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第1讲：物质跨膜运输
被动运输
扩散
易化扩散
胞吞
胞吐
主动运输
顺浓度运输
不需要能量
不需要膜转运蛋白
顺浓度运输
不需要能量
需要膜转运蛋白
逆浓度运输
需要能量
需要载体
需要能量
需要能量
小分子的物质运输
大分子的物质运输
体现
体现
细胞膜的选择透过性
细胞膜流动性
一、物质跨膜运输的方式与特点
执行易化扩散
执行易化扩散或主动运输
二、膜转运蛋白
膜转运蛋白
载体蛋白
通道蛋白
水通道
离子通道
易化扩散
扩散
主动运输
+++
+++
- - -
- - -
+
+
-
-
通道关闭
通道开启
A
B
C
膜转运蛋白
载体蛋白
通道蛋白
水通道
离子通道
专一性和饱和性
具有
电压门控通道
化学门控通道
机械门控通道
A
B
C
受膜电位调控
靠化学信号作用而开放
受牵张刺激后引起开放或关闭
三、主动运输的两种形式
第一类：直接消耗ATP的主动运输
Na+-K+泵既是转运载体，又是酶
本质：Na+-K+依赖式ATP酶
作用：维持细胞内高K+、细胞外高Na+
转运过程：逆浓度梯度，3个Na+移出细胞，2个K+移入细胞
——磷酸化与去磷酸化
ATP 促使转运蛋白结构改变
磷酸化：ATP的磷酸基在蛋白质激酶的催化下，转移到底物蛋白质氨基酸残基（丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸）上的过程。
磷酸化改变蛋白表面电荷分布，静电力使蛋白质构象发生变化
ATP直接供能的ATP驱动泵的原理
第二类：间接消耗ATP的主动运输—协同转运
如图：小肠上皮细胞逆浓度吸收葡萄糖时，所利用的能量储存在Na+的电化学梯度中，即利用Na+浓度差的能量。
Na+浓度差的建立是依靠Na+-K+泵的，而Na+-K+需要消耗ATP。
强调：某物质的具体运输方式并不唯一，需要根据具体情况去分析判定
小肠上皮细胞吸收葡萄糖示意图
同向协同转运蛋白和反向协同转运蛋白
（2021·山东卷·2）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
A
光驱动泵
发现于一些光合细菌质膜上的H+泵（如菌紫红质），它们被光激活后，形成跨膜的H+电化学梯度，驱动溶质的主动运输（对溶质的主动运输与光能的输入相偶联）。
常见物质进出细胞的方式
物质 相应过程 运输方式
水 进出细胞 扩散
易化扩散
葡萄糖 进入大多数组织细胞 易化扩散
进入小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞 主动运输
氨基酸 进入大多数组织细胞 易化扩散
进入小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞 主动运输
作为神经递质释放 胞吐
Na+ 进入神经细胞 协助扩散(Na+通道)
运出神经细胞 主动运输(钠钾泵)
K+ 进入神经细胞 主动运输(钠钾泵)
运出神经细胞 协助扩散(K+通道)
1.细胞的膜蛋白具有物质运输、信息传递、免疫识别等重要生理功能。下列图中，可正确示意不同细胞的膜蛋白及其相应功能的是(　　)
D
2.某种H+-ATPase是一种位于膜上的载体蛋白,具有ATP水解酶活性,能够利用水解ATP释放的能量逆浓度梯度跨膜转运H+。
①将某植物气孔的保卫细胞悬浮在一定pH的溶液中(假设细胞内的pH高于细胞外),置于暗中一段时间后,溶液的pH不变。
②再将含有保卫细胞的该溶液分成两组,一组照射蓝光后溶液的pH明显降低;另一组先在溶液中加入H+-ATPase的抑制剂(抑制ATP水解),再用蓝光照射,溶液的pH不变。
根据上述实验结果,下列推测不合理的是 (　　)
A.H＋－ATPase位于保卫细胞质膜上，蓝光能够引起细胞内的H＋转运到细胞外
B.蓝光通过保卫细胞质膜上的H＋－ATPase发挥作用导致H＋逆浓度梯度跨膜运输
C.H＋－ATPase逆浓度梯度跨膜转运H＋所需的能量可由蓝光直接提供
D.溶液中的H＋不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞
C
3.如图①~⑤表示物质进、出小肠上皮细胞的几种方式，下列叙述正确的是（ ）
A.葡萄糖进、出小肠上皮细胞方式不同
B.Na+主要以方式③运出小肠上皮细胞
C.多肽以方式⑤进入细胞，以方式②离开细胞
D.口服维生素D通过方式⑤被吸收
A
