＋通过载体蛋白进入液泡和离开细胞，都是消耗H＋顺浓度梯度运输产生的电化学势能，运输方式相同，都属于主动转运，B错误；液泡中需要维持较高的H＋浓度来运输Na＋，因此液泡膜上可能存在一种与H＋主动转运有关的蛋白质来向内运输H＋，C正确；液泡中富集的Na＋提高了细胞液浓度，有利于细胞吸水，D正确。跨膜蛋白是一种贯穿生物膜两端的蛋白。许多跨膜蛋白的功能是作为通道或“装载码头”来实施拒绝或允许某种特定的物质跨过生物膜的运输、进入细胞，同时，也使废弃的副产品运出细胞。当对某种分子做出响应时，这些“负责运载”的跨膜蛋白通过特定的折叠和弯曲方式，实现该分子跨过生物膜的运输。培优点(二)

跨膜蛋白参与的物质运输方式判断[应用体验]答案：A

解析：由题图可知，H＋从土壤到细胞内是顺浓度梯度的易化扩散，易化扩散受到H＋浓度差、载体蛋白数量的影响，因此土壤中H＋浓度越高，根细胞吸收H＋的速率不一定越大，A错误；由图可知，质子泵在转运H＋的同时催化ATP的水解，所以H＋从细胞内到细胞外的跨膜运输方式为主动转运，主动转运需要消耗能量，氧气的浓度会影响质子泵转运H＋的过程，D正确。4.(2023·宁波九校期末)ABC转运蛋白是一类跨膜转运蛋白，协助细胞吸收多种营养物质，每一种ABC转运蛋白对物质运输都具有特异性。ABC转运蛋白的结构及转运过程如图所示，下列有关叙述错误的是

(

)A.白细胞吞噬病菌与ABC转运蛋白无关B.ABC转运蛋白的跨膜运输依赖于膜内外的浓度差C.葡萄糖和氨基酸不依赖同一种ABC转运蛋白运输D.若ATP合成受阻，ABC转运蛋白的跨膜运输效率下降答案：B

解析：白细胞吞噬病菌的运输方式为胞吞，不需要载体蛋白协助，A正确；据图可知，ABC转运蛋白的跨膜运输为主动转运，可以逆浓度运输，不依赖于膜内外的浓度差，B错误；据题干信息“每一种ABC转运蛋白对物质运输都具有特异性”可知，葡萄糖和氨基酸跨膜运输依赖的ABC转运蛋白不同，C正确；据图可知，ABC转运蛋白发挥作用伴随ATP的水解，故若ATP合成受阻，ABC转运蛋白的跨膜运输效率下降，D正确。分类依据蛋白质类型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转运转运通道运输物质水通道蛋白易化扩散运输物质数量运输一种物质的载体蛋白质子泵多为主动转运运输两种物质的载体蛋白钠钾泵主动转运细胞膜上的部分跨膜蛋白参与的物质运输方式比较|深|化|提|能|运输能量来源ATP驱动的载体蛋白质子泵主动转运电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：易化扩散；葡萄糖：主动转运续表专题验收评价一、选择题1.(2023·杭州八区县期末)动物细胞膜内K＋浓度约是膜外的30倍，膜外Na＋浓度约是膜内的6倍，导致细胞内外两物质浓度差的主要原因是

(

)A.磷脂 B.糖蛋白

C.载体蛋白

D.受体答案：C

解析：动物细胞膜内外的离子浓度不同，离子浓度的维持是细胞主动转运的结果，与载体蛋白有关，因此导致细胞内外两物质浓度差的主要原因是载体蛋白。2.(2023·绍兴诸暨月考)科学家想研制出“瘦素穿肠蛋白”来治疗肥胖，通过口服能进入人体血液，可以减轻肥胖症患者通过肌肉注射的痛苦，你推测这种药品穿过小肠上皮细胞最可能的方式为

