备考2025届高考生物一轮复习【强化训练】第2章课时4情境热点1载体蛋白通道蛋白离子泵与质子泵

第2章细胞的基本结构和物质的运输课时4物质出入细胞的方式及影响因素情境热点1载体蛋白、通道蛋白、离子泵与质子泵离子和较大的有机分子的跨膜运输必须借助于转运蛋白，而转运蛋白又具有选择性，转运蛋白的种类非常多，下面主要讲解高考中常见的几种转运蛋白：水通道、离子通道、离子泵（ATP驱动型）、V型质子泵、F型质子泵。种类模型模型解读通道蛋白水通道1.水通道为一种连续开放型通道，不与水分子结合，以保证水分子快速通过磷脂双分子层；2.通常对水转运量大的细胞膜上，水通道蛋白的数量就多，如肾小管和集合管细胞膜离子通道1.不与被运输的物质结合；2.对被运输物质具有选择性（对直径、形状、大小、电荷等有较高要求）；3.通道的打开与关闭需要信号分子的刺激载体蛋白离子泵（ATP驱动型）1.既具有酶的催化功能（催化ATP水解），又具有运输离子的功能；2.通过主动运输的方式对特定离子进行跨膜运输V型质子泵1.V型质子泵也可以看作H＋离子泵；2.利用ATP水解释放的能量，逆浓度梯度转运H＋；3.位于液泡膜、溶酶体膜、胃黏膜上皮细胞膜上，通过积累H＋来维持酸性环境；4.维持细胞质基质pH中性和细胞器内的pH酸性F型质子泵（ATP合成酶）1.F型质子泵为典型的能量转换机制；2.利用H＋顺浓度梯度跨膜运输产生的能量来合成ATP，又被称为ATP合成酶；3.多见于细菌质膜、线粒体内膜、类囊体薄膜上（1）载体蛋白和通道蛋白分别体现了蛋白质的什么功能？载体蛋白体现了蛋白质的物质运输和催化功能，通道蛋白体现了蛋白质的物质运输功能。（2）载体蛋白和通道蛋白都参与哪些运输方式？载体蛋白参与协助扩散和主动运输，通道蛋白参与协助扩散。（3）研究发现人的红细胞细胞膜上存在水通道蛋白，而水生动物的卵母细胞上则较少。将人的红细胞和水生动物的卵母细胞同时移入低渗溶液后，短时间内，人的红细胞很快吸水膨胀而发生溶血，而水生动物的卵母细胞不膨胀。由此说明了什么？水分子通过水通道蛋白进入细胞的速率大于通过自由扩散进入细胞的速率。1.[2023山东]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（D）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解析由题干信息“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”可知，溶酶体内的H＋浓度高于细胞质基质，H＋进入溶酶体是逆浓度梯度进行的，方式属于主动运输，A正确。H＋载体蛋白失活将无法维持溶酶体内的高H＋浓度，Cl－/H＋转运蛋白则不能将Cl－逆浓度梯度运入溶酶体，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无Cl－/H＋转运蛋白，不能将Cl－逆浓度梯度运入溶酶体，进而导致溶酶体内的吞噬物积累，严重时可导致溶酶体破裂，据此推测，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。溶酶体中的H＋浓度高于细胞质基质，溶酶体破裂后，溶酶体中的水解酶释放到细胞质基质中，水解酶活性将减弱，D错误。2.[2024重庆南开中学一测]如图为利用细菌视紫红质（一种能捕捉光能的膜蛋白）、ATP合成酶和脂质体构建的一种人工合成脂质体。在黑暗和光照条件下检测有无H＋跨膜运输及ATP的产生，结果如图所示。下列分析正确的是（D）A.视紫红质是一种H＋通道蛋白B.ATP合成酶抑制剂可以抑制视紫红质对H＋的运输C.用线粒体内膜上的呼吸酶代替视紫红质，可在同样条件下进行该实验D.该脂质体合成ATP的过程中，能量的转化形式：光能→H＋电化学势能→ATP中的化学能解析如图所示过程为视紫红质作为载体蛋白利用光能主动运输H＋，在人工合成的脂质体内建立质子梯度，形成的H＋电化学势能驱动ATP合成酶合成ATP，A错误；ATP合成酶抑制剂抑制ATP的合成，而不能抑制视紫红质对H＋的主动运输，B错误；线粒体内膜上的呼吸酶无法利用光能，无法在同样条件下进行该实验，C错误；该脂质体合成ATP的过程中，能量的转化形式为：光能→H＋电化学势能→ATP中的化学能，D正确。3.[高考组合，9分]回答下列关于通道蛋白和载体蛋白的问题：（1）[2022海南，T16（2）]细胞膜上的水通道蛋白是水分子进出细胞的重要通道，水分子借助水通道蛋白进出细胞的方式属于协助扩散（易化扩散）。（2）[2022海南，T16（3）]细胞膜上的H＋－ATP酶是一种转运H＋的载体蛋白，能催化ATP水解，利用ATP水解释放的能量将H＋泵出细胞，导致细胞外的pH下降；此过程中，H＋－ATP酶作为载体蛋白在转运H＋时发生的变化是自身构象发生改变（或空间结构发生改变）。（3）[2021全国甲，T29（2）]细胞外的K＋能够通过离子通道进入植物的根细胞。离子通道是由蛋白质复合物构成的，其运输的特点是一种离子通道只允许一种或一类离子通过（答出1点即可）。解析（1）水分子借助细胞膜上的水通道蛋白进出细胞，这种借助膜上转运蛋白顺浓度梯度进出细胞的物质扩散方式称为协助扩散（易化扩散