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第4章 细胞的物质输入和输出
第2节 生物膜的流动镶嵌模型、
物质跨膜运输的方式
【高考目标定位】
物质出入细胞的方式
【考纲知识梳理】
一、对生物膜结构的探索历程
1、19世纪末，欧文顿根据脂溶性物质更容易通过细胞膜，提出膜是由脂质组成的。
2、20世纪初，化学分析表明，膜的主要成分是脂质和蛋白质。
3、1925年，荷兰科学家得出结论：细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层。
4、20世纪40年代，科学家推测脂质两边各覆盖着蛋白质。
5、1959年，罗伯特森认为生物膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成。
6、1970年，人鼠细胞杂交实验表明，细胞膜具有流动性。
7、1972年，桑格和尼克森提出的生物膜的流动镶嵌模型为大多数人所接受。
二、生物膜流动镶嵌模型：
1、基本内容：
（1）磷脂双分子层构成膜的基本支架。
（2）蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层的表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层；大多数蛋白质分子是可以运动的。
（3）细胞膜表面的糖类可以和蛋白质结合形成糖蛋白，也可以和脂质结合形成糖脂。
2、结构特点：具有一定的流动性。
3、功能特点：具有选择透过性。
三、物质跨膜运输的方式
1、离子和小分子物质的运输方式
（1）被动运输：
①自由扩散：不需要载体和能量，如水、CO2、O2、甘油、乙醇等。
②协助扩散：需要载体，但不需要能量，如红细胞吸收葡萄糖。
（2）主动运输：既需要载体协助，又需要消耗能量，如细胞吸收K＋、Na＋、Ca2＋、氨基酸等。
2、大分子物质的运输方式
大分子物质以胞吞和胞吐方式进出细胞。
【要点名师精解】
一、生物膜的组成结构及功能间的关系
1、组成及功能：
（1）组成：蛋白质+磷脂（双分子层）+糖类。
（2）功能：控制物质进出；进行细胞间信息交流。
2、生物膜的结构特点——具有一定的流动性
（1）结构基础：构成膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子是运动的。
（2）实验验证——人鼠细胞融合实验
（3）实例证明：质壁分离与复原、变形虫的变形运动、胞吞和胞吐、白细胞吞噬细菌及载体对相应物质的转运等。
3、生物膜的流动性与选择透过性的关系：
流动性与选择透过性都是对细胞膜的描述，但两者既有区别又有联系。
（1）区别：流动性是生物膜的结构特性，选择透过性是生物膜的功能特性，主动运输能充分说明选择透过性。
（2）联系：流动性是选择透过性的结构基础。因为只有细胞膜具有流动性，细胞才能完成其各项生理功能，才能表现出选择透过性。相反，如果细胞膜失去了选择透过性，细胞可能已经死亡了。
【例1】下图是细胞膜的亚显微结构图，其中a和b分别代表不同分子或离子进出细胞膜的方式。下列对细胞膜结构和功能的叙述，错误的是（ ）[来源:21世纪教育网

21世纪教育网
A．不同物种的细胞中①、②和③的种类有差异，细胞膜的流动性也与①、②和③有关
B．如果该细胞能接受激素的调节，则与①有关
C．b的运输方式能体现细胞膜的选择透过性
D．如果图示为小肠上皮细胞膜，则a可代表甘油，b可代表K+学
【解析】主要考查了细胞膜的结构、功能及其相应的特点。从图中可以看出，a属于自由扩散，b属于主动运输；①②③分别是糖蛋白、磷脂双分子层和蛋白质分子。其中，糖蛋白具有细胞识别的作用，一般位于细胞膜的外侧。不同物种的细胞膜上，磷脂双分子层基本是相同的，但功能不同的细胞，其细胞膜上的蛋白质和糖蛋白的种类不同。细胞膜的流动性与膜上的蛋白质分子和磷脂分子的流动性有关。
