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情境突破课2　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·河北衡水模拟)下图为一些物质通过细胞膜的运输方式模式图,下列叙述错误的是(　　)
A.P侧为细胞膜的外侧
B.Y物质进入细胞的方式为协助扩散
C.b运输方式所需膜蛋白有运输和催化作用
D.主动运输所需要的能量不都来自ATP
B
解析 由题图可知,P侧有糖蛋白,因此P侧为细胞膜的外侧,A项正确;Y物质进入细胞是从低浓度到高浓度,因此为主动运输,所需能量由X物质顺浓度梯度运输产生的势能提供,B项错误;b运输方式所需膜蛋白可运输b物质,具有运输作用,同时又可以催化ATP水解,具有催化作用,C项正确;由题图可知,主动运输所需要的能量不都来自ATP,还可来自势能和光能,D项正确。
4.(2025·湖北武汉模拟)科研人员培育出一种耐盐小麦,在培养液中加入不同浓度的NaCl溶液培养该种小麦的根尖成熟区细胞,测定细胞液中两种物质浓度变化如图1。耐盐小麦提高耐盐能力的机制如图2。下列叙述错误的是(　　)
图1
图2
A.耐盐小麦通过提高细胞内可溶性糖浓度来适应高盐胁迫环境
B.耐盐小麦通过增加Na+排出,降低细胞内Na+浓度抵抗盐胁迫
C.若使用呼吸抑制剂处理根尖细胞,会直接影响Na+的排出量
D.若促进Na+/H+交换蛋白基因高表达,有利于提高小麦的耐盐能力
答案 C　
解析 据图1可知,随着NaCl溶液浓度的上升,耐盐小麦细胞内可溶性糖的浓度上升,说明耐盐小麦通过提高细胞内可溶性糖浓度来适应高盐胁迫环境,A项正确;据图2可知,Na+以主动运输的方式被排出细胞,说明耐盐小麦可以通过增加Na+排出,降低细胞内Na+浓度抵抗盐胁迫,B项正确;据图2可知,H+泵在维持细胞内外H+浓度差的过程中发挥重要作用,H+泵将H+以主动运输的方式排出细胞时所需能量直接来自ATP,Na+以主动运输的方式排出细胞时所需能量来自H+顺浓度梯度进入细胞产生的势能,若使用呼吸抑制剂处理根尖细胞,则会直接影响H+的排出量,进而间接影响Na+的排出量,C项错误;若促进Na+/H+交换蛋白基因高表达,则运出细胞的Na+增加,有利于提高小麦的耐盐能力,D项正确。

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