第一板块-培优微专题(二)-由“囊性纤维病”理清细胞的吸水、失水与物质运输

培优微专题(二)由“囊性纤维病”理清细胞的吸水、失水与物质运输细胞的渗透吸水和失水以及物质运输的方式是高考的常考点，高考主要以选择题形式考查，尤其是物质出入细胞的方式几乎每年都要考查。对该考点高考中常通过设置情境，考查常见物质的运输方式和运输方式的判断。考生由于理不清基本原理而失分。本专题从囊性纤维病的致病原理这一生活实际切入，透析渗透作用的原理和物质运输方式的判断。课题下的深度探究学习——真情境·真应用·真学通[探究素材]囊性纤维病是一种严重的遗传疾病。正常人肺细胞内Cl－浓度低于细胞外，细胞膜上的CFTR蛋白能将Cl－运输到细胞外，可稀释细胞表面黏液；囊性纤维病患者的CFTR蛋白结构异常，肺细胞Cl－输出受阻，导致支气管被异常黏液堵塞，还使得汗液中Cl－浓度升高，如图表示CFTR蛋白在Cl－跨膜运输过程中的作用。[探究问题](1)由图可知，Cl－跨膜运输所借助的CFTR蛋白属于________(填“通道蛋白”或“载体蛋白”)，在正常细胞内，Cl－在该蛋白的协助下通过________方式转运至细胞外，转运过程中，该蛋白________(填“发生”或“不发生”)自身构象的改变。随着细胞外Cl－浓度逐渐升高，水分子通过________作用向膜外扩散的速度加快，使覆盖于肺部细胞表面的黏液被稀释。(2)根据能量来源的不同，可将动物细胞膜上的主动运输分为原发性主动转运和继发性主动转运，如图中K＋进入细胞属于原发性主动转运，葡萄糖进入细胞属于继发性主动转运。通过分析，Cl－在CFTR蛋白的协助下转运至细胞外，属于________主动转运。驱动葡萄糖进入细胞所需的能量来源于________________。(3)科研人员发现，红细胞在清水中很容易涨破，而水生动物的卵母细胞在清水中不易涨破，红细胞快速吸水与细胞膜上的水通道蛋白CHIP28有关，水通道蛋白CHIP28可插入其他生物细胞膜上。请你设计实验验证这一结论，写出简单的设计思路并预期结果。答案：(1)载体蛋白主动运输发生渗透(2)原发性Na＋浓度梯度(3)实验思路：将水通道蛋白CHIP28插入不含有水通道蛋白的水生动物卵母细胞的细胞膜上，再将卵母细胞放入清水中。预期结果：卵母细胞迅速吸水膨胀后涨破。高考下的重难微点突破——重点化·综合化·精细化提能点(一)渗透作用与细胞的吸水和失水[查验进补知能][典例]

(2021·青岛模拟，多选)图甲是人的红细胞长时间处在不同浓度的NaCl溶液中，红细胞的体积(V)与初始体积(V0)之比的变化曲线；图乙是某植物细胞在一定浓度的NaCl溶液中细胞失水量的变化情况。下列分析正确的是

(

)A．由图甲可知浓度为250mmol·L－1NaCl溶液不影响人红细胞的代谢B．图乙中植物细胞体积的变化是先减小后明显增大C．图乙中a点细胞失水量最大，此时细胞吸水能力最强D．人的红细胞长时间处在浓度为300mmol·L－1NaCl溶液中可能死亡，图乙中的处理时间内细胞一直有生物活性[解析]由图甲可知，当人的红细胞在浓度为250mmol·L－1NaCl溶液中，红细胞的体积(V)与初始体积(V0)之比小于1，红细胞失水皱缩，即此溶液浓度并非正常红细胞的细胞内液浓度，处于此溶液中会影响人红细胞的代谢，A错误；由图乙可知，该植物细胞发生了质壁分离及自动复原，原生质体的体积变化是先减小后增大，但由于植物细胞壁的伸缩性较小，在失水和吸水的过程中，细胞体积并没有较大改变，B错误；图乙中，a点细胞失水量达到最大值，此时细胞液的浓度最高，细胞吸水能力最强，C正确；由图甲可知，人的红细胞处在浓度为300mmol·L－1NaCl溶液中会发生失水皱缩并有可能导致细胞死亡。由图乙可知，该植物细胞在处理过程中先失水发生了质壁分离，a点细胞失水量达到最大值，而在此之后，细胞失水量逐渐减少，即发生了质壁分离复原，并于b点恢复至细胞本来的状态，只有具有活性的植物细胞才可以发生质壁分离复原，即图乙中的处理时间内细胞一直有生物活性，D正确。[答案]