【答案】A
二、物质运输的方式及影响因素
1、物质运输方式的比较
运输方向 特点 图例 实例
离子、小分子物质 自由扩散21世纪教育网 21世纪教育网由高浓度向低浓度 21世纪教育网21世纪教育网不需要载体和能量[来源:21世纪教育网]21世纪教育网 [来源:21世纪教育网 水、甘油、乙醇、苯、CO2、O2、脂质21世纪教育网
协助扩散 由高浓度向低浓度 需要载体不需要能量 红细胞吸收葡萄糖
主动运输 由低（高）浓度向高（低）浓度 既需要载体又需要能量 小肠吸收无机盐、葡萄糖、氨基酸等
大分子物质 胞吞 由细胞外到细胞内 需要消耗能量 略 白细胞吞噬病菌
胞吐 由细胞内到细胞外 需要消耗能量 略 分泌蛋白的分泌、神经递质的释放
2、影响跨膜运输的因素
（1）物质浓度（在一定浓度范围内）
（2）氧气浓度
（3）温度
温度可影响生物膜的流动性和酶的活性，因而会影响物质跨膜运输的速率。
【例2】某物质从低浓度向高浓度跨膜运输，该过程
A.没有载体参与 B.为自由扩散
C.为协助扩散 D.为主动运输
【解析】
自由扩散 协助扩散 主动运输
运输方向 高浓度—低浓度 高浓度—低浓度 低浓度—高浓度
是否需要载体 否 是 是
据表可知，从低浓度到高浓度的跨膜运输是主动运输，需要载体，所以选择D。
【答案】D
【感悟高考真题】
（2010·全国1高考）1. 下列过程中,不直接依赖细胞膜的流动性就能完成的是
A.植物体胞杂交中原生质体融合 B.mRNA与游离核糖体的结合
C.胰岛B细胞分泌胰岛素 D.吞噬细胞对抗原的摄取
【解析】本题主要考查细胞膜的结构特点—具有一定的流动性，考查学生的理解能力。植物体细胞杂交中原生质体的融合依赖于细胞膜的流动性，胰岛B细胞分泌胰岛素的过程属于外排作用，吞噬细胞对抗原的摄取属于内吞作用，内吞和外排作用均与细胞膜的流动性有直接的关系；而mRNA与游离核糖体的结合与细胞膜的流动性无关。
【答案】B
（2010·山东高考）4．下列关于真核细胞生物膜的叙述，正确的是
A．生物膜的特定功能主要由膜蛋白决定
B．构成膜的脂质主要是磷脂、脂肪和胆固醇
C．有氧呼吸及光合作用产生ATP均在膜上进行
D．核糖体、内质网、高尔基体的膜部都参与蛋白质的合成与运输
【解析】生物膜的特定功能与膜蛋白有关，因此A正确；结构细胞膜的脂质有磷脂和少量的固醇，不含有脂肪，因此B错误；有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都会产生ATP，第二阶段发生线粒体基质中，第三阶段发生在线粒体内膜；光合作用的光反作用阶段发生和叶绿体内囊体薄膜上进行，因此C错误；只有分泌蛋白的合成和运输与核糖体，内质网和高尔基体有关，因此D错误。
【答案】A
（2010·安徽高考）1、下列关于生物膜结构和功能的叙述正确的是
A、肌细胞的细胞膜上有协助葡萄糖跨膜运输的载体
B、细胞膜上的受体是细胞间信息交流的必需的结构
C、线粒体内膜上只分布着合成ATP的酶
D、核膜上的核孔可以让蛋白质和RNA自由进出
【解析】本题考查有关细胞相关的知识，生物膜的成分是磷脂双分子层是生物膜的基本骨架，蛋白质分子与细胞的功能密切相关，如一些物质的跨膜运输、细胞间的信息交流等。葡萄糖进入人呢和哺乳动物成熟的红细胞是协助扩散，进入其他细胞是主动运输，但都必须有载体的协助，所以A选项是正确的；B选项有的信息交流的受体是在细胞内部，C选项中的线粒体内膜上分布着合成ATP的酶，也有合成H2O的酶等；D选项是的核孔可以让蛋白质和RNA进出，但不是自由进出，而是主动选择。
【答案】A
（2010·天津高考）4.下列关于物质跨膜运输的叙述，错误的是
A.主动运输过程中，需要载体蛋白协助和ATP提供能量
