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(共59张PPT)
第7讲　物质进出细胞的方式及影响因素
课标
要求 1.阐明质膜具有选择透过性。
2.举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞,不需要额外提供能量,有些物质逆浓度梯度进出细胞,需要能量和载体蛋白。
3.举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。
考情
分析 1.水通道蛋白
2.物质进出细胞的方式
3.物质运输速率的影响因素
考点一
物质出入细胞的方式
1.被动运输
(1)概念:物质以扩散方式进出细胞, 消耗细胞内化学反应所释放的能量,这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
必备知识·梳理
落实概念·夯实基础
不需要
(2)类型。
高
低
转运
高
低
不需要
不消耗
蛋白
协助扩散
2.转运蛋白
主动运输
特异性
提醒　介导主动运输和协助扩散的载体蛋白都只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过,但通道蛋白没有类似的结合部位。
载体蛋白
逆
消耗能量
载体蛋白
3.主动运输
代谢废物
对细胞有害
1.(必修1 P70与社会的联系)囊性纤维化发生的一种主要原因是,患者肺部支气管上皮细胞表面转运氯离子的 的功能发生异常,导致患者支气管中黏液增多,造成细菌感染。
细读教材
载体蛋白
4.胞吞和胞吐
2.(必修1 P71相关信息)胞吞形成的囊泡,在细胞内可以被 降解。
3.(必修1 P72拓展应用)淡水中生活的原生动物,如草履虫,能通过 排出细胞内过多的水,以防止细胞涨破。
细读教材
溶酶体
伸缩泡
【判断正误】
(1)(2025·湖南卷,10)氨基酸通过自由扩散进入细胞。(　　)
【提示】 氨基酸不能通过自由扩散进入细胞。
(2)(2025·湖南卷,3)去唾液酸糖蛋白的胞吞离不开膜脂的流动。(　　)
(3)(2024·海南卷,3改编)根细胞通过自由扩散的方式吸收含盐量高的泥滩中的K+。(　　)
×
√
×
【提示】 根细胞通过主动运输的方式吸收含盐量高的泥滩中的K+。
(4)(2024·海南卷,3)根细胞主要以主动运输的方式吸收水分。(　　)
×
【提示】 根细胞吸收水分的原理是渗透作用,运输方式是被动运输。
(5)(2024·全国甲卷,1)小麦根细胞吸收离子消耗的ATP主要由叶绿体产生。
(　　)
×
【提示】 小麦根细胞不含叶绿体,而线粒体是有氧呼吸的主要场所,小麦根细胞吸收离子消耗的ATP主要由线粒体产生。
(6)(2024·北京卷,3)胆固醇通过胞吞进入细胞,因而属于生物大分子。(　　)
×
【提示】 胆固醇属于固醇类物质,是小分子物质。
【情境·思维·深析】
小肠上皮细胞面向肠腔的一侧形成很多微绒毛,对吸收来自肠腔的营养物质有重要意义。如图1为氨基酸从肠腔内进入组织细胞的简要过程。新生儿小肠上皮细胞还能直接将母乳中的免疫球蛋白吸收进血液中。人体进食后,小肠微绒毛外侧葡萄糖由于二糖的水解而局部浓度高于细胞内,这部分葡萄糖能通过GLUT2转运;大部分葡萄糖通过SGLT1转运,过程如图2所示。
(1)氨基酸从肠腔进入小肠上皮细胞是什么运输方式 判断的依据是什么 氨基酸从小肠上皮细胞到组织液是什么运输方式
【提示】 主动运输。逆浓度梯度运输,需要载体蛋白,且需要利用Na+电化学梯度形成的势能。协助扩散。
(2)Na+从小肠上皮细胞运输到肠腔时,所需Na+转运蛋白的空间构象是否发生改变 并说明理由。
【提示】 发生改变。Na+从小肠上皮细胞运输到肠腔时,逆浓度梯度运输,需要ATP水解提供能量,是主动运输,需要载体蛋白,载体蛋白在转运过程中空间构象发生改变。
(3)新生儿小肠上皮细胞直接吸收母乳中的免疫球蛋白是什么运输方式 需要膜蛋白发挥作用吗
