2021版高考生物一轮复习第4章细胞的物质输入和输出2物质跨膜运输的方式教案新人教版必修1

2021版高考生物一轮复习第4章细胞的物质输入和输出2物质跨膜运输的方式教案新人教版必修1

- 1 - 物质跨膜运输的方式 考点一 物质跨膜运输的方式 物质出入细胞方式的比较： 物质出入 细胞的方式 被动运输 主动运输 颗粒和大分子物质 自由扩散 协助扩散 胞吞 胞吐 运输方向 高浓度→ 低浓度 高浓度→ 低浓度 一般是低浓 度→高浓度 细胞外→ 细胞内 细胞内→ 细胞外 是否需要 载体蛋白 不需要 需要 需要 不需要 是否消耗 能量 不消耗 不消耗 消耗 消耗 图例 举例 O2、CO2、H2O、 甘油、乙醇、苯 等出入细胞 红细胞吸收葡 萄糖 小肠吸收葡萄 糖、氨基酸、无 机盐等 白细胞吞噬病毒 分泌蛋白释 放 【高考警示】 物质运输的五个“不一定” (1)消耗能量的运输方式不一定是主动运输，胞吐和胞吞也消耗能量。 (2)生物大分子不一定都是以胞吞、胞吐方式运输的，如 RNA 和蛋白质可通过核孔出入细胞核， 这两种情况穿膜层数均为 0。 (3)无机盐离子的运输方式不一定是主动运输，如神经细胞的 K+外流和 Na+的内流为协助扩散。 (4)需要载体蛋白的不一定是协助扩散，主动运输也需要载体蛋白。 (5)跨膜运输不一定穿过细胞膜，胞吞、胞吐穿过细胞膜的层数为 0。 【典例】(2019·全国卷Ⅱ)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 - 2 - 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 【解析】选 C。由题意知：一组照射蓝光后，溶液的 pH 明显降低，即溶液中 H+的浓度增加， 说明细胞中的 H+能够运出细胞，A 项推测合理。位于膜上运载 H+的载体蛋白 H+-ATPase 具有 ATP 水解酶活性，照射蓝光后，H+-ATPase 能够逆浓度梯度跨膜转运 H+，B 项推测合理。H+逆浓度 梯度跨膜转运所需的能量由 ATP 水解释放，C 项推测不合理。保卫细胞的细胞质膜转运 H+需要 H+-ATPase 协助，不是自由扩散，D 项推测合理。 H+-ATPase 的作用体现了生物膜的选择透过性，这种进出细胞的方式和人体内的吞噬细胞摄入 病原体主要区别是 H+的运输方式是主动运输，需要载体蛋白，吞噬细胞摄入病原体的过程属 于胞吞，不需要载体蛋白的协助。 (2018·北京高考)细胞膜的选择透过性保证了细胞内相对稳定的微环境。下列物质中，以(自 由)扩散方式通过细胞膜的是 ( ) A.Na+ B.二氧化碳 C.RNA D.胰岛素 【解析】选 B。Na+ 进出细胞的方式为主动运输或协助扩散，A 项错误；二氧化碳、水、脂溶 性小分子物质等以自由扩散的方式进出细胞，B 项正确；RNA 不能通过细胞膜，C 项错误；胰 岛素等蛋白质分子，以胞吐的形式排出细胞，D 项错误。 “三步法”判断物质出入细胞的方式 - 3 - 【加固训练】 (2015·全国卷Ⅱ)下列过程中，不属于胞吐作用的是 ( ) A.浆细胞分泌抗体到细胞外的过程 B.mRNA 从细胞核到细胞质的过程 C.分泌蛋白从胰腺的腺泡细胞到胞外的过程 D.突触小泡中的神经递质释放到突触间隙的过程 【解题指南】(1)关键知识：细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞 膜处，与细胞膜结合，将大分子排出细胞，这种现象叫胞吐。 (2)隐含信息：抗体是分泌蛋白，是经囊泡运输到细胞膜的。 【解析】选 B。本题考查物质出入细胞的方式。浆细胞产生的抗体是分泌蛋白，在核糖体上合 成后，经内质网和高尔基体加工，经囊泡运输与细胞膜融合，分泌到细胞外，故 A 项属于胞 吐作用。