B.在静息状态下，神经细胞不再进行葡萄糖的跨膜运输
C.质壁分离过程中，水分子外流导致细胞内渗透压升高
D.抗体分泌过程中，囊泡膜经融合成为细胞膜的一部分
【解析】物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫做主动运输。在静息状态下，神经细胞进行着K+外流和其他的生命活动，需要能量供给，进行着葡萄糖的跨膜运输和葡萄糖的分解。质壁分离过程中，水分子外流导致细胞内溶质相对增多，渗透压升高。抗体分泌过程属于胞吐，高尔基体分泌的囊泡到达细胞膜时，囊泡膜与细胞膜融合，成为细胞膜的一部分。
【答案】B
（2010·广东高考）31.（8分）
1. 图1是植物从土壤中吸收某矿物质离子示意图。据图判断，该离子跨膜进入根毛细胞的方式为
A. 自由扩散 B. 协助扩散
C. 主动运输 D. 被动运输
【解析】考查学生获取信息的能力和理解能力。结合图示可以看出，该矿质离子的跨膜运输有两个特点：一是逆浓度梯度，二是消耗ATP，故应为主动运输。
【答案】C
（2010·山东高考）3．由图中曲线a、b表示物质跨（穿）膜运输的两种方式，下列表述正确的是
A．脂溶性小分子物质不能通过方式a运输
B．与方式a有关的载体蛋白覆盖于细胞膜表面
C．方式b的最大转运速率与载体蛋白数量有关
D．抑制细胞呼吸对方式a和b的转运速率均有影响
【解析】分析坐标曲线可以看出，a为自由扩散，b为协助扩散（或主动运输）。脂溶性小分子物质通过自由扩散（即方式a）运输，因此A错误；方式a与载体无关，只与浓度有关，因此B错误；方式b的最大的转运速率与载体的种类和数量有关，因此C正确。抑制细胞呼吸，能量供应不足，导致主动运输受阻，而与自由扩散（协助扩散）无关，因此D错误。
【答案】C
（2009·浙江高考）对某动物细胞进行荧光标记实验，如下示意图所示，其基本过程：①用某种荧光材料标记该动物细胞，细胞表面出现荧光斑点。②用激光束照射该细胞表面的某一区域，该区域荧光淬灭（消失）。③停止激光束照射一段时间后，该区域的荧光逐渐恢复，即有出现了斑点。
上述实验不能说明的是
A．细胞膜具有流动性
B．荧光染料能与细胞膜组成成分结合
C．根据荧光恢复的速率可推算出物质跨膜运输的速率
D．根据荧光恢复的速率可推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率
【解析】该过程说明细胞膜具有流动性、荧光染料能与细胞膜组成成分结合，根据荧光恢复的速率可推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率，但不能根据荧光恢复的速率可推算出物质跨膜运输的速率，因为该过程中没有发生物质跨膜运输。所以C不正确。
【答案】C
（2009·辽宁、宁夏高考）下列关于物质跨膜运输的叙述，错误的是
A．植物细胞累K+需消耗能量
B．细胞对离子的吸收具有选择性
C．海水中的海藻细胞可通过积累溶质防止质壁分离
D．液泡中积累大量离子，故液泡膜不具有选择透过性
【解析】液泡膜是一层生物膜,具有选择透过性，能够积累大量的离子。细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，才可能发生质壁分离，海水中的海藻细胞可通过积累溶质使细胞液的浓度增大防止质壁分离。
【答案】D
（2008·广东高考）甲、乙两种物质分别依赖自由扩散（简单扩散）和协助扩散进入细胞，如果以人工合成的无蛋白磷脂双分子膜代替细胞膜，并维持其它条件不变，则
A．甲运输被促进 B．乙运输被促进 C．甲运输被抑制 D．乙运输被抑制
【解析】自由扩散 这种方式是被选择吸收的物质，从浓度高的一侧通过细胞膜向浓度低的一侧转运，例如O2、CO2、甘油等物质，可以从浓度高的一侧转运到浓度低的一侧。这种物质出入细胞的方式叫做自由扩散。自由扩散不需要载体，也不消耗细胞内新陈代谢所释放的能量，是一种简单的运输方式。