【提示】 新生儿小肠上皮细胞通过胞吞直接吸收母乳中的免疫球蛋白。需要膜蛋白发挥识别功能。
(4)小肠上皮细胞通过SGLT1、GLUT2转运葡萄糖分别属于什么运输方式
【提示】 主动运输、协助扩散。
考向1　结合水通道蛋白,考查科学思维
1.(2025·河南卷,3)耐寒黄花苜蓿的基因M编码的蛋白M属于水通道蛋白家族,将基因M转入烟草植株可提高其耐寒能力。下列叙述错误的是(　　)
A.细胞内的结合水占比增加可提升植物的耐寒能力
B.低温时,水分子通过与蛋白M结合转运到细胞外
C.蛋白M增加了水的运输能力,但不改变水的运输方向
D.水通道蛋白介导的跨膜运输不是水进出细胞的唯一方式
B
核心考向·突破
把握方向·训练到位
【解析】 细胞内的结合水占比增加可提升植物的耐寒能力;水分子通过细胞膜上的通道蛋白进行跨膜运输时,不与通道蛋白相结合;蛋白M是细胞膜上的水分子通道蛋白,增加了水的运输能力,但不改变水的运输方向,水的运输方向为顺浓度梯度;水进出细胞的方式有水通道蛋白介导的协助扩散和自由扩散。
2.(2025·河北石家庄模拟)水通道蛋白在生物体内广泛存在,对于维持细胞内外水分平衡、调节渗透压非常重要。肾小球和肾小管的功能,都与水通道蛋白直接相关。下列叙述错误的是(　　)
A.通过细胞膜上的水通道蛋白可实现水分子的快速转运
B.转运水分子时,水通道蛋白会和水分子相结合
C.水通道蛋白打开将导致膜两侧的溶液浓度差减小
D.对水通道蛋白的研究,有助于开发治疗某些肾病的方法
B
【解析】 水分子的跨膜运输依赖于自由扩散与协助扩散两种方式,水分子跨越细胞膜的快速运输是通过协助扩散实现的,依赖于细胞膜上的一种水通道蛋白;通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷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;依题意可知,水通道蛋白打开可使水分子由低浓度溶液进入高浓度溶液,使膜两侧的溶液浓度差减小;肾小球和肾小管的功能,都与水通道蛋白直接相关,所以对水通道蛋白的研究,有助于开发治疗某些肾病的方法。
考向2　围绕物质进出细胞的方式的判断,考查科学思维
3.(2024·江西卷,2)营养物质是生物生长发育的基础。依据表中信息,下列有关小肠上皮细胞吸收营养物质方式的判断,错误的是(　　)
方式 细胞外相对浓度 细胞内相对浓度 需要提供能量 需要转运蛋白
甲 低 高 是 是
乙 高 低 否 是
丙 高 低 是 是
丁 高 低 否 否
A.甲为主动运输 B.乙为协助扩散
C.丙为胞吞作用 D.丁为自由扩散
C
【解析】 甲逆浓度梯度进行,且需要消耗能量,并需要转运蛋白,为主动运输;乙顺浓度梯度进行,需要转运蛋白,不需要消耗能量,为协助扩散;丙顺浓度梯度进行,需要转运蛋白,需要消耗能量,但胞吞作用不需要转运蛋白,所以丙不是胞吞作用;丁顺浓度梯度进行,不需要转运蛋白,也不需要能量,是自由扩散。
“三看法”判断物质进出细胞方式
方法技巧
4.(2025·陕西汉中模拟)某地红树林公园是市民休闲娱乐的好地方。红树林公园中的许多红树植物从含盐量高的泥潭中吸收盐分,并通过其叶表面的盐腺主动将盐排出体外避免盐害。下列有关叙述错误的是(　　)
A.根细胞通过主动运输的方式从泥滩中吸收盐分
B.根细胞通过被动运输的方式从泥滩中吸收水分
C.叶表面的盐腺通过主动运输的方式将盐分排出体外
D.盐分不参与维持红树植株和细菌的生命活动
D
【解析】 植物根细胞会通过主动运输的方式吸收盐分,使细胞液中的盐含量高于外界,进而有利于水分通过被动运输的方式进入根细胞;为了维持体内的水盐平衡,红树会将多余的盐分通过叶表面的盐腺主动排出体外,因此运输方式属于主动运输;盐分中含有Na+、K+、Ca2+等,是植物和微生物生命活动中重要的无机盐,因此盐分参与维持红树植株和细菌的生命活动。
物质进出细胞方式的4点“不一定”
