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高考生物二輪復習專題專練
(3)　破解物質運輸中的四類迷茫點　　　
從“高度”上研究高考
[典例1]　(2021·山東高考)液泡是植物細胞中儲存 Ca2＋的主要細胞器，液泡膜上的 H＋焦磷酸酶可利用水解無機焦磷酸釋放的能量跨膜運輸 H＋，建立液泡膜兩側的 H＋濃度梯度。該濃度梯度驅動 H＋通過液泡膜上的載體蛋白 CAX 完成跨膜運輸，從而使 Ca2＋以與 H＋相反的方向同時通過 CAX 進行進入液泡并儲存。下列說法錯誤的是(　 )
A．Ca2＋通過 CAX 的跨膜運輸方式屬于協助擴散
B．Ca2＋通過 CAX 的運輸有利于植物細胞保持堅挺
C．加入 H＋焦磷酸酶抑制劑，Ca2＋通過 CAX 的運輸速率變慢
D．H＋從細胞質基質轉運到液泡的跨膜運輸方式屬于主動運輸
[解析]　Ca2＋通過 CAX 的跨膜運輸方式為主動運輸，所需要的能量由H＋順濃度梯度產生的勢能提供，A錯誤；Ca2＋通過 CAX 的運輸進入液泡增加細胞液的濃度，有利于植物細胞保持堅挺，B正確；加入 H＋焦磷酸酶抑制劑，則液泡中的H＋濃度降低，液泡膜兩側的 H＋濃度差減小，為Ca2＋通過 CAX 的運輸提供的能量減少，Ca2＋的運輸速率變慢，C正確；H＋從細胞質基質轉運到液泡的跨膜運輸方式需要水解無機焦磷酸釋放的能量來提供，為主動運輸，D正確。
[答案]　A
[典例2]　如圖甲、乙分別是洋蔥根尖在不同O2濃度及不同底物濃度情況下(其他條件適宜)，從含硝酸鉀的全營養液中吸收NO的速率曲線圖。下列相關敘述錯誤的是(　 )
A．A點時影響離子吸收速率的主要因素是能量
B．B點時離子吸收速率不再增大是因為載體的數量有限
C．C點時影響離子吸收速率的主要因素是底物濃度
D．D點時離子吸收速率不再增大是因為底物濃度太高，細胞發生質壁分離
[解析]　洋蔥根尖吸收NO的方式是主動運輸，吸收速率受能量、載體和底物濃度的影響。D點時離子吸收速率不再隨底物濃度增大而增大，主要是因為載體數量有限，D錯誤。
[答案]　D
從“深度”上提升知能
1．載體蛋白和通道蛋白作用不完全相同
轉運蛋白可以分為載體蛋白和通道蛋白兩種類型，它們的作用特點分析如下：
(1)載體蛋白和通道蛋白對物質的運輸都具有選擇性。
(2)載體蛋白需要和被轉運的物質結合，且會發生自身構象改變；通道蛋白運輸時不需要和被轉運物質結合。
(3)載體蛋白既能夠執行協助擴散，又能夠執行主動運輸，而通道蛋白只能執行協助擴散，即通道蛋白只能順濃度梯度運輸。
2．主動運輸消耗的能量并不都由ATP直接提供
(1)主動運輸的能量來源分為三類(如圖1)：ATP直接提供能量(ATP驅動泵)、間接供能(協同轉運蛋白)、光驅動(光驅動泵)。
(2)協同運輸是一種物質的逆濃度跨膜運輸，其依賴于另一種物質的順濃度，該過程消耗的能量來自離子電化學梯度(如圖2)。
3．主動運輸中ATP供能的原理
(1)ATP為主動運輸供能
(2)ATP水解釋放的磷酸基團使蛋白質等分子磷酸化，這些分子被磷酸化后，空間結構發生變化，活性也被改變，因而可以參與各種化學反應。
4．物質跨膜運輸速率的曲線分析
(1)圖1、2表示物質濃度對跨膜運輸速率的影響，其中圖1表示的運輸方式為自由擴散，圖2表示的運輸方式是協助擴散或主動運輸。圖2中P點之后運輸速率不變的原因是膜上轉運蛋白的數量有限。
(2)圖3、4表示O2濃度對跨膜運輸速率的影響，其中圖3表示的運輸方式為自由擴散或協助擴散，圖4表示的運輸方式為主動運輸。圖4中P點之后運輸速率不變的限制因素是載體蛋白的數量。