(

)A.渗透作用

B.主动转运

C.胞吞D.被动转运答案：C

解析：由题干可知，“瘦素穿肠蛋白”是一种蛋白质，蛋白质为生物大分子，不能通过跨膜运输方式进入细胞，只能通过胞吞、胞吐进出细胞。3.(2023·全国甲卷改编)物质输入和输出细胞都需要经过细胞膜。下列有关人体内物质跨膜运输的叙述，正确的是

(

)A.乙醇是有机物，不能通过自由扩散方式跨膜进入细胞B.血浆中的K＋进入红细胞时需要载体蛋白并消耗ATPC.抗体在浆细胞内合成时消耗能量，其分泌过程不耗能D.葡萄糖可通过主动转运但不能通过易化扩散进入细胞答案：B

解析：乙醇属于脂溶性有机小分子，可以通过(自由)扩散方式跨膜进入细胞，A错误；血浆中的K＋进入红细胞的方式属于主动转运，需要载体蛋白并消耗能量，B正确；抗体在浆细胞内合成时消耗能量，分泌到细胞外的过程为胞吐，也消耗能量，C错误；葡萄糖能通过易化扩散进入红细胞，D错误。4.(2023·浙江山河联盟3月联考)我国科学家在类细胞微囊体上实现了ATP合成酶功能的体外模拟(如图所示)。分析下图中H＋进出微囊的方式，不能得出的结论为

(

)A.牛细胞ATP合成酶起到运输和催化的功能B.微囊内pH低于微囊外C.H＋进出微囊的方式均为主动转运D.类细胞微囊体模拟了叶绿体的部分功能答案：C

解析：由题图分析可知，牛细胞ATP合成酶可以将H＋运出微囊，说明其具有运输功能；牛细胞ATP合成酶可以催化ATP合成，说明其具有催化功能，A不符合题意。由题图分析可知，H＋运进微囊时需要消耗光能(能量)，说明其运输方式是主动转运，即膜外H＋浓度低(pH大)，膜内H＋浓度高(pH小)，即微囊内pH低于微囊外，B不符合题意。由题图分析可知，H＋运出微囊需要载体蛋白，不需要能量，运输方式是易化扩散，C符合题意。微囊和叶绿体的类囊体膜均可以促进ADP和Pi合成ATP，所以类细胞微囊体模拟了叶绿体的部分功能，D不符合题意。5.将生长状况良好的人成熟红细胞平均分为三组进行物质转运实验。甲组加入细胞呼吸抑制剂，乙组加入载体蛋白抑制剂，丙组不做处理，一段时间后测定物质转运速率。与丙组相比，甲组和乙组中物质的转运速率明显降低，甲、乙两组中待转运的物质是

(

)A.甲组：K＋；乙组：葡萄糖B.甲组：氧气；乙组：二氧化碳C.甲组：葡萄糖；乙组：甘油D.甲组：氧气；乙组：大分子蛋白质答案：A

解析：由题意可知，甲组物质转运需要能量，运输方式为主动转运或胞吞、胞吐；乙组物质转运需要载体蛋白，运输方式为主动转运或易化扩散，综上所述，A符合题意。阅读下列材料，回答6～7题。细胞浸泡在不同浓度的溶液中，由于细胞内溶液与外界溶液浓度的差异，细胞可能因为吸水、失水引起形态的改变，这些变化可以通过显微镜观察到。动物细胞吸水会涨破，而植物细胞不会，动物细胞失水会皱缩，成熟的植物细胞失水会质壁分离。6.动物细胞吸水会涨破而植物细胞不会的原因是动物细胞没有(

)A.细胞核

B.细胞壁C.叶绿体

D.大液泡答案：B

解析：细胞壁具有保护细胞、维持细胞形态的作用，动物细胞无细胞壁保护，所以会吸水涨破，B符合题意。7.若植物细胞浸泡在一定浓度的蔗糖溶液中一段时间后，显微镜下观察到液泡体积增大，细胞逐渐膨胀，下列叙述正确的是