(1)同一种物质进出细胞的运输方式不一定相同,如人的红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散,肾小管上皮细胞重吸收葡萄糖的方式是主动运输。
(2)消耗能量的运输方式不一定是主动运输,也可能是胞吞或胞吐。
(3)需要载体蛋白的运输方式不一定是主动运输,也可能是协助扩散。
(4)通过胞吞、胞吐运输的不一定是大分子物质,如乙酰胆碱、去甲肾上腺素等神经递质通过胞吐释放。
归纳总结
考点二
影响物质跨膜运输的
因素分析
1.影响因素
必备知识·梳理
落实概念·夯实基础
种类
呼吸强度
2.曲线分析
正
转运蛋白
协助扩散或主动运输
载体蛋白
主动运输
【判断正误】
(1)(2025·湖南卷,3)去唾液酸糖蛋白的胞吞过程需要消耗能量。(　　)
(2)(2024·北京卷,3)胞吞形成的囊泡与溶酶体融合,依赖于膜的流动性。
(　　)
√
√
(3)(2021·浙江6月选考,4)物质进出细胞方式中的被动转运(被动运输)过程与膜蛋白无关。(　　)
×
【提示】 被动转运(被动运输)有两种方式——自由扩散和协助扩散,其中协助扩散需要膜蛋白的参与。
考向3　分析影响物质进出细胞的因素,考查科学思维
5.(2025·广东卷,8)物质跨膜运输是维持细胞正常生命活动的基础,下列叙述正确的是(　　)
A.呼吸时O2从肺泡向肺毛细血管扩散的速率受O2浓度的影响
B.心肌细胞主动运输Ca2+时参与转运的载体蛋白仅与Ca2+结合
C.血液中葡萄糖经协助扩散进入红细胞的速率与细胞代谢无关
D.集合管中Na+与通道蛋白结合后使其通道开放进而被重吸收
核心考向·突破
把握方向·训练到位
A
【解析】 O2从肺泡向肺毛细血管扩散属于自由扩散,速率主要受O2浓度差影响;心肌细胞主动运输Ca2+时消耗能量,载体蛋白结合Ca2+,通常还需催化ATP水解,ATP水解的磷酸基团会与载体蛋白结合;葡萄糖进入红细胞为协助扩散,运输速率受浓度差和载体数量影响,红细胞代谢会影响细胞内葡萄糖浓度,从而影响葡萄糖进入红细胞的速率;通道蛋白参与协助扩散,但不与被转运的物质相结合。
6.(2024·贵州卷,4)茶树根细胞质膜上的硫酸盐转运蛋白可转运硒酸盐。硒酸盐被根细胞吸收后,随着植物的生长,吸收的大部分硒与胞内蛋白结合形成硒蛋白,硒蛋白转移到细胞壁中储存。下列叙述错误的是(　　)
A.硒酸盐以离子的形式才能被根细胞吸收
B.硒酸盐与硫酸盐进入细胞可能存在竞争关系
C.硒蛋白从细胞内转运到细胞壁需转运蛋白
D.利用呼吸抑制剂可推测硒酸盐的吸收方式
C
【解析】 硒酸盐是无机盐,需以离子的形式才能被根细胞吸收;根据题意,由于根细胞质膜上的硫酸盐转运蛋白可转运硒酸盐,可推测硒酸盐与硫酸盐进入细胞可能存在竞争关系;硒蛋白从细胞内转运到细胞壁是通过胞吐的方式实现的,故不需转运蛋白;利用呼吸抑制剂处理根细胞,根据处理前后根细胞吸收硒酸盐的量可推测硒酸盐的吸收方式。
演练真题·感悟高考
1.(2025·云南卷,3)细胞作为生命活动的基本单位,需要与环境进行物质交换。下列说法正确的是(　　)
A.协助扩散转运物质需消耗ATP
B.被动运输是逆浓度梯度进行的
C.载体蛋白转运物质时自身构象发生改变
D.主动运输转运物质时需要通道蛋白协助
C
【解析】 协助扩散是顺浓度梯度运输物质的,不需要消耗ATP;被动运输包括自由扩散和协助扩散,都是顺浓度梯度进行的;载体蛋白在转运物质时,会与被转运物质结合,自身构象发生改变,从而实现物质的跨膜运输;主动运输转运物质时需要载体蛋白协助,而不是通道蛋白。
2.(2025·山东卷,2)生长于NaCl浓度稳定在100 mmol/L的液体培养基中的酵母菌,可通过离子通道吸收Na+,但细胞质基质中Na+浓度超过30 mmol/L时会导致酵母菌死亡。为避免细胞质基质Na+浓度过高,液泡膜上的蛋白N可将Na+以主动运输的方式转运到液泡中,细胞膜上的蛋白W也可将Na+排出细胞。下列说法错误的是(　　)
A.Na+在液泡中的积累有利于酵母细胞吸水