　 协助扩散物质通过质膜进出细胞的方式之一。物质必须在载体蛋白的协助下，才能从高浓度一侧通过质膜向低浓度一侧扩散，但此种方式不消耗代谢能。协助扩散和自由扩散都是物质顺浓度梯度的扩散过程，主要动力是质膜两侧的浓度差。但是，协助扩散是在质膜上载体蛋白的协助下进行的。
【答案】D
【考点精题精练】
一、选择题
1. （2010·浙江省台州市高三一模）一种聚联乙炔细胞膜识别器已问世，它是通过物理力把类似于细胞膜上具有分子识别功能的物质镶嵌到聚联乙炔囊泡中，组装成纳米尺寸的生物传感器。它在接触到细菌、病毒时可以发生颜色变化，用以检测细菌、病毒。这类被镶嵌进去的物质很可能含有 B
A．磷脂和蛋白质 B．多糖和蛋白质
C．胆固醇和多糖 D．胆固醇和蛋白质
2. 下列关于生物膜的叙述中，错误的是 C
A．细胞内许多重要的化学反应都在生物膜上进行
B．各种生物膜在结构上的联系是功能上存在联系的前提条件
C．所有细胞均具有生物膜系统
D．生物膜对细胞的一系列酶促反应的有序进行和整个细胞的区域化提供了条件
3. 下列有关生物膜的叙述，正确的是 C
A．生物膜主要是由脂肪和蛋白质组成
B．用蛋白酶处理生物膜会改变其组成，不改变其通透性
C．在适宜条件下，大鼠脾脏细胞与兔造血干细胞的细胞膜能够发生融合
D．在生长激素的合成和分泌过程中，具膜细胞器之间只有结构上的联系
4. 下列生理活动与生物膜功能无直接关系的是 B
A．胰岛B细胞分泌胰岛素 B．氨基酸脱水缩合形成多肽
C．神经递质在神经元之间传递信息 D．受精作用的完成
5. 细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，下列实例中能反映该特点的是 （　D　）
①高尔基体形成的小泡与细胞膜融合 ②吞噬细胞吞噬病菌 ③小肠绒毛上皮细胞对Na+、K+的吸收 ④核糖体中合成的蛋白质进入细胞核 ⑤变形虫能出伪足
A．①②④ B．②③④ C．①②⑤ D．①②③⑤
6. （2010·江苏省扬州市高三第二次模拟）细胞膜上的蛋白质分子 C
A．在细胞膜内外侧对称分布 B．是不能运动的
C．与细胞膜的功能有关 D．在细胞膜内侧与糖类结合形成糖蛋白
7. 下图表示细胞膜的亚显微结构，其中a和b为物质的两种运输方式，下列对细胞膜结构和功能的叙述错误的是（ D ）
A、若图示为肝细胞膜，则尿素的运输方向是Ⅱ→Ⅰ
B、细胞间的识别、免疫、细胞的癌变与①有密切的关系
C、适当提高温度将加快②和③的流动速度
D、b过程不需要ATP，a过程未体现膜的选择透过性这一生理特性
8. 下图表示根细胞液中三种物质随氧分压变化的曲线，下列说法正确的是 D
A.都是通过主动转运从土壤中吸收来的
B.浓度变化不会影响到细胞吸水
C.糖的降低与K、N的增加没有关系
D.细胞膜上运输K的载体比运输N的载体多
9. 在培养玉米的溶液中加入某种负离子，结果发现玉米根细胞在吸收该种负离子的同时，对Cl－的主动吸收减少了，而对K＋的主动吸收并没有影响，原因是 D
A．该种负离子妨碍了能量的生成 B．该种负离子抑制了主动延输
C．该种负离子抑制了呼吸作用 D．该种负离子的载体和Cl－的相同
10. 用完全培养液在两个相同的容器内分别培养水稻和番茄苗，假设两植物的吸水速率相同，一段时间后，测定培养液中各种离子与实验开始时各种离子浓度之比如右图所示。该实验的结果不能说明
A．不同植物对各种离子的需要量是不同的
B．与番茄相比，水稻对Si4＋需要量大，对Ca2＋需要量小
C．不同植物根尖细胞膜上载体的种类和数量是不同的
D．植物对各种离子的吸收速率与溶液中离子的浓度有关
11. 右图表示植物细胞正常生活过程中的细胞膜对物质的转运。物质转运的方向如箭头所示，黑点的数量表示物质的浓度，则该物质可能是
A．甘油　
