高三生物一轮复习学案：物质的输入与输出

11.物质进出细胞的方式：被动运输主动运输胞吞胞吐协助扩散运输方向 浓度→浓度 浓度→浓度胞→胞胞→胞是否需要转运蛋白是否消耗举例O22乙醇、苯、水人的红细胞吸收葡萄糖、水小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、核苷酸、无机盐等巨噬细胞吞噬抗原胰岛素、消化酶、抗体的分泌2.转运蛋白可以分为两种类型，通道蛋白只容许与自身通道的相适配、相适宜的分子或离子通过。分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合。而载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身的改变。参与的运输方式是否与被运输分子结合自身构象是否发生改变转运速率饱和性共同点转运蛋白通道蛋白载体蛋白3.图中①~⑤表示物质通过细胞膜的转运方式，甲～戊表示不同的物质或细胞结构。(1)据图分析，①方式运输的物质最可能是(填“氨基酸”“氧气”或“NO”)。生物膜对K＋和Cl-的通透性存在明显差异，造成这种差异的主要原因是。(2)低温处理法、载体蛋白抑制法、细胞呼吸抑制法都能影响物质进出细胞，细胞呼吸抑制法会影响图中的 (填序号)转运方式；已知某时间段轮藻吸收K＋的方式为主动运输，若想抑制K＋进入轮藻细胞，而不影响其他物质进出，可选用法。若想抑制轮藻细胞的过程⑤,可选用法。(3)请写出过程⑤的步骤：大分子与膜上的蛋白质结合→引起→包围着大分子→小囊从细胞膜上分离下来→形成进入细胞内部。判断：(1)自由扩散的速率与物质分子的大小、脂溶性程度有关()(2)一种转运蛋白可转运不同种的离子，同一种离子也可由不同种的转运蛋白转运()(3)无机盐离子的运输方式均为主动运输()(4)主动运输使膜内外物质浓度趋于一致，维持了细胞的正常代谢()(5)胞吞过程需要某些特定的膜蛋白(如受体)的作用，也需要转运蛋白的作用()自由扩散的实例：O自由扩散的实例：O2、CO2、甘油、乙醇、苯的跨膜运输等协助扩散的实例：人的红细胞吸收葡萄糖，水的重吸收等胞吞胞吐的实例：巨噬细胞吞噬抗原、胰岛素、消化酶、抗体的分泌等（生物大分子胆固醇、Fe3+的吸收、神经递质的释放等（小分子）主动运输的实例及意义：小肠上皮/肾小管上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等3二、细胞膜具有选择透过性的结构基础完成（1）~（5）总结细胞膜具有选择透过性的结构基础是什么？（1）通过比较甘油、CO2、O2在人工膜和生物膜的通透性可知影响其通过人工膜的扩散速率，它们通过人工膜的动力是。（2）右图中，水分子通过生物膜的速率（填“高于”、“低于”或“等于”）通过人工膜，由此推测水分子跨膜运输不仅有自由扩散一种方式，后经研究发现生物膜上存在着。+-在人工膜和生物膜的通透性可知：。钙泵在转运钙离子时发生的变化是。（5）囊性纤维化与Cl-载体异常关闭有关【小结】结合以上实例看出，除一些不带电荷的小分子可以自由扩散进出细胞，离子和较小的有机分子必须借助转运蛋白跨膜运输，一种转运蛋白只适合转运特定物质，因此， 对许多物质跨膜运输起着决定性作用，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。