(3)若圖3表示哺乳動物成熟紅細胞的物質運輸，還可表示主動運輸。
從“寬度”上拓展訓練
1．ABC轉運蛋白是一類跨膜轉運蛋白，參與細胞吸收多種營養物質，每一種ABC轉運蛋白對物質運輸具有特異性。ABC轉運蛋白的結構及轉運過程如圖所示，下列有關推測合理的是(　 )
A．ABC轉運蛋白可提高O2的跨膜運輸速度
B．ABC轉運蛋白可協助葡萄糖順濃度梯度進入細胞
C．Cl－和氨基酸依賴同一種ABC轉運蛋白跨膜運輸
D．通常是ATP水解釋放的磷酸基團使轉運蛋白磷酸化，其空間結構發生變化，小分子結合位點轉向膜內側，使小分子進入膜內
解析：選D　O2的跨膜方式是自由擴散，所以ABC轉運蛋白不能提高O2的跨膜運輸速度，A錯誤；ABC轉運蛋白轉運物質時需要消耗能量，屬于主動運輸，而葡萄糖順濃度梯度進入細胞不需要消耗能量，B錯誤；由于每一種ABC轉運蛋白對物質運輸具有特異性，所以Cl－和氨基酸依賴不同種ABC轉運蛋白跨膜運輸，C錯誤；據圖分析可知，ABC轉運蛋白具有ATP結合域，可以和ATP結合，ATP 水解釋放的磷酸基團使ABC轉運蛋白磷酸化，其空間結構發生變化，小分子結合位點轉向膜內側，使小分子進入膜內，D正確。
2.某種植物液泡膜上存在Na＋/H＋反向轉運載體蛋白，它可利用液泡內外H＋的電化學梯度(電位和濃度差)將H＋轉出液泡，同時將Na＋由細胞質基質轉入液泡。某些物質跨液泡膜轉運過程如圖所示，據圖判斷，下列敘述正確的是(　 )
A．H2O只以自由擴散的方式進出液泡
B．Na＋和Cl－均以主動運輸的方式由細胞質基質進入液泡
C．液泡以主動運輸的方式從細胞質基質中吸收H＋
D．提高細胞質基質H＋濃度有利于Na＋進入液泡
解析：選C　由圖可知，水分子可以通過通道蛋白進出液泡，該方式為協助擴散，A錯誤；Cl－通過通道蛋白進入液泡，該方式為協助擴散，B錯誤；液泡從細胞質基質中吸收H＋需要載體，消耗能量，為主動運輸，C正確；Na＋進入液泡的直接驅動力是液泡膜兩側的H＋電化學梯度，提高液泡H＋濃度有利于Na＋進入液泡，D錯誤。
3．一般認為生物膜上存在一些能攜帶離子通過膜的載體分子，載體分子對一定的離子有專一的結合部位，能選擇性地攜帶某種離子通過膜，載體的活化需要ATP，其轉運離子的情況如圖。下列相關敘述不正確的是(　 )
A．據圖分析可知載體分子與酶都具有專一性
B．溫度通過影響呼吸酶的活性來影響植物根系對礦質元素的吸收
C．磷酸激酶與ATP水解有關，磷酸酯酶與ATP合成有關
D．失活的載體在膜中磷酸激酶和ATP的作用下又可使其磷酸化，而再度活化
解析：選C　題干信息“載體分子對一定的離子有專一的結合部位”，說明載體分子有專一性，一種酶只能催化一種或者一類化學反應，也有專一性，A正確。土壤溫度可以通過影響有氧呼吸酶的活性來影響呼吸作用從而影響植物根系對礦質元素的吸收，B正確。據圖分析，磷酸激酶的作用是在ATP和底物之間起催化作用，將一個磷酸基團轉移到載體上；磷酸酯酶是使載體去磷酸化的酶，C錯誤。圖中未活化的載體，在磷酸激酶的催化下，可獲得ATP轉移的磷酸基團，而再度活化，D正確。
4．如圖表示物質濃度或氧氣濃度與物質跨膜運輸速率間關系的曲線圖。下列相關敘述錯誤的是(　 )
A．若某物質跨膜運輸的速率可用圖1與圖3表示，則該物質不可能為Mg2＋
B．若某物質跨膜運輸的速率可用圖2與圖3表示，則該物質可能是葡萄糖
C．將圖2與圖4的曲線補充完整，曲線的起點應從坐標系的原點開始
D．限制圖中a、b、c、d運輸速率的因素不完全相同