(

)A.实验开始时，植物细胞的细胞液浓度等于外界溶液浓度B.实验过程中，植物细胞的吸水能力逐渐变大，颜色变深C.实验过程中，水分子通过主动转运进入细胞D.实验结束时，植物细胞的细胞液浓度仍可能大于外界溶液浓度答案：D

解析：植物细胞浸泡在一定浓度的蔗糖溶液中一段时间后，显微镜下观察到液泡体积增大，细胞逐渐膨胀，即细胞吸水，说明实验开始时，植物细胞的细胞液浓度大于外界溶液浓度，A错误；由A项分析可知，该过程中细胞吸水，细胞液浓度逐渐降低，则实验过程中，植物细胞的吸水能力逐渐变小，颜色变浅，B错误；实验过程中，水分子通过扩散和易化扩散的方式进入细胞，C错误；由于植物细胞有细胞壁的限制，不能无限增大，因此实验结束时，植物细胞的细胞液浓度仍可能大于外界溶液浓度，D正确。8.(2023·台州模拟)线粒体外膜上分布着丙酮酸的通道蛋白，内膜上分布着丙酮酸­H＋同向转运器，丙酮酸从细胞溶胶进入线粒体基质的过程如图所示。下列叙述错误的是

(

)A.丙酮酸通过线粒体外膜的方式是易化扩散B.丙酮酸通过线粒体内膜的方式是主动转运C.丙酮酸通过线粒体内膜需由ATP直接供能D.加入蛋白质变性剂会影响丙酮酸的运输答案：C

解析：丙酮酸通过线粒体外膜需要通道蛋白的参与，不需要能量供应，其通过线粒体外膜的方式是易化扩散，A正确；丙酮酸通过线粒体内膜需要H＋由线粒体膜间隙进入线粒体内膜产生的电化学势能提供能量，属于主动转运，并不需要ATP直接供能，B正确，C错误；加入蛋白质变性剂会抑制载体蛋白自身构象的改变，进而影响丙酮酸的运输，D正确。9.(2023·全国甲卷)探究植物细胞的吸水和失水实验是高中学生常做的实验。某同学用紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料进行实验，探究蔗糖溶液、清水处理外表皮后，外表皮细胞原生质体和液泡的体积及细胞液浓度的变化。图中所提到的原生质体是指植物细胞不包括细胞壁的部分。下列示意图中能够正确表示实验结果的是

(

)答案：C

解析：用30%蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮，细胞失水，随着时间的延长，原生质体和液泡的体积均减小，细胞液浓度升高，用清水处理后，细胞吸水，原生质体和液泡的体积均逐渐恢复，细胞液浓度降低，A、B错误。当蔗糖溶液浓度小于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时，细胞吸水，由于有细胞壁的阻碍，原生质体和液泡的体积均略微增加，此时细胞液浓度略微降低；当蔗糖溶液浓度大于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时，细胞失水，且随着蔗糖溶液浓度的增加，细胞失水增多，原生质体和液泡的体积均逐渐减小，细胞液浓度增加，C正确，D错误。10.

(2023·温州三模)人体胃的壁细胞质膜上存在一种质子泵，能吸收K＋、排出H＋，从而促进胃酸的分泌，其作用机理如图所示。下列关于该质子泵的叙述，错误的是

(

)A.可运输H＋和K＋，不具有特异性B.转运H＋和K＋的方式均为主动转运C.在发挥作用时形状会发生改变D.其抑制剂可缓解胃酸过多导致的胃溃疡答案：A

解析：该质子泵只能运输H＋和K＋，具有特异性，A错误；据图可知，该质子泵吸收K＋、排出H＋，需要消耗ATP，属于主动转运，B正确；质子泵是载体蛋白，在发挥作用时，其形状会发生改变，C正确；质子泵排出H＋，从而促进胃酸的分泌，其抑制剂可有效缓解胃酸过多导致的胃溃疡，D正确。11.(2023·丽水模拟)非洲爪蟾的红细胞在低渗溶液中会快速吸水膨胀，而其卵母细胞不会。红细胞膜上的CHIP28是一种水通道蛋白，现将其mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞，卵母细胞在低渗溶液中也快速吸水膨胀。下列相关叙述正确的是