三、转运蛋白的类型（一）通道蛋白1.水通道蛋白：广泛存在于细菌、酵母、植物、动物细胞的细胞膜上。（1）分布：为检测膜蛋白在膜上的分布位置，科学家将细胞分为三组，设计如下实验。（图1所示）4甲组：不作处理；乙组：用胰蛋白酶处理完整的细胞，此时胰蛋白酶不能透过细胞膜进入细胞；丙组：先提高细胞膜的通透性，再用胰蛋白酶处理完整细胞，此时胰蛋白酶能进入细胞。分别提取和分离三组的膜蛋白，电泳结果如图2所示。（注：控制消化处理的时间，使胰蛋白酶不能消化位于磷脂内部的蛋白质部分；电泳能测定蛋白质分子量的大小，蛋白质越小，迁移越快，反之则慢）根据结果推测，1～5号蛋白质中，如果有跨膜的水通道蛋白，最可能是（填编号），镶在膜内侧表面的蛋白质是（填编号）。（2）作用机理：龙胆花在处于低温（16℃)下30min内发生闭合，而在转移至正常生长温度（22℃),光照条件下30min内重新开放，这与花冠近轴表皮细胞膨压（即原生质体对细胞壁的压力）变化有关，水通道蛋白在该过程中发挥了重要作用。如图，其相关机理为水分子通过水通道蛋白进入胞内，导致细胞膨压增大，从而使花重新开放。（3）功能：请选用下面的材料、仪器和技术设计实验方法，通过测定水通透速率来证明蛋白A参与了水的跨膜运输。2.离子通道蛋白如下图①为通道，与静息电位的形成有关，②为通道，与动作电位的形成有关，③为通道，引起离子内流，从而抑制动作电位形成。（二）载体蛋白1.同种物质可以经协助扩散的载体蛋白或主动运输的载体蛋白运送，如葡萄糖：为探究细胞吸收葡萄糖的条件，将鼠的成熟红细胞和肌肉细胞分别置于含有5.0%葡萄糖的培养液中进行实5验，一段时间后测定培养液中葡萄糖的含量，结果如表。组别培养条件肌肉细胞成熟红细胞甲加入葡萄糖载体抑制剂5.0%5.0%乙加入呼吸抑制剂4.7%3.5%丙不做任何处理2.5%3.5%该实验的自变量为，因变量为，甲组与丙组比较，可知肌肉细胞和成熟红细胞吸收葡萄糖需要。乙组与丙组比较，可知成熟红细胞吸收葡萄糖能量。肌肉细胞吸收葡萄糖的方式是。2.按能量来源划分主动运输中的载体蛋白（1）ATP驱动泵（ATP直接供能）分析下图，神经细胞上的钠-钾泵能使，从而维持胞内外钠钾浓度差，有利于兴奋在神经纤维上的传导。（2）协同转运蛋白：利用的能量储存在其中一种被运输物质的电化学梯度中（ATP间接供能）a.NaK＋泵与协同转运蛋白①心肌细胞上广泛存在NaK＋泵和NaCa2＋交换体，如左图。已知细胞质中Ca2＋浓度升高可引起心肌收缩。某种药物可特异性阻断细胞膜上的NaK＋泵，导致减少，胞内Na＋浓度增高，使细胞膜上的钠钙交换体活动，心肌收缩力加强。心肌细胞上还广泛存在钙通道，某种高血压药物阻滞钙离子经钙通道内流，从而引发血管平滑肌和心肌，进而引起血管扩张，有利于降血压，但过量使用二氢吡啶类钙通道阻滞剂可能导致。（章首页）②右图小肠上皮细胞通过的方式从组织液中吸收K这种离子跨膜运输方式对于细胞的意义是。借助转运蛋白I向细胞内运输Na＋消耗能量，葡萄糖经转运蛋白I从肠腔进入胞内的动力是由 提供的能量，经转运蛋白Ⅱ进入内环境的动力是。转运蛋白I和II都具有性。b.质子泵与协同转运蛋白：形成局部酸性环境，协同运输其他物质例1：溶酶体和液泡等膜上存在H+泵，形成这些细胞器内部的酸性环境。