B.蛋白N转运Na+过程中自身构象会发生改变
C.通过蛋白W外排Na+的过程不需要细胞提供能量
D.Na+通过离子通道进入细胞时不需要与通道蛋白结合
C
【解析】 Na+在液泡中积累,使液泡内的渗透压增大,有利于酵母细胞吸水;液泡膜上的蛋白N作为载体蛋白,可将Na+以主动运输的方式转运到液泡中,蛋白N转运Na+过程中自身构象会发生改变;细胞膜上的蛋白W可将Na+排出细胞,外排Na+属于主动运输,需要细胞提供能量;Na+通过离子通道进入细胞时,Na+不需要与通道蛋白结合。
3.(不定项)(2024·黑吉辽卷,18)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(　 　)
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
BCD
【解析】 水分子跨膜运输的主要方式是经过水通道蛋白的协助扩散;模型组空肠AQP3相对表达量降低,空肠黏膜细胞对肠腔内水的吸收减少,引起腹泻;治疗后空肠、回肠AQP3相对表达量提高,对水的转运增加,缓解腹泻,减少致病菌排放;AQP3是水通道蛋白,治疗组回肠AQP3相对表达量高于对照组,可使回肠对水的转运增加。
4.(不定项)(2025·湖南卷,15)Cl属于植物的微量元素。分别用渗透压相同、Na+或Cl-物质的量浓度也相同的三种溶液处理某荒漠植物(不考虑溶液中其他离子的影响)。5 d后,与对照组(Ⅰ)相比,Ⅱ和Ⅲ组光合速率降低,而Ⅳ组无显著差异;各组植株的地上部分和根中Cl-、K+含量如下图所示。
注:Ⅰ.对照(正常栽培);Ⅱ.NaCl溶液;Ⅲ.Na+浓度与Ⅱ中相同、无Cl-的溶液; Ⅳ.Cl-浓度与Ⅱ中相同、无Na+的溶液。
下列叙述错误的是(　 　)
A.过量的Cl-可能储存于液泡中,以避免高浓度Cl-对细胞的毒害
B.溶液中Cl-浓度越高,该植物向地上部分转运的K+量越多
C.Na+抑制该植物组织中K+的积累,有利于维持Na+、K+的平衡
D.K+从根转运到地上部分的组织细胞中需要消耗能量
BC
【解析】 植物细胞可以通过将过量的Cl-储存于液泡中,来降低细胞质中Cl-的浓度,从而避免高浓度Cl-对细胞的毒害;Ⅱ组(NaCl溶液)与Ⅳ组(Cl-浓度与Ⅱ中相同、无Na+的溶液)相比,Ⅱ组向地上部分转运的K+量少,说明不是溶液中Cl-浓度越高,植物向地上部分转运的K+量越多;对比Ⅰ组(正常栽培)、Ⅱ组(NaCl溶液)和Ⅲ组(Na+浓度与Ⅱ中相同、无Cl-的溶液),发现Ⅱ组和Ⅲ组中Na+存在时,植物组织中K+积累受到抑制,这不利于维持Na+、K+的平衡,使光合速率降低;由题图可知,地上部分K+浓度大于根,故K+从根转运到地上部分的组织细胞是主动运输过程,主动运输需要消耗能量。
热点情境2
主动运输能量的供应方式
情境链接
根据能量来源不同,主动运输可分为ATP直接提供能量(ATP驱动泵)、间接提供能量(协同转运蛋白)以及光驱动泵三种基本类型。(如图所示)
1.ATP驱动泵
2.协同转运蛋白
协同转运蛋白介导各种离子和分子的跨膜运输。这种转运蛋白包括两种类型:同向转运蛋白和反向转运蛋白。这两类转运蛋白使一种离子或分子逆浓度梯度转运与另一种或多种其他离子或分子顺浓度梯度的转运偶联起来。与ATP驱动泵直接利用水解ATP提供能量的方式不同,协同转运蛋白所利用的能量储存在其中一种溶质的电化学梯度中。
3.光驱动质子泵
某些细菌的膜上存在一种光驱动质子泵,其含有的生色团能吸收光子,引发蛋白构象变化,从而将细胞内质子泵至细胞外,形成H+电化学梯度。该梯度可驱动其他物质的跨膜运输或ATP合成,以此将光能转化为化学能。
1.ATP驱动泵介导物质跨膜运输时,ATP驱动泵的功能是
。
2.如何解释图3中葡萄糖进入小肠上皮细胞所需要的能量间接来自ATP
命题角度
既可转运物质,又可
催化ATP水解供能
【提示】 Na+需要消耗ATP先进行逆浓度梯度运输形成电化学梯度。