mRNA 通过细胞核的核孔运输到细胞质，故 B 项不属于胞吐作用。胰腺的腺泡细胞的 分泌蛋白分泌过程与抗体分泌过程相似，故 C 项属于胞吐作用。突触小泡与细胞膜(突触前膜) 融合，将神经递质释放到突触间隙，故 D 项属于胞吐作用。 考点二 影响物质跨膜运输的因素 学生用书 P35 1.物质浓度对运输速率的影响： - 4 - (1)自由扩散的运输动力是膜两侧溶液的浓度差，运输速率与物质浓度成正比。 (2)协助扩散需要载体蛋白协助，在物质浓度较低时，随物质浓度的增大，运输速率也逐渐增 大，到达一定物质浓度时，由于受膜上载体蛋白数量的限制，运输速率不再随物质浓度增大 而增大。 (3)主动运输既需要载体蛋白，又需要能量，可以逆浓度运输，a 点以后细胞内浓度大于细胞 外浓度，细胞继续吸收直至稳定。 2.氧气浓度对运输速率的影响： (1)被动运输不需要能量，因此与氧气浓度无关，运输速率不随氧气浓度增大而改变。 (2)在一定范围内，随氧气浓度升高，主动运输速率不断增大，当氧气浓度足够高时，由于受 膜上载体蛋白数量的限制，主动运输速率不再随氧气浓度增大而增大。 3.温度对运输速率的影响： 温度影响物质运输速率时，既与分子的运动有关，也与细胞呼吸有关。 【高考警示】 影响物质跨膜运输的四点提醒 (1)运输速率与 O2 浓度无关的运输方式除自由扩散外，还有协助扩散。 (2)影响协助扩散运输速率的因素除载体蛋白数量外，还有浓度差。 (3)抑制某载体蛋白的活性，只会导致以该载体蛋白为载体转运的物质运输受到影响，对其他 物质运输不影响。 (4)抑制细胞呼吸，所有以主动运输方式跨膜的物质运输都会受到影响。 - 5 - 【典例】(2019·海南高考)在适宜条件下，测得的某植物根细胞对 a、b 两种物质的吸收速率 与外界溶液中这两种物质浓度的关系如图所示(a、b 两条曲线分别代表植物根细胞对不同浓度 a、b 两种物质的吸收速率)。回答下列问题。 (1)根据实验结果发现 a 是通过自由扩散方式跨膜运输的。自由扩散的含义是 ________________。 (2)实验结果表明：当外界溶液中 b 的浓度达到一定数值时，再增加 b 的浓度，根细胞对 b 的 吸收速率不再增加。可能的原因是___________________。 (3)王同学据图认为 b 的跨膜运输方式是主动运输，李同学认为是协助扩散。请设计实验确定 王同学的判断是否正确。要求简要写出实验思路、预期结果和结论。 【解析】(1)物质通过简单的扩散作用进出细胞，叫做自由扩散。(2)当外界溶液中 b 的浓度 达到一定数值时，再增加 b 的浓度，根细胞对 b 的吸收速率不再增加，可能的原因是载体数 量有限或者能量供应不足。(3)主动运输和协助扩散的主要区别为是否消耗能量，为了验证 b 物质的跨膜运输方式是主动运输还是协助扩散，在设计实验时可分两组，一组提供能量，另 一组不提供能量即可。实验思路：将两组生理状态和数量相同的植物根细胞分别培养在相同 且适宜浓度的 b 物质溶液中，第一组不做处理，第二组添加呼吸抑制剂，其余操作均相同， 定期测定两组根细胞对 b 物质的吸收速率。预期结果和结论：若第一组和第二组根细胞对 b 物质的吸收速率相同，则 b 物质的跨膜运输方式为协助扩散，即王同学的判断不正确；若第 一组根细胞对 b 物质的吸收速率大于第二组，则 b 物质的跨膜运输方式为主动运输，即王同 学的判断正确。 答案：(1)物质通过简单的扩散作用进出细胞 (2)载体数量有限或能量供应不足 (3)实验思 路：将两组生理状态和数量相同的植物根细胞分别培养在相同且适宜浓度的 b 物质溶液中， 第一组不做处理，第二组添加呼吸抑制剂，其余操作均相同，定期测定两组根细胞对 b 物质 的吸收速率。