解析：選C　如某物質跨膜運輸的速率可用圖1與圖3表示，說明該物質的運輸方式是自由擴散，則該物質不是Mg2＋，A正確；如某物質跨膜運輸的速率可用圖2與圖3表示，說明該物質的運輸方式是協助擴散，則該物質可能是葡萄糖，B正確；圖4的曲線的起點不能從坐標系的原點開始，因為無氧呼吸也能提供能量，C錯誤；限制圖中a、c兩點的運輸速率的主要因素分別是物質濃度和O2濃度，b、d兩點的限制因素主要是轉運蛋白的數量，D正確。
[微課微練·一點一評]
一、選擇題
1．鹽堿地中的某種植物，其細胞的液泡膜上有一種載體蛋白，能將細胞質基質中的Na＋逆濃度梯度運入液泡，降低Na＋對細胞質基質中酶的傷害。下列敘述錯誤的是(　 )
A．Na＋進入液泡與葡萄糖進入小腸上皮細胞的方式相同
B．Na＋進入液泡的過程受土壤板結程度的影響
C．該載體蛋白作用的結果降低了植物的耐鹽性
D．該載體蛋白作用的結果有助于增強細胞的吸水力
解析：選C　細胞的液泡膜上的載體蛋白能逆濃度運輸Na＋，說明Na＋的運輸方式是主動運輸，葡萄糖進入小腸上皮細胞的方式是主動運輸，A正確；土壤板結程度影響細胞的有氧呼吸強度，從而影響主動運輸過程的能量供應，影響Na＋進入液泡，B正確；當Na＋運入細胞液后，提高了細胞液的濃度，可以增強細胞的吸水能力，提高植物的耐鹽性，C錯誤；由于該載體蛋白的作用，使液泡內Na＋濃度增大，滲透壓上升，細胞吸水力增強，D正確。
2．生物膜上能運輸H＋的質子泵主要有3類：消耗ATP的同時自身發生磷酸化并將H＋泵出細胞的P型質子泵，消耗ATP并將H＋逆濃度梯度泵入細胞器的V型質子泵，利用H＋順濃度梯度釋放的勢能合成ATP的F型質子泵。下列說法錯誤的是(　 )
A．3類質子泵的運輸都受溫度變化的影響
B．P型質子泵磷酸化后空間結構不會發生變化
C．溶酶體膜上V型質子泵的運輸方式為主動運輸
D．線粒體內膜和葉綠體類囊體薄膜上都富含F型質子泵
解析：選B　質子泵是載體蛋白，其活性受溫度影響，A正確；載體蛋白轉運物質時會發生空間結構改變，因此P型質子泵磷酸化后空間結構會發生變化，B錯誤；V型質子泵，可利用ATP水解的能量，將H＋逆濃度梯度泵入溶酶體內，屬于主動運輸，C正確；類囊體薄膜是生成ATP的場所之一，該膜上具有F型質子泵，線粒體內膜也是生成ATP的場所之一，該膜上的質子泵為F型，D正確。
3．(2022·平邑縣二模)肌細胞中Ca2＋儲存在肌細胞特殊內質網——肌漿網中。肌細胞膜特定電位變化引起肌漿網上鈣離子通道打開，大量鈣離子進入細胞質，引起肌肉收縮后，肌漿網膜上的Ca2＋-ATP酶將細胞質中的Ca2＋運回肌漿網。下列相關敘述錯誤的是(　 )
A．鈣離子通過鈣離子通道進入細胞質的方式屬于協助擴散
B．Ca2＋-ATP酶以主動運輸方式將細胞質中的Ca2＋運回肌漿網
C．Ca2＋-ATP酶在運輸鈣離子的過程中會與Ca2＋發生特異性結合
D．鈣離子進出肌漿網的過程都涉及ATP和ADP的相互轉化
解析：選D　鈣離子通過鈣離子通道進入細胞質不需要消耗能量，該運輸方式屬于協助擴散，A正確；Ca2＋-ATP酶可以水解ATP釋放能量，并驅動載體將Ca2＋運回肌漿網，屬于主動運輸，B正確；Ca2＋-ATP酶在運輸鈣離子的過程中會與Ca2＋發生特異性結合，C正確；鈣離子通過鈣離子通道進入細胞質不需要消耗能量，不涉及ATP和ADP的相互轉化，D錯誤。
4．具膜小泡的H＋-ATPase的活性將建立起一個內部的pmf(質子動力勢)，這個質子動力勢將會驅動放射性底物的吸收(如圖甲中45Ca2＋的吸收)，圖乙表示小泡中Ca2＋濃度的影響因素。據圖分析下列敘述不正確的是(　 )
A．加入Ca2＋通道，Ca2＋將順濃度從小泡中漏出
B．Ca2＋只積累在小泡內，而不是結合在小泡膜上
C．降低細胞內O2濃度，會直接抑制小泡對Ca2＋的吸收