4.下图为植物光合作用同化物蔗糖在不同细胞间运输、转化过程的示意图。下列相关叙述正确的是（ ）
A.蔗糖的水解有利于蔗糖顺浓度梯度运输B.单糖逆浓度梯度转运至薄壁细胞C.ATP生成抑制剂会直接抑制图中蔗糖的运输D.蔗糖可通过单糖转运载体转运至薄壁细胞
A
5.原尿中葡萄糖、氨基酸等物质的浓度与血浆中的基本相同。原尿经肾小管上皮细胞的选择性重吸收和分泌作用后形成尿液。正常情况下尿液中不含葡萄糖。肾小管上皮细胞中的葡萄糖通过被动运输的方式进入组织液。下图为肾小管壁及相关结构示意图。回答问题：
（1）肾小管上皮细胞中的葡萄糖浓度______（高于、低于、等于）组织液中的。
（2）原尿中的葡萄糖进入肾小管上皮细胞的运输方式是_________，需______________的参与。
（3）肾小管上皮细胞重吸收水分的原理是__________。
（4）原尿中葡萄糖未能被完全重吸收从而导致尿量增加的原因是： 。
高于
主动运输
载体蛋白和能量（ATP）
渗透吸水
原尿中渗透压与肾小管上皮细胞内渗透压差值减小，重吸收水分减少，进而导致尿量增加
一般来说，水分子通过 的扩散，称为渗透。
半透膜
含水量高－－
低浓度溶液－
－渗透压低
含水量低－－
高浓度溶液－
－渗透压高
水分子是顺相对含量梯度跨膜运输
四、渗透作用
半透膜两侧的水分子进行双向运动，液面变化是由水分子双向运动差异所导致的。
当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到平衡。
渗透平衡≠浓度相等
渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。渗透平衡后，溶液浓度高的一侧液面高(反之亦然，即液面高的一侧溶液浓度也高)；浓度差越大，液面高度差也越大。
1.(多选)下图为研究渗透作用的实验装置，漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，水分子可以透过半透膜，而蔗糖分子则不能。当渗透达到平衡时，液面差为m。下列叙述正确的是(　　)
A.渗透平衡时，溶液S1的浓度等于溶液S2的浓度
B.若向漏斗中加入蔗糖分子，则平衡时m变大
C.达到渗透平衡时，仍有水分子通过半透膜进出
D.若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，再次平衡时m将增大
BC
2.利用反渗透法可以淡化海水。反渗透法指的是在半透膜的原水一侧施加适当强度的外界压力，原水透过半透膜时，只允许水透过，其他物质不能透过而被截留在原水一侧半透膜表面的过程。下列相关叙述错误的是（ ）
A.渗透作用发生的必备条件是有半透膜和膜两侧有浓度差
B.反渗透法淡化海水时，施加的外界压力应大于海水渗透压
C.植物的原生质层相当于一种具有选择透过性的半透膜
D.反渗透法淡化海水时，所用半透膜上含有多种载体蛋白
D
3.将a、b、c三组红细胞分别置于不同浓度的氯化钠溶液中进行实验，浸泡一段时间后其细胞形态如下图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.图中所示细胞内液的渗透压，a组的比b组的高
B.浸泡过程中a组细胞失水量小于c组细胞失水量
C.若向a组烧杯中加入少量葡萄糖，则其细胞可能会皱缩后恢复原状
D.上述实验中引起细胞形态的改变而消耗ATP的数量比较：c>b>a
D
4.如图1为光学显微镜下观察到的某植物细胞质壁分离的实验结果图，图2为质壁分离及其复原实验流程图。下列说法正确的是（ ）
A.图1细胞若继续发生质壁分离，则该细胞的吸水能力减弱
B.图1所示结果只能在图2中C处观察到
C.增大蔗糖溶液的浓度会使第二次观察(D)
和第三次观察(F)实验效果更明显
D.该实验用显微镜主要观察原生质层的位
置、液泡的颜色和大小等
D
①右侧代表翻译后转运途径
途径2：合成的蛋白不含信号序列，并驻留在细胞质基质中。
途径3、4、5：表示依据不同的细胞器特异性的靶向序列，首先释放到细胞质基质，然后通过跨膜运输方式转运至线粒体、叶绿体和过氧化物酶体。
途径6：通过核孔运输至细胞核。
②左侧代表共翻译转运途径
mRNA在游离核糖体上开始合成，然后在信号肽引导下与内质网膜结合并完成蛋白质合成。
真核细胞蛋白质分选的主要途径与类型
五、蛋白质分选
信号肽假说认为，在分泌蛋白的合成过程中，游离核糖体最初合成的一段氨基酸序列是一种信号序列(又称信号肽) ，它能被位于细胞质基质中的信号肽识别颗粒(SRP)识别，后者引导核糖体附着于内质网上，继续蛋白质的合成。