(

)A.红细胞在低渗溶液中因发生主动转运而吸水膨胀B.蛋白CHIP28在高尔基体中合成、加工并运输至细胞膜C.处理后的卵母细胞在膨胀过程中吸水速率逐渐降低D.处理前的卵母细胞不含控制CHIP28蛋白合成的基因答案：C

解析：红细胞膜上存在水通道蛋白，故红细胞在低渗溶液中因发生易化扩散而吸水膨胀，A错误；CHIP28为红细胞膜上的通道蛋白，其合成场所是核糖体，不是高尔基体，B错误；处理后的卵母细胞在膨胀过程中逐渐吸水，细胞内外的浓度差逐渐减小，因此吸水速率逐渐降低，C正确；处理前的卵母细胞含控制CHIP28蛋白合成的基因，只是在卵母细胞中该基因不表达，D错误。12.

(2023·浙江十校联盟第三次联考)将洋葱鳞片叶外表皮细胞置于一定浓度的外界溶液M中，发生的变化如图所示。下列叙述错误的是

(

)A.可用黑藻叶片细胞作为该实验的材料B.改变外界溶液M的浓度，图示曲线的变化趋势可能不变C.图中T1、T3时刻，水分子进出细胞的方向不同D.T2时刻，细胞处于质壁分离状态答案：C解析：黑藻叶片细胞没有紫色液泡，但其细胞质充满叶绿体，除了液泡外，几乎整个细胞是绿色的，因此能够与外界无色溶液形成对比，分散的叶绿体被挤压在一起，能观察到质壁分离及复原现象，A正确；改变外界溶液M的浓度，图示曲线的变化趋势可能不变，B正确；图中T1、T3时刻，细胞有活性，水分子进出细胞都是双向的，C错误；T1～T2，细胞发生质壁分离，则T2时刻，细胞处于质壁分离状态，D正确。13.(2023·镇海中学5月模拟)植物液泡膜上具有多种酶和转运蛋白，液泡中贮存着多种细胞代谢产物和多种酸性水解酶类，糖类、盐类等物质的浓度往往很高。下列说法错误的是

(

)A.植物细胞发生质壁分离过程中，细胞液渗透压低于细胞溶胶渗透压B.液泡内多种物质浓度较高与液泡膜具有选择透过性有关C.液泡中的色素与植物叶片颜色有关，主要吸收红光和蓝紫光D.H2O借助通道蛋白通过液泡膜时，不需要与通道蛋白结合答案：C

解析：植物细胞发生质壁分离过程中，水分子扩散方向为细胞液→细胞溶胶→外界溶液，故细胞液渗透压低于细胞溶胶渗透压，A正确；液泡内多种物质浓度较高与液泡膜具有选择透过性有关，否则无法维持液泡膜内外相关物质的浓度差，B正确；植物叶片颜色与液泡中的色素和叶绿体有关，叶绿体中的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，C错误；H2O借助通道蛋白通过液泡膜时，不与通道蛋白结合，D正确。14.(2023·金华模拟)如图表示肾小管上皮细胞对原尿中一些物质的重吸收过程(图中物质图形的数量代表物质的浓度)，下列叙述正确的是

(

)A.钠钾泵的作用说明载体对转运对象不具有专一性B.钠钾泵转运过程中形状的改变需要ATP供能C.肾小管上皮细胞吸收和运出葡萄糖的转运方式相同D.对原尿中葡萄糖的重吸收需要直接消耗ATP答案：B

