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主动运输能量的供应方式
命题情境阅读
1.离子泵和质子泵 　催化ATP水解
(1)离子泵属于复合蛋白,既具有酶的催化功能,又具有运输离子的功能,通过主动运输的方式对特定离子进行跨膜运输,如下图所示的钠钾泵。
图1
(2)质子泵
图2
2.主动运输与协同运输
(1)主动运输是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度进行的跨膜转运方式,普遍存在于动植物细
胞和微生物细胞中。主动运输的能量来源分为三类(如图3):ATP直接提供能量(ATP驱动泵)、间接供能(协同转运蛋白)、光驱动(光驱动泵)。协同运输是指一种物质的逆浓度跨膜运输依赖于另一种溶质的顺浓度梯度运输,该过程消耗的能量来自离子的电化学梯度。
图3
(2)协同运输:包括同向协同和反向协同两种情况。
图4
命题角度设计
(1)ATP驱动泵介导物质跨膜运输时,ATP驱动泵的功能是 　　　　　　 　　　　　。
(2)图3中协同转运蛋白介导物质P跨膜运输时所需要的能量来自　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。如何解释物质P跨膜运输所需的能量间接来自ATP
　 　　　　　　 　　　　 　。
(3)光驱动泵介导的跨膜运输只在细菌中被发现,这类细菌的营养方式是　　　　　　　　　　　。
既可转运物质,又可催化ATP水解供能
同时顺浓度梯度运输的物质Q的电化学梯度
物质Q需要消耗ATP先进行逆浓度梯度运输形成电化学梯度
光合自养型
知识拓展
主动运输的三种类型
1.ATP驱动泵型
2.协同转运型
小肠上皮细胞吸收和转运葡萄糖
3.光驱动泵型
情境突破训练
1.(2024·浙江卷)植物细胞细胞质基质中的Cl-、N通过离子通道进入液泡,Na+、Ca2+逆浓度梯度转运到液泡,以调节细胞渗透压。白天光合作用合成的蔗糖可富集在液泡中,夜间这些蔗糖运到细胞质基质。植物液泡中部分离子与蔗糖的转运机制如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.液泡通过主动运输方式维持膜内外的H+浓度梯度
B.Cl-、N通过离子通道进入液泡不需要ATP直接供能
C.Na+、Ca2+进入液泡需要载体蛋白协助,不需要消耗能量
D.白天液泡富集蔗糖有利于光合作用的持续进行
答案 C　
解析 由图可知,细胞液的pH为3~6,细胞质基质的pH为7.5,说明细胞液的H+浓度高于细胞质基质,若要长期维持膜内外的H+浓度梯度,需通过主动运输将细胞质基质中的H+运输到细胞液中,A项正确;通过离子通道运输为协助扩散,Cl-、N通过离子通道进入液泡属于协助扩散,不需要ATP直接供能,B项正确;液泡膜上的载体蛋白在将H+转运出液泡的同时将细胞质基质中的Na+、Ca2+转运到液泡内,说明Na+、Ca2+进入液泡的直接驱动力是液泡膜两侧的H+电化学梯度,因此Na+、Ca2+进入液泡的方式为主动运输,需要消耗能量,能量由液泡膜两侧的H+电化学梯度提供,C项错误;白天蔗糖进入液泡,使光合作用产物及时转移,减少光合作用产物在细胞质基质过度积累,有利于光合作用的持续进行,D项正确。
2.(2024·山东卷)植物细胞被感染后产生的环核苷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.环核苷酸与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
答案 B　
解析 Ca2+通道蛋白运输Ca2+时,两者并不结合,A项错误;维持细胞Ca2+浓度的内低外高,是一个主动运输的过程,需消耗能量,B项正确;细胞内Ca2+浓度升高,调控相关基因表达,抑制H2O2分解,导致H2O2含量升高,这是一种间接作用,C项错误;油菜素内酯不能使BAK1缺失的被感染细胞关闭Ca2+通道蛋白,故不能使细胞内H2O2含量降低,D项错误。
3.(2025·黑龙江模拟)某耐盐植物的茎、叶表面有盐囊细胞,如图所示为盐囊细胞内几种离子的跨膜运输机制。下列叙述正确的是(　　)
A.位于细胞膜和液泡膜上的H+-ATPase载体蛋白具有催化功能
B.Na+借助NHX转运蛋白向液泡内转运属于协助扩散
C.改变外界溶液的pH不影响K+向细胞内的转运速率
D.耐盐植物的细胞液渗透压低于外界溶液渗透压时仍然可以吸水
A
解析 位于细胞膜和液泡膜上的H+-ATPase载体蛋白既具有运输H+的功能,还可以作为ATP水解酶起到催化ATP水解的功能,A项正确;据图可知,Na+进入液泡是逆浓度梯度运输,NHX将H+运出液泡的过程是顺浓度梯度,该过程产生的势能可为Na+进入液泡提供能量,即Na+进入液泡的方式是主动运输,B项错误;由题图可知,K+利用H+顺浓度梯度进入细胞产生的势能,以主动运输的方式进入细胞,故改变外界溶液的pH,会改变膜内外的H+浓度差,影响H+运进细胞,从而间接影响K+向细胞内的转运速率,C项错误;耐盐植物的细胞液渗透压低于外界溶液渗透压时发生渗透失水,D项错误。
4.(2025·湖南长沙模拟)拟南芥CLCa转运蛋白位于液泡膜上,负责将细胞质基质中过多的N转运进液泡。研究发现ATP和AMP可以差异性调控CLCa蛋白的转运活性,机理如图所示,已知液泡中的H+浓度高于细胞质基质。下列叙述错误的是(　　)
A.通过CLCa转运蛋白运输N,可能需要消耗H+的电化学势能
B.ATP与CLCa转运蛋白结合稳定了发夹结构,堵塞了N转运通道
C.ATP/AMP值上升有利于AMP与CLCa转运蛋白竞争性结合进而发挥转运活性
D.若液泡吸收2个N的同时排出1个H+,则液泡中pH和渗透压会发生改变
答案 C　
解析 通过CLCa转运蛋白运输N,不直接消耗ATP,需要消耗H+的电化学势能,A项正确;由题图可知,ATP与CLCa转运蛋白结合稳定了发夹结构,堵塞了N转运通道,因此抑制了CLCa转运蛋白的转运活性,而AMP与CLCa转运蛋白结合不能形成稳定的发夹结构,所以ATP/AMP值上升不利于AMP与CLCa转运蛋白竞争性结合进而发挥转运活性,B项正确,C项错误;若液泡吸收2个N的同时排出1个H+,则液泡中pH上升,渗透压变大,D项正确。

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