★信号肽假说
实验组 含有编码信号序列的mRNA SRP DP 微粒体 结 果
1 + - - - 产生含信号肽的完整多肽
2 + + - - 合成70～100氨基酸残基后，肽链停止延伸
3 + + + - 产生含信号肽的完整多肽
4 + + + + 信号肽切除，多肽链进入微粒体中
* “+”和“-”分别代表反应混合物中存在（+）或不存在（-）该物质
微粒体是细胞被匀浆破碎时， 内膜系统的膜结构破裂后自己重新封闭起来的小囊泡(主要是内质网)。
《细胞生物学·第五版》
【材料分析】在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与SRP、DP(SRP受体) 和微粒体的关系
【材料分析】在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与SRP、DP(SRP受体) 和微粒体的关系
实验组 含有编码信号序列的mRNA SRP DP 微粒体 结 果
1 + - - - 产生含信号肽的完整多肽
2 + + - - 合成70～100氨基酸残基后，肽链停止延伸
3 + + + - 产生含信号肽的完整多肽
4 + + + + 信号肽切除，多肽链进入微粒体中
长句表达：
①当SRP与信号肽结合后，多肽链的合成发生了什么变化
②加入DP后多肽链的合成又发生了什么变化
③在完整的细胞中，信号肽何时切除？在哪里切除？
④尝试讲述分泌蛋白进入内质网的过程。
SRP与信号肽结合之后，多肽链会暂停延伸
SRP与SRP受体(DP)结合，多肽链继续延伸
信号肽在进入内质网腔后会被切除
游离的核糖体合成多肽链，当多肽链延伸至70-100个氨基酸残基后，肽链停止延伸，末端信号肽与信号识别颗粒(SRP)结合，SRP与内质网上的SRP受体(DP)结合，将核糖体与新生肽引导至内质网。随后SRP脱离，信号肽引导新生肽链进入内质网腔中。信号肽在进入内质网腔后会被切除，肽链继续合成直至结束，最后核糖体从内质网脱落。
信号肽
从内质网到高尔基体的膜泡运输
运输方向
运输物质
胞吞的异物、病菌等
神经递质、细胞因子等
部分激素、酶等
膜蛋白等
蛋白质回收机制：
①驻留在内质网中的蛋白羧基端有一段特殊的氨基酸序列，称为KDEL序列 (保证蛋白质留在内质网) 。
②若内质网驻留蛋白被意外包装进入COPⅡ转运膜泡，蛋白质会从内质网逃逸到高尔基体，此时高尔基体顺面膜囊区的KDEL受体就会识别并结合KDEL序列，并将整个蛋白质通过COPⅠ转运膜泡送回内质网。
③高尔基体网状区膜上均有识别与结合KDEL 信号的受体，信号与受体的亲和力受到pH高低的影响，低pH 值促进结合，高pH 值有利于释放。
KDEL 受体在从高尔基体回收内质网腔驻留蛋白中的作用
KDEL 受体在从高尔基体回收内质网腔驻留蛋白中的作用
①内质网和高尔基体在结构上通过2种COP转运膜泡建立联系。（ ）
②如果内质网驻留蛋白上缺乏KDEL序列，该蛋白质可能被分泌到细胞外。（ ）
③SRP上有KDEL序列;（ ）
④在COPⅠ膜泡上和高尔基体的顺面膜囊上均有特异性识别并结合KDEL序列的受体。（ ）
⑤正常情况下，内质网驻留蛋白质的合成、加工都需要核糖体、内质网、高尔基体参与。（ ）
√
√
×
√
×
1.（2021·山东卷·1)高尔基体膜上的RS受体特异识别并结合含有短肽序列RS的蛋白质，以出芽的形式形成囊泡，通过囊泡运输的方式将错误转运到高尔基体的该类蛋白质运回内质网并释放。RS受体与RS的结合能力随pH升高而减弱。下列说法错误的是(　　)A.消化酶和抗体不属于该类蛋白 B.该类蛋白运回内质网的过程消耗ATPC.高尔基体内RS受体所在区域的pH比内质网的pH高D.RS功能的缺失可能会使高尔基体内该类蛋白的含量增加
2.（2020年·山东卷）经内质网加工的蛋白质进入高尔基体后，S酶会在其中的某些蛋白质上形成M6P标志。这些蛋白质能被高尔基体膜上的M6P受体识别，经高尔基体膜包裹形成囊泡，逐渐转化为溶酶体，这些有M6P标志的蛋白质转化为溶酶体酶;不能发生此识别过程的蛋白质经囊泡运往细胞膜。下列说法错误的是( )A.M6P标志的形成过程体现了S酶的专一性
B.附着在内质网上的核糖体参与溶酶体酶的合成
C.S酶功能丧失的细胞中，衰老和损伤的细胞器会在细胞内积累
D.M6P受体基因缺陷的细胞中，带有M6P标志的蛋白质会聚集在高尔基体内
C
D

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