①左图中钠离子、钙离子内流的动力直接来源于。②若使用ATP抑制剂处理细胞，Na＋的转入量会明显减少，其原因是。③大量Na＋进入植物根细胞可提高耐盐植物根细胞的吸水能力，其机理是。例2：H+-K+-ATP酶位于胃壁细胞，通过消耗ATP实现自身的磷酸化与去磷酸化，完成H+和K+的跨膜转运，6不断将胃壁细胞内的H+运输到膜外胃腔中。（“+”表示促进磷酸化）未进食时，壁细胞内的质子泵被包裹在囊泡中储存在细胞质基质中，壁细胞受食物刺激时，含质子泵的囊泡向细胞膜移动并融合，融合过程依赖生物膜的性。信号分子与受体结合体现了细胞膜具有的功能，信号分子与相应受体结合后可通过cAMP和Ca2+促进磷酸化，导致质子泵的发生变化，从而完成H+的跨膜运输。胃酸为胃蛋白酶提供适宜的酸性环境，但胃酸分泌过多会引起胃溃疡。结合胃酸的分泌过程图示（右图），请提出一种治疗胃酸分泌过多的方案。（3）光驱动泵细菌紫膜质是来自某原核生物细胞膜上的一种膜蛋白。分别将细菌紫膜质、ATP合成酶和解偶联剂重组到脂质体上进行实验，结果如下图所示。由图可知，细菌紫膜质可以吸收光能，将H顺/逆）浓度运入脂质体，ATP的合成，需 的共同作用，图丁无ATP产生，可能与解偶联剂破坏了H＋的浓度差有关，图中的ATP 合成酶实际上是一种F型质子泵，还广泛分布于真核细胞的上。四、胞吞胞吐的拓展下图为铁被小肠吸收和转运至细胞内的过程。转铁蛋白(Tf)可运载Fe3以Tf－Fe3＋结合形式进入血液。Tf－Fe3＋与转铁蛋白受体(TfR)结合后进入细胞，并在囊泡的酸性环境中将Fe3＋释放。①Fe2＋通过蛋白1通道的过程属于，H＋通过蛋白2进入囊泡的过程属于。Tf与TfR结合后携带Fe3＋进入细胞的过程属于。②某耐盐碱植物的叶片背面有一粒粒白色的盐分结晶，它们是由盐腺细胞中大量的小囊泡经过膜融合过程分泌出来的。通过以上实例小结：物质通过胞吞或胞吐进出细胞，其过程需要/转运蛋白的参与，更离不开脂双层的流动性。需要能量供应，影响因素为，有的胞吞胞吐还具有特异性，也可运送小分子。五、影响物质跨膜运输的因素1.物质浓度（物质X在胞外的浓度）2.转运蛋白数量3.氧气含量若该细胞为红细胞主动运输吸收物质X，请绘制下图：4.温度：通过影响进而影响物质运输速率将番茄和水稻幼苗分别放入Mg2＋和SiO－培养液中进行培养，培养液的起始浓度相同。一段时间后，培养液中离子的浓度变化如左图所示。右图为科研人员测得的水稻幼苗根细胞随氧气浓度变化对Mg2＋和SiO－的吸收情况。①据左图分析可知：番茄吸收SiO－的量Mg2SiO－浓度高于初始值的原因是番茄吸收水的速率高于吸收SiO－的速率。番茄和水稻幼苗的根对Mg2＋和SiO－的吸收速率不同，具有性。②据右图分析可知；影响水稻幼苗根细胞吸收Mg2＋和SiO－的因素是。A点的吸收量比B点少的主要外界因素是；A与C对照，说明根细胞膜上；B点以后及时中耕松土能/不能）提高两种离子的吸收量。1．(2023·湖南，14改编)盐碱化是农业生产的主要障碍之一。植物可通过质膜H＋泵把Na＋排出细胞，也可通过液泡膜H＋泵和液泡膜NHX载体把Na＋转入液泡内，以维持细胞质基质Na＋稳态。如图是NaCl处理模拟盐胁迫，钒酸钠(质膜H＋泵的专一抑制剂)和甘氨酸甜菜碱(GB)影响玉米Na＋的转运和相关载体活性的结果。