B．叶绿素　　
C．花青素
D．生长素
12. 美国以伊拉克具有火规模杀伤性武器为由发动了对伊战争，这类武器包括神经毒气。毒气一旦释放出来，很容易进入神经细胞，造成神经功能性障碍，甚至杀死神经细胞。神经毒气容易进入神经细胞的原因是
A．神经细胞膜上有大量神经毒气载体
B．神经细胞膜与神经毒气的结合力很强
C．神经细胞膜对神经毒气选抒吸收
D．神经毒气以自由扩散方式透过细胞膜
13. 科学家研究发现，人体可以通过代谢产生极少量的一氧化氮分子。一氧化氮是一种脂溶性小分子物质，它在血管壁的平滑肌细胞中能够激活某种酶，将三磷酸鸟苷(GTP)转化为环状一磷酸鸟苷(cGMP)，使得平滑肌细胞舒张，有扩张血管作用。请分析一氧化氮进入平滑肌细胞的方式和GTP含有高能磷酸键的个数分别为（ ）
A．自由扩散　2　　　B．自由扩散　3　　C．主动运输　2　　D．主动运输　3
14. 下图是水稻在不同的含氧情况下从硝酸钾溶液吸收K+和NO3-的曲线。影响A、B两点和B、C两点吸收量不同的因素分别是
A．载体数量、能量 B．能量、离子浓度
C．载体数量、离子浓度 D．能量、载体数量
15. 图示植物体细胞在一定时间内吸收K+与某些条件之间的关系。假定其他条件均为理想状态。图的横坐标条件最可能的是( C )
A.载体数量 B.氧气浓度
C.光照条件 D.温度变化
二、非选择题
16. 以下实验是研究水分在植物体内的移动情况。把洋紫苏的茎放在盛有红色染液的烧杯中，3小时后，把枝条洗净，并在距枝条底部的不同位置切出切片。含有染液的部分显示有水分通过。实验装置和结果如图所示
⑴茎部横切面显红色的结构是_______________。
⑵ 在不同外界条件下，水分向上运输的速率会有所不同，试改变一种条件，使水分的移动速度加速。__________。
⑶ 给你提供数枝洋紫苏，试利用类似上述的实验，研究叶的表面积与水分运输速率的关系。
实验步骤：
第—步：________________________________。
第二步：把洋紫苏的枝条插入盛有红色染液的烧杯中。
第三步：2小时后，洗净枝条，并在距离枝条底部的不同位置切出切片。
实验预期：_________________________________________________________________。
结论：_____________________________________________________________________。
对实验结论的解释：_________________________________________________________。
答案： ⑴ 导管 ⑵ 适当提高温度
⑶ 第一步：取两枝洋紫苏，一枝留6片叶，一枝留3片叶。标记为A和B(其他使叶面积产生差异的方法也可)(2分)
预期：相同时间内，A(6片叶的洋紫苏)茎中染液上升的长度约B(3片叶)的2倍(或长)。（2分）
结论：植物运输水的速率与叶面积成正比。
解释：叶面积越大，气孔越多，蒸腾作用越强（2分）
17. 如图所示，葡萄糖通过红细胞膜随着葡萄糖浓度增高而变化曲线。请据图回答下列问题：
（1）葡萄糖跨膜速率随葡萄糖浓度增高而表现的变化情况为 。
（2）红细胞膜的化学成分中，除磷脂外，含量最多的是 。推测该分子的存在为葡萄糖的运输提供了特殊途径，使其速率显著 。曲线变化也反映出这种速率还受到特殊分子数量的限制，当葡萄糖浓度 时，由于 ，无论膜一侧葡萄糖浓度怎样，葡萄糖分子通过膜的速率将 。
答案：（1）在葡萄糖浓度低于c时，随葡萄糖浓度增高而减小，当高于c时趋于稳定 （2分） （2）蛋白质 加快 大于c 协助葡萄糖通过膜的蛋白质分子全部都已被利用 维持稳定 （各1分）
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