解析：钠钾泵只能转运Na＋和K＋，说明载体对转运对象具有专一性，A错误。由图可知，钠钾泵转运过程中形状的改变需要ATP供能，B正确。肾小管上皮细胞吸收葡萄糖为逆浓度梯度，属于主动转运；运出葡萄糖为顺浓度梯度，需要载体，不需要能量，属于易化扩散，C错误。由图可知，对原尿中葡萄糖的重吸收需要Na＋通过易化扩散进入肾小管上皮细胞产生的电化学势能提供能量，不直接消耗ATP，D错误。二、非选择题15.(2023·湖州期中)水通道蛋白位于部分细胞的细胞膜上，能介导水分子跨膜运输，提高水分子的运输效率。如图是猪的红细胞在不同浓度的NaCl溶液中，红细胞体积与初始体积之比的变化曲线(0点对应的浓度为红细胞吸水涨破时的NaCl溶液浓度)。请回答下列问题：(1)在低渗溶液中，红细胞吸水涨破释放内容物后，剩余的部分称为“血影”，则“血影”的主要成分是____________________。根据图示可知，猪的红细胞在浓度为________mmol·L－1的NaCl溶液中能保持正常形态。(2)实验结果表明在某一浓度的NaCl溶液中，猪的红细胞能保持正常形态，说明此时进出红细胞的水分子数________。(3)分析图示，将相同的猪的红细胞甲、乙分别放置在A点和B点对应浓度的NaCl溶液中，一段时间后，红细胞乙的吸水能力________(填“大于”“小于”或“等于”)红细胞甲，原因是________________________________________。(4)将猪的红细胞和肝细胞置于蒸馏水中，发现红细胞吸水涨破所需的时间少于肝细胞，结合以上信息分析，根据结构和功能相适应的特点，其原因可能是_____________________。解析：(1)根据红细胞的结构特点可知，“血影”主要是细胞膜，其主要成分是蛋白质和磷脂；根据图示可知，猪的红细胞在浓度为150mmol·L－1的NaCl溶液中红细胞体积与初始体积之比为1，能保持正常形态。(2)实验结果表明在某一浓度的NaCl溶液中，猪的红细胞能保持正常形态，说明此时进出红细胞的水分子数相等。(3)由曲线可知，将相同的猪的红细胞甲、乙分别放置在A点和B点对应浓度的NaCl溶液中，一段时间后，二者的红细胞体积与初始体积之比均小于1，且乙的比值更小，说明红细胞乙的失水量多于红细胞甲，则红细胞乙的细胞内溶液浓度较高，因此红细胞乙的吸水能力大于红细胞甲。(4)由题意可知，猪的红细胞膜上存在水通道蛋白，吸水能力更强，肝细胞膜上无水通道蛋白，所以红细胞吸水涨破所需的时间少于肝细胞。答案：(1)蛋白质、磷脂150

(2)相等(3)大于红细胞乙失水较多，细胞内溶液浓度高，细胞吸水能力强(4)猪的红细胞膜上有水通道蛋白，吸水能力更强，肝细胞膜上没有(或少)16.盐地碱蓬能生活在靠近海滩或者海水与淡水汇合的河口地区，它能在盐胁迫逆境中正常生长，与其根细胞独特的转运机制有关。如图是盐地碱蓬根细胞参与抵抗盐胁迫的示意图(HKT1、AKT1、SOS1和NHX均为载体蛋白)。请回答问题：(1)大多数植物难以在盐碱地上生长，主要原因是_________________________，导致植物无法从土壤中获得充足的水分。液泡中能储存较高浓度的某些特定物质，这体现了液泡膜具有________________的特性，该特性主要与液泡膜上的________________________有关。(2)在高盐胁迫下，当盐浸入到根周围的环境时，Na＋借助载体蛋白HKT1以__________的方式大量进入根部细胞，同时抑制了K＋进入细胞，导致细胞中Na＋、K＋的比例异常，使细胞内的酶失活，影响蛋白质的正常合成。盐地碱蓬的根细胞会借助Ca2＋调节Na＋、K＋转运蛋白的功能，进而调节细胞中Na＋、K＋的比例。由此推测，细胞溶胶中的Ca2＋对HKT1和AKT1的作用依次为________、________(均填“激活”或“抑制”)，使细胞内的蛋白质合成恢复正常。另外，一部分离子被运入液泡内，通过调节细胞液的渗透压促进根细胞____