下列叙述不正确的是()8A．溶质的跨膜转运都会引起细胞膜两侧渗透压的变化B．GB可能通过调控质膜H＋泵活性增强Na＋外排，从而减少细胞内Na＋的积累C．GB引起盐胁迫下液泡中Na＋浓度的显著变化，与液泡膜NHX载体活性有关D．盐胁迫下细胞质基质Na＋排出细胞或转入液泡都能增强植物的耐盐性2.我国有近一亿公顷的盐碱地，大部分植物无法在此生存，而耐盐植物藜麦却能生长。通过研究藜麦叶片结构后发现，其表皮有许多盐泡细胞，该细胞体积是普通表皮细胞的100倍以上，里面没有叶绿体，Na＋和Cl－在盐泡细胞内的转运如图所示。请回答问题。种类ABCDNa＋载体蛋白85Cl－载体蛋白2646葡萄糖转运蛋白38286668(1)据图推测，藜麦的耐盐作用机制是通过的方式，将Na＋和Cl－运送到表皮盐泡细胞的 (细胞器)中储存起来，从而避免高盐对其他细胞的影响。(2)上表为藜麦盐泡细胞和其他几种普通植物的叶肉细胞膜中部分蛋白的相对表达量。其中(填下列选项字母)更可能是藜麦，理由是。(3)藜麦根系从土壤中吸收盐分是主动运输还是被动运输？有同学设计实验进行了探究。①实验步骤：a.取甲、乙两组生长发育基本相同的藜麦幼苗植株，放入适宜浓度的含有Na＋、Cl－的溶液中；b.甲组给予正常的细胞呼吸条件，乙组加入c.一段时间后，②预测实验结果及结论：若乙组说明藜麦从土壤中吸收盐分的方式是主动运输。3．学习以下材料，回答（1）~（4）题。光合产物如何进入叶脉中的筛管高等植物体内的维管束负责物质的长距离运输，其中的韧皮部包括韧皮薄壁细胞、筛管及其伴胞等。筛管是光合产物的运输通道。光合产物以蔗糖的形式从叶肉细胞的细胞质移动到邻近的小叶脉，进入其中的筛管-伴胞复合体（SE-CC），再逐步汇入主叶脉运输到植物体其他部位。蔗糖进入SE-CC有甲、乙两种方式。在甲方式中，叶肉细胞中的蔗糖通过不同细胞间的胞间连丝即可进入SE-CC。胞间连丝是相邻细胞间穿过细胞壁的细胞质通道。在乙方式中，蔗糖自叶肉细胞至SE-CC的运输（图1）可以分为3个阶段：①叶肉细胞中的蔗糖通过胞间连丝运输到韧皮薄壁细胞；②韧皮薄壁细胞中的蔗糖由膜上的单向载体W顺浓度梯度转运到SE-CC附近的细胞外空间（包括细胞壁）中；③蔗糖从细胞外空间进入SE-CC中，如图2所示。SE-CC的质膜上有蔗糖载体蛋白（SU载体），SU载体与H+泵相伴存在。胞内H+通过H+泵运输到细胞外空间，在此形成较高的H+浓度，SU载体将H+和蔗糖同向转运进SE-CC中。采用乙方式的植物，筛管中的蔗糖浓度远高于叶肉细胞。研究发现，叶片中SU载体含量受昼夜节律、蔗糖浓度等因素的影响，呈动态变化。随着蔗糖浓度的提高，叶片中SU载体减少，反之则增加。研究SU载体含量的动态变化及调控机制，对于了解光合产物在植物体内的分配规律，进一步提高作物产量具有重要意义。(1)在乙方式中，蔗糖经W载体由韧皮薄壁细胞运输到细胞外空间的方式属于。由H+泵形成的有助于将蔗糖从细胞外空间转运进SE-CC中。9(2)与乙方式比，甲方式中蔗糖运输到SE-CC的过程都是通过这一结构完成的。(3)下列实验结果支持某种植物存在乙运输方式的有。A．叶片吸收14CO2后，放射性蔗糖很快出现在SE-CC附近的细胞外空间中B．用蔗糖跨膜运输抑制剂处理叶片，蔗糖进入SE-CC的速率降低C．