预期结果和结论：若第一组和第二组根细胞对 b 物质的吸收速率相同，则王同 学的判断不正确；若第一组根细胞对 b 物质的吸收速率大于第二组，则王同学的判断正确。 - 6 - (1)影响植物根细胞吸收无机盐离子的外界因素主要是温度和氧气含量。氧气通过影响主动运 输的供能而影响主动运输的速率。 (2)给作物施肥时，根细胞对无机盐离子的吸收速率不会(填“会”或“不会”)因施肥越多而 吸收越快，原因是当细胞膜上的载体蛋白已经达到饱和时，该载体蛋白运载的物质的转运速 率不再随物质浓度的增大而增大。 (2018·全国卷Ⅰ)下列有关植物根系吸收利用营养元素的叙述，错误的是 ( ) A.在酸性土壤中，小麦可吸收利用土壤中的 N2 和 N B.农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收 C.土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可被根系吸收 D.给玉米施肥过多时，会因根系水分外流引起“烧苗”现象 【解析】选 A。本题考查植物对矿质元素的吸收。在酸性土壤中小麦可吸收利用土壤中的 N ， 但不能吸收 N2，A 项错误；农田适时松土可促进根部的有氧呼吸，有利于农作物根细胞对矿质 元素的吸收(主动运输)，B 项正确；土壤微生物降解植物秸秆会产生无机离子，无机离子可通 过主动运输的方式被根系吸收，C 项正确；给玉米施肥过多时，土壤溶液浓度会大于细胞液浓 度，导致根系细胞失水，水分外流引起“烧苗”现象，D 项正确。 根据外在条件判断自由扩散、协助扩散和主动运输 (1)受细胞内外物质浓度差影响的是自由扩散和协助扩散。 (2)受载体蛋白影响的是协助扩散和主动运输。 (3)受能量供应影响的只有主动运输。 (4)三种运输方式(自由扩散、协助扩散和主动运输)都受温度的影响，因为温度影响细胞膜的 流动性；除此之外，温度还通过影响酶的活性来影响能量的供应进而影响主动运输。 【加固训练】 1.(2015·全国卷Ⅱ)将三组生理状态相同的某植物幼根分别培养在含有相同培养液的密闭培 养瓶中，一段时间后，测定根吸收某一矿质元素离子的量。培养条件及实验结果见下表： - 7 - 培养瓶中气体温度(℃)离子相对吸收量(%) 空气 17 100 氮气 17 10 空气 3 28 下列分析正确的是 ( ) A.有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收 B.该植物幼根对该离子的吸收与温度的变化无关 C.氮气环境中该植物幼根细胞吸收该离子不消耗 ATP D.与空气相比，氮气环境有利于该植物幼根对该离子的吸收 【解析】选 A。本题考查实验分析能力。第一组实验有氧气，离子相对吸收量高；第二组实验 无氧气，离子相对吸收量低，因此，有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收，故 A 正确。 第一、三组实验温度不同，对离子的相对吸收量不同，因此，温度影响该植物幼根对该离子 的吸收，故 B 错误。该矿质元素离子进入细胞的方式为主动运输，消耗 ATP，故 C 错误。与空 气相比，氮气环境中离子相对吸收量低，不利于该植物幼根对该离子的吸收，故 D 错误。 2.物质进入细胞有 4 种方式，据图可得出的结论是 ( ) A.温度可影响图中①②③④过程的速率 B.②与细胞膜的流动性无关 C.小肠上皮细胞吸收乙醇的方式是③ D.生长素极性运输进入细胞的方式是④ 【解析】选 A。由图中信息可知，①为自由扩散，②为协助扩散，③为主动运输，④为胞吞。 温度影响膜的流动性和酶的活性，对①②③④均有影响；①②③④与细胞膜的流动性都有关； 小肠上皮细胞吸收乙醇的方式是①；生长素极性运输进入细胞的方式是③。