3.光驱动质子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
。
光合自养型
针对训练
1.(2025·重庆卷,8)骨关节炎是一种难以治愈的常见疾病,研究发现患者软骨细胞膜上的Na+通道蛋白明显多于正常人,从而影响NCX载体蛋白对Ca2+的运输,据图分析,下列叙述错误的是(　　)
A.Na+通道运输Na+不需要消耗ATP
B.运输Na+时,Na+通道和NCX载体均需与Na+结合
C.患者软骨细胞的Ca2+内流增多
D.与NCX载体相比,Na+通道更适合作为研究药物的靶点
B
【解析】 Na+通道运输Na+属于协助扩散,协助扩散不需要消耗ATP;Na+通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合;结合题干可知患者软骨细胞膜上Na+通道蛋白增多,会使Na+内流增多,胞内Na+会积累,NCX载体会将胞内过多的Na+逆浓度排出胞外,需要利用Ca2+产生的电化学势能提供能量,所以使得Ca2+内流增多;因为患者是Na+通道蛋白明显多于正常人从而引发疾病,所以与NCX载体相比,Na+通道更适合作为研究药物的靶点。
2.(2024·甘肃卷,2)维持细胞的Na+平衡是植物的耐盐机制之一。盐胁迫下,植物细胞膜(或液泡膜)上的H+-ATP酶(质子泵)和Na+-H+逆向转运蛋白可将Na+从细胞质基质中转运到细胞外(或液泡中),以维持细胞质基质中的低Na+水平(见下图)。下列叙述错误的是(　　)
A.细胞膜上的H+-ATP酶磷酸化时伴随着空间构象的改变
B.细胞膜两侧的H+浓度梯度可以驱动Na+转运到细胞外
C.H+-ATP酶抑制剂会干扰H+的转运,但不影响Na+转运
D.盐胁迫下Na+-H+逆向转运蛋白的基因表达水平可能提高
C
【解析】 细胞膜上的H+-ATP酶介导H+向细胞外转运时为主动运输,
H+-ATP酶磷酸化时伴随着空间构象的改变;H+顺浓度梯度进入细胞所产生的势能是驱动Na+转运到细胞外的直接动力;H+-ATP酶抑制剂干扰H+的转运,进而影响膜两侧H+浓度,对Na+的运输起到抑制作用;盐胁迫下,会有更多的Na+进入细胞,为适应高盐环境,植物可能会通过提高Na+-H+逆向转运蛋白的基因表达水平,以增加Na+-H+逆向转运蛋白的数量,将更多的Na+运出细胞。
3.(2025·湖南长沙模拟)下图表示某些物质跨膜运输的过程,已知丁氧苯酸通过作用于Na+/K+/Cl-共转运体(一种载体蛋白,其合成过程与分泌蛋白类似)从而起利尿的作用。肾小管上皮细胞中Cl-浓度高于细胞外。下列说法错误的是(　　)
A.组织液中Na+浓度高于肾小管上皮细胞
B.K+是逆浓度梯度从肾小管管腔进入上皮细胞
C.Na+/K+/Cl-共转运体的合成需要线粒体供能,需要高尔基体的参与
D.丁氧苯酸能增强Na+/K+/Cl-共转运体转运能力
D
【解析】 由题图可知,K+通过K+通道顺浓度梯度从肾小管上皮细胞到达细胞外,可以判断细胞中K+浓度高于细胞外。由题图可知,Na+/K+-ATP酶消耗ATP,一方面逆浓度梯度把K+运进细胞,另一方面逆浓度梯度把Na+运出细胞,使得细胞中K+浓度高,Na+浓度低,故组织液中Na+浓度高于肾小管上皮细胞;由题可知,Na+/K+/Cl-共转运体的合成过程与分泌蛋白类似,因此Na+/K+/Cl-共转运体的合成需要线粒体提供能量,也需要高尔基体对其进行加工;Na+/K+/Cl-共转运体是一种载体蛋白,据题图可知,在运输离子的过程中没有消耗ATP,因此,该转运体逆浓度梯度运输K+、Cl-所需的能量来自Na+顺浓度梯度进入细胞形成的化学势能。丁氧苯酸通过作用于Na+/K+/Cl-共转运体从而起利尿的作用,说明丁氧苯酸能抑制Na+/K+/Cl-共转运体转运能力,减少细胞对Na+、K+、Cl-等离子的重吸收,从而增大原尿的渗透压,减少水分的重吸收,起到利尿的作用。

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