将不能通过细胞膜的荧光物质注射到叶肉细胞，SE-CC中出现荧光D．与野生型相比，SU功能缺陷突变体的叶肉细胞中积累更多的蔗糖和淀粉(4)除了具有为生物合成提供原料、为生命活动供能等作用之外，本文还介绍了蔗糖能调节SU载体的含量，体现了蔗糖的功能。4.（2024黑吉辽卷）钙调蛋白是广泛存在于真核细胞的Ca2+感受器。小鼠钙调蛋白两端有近似对称的球形结构，每个球形结构可结合2个Ca2+。下列叙述错误的是()A．钙调蛋白的合成场所是核糖体B．Ca2+是钙调蛋白的基本组成单位C．钙调蛋白球形结构的形成与氢键有关D．钙调蛋白结合Ca2+后，空间结构可能发生变化5.（2024黑吉辽卷）研究人员对小鼠进行致病性大肠杆菌接种，构建腹泻模型。用某种草药进行治疗，发现草药除了具有抑菌作用外，对于空肠、回肠黏膜细胞膜上的水通道蛋白3（AQP3）的相对表达量也有影响，结果如图所示。下列叙述正确的是（多选）()A．水的吸收以自由扩散为主、水通道蛋白的协助扩散为辅B．模型组空肠黏膜细胞对肠腔内水的吸收减少，引起腹泻C．治疗后空肠、回肠AQP3相对表达量提高，缓解腹泻，减少致病菌排放D．治疗后回肠AQP3相对表达量高于对照组，可使回肠对水的转运增加6.（2024山东卷）植物细胞被感染后产生的环核昔酸结合并打开细胞膜上的Ca2+通道蛋白，使细胞内Ca2+浓度升高，调控相关基因表达，导致H2O2含量升高进而对细胞造成伤害；细胞膜上的受体激酶BAK1被油菜素内酯活化后关闭上述Ca2+通道蛋白。下列说法正确的是()A.环核甘酸与Ca2+均可结合Ca2+通道蛋白B.维持细胞Ca2+浓度的内低外高需消耗能量C.Ca2+作为信号分子直接抑制H2O2的分解D.油菜素内酯可使BAK1缺失的被感染细胞内H2O2含量降低7.（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答案【基础知识检测】1.（表格横着看）高低低高外内内外否是是否否否是是2.载体蛋白和通道蛋白直径和形状大小和电荷构象（表格横着看）协助扩散不结合离子通道存在开或闭两种构像（门控性）更高无协助扩散、主动运输结合改变更慢有特异性3.(1)氧气生物膜上运输K＋和Cl－的蛋白的数量不同(2)④⑤载体蛋白抑制低温处理法、细胞呼吸抑制法(3)细胞膜内陷形成小囊囊泡判断：√√×××【核心知识突破】二、（1）分子大小浓度差（2）高于协助水分子通过的水通道蛋白（3）K+、Na+、Cl-几乎不能透过人工膜，生物膜对K+、Na+、Cl-的通透性具有选择性（4）运输钙离子和催化ATP水解ATP水解释放的磷酸基团使载体蛋白发生磷酸化，导致其空间结构改变【小结】细胞膜上转运蛋白的种类和数量，或转运蛋白空间结构的变化三、（一）1.（1）14.5（2）由低温升高至正常温度的过程，促使囊泡上的水通道蛋白去磷酸化后转移至细胞膜，光照促进Ca²⁺运输至细胞内激活蛋白激酶GsCPK16，促进水通道蛋白磷酸化（3）将爪蟾卵母细胞随机均分为两组，一组不作处理，向另一组爪蟾卵母细胞内注入(显微注射技术)蛋白A的mRNA，两组细胞在相同且适宜的环境中培养一定时间后，转入到低渗溶液中并分别测定细胞的水通透速率，结果：注入蛋白AmRNA的一组细胞水通透速率高于不作处理的一组。2.K+Na+Cl-Cl-（二）1.是否添加