CD

深化学习植物细胞质壁分离与复原中的几个易错点归纳(1)细胞吸水能力变化的判定：细胞吸水能力的增大或减小与外界溶液的浓度没有直接关系，而与自身细胞液的浓度变化有直接关系。当细胞失水后细胞液浓度增大，细胞吸水能力增大；当细胞吸水后细胞液浓度减小，细胞吸水能力减小。[训练提升素养]1．(2021·衡水模拟)在低渗溶液中，细胞发生渗透吸水后会使细胞膨胀甚至破裂，不同的细胞用不同的机制解决这种危机。如图表示高等动物、高等植物与原生动物细胞(如变形虫)以三种不同的机制避免渗透膨胀，据此推断，下列说法正确的是

(

)A．机制1表示高等动物细胞，离子运出细胞一定需要消耗能量B．机制2表示高等植物细胞，细胞壁的保护使植物细胞可以吸水后不破裂C．机制3表示变形虫，若将其置于低渗溶液中，其收缩泡的伸缩频率会减慢D．三种细胞的边界各不相同，以达到与外界环境分隔开的目的解析：分析题图可知，机制1表示高等动物细胞，动物细胞避免渗透膨胀需要转运蛋白将离子转运到细胞外，以减小细胞内液的渗透压，防止细胞渗透吸水涨破，离子运出细胞未必需要消耗能量，A错误；机制2表示高等植物细胞，植物细胞在低浓度溶液中会发生吸水，但是由于细胞壁的支撑作用，吸水到一定程度后达到平衡，但此时细胞外溶液的浓度仍可能小于细胞液浓度，细胞壁的保护使植物细胞可以吸水后不破裂，B正确；机制3表示变形虫，原生动物生活在低渗溶液中，会通过收缩泡将多余的水排到细胞外，其收缩泡的伸缩频率会加快，若将原生动物置于高于细胞液浓度的溶液中，其收缩泡的伸缩频率会减慢，C错误；三种细胞的边界均为细胞膜，细胞膜能够将细胞与外界环境分隔开，D错误。答案：B

2．(2021·海口模拟)将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的M溶液中，发现其原生质体的体积变化趋势如图所示，下列相关叙述正确的是

(

)A．0～4h内物质M没有通过细胞膜进入细胞内B．0～1h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等C．2～3h内M溶液的渗透压小于细胞液的渗透压D．a点后，细胞开始吸收物质M，导致质壁分离复原解析：分析题图可知，0～4h内，原生质体体积先减小后增大，说明细胞发生质壁分离后自动复原，而原生质体体积增大，是由于物质M通过细胞膜进入细胞内，导致细胞液的渗透压升高、细胞渗透吸水所致，A错误；在0～1h内，原生质体体积不断减小，说明M溶液的浓度高于细胞液浓度，细胞不断失水，因细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性，所以细胞体积与原生质体体积的变化不相等，B错误；在2～3h内原生质体体积不断增大，是因为随着物质M不断被细胞吸收，使M溶液的渗透压小于细胞液的渗透压、细胞渗透吸水所致，C正确；细胞吸收物质M从将细胞放入M溶液中就开始发生，但在a点后，M溶液的渗透压小于细胞液的渗透压，导致质壁分离复原，D错误。答案：C

3．(2020·全国卷Ⅱ)取某植物的成熟叶片，用打孔器获取叶圆片，等分成两份，分别放入浓度(单位为g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液中，得到甲、乙两个实验组(甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍)。水分子交换达到平衡时，检测甲、乙两组的溶液浓度，发现甲组中甲糖溶液浓度升高。在此期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换。据此判断，下列说法错误的是

(

)A．甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水使甲糖溶液浓度升高B．若测得乙糖溶液浓度不变，则乙组叶细胞的净吸水量为零C．若测得乙糖溶液浓度降低，则乙组叶肉细胞可能发生了质壁分离D．若测得乙糖溶液浓度升高，则叶细胞的净吸水量乙组大于甲组解析：甲、乙两组糖溶液的浓度(单位为g/mL)相同，但甲糖的相对分子质量大于乙糖，所以甲、乙两组糖溶液的物质的量浓度不同(甲<乙)，将相同的叶圆片浸入两种不同物质的量浓度的溶液中，在吸水和失水的表现上可能不同。据题干信息分析可知，水分子交换达到平衡时，甲糖溶液浓度升高，推测甲糖溶液浓度低于叶细胞的细胞液浓度，叶细胞吸水导致甲糖溶液浓度升高，A正确；若测得乙糖溶液浓度不变，则乙糖溶液浓度等于叶细胞的细胞液浓度，水分子进出乙组叶细胞的量相等，净吸水量为零，B正确；若测得乙糖溶液浓度降低，则乙糖溶液浓度高于叶细胞的细胞液浓度，叶肉细胞可能会因渗透失水而表现出质壁分离，C正确；若测得乙糖溶液浓度升高，则甲、乙两组溶液浓度均小于叶细胞的细胞液浓度，两组细胞均吸水，但由于甲糖溶液的物质的量浓度小于乙糖溶液，所以乙组叶细胞的净吸水量小于甲组叶细胞，D错误。答案：D

提能点(二)物质出入细胞方式的类型和判断[查验进补知能][典例]