D．FCCP可能是消除質子梯度的化合物
解析：選C　加入Ca2＋通道，Ca2＋將順濃度從小泡中以協助擴散運出，A正確；Ca2＋通過主動運輸積累在小泡內，B正確；小泡對Ca2＋的吸收利用的是H＋建立的動力勢，因此降低細胞內O2濃度，不會直接抑制小泡對Ca2＋的吸收，C錯誤；添加Ca2＋通道后，在＋ATP條件下，小泡中的Ca2＋含量急劇下降，而在＋ATP和＋FCCP條件下，小泡中的Ca2＋含量不變，說明FCCP可能是消除質子梯度的化合物，D正確。
二、非選擇題
5．動物體絕大多數部位的細胞，Na＋膜外濃度高于膜內濃度，而K＋膜內濃度高于膜外濃度，這種分布的維持與Na＋-K＋泵有關，Na＋-K＋泵也被稱為Na＋-K＋ATP酶，Na＋-K＋泵可以分別被Na＋、K＋激活，催化ATP水解，在Na＋存在的條件下，Na＋-K＋泵與Na＋結合，其酶活性被激活，在其作用下，ATP分子末端的磷酸基被轉交給ATP酶，Na＋-K＋泵的磷酸化引起了其構象發生改變，從而將Na＋運出膜外，隨之，在有K＋存在時，Na＋-K＋泵又脫磷酸化，酶分子恢復到原來的構象，同時將K＋運進膜內，該過程如圖所示。回答相關問題：
(1)Na＋-K＋泵發揮的作用，主要有______________________和________________。ATP的主要作用有________________和____________________________________________。
(2)Na＋-K＋泵運輸Na＋、K＋的意義是 ________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________(從神經系統興奮性角度分析)。
(3)Na＋-K＋泵只能定向運輸Na＋、K＋，而不能運輸其他無機鹽離子，這體現了細胞膜具有________________的功能特性，該功能特性主要是由細胞膜的_______________________功能體現出來。
(4)葡萄糖進入紅細胞的方式與Na＋和K＋通過Na＋-K＋泵的跨膜運輸的方式________(填“相同”或“不相同”)，那么它們的運輸方式分別是 ____________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)Na＋-K＋泵也被稱為Na＋-K＋ATP酶，可以作為運輸Na＋、K＋的載體，也可以催化ATP水解。ATP的主要作用有水解提供能量，也可以提供磷酸基團與Na＋-K＋泵結合，使Na＋-K＋泵發生磷酸化反應，構象發生改變。(2)Na＋膜外濃度高于膜內濃度，而K＋膜內濃度高于膜外濃度，Na＋、K＋的這種分布可促進神經細胞靜息電位的維持和動作電位的形成，利于神經沖動的正常產生。(3)Na＋-K＋泵只能定向運輸Na＋、K＋，而不能運輸其他無機鹽離子，這體現了細胞膜可控制物質進出細胞，說明細胞膜具有選擇透過性的功能。(4)Na＋和K＋通過Na＋-K＋泵的跨膜運輸需要載體蛋白協助、ATP提供能量，其運輸方式是主動運輸，而葡萄糖進入紅細胞的跨膜運輸方式是協助擴散，所以它們的跨膜運輸方式不相同。
答案：(1)作為載體蛋白運輸Na＋、K＋　催化ATP水解　水解提供能量　提供磷酸基團，使ATP酶發生磷酸化反應　(2)維持Na＋膜外濃度高于膜內濃度，而K＋膜內濃度高于膜外濃度，有利于靜息電位的維持和動作電位的形成，利于神經沖動的正常產生　(3)選擇透過性　控制物質進出細胞　(4)不相同　協助擴散、主動運輸

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