(2021·山东高考)液泡是植物细胞中储存Ca2＋的主要细胞器，液泡膜上的H＋焦磷酸酶可利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输H＋，建立液泡膜两侧的H＋浓度梯度。该浓度梯度驱动H＋通过液泡膜上的载体蛋白CAX完成跨膜运输，从而使Ca2＋以与H＋相反的方向同时通过CAX进行进入液泡并储存。下列说法错误的是

(

)A．Ca2＋通过CAX的跨膜运输方式属于协助扩散B．Ca2＋通过CAX的运输有利于植物细胞保持坚挺C．加入H＋焦磷酸酶抑制剂，Ca2＋通过CAX的运输速率变慢D．H＋从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式属于主动运输[解析]

Ca2＋通过CAX的跨膜运输方式为主动运输，所需要的能量由H＋顺浓度梯度产生的势能提供，A错误；Ca2＋通过CAX的运输进入液泡增加细胞液的浓度，有利于植物细胞保持坚挺，B正确；加入H＋焦磷酸酶抑制剂，则液泡中的H＋浓度降低，液泡膜两侧的H＋浓度梯度差减小，为CAX运输Ca2＋提供的能量减少，C正确；H＋从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式需要水解无机焦磷酸来提供能量，该跨膜运输方式为主动运输，D正确。[答案]

A

深化学习有关物质运输的三点提醒(1)载体蛋白并非只具有运输功能钠钾泵是一种有ATP酶活性的载体蛋白，其具有物质运输和催化的功能，此外质子泵也是有ATP酶活性的载体蛋白，其同时具有运输H＋和催化的功能。(2)主动运输并非都消耗ATP某物质逆浓度梯度转运时，所消耗的能量不一定来自ATP，也可能来自另一种物质顺浓度梯度运输产生的势能，如葡萄糖进入细胞的方式为主动运输，其所需能量可来自Na＋顺浓度梯度进入细胞产生的势能。(3)一种载体蛋白并非只运输一种物质载体蛋白具有特异性，有些载体蛋白只运输一种特定的物质，但也有些载体蛋白可协同运输两种物质，如钠葡萄糖协同转运蛋白通过协同运输转运Na＋和葡萄糖，且二者同向转运；钠钾泵通过主动运输转运Na＋和K＋，二者反向转运。[训练提升素养]1．(2021·沈阳三模)人体小肠上皮细胞对3种单糖的吸收方式如图所示，其中转运半乳糖与葡萄糖的载体蛋白是同向协同转运蛋白(半乳糖与载体的亲和力大于葡萄糖)，它们的运输是伴随Na＋从细胞外流入细胞而完成的。动物细胞外高内低的Na＋浓度梯度是依靠细胞膜上的钠钾泵维持的。下列叙述正确的是(

)A．果糖的转运速率会随着果糖浓度的升高持续增大B．葡萄糖和半乳糖转运时直接消耗了大量ATPC．半乳糖出现后，葡萄糖的转运量减少D．抑制小肠上皮细胞的钠钾泵后，葡萄糖转运速率不变解析：在一定浓度范围内，果糖的转运速率会随着果糖浓度的升高而增大，但载体蛋白的数量有限，则转运速率不能无限增大，A错误；葡萄糖和半乳糖转运时能量来源于Na＋顺浓度梯度进入细胞产生的势能，B错误；根据题干信息可知，半乳糖与载体的亲和力大于葡萄糖，可推知半乳糖出现后，葡萄糖的转运量减少，C正确；抑制小肠上皮细胞的钠钾泵后，则无法维持Na＋顺浓度梯度进入细胞产生的势能，葡萄糖的转运速率下降，D错误。答案：C

2．(2021·保定模拟，多选)H＋K＋ATP酶位于胃壁细胞，是质子泵的一种，它通过自身的磷酸化与去磷酸化完成H＋/K＋跨膜转运，不断将胃壁细胞内的H＋运输到膜外胃腔中，对胃酸的分泌及胃的消化功能具有重要的生理意义。其作用机理如图所示(“＋”表示促进磷酸化)。下列相关叙述正确的是

(

)A．H＋K＋ATP酶的作用是作为载体蛋白和催化ATP水解B．胃壁细胞中Ca2＋浓度降低，会引起胃酸的分泌量增多C．抑制H＋K＋ATP酶的活性可缓解胃酸过多的病症D．由图推测，H＋和K＋的跨膜方式为自由扩散解析：据题图分析可知，在胃壁细胞内，H＋通过主动运输方式转运至细胞外。H＋K＋ATP酶在该过程的作用是①作为载体蛋白；②催化ATP水解，A正确；由图示可知，胃壁细胞中Ca2＋浓度降低，使胃壁细胞内的H＋运输到膜外胃腔中的量减少，会引起胃酸的分泌量减少，B错误；抑制H＋K＋ATP酶的活性可缓解胃酸过多的病症，C正确；由图推测，H＋和K＋的跨膜方式为主动运输，D错误。答案：AC

3．研究人员为研究小肠绒毛上皮细胞对葡萄糖的转运方式，进行了相关体外实验。若用蛋白质抑制剂处理小肠绒毛，则葡萄糖的转运速率为