2023届高考生物二轮复习第3讲物质跨膜运输的方式作业含答案

第3讲　物质跨膜运输的方式

一、选择题

1.(2022·辽宁大连二模)在探究植物细胞吸水和失水的实验中,某植物细胞经过0.3 g·mL-1蔗糖溶液处理后的部分变化过程如图所示。下列叙述错误的是(　B　)

A.该实验现象的变化顺序是①②③

B.①细胞液的浓度大于外界溶液浓度

C.②细胞质中的水分子以扩散方式进出细胞

D.③若用清水处理其可能恢复为①的状态

解析:植物细胞经过0.3 g·mL-1蔗糖溶液处理后,由于外界溶液浓度高于细胞液的浓度,所以植物细胞失水表现为质壁分离现象,进行的过程依次表现为图中的①②③;图中①细胞液的浓度小于外界溶液(0.3 g·mL-1蔗糖溶液)浓度,因此才有了此后的②③变化;水分子进出细胞的方式为被动运输,据此可知,②状态下细胞质中的水分子以扩散方式进出细胞,只不过表现为出来的水分子速率高于进入的水分子速率,因而表现为失水,发生质壁分离;若③细胞仍然具有活性,则用清水处理其可能恢复为①的状态。

2.(2022·山东聊城一模)线粒体外膜分布着孔蛋白构成的通道蛋白,丙酮酸可以经此通道通过。而线粒体内膜由于蛋白质含量高导致通透性低,丙酮酸需通过与H+协同运输的方式由膜间隙进入线粒体基质,如图所示。下列叙述错误的是(　B　)

A.丙酮酸经过孔蛋白进入线粒体膜间隙的方式为协助扩散

B.丙酮酸从膜间隙进入线粒体基质没有消耗ATP,属于协助扩散

C.H+通过质子泵由线粒体基质进入膜间隙的方式为主动运输

D.加入蛋白质变性剂会改变线粒体内膜对H+的运输速率

解析:线粒体外膜的通道蛋白可以让丙酮酸通过,不需要消耗能量,因此为协助扩散;丙酮酸通过内膜时,丙酮酸要借助特异性转运蛋白,消耗H+的梯度势能,因此为主动运输;H+(质子)通过质子泵由线粒体基质进入膜间隙是逆浓度梯度,且需要载体蛋白,所以运输方式为主动运输;蛋白质变性剂会使蛋白质变性而失活,H+(质子)通过质子泵由线粒体基质进入膜间隙需要载体蛋白,所以运输速率会降低。

3.(2022·山东潍坊二模) Na+K+泵由α、β两亚基组成,其中α亚基为跨膜蛋白,既有 Na+、K+结合位点,又具 ATP酶活性,如图所示。一般认为 Na+K+泵首先在膜内侧与细胞内的Na+结合,ATP酶活性被激活后,由 ATP 水解释放的能量使泵本身构象改变,将Na+输出细胞;与此同时,泵与细胞膜外侧的K+结合,发生去磷酸化后构象再次改变,将K+输入细胞内。下列说法错误的是(　A　)

A. α亚基对K+的亲和力始终大于 Na+

B.ATP水解使α亚基磷酸化,进而导致其构象改变

C.Na+K+泵可同时完成对3个Na+和2个K+的转运

D.Na+K+泵造成神经元膜内外的离子浓度差是静息电位和动作电位形成的基础

解析:α亚基在膜内与Na+结合,在膜外与K+结合,两种离子与α亚基的结合位点不同,无法判断α亚基对哪种离子的亲和力更大;由题干信息“ ATP水解释放的能量使泵本身构象改变”可知,ATP水解产生了ADP和Pi,使α亚基磷酸化,进而导致其构象改变;由题图可知,

Na+K+泵每次工作,可将3个Na+输出细胞,将2个K+输入细胞;静息电位是K+顺浓度梯度外流形成的,动作电位是Na+内流形成的,二者发生的基础是在膜两侧要有浓度差,Na+K+泵的工作能维持这种浓度差,故Na+K+泵造成神经元膜内外的离子浓度差是静息电位和动作电位形成的基础。

4.(2022·山东淄博诊断)如图为抗利尿激素(ADH)调节肾小管管壁细胞对水分重吸收的机理。下列叙述错误的是(　D　)

A.水分子通过水通道蛋白的运输方式为协助扩散

B.ADH可促进囊泡转运,增加细胞膜上水通道蛋白数量

C.ADH受体不敏感或受损时,可引起人体尿量增加

D.血浆渗透压下降时,垂体合成和分泌的ADH增加

解析:据题图可知,水分子通过水通道蛋白为顺浓度运输,且需要蛋白质的协助,故运输方式为协助扩散;据题图可知,ADH与受体结合后,通过M蛋白促进了含有水通道蛋白的囊泡运往细胞膜转移,从而增加了肾小管和集合管细胞膜上水通道蛋白的数量;抗利尿激素需要与受体结合后才能起作用(作用于肾小管和集合管,促进其对水分的重吸收,使尿量减少),ADH受体不敏感或受损时,抗利尿激素无法发挥作用,则可引起人体尿量增加;ADH是由下丘脑分泌、垂体释放的,血浆渗透压下降时,ADH减少。

5. (2022·山东济宁一模)植物细胞中的蛋白质等分子会解离为A-与H+两种离子,A-不能向细胞外扩散,H+可以被细胞膜上的某些离子泵运到细胞外,使细胞呈现内负外正的电位差。若外界溶液为KCl溶液,则溶液中的K+在A-的吸引下向细胞内扩散积累。一段时间后,细胞内外离子扩散速度相等,达到平衡状态。下列叙述正确的是(　C　)

A.H+运输到细胞外不需要细胞代谢释放的能量

B.达到平衡时,细胞内外的K+浓度相等

C.K+进入细胞内的量与A-的浓度呈正相关

D.达到平衡时,无水分子进入细胞

解析:由题干可知,H+可以被细胞膜上的某些离子泵运到细胞外,为主动输运,需要消耗能量,需要载体;由题干信息分析可知,K+是阳离子,不断向细胞内扩散,使细胞内的K+浓度大于细胞外的K+浓度;溶液中的K+在A-的吸引下向细胞内扩散积累,K+进入细胞内的量与A-的浓度呈正相关;达到平衡时,细胞内外会发生水分子的交换,只是水分子进出细胞速率相等。

6.(2022·湖南卷)原生质体(细胞除细胞壁以外的部分)表面积大小的变化可作为质壁分离实验的检测指标。用葡萄糖基本培养基和NaCl溶液交替处理某假单孢菌,其原生质体表面积的测定结果如图所示。下列叙述错误的是(　A　)

A.甲组NaCl处理不能引起细胞发生质壁分离,表明细胞中NaCl浓

度≥0.3 mol/L

B.乙、丙组NaCl处理皆使细胞质壁分离,处理解除后细胞即可发生质壁分离复原

C.该菌的正常生长和吸水都可导致原生质体表面积增加

D.若将该菌先65 ℃水浴灭活后,再用NaCl溶液处理,原生质体表面积无变化

解析:分析甲组结果可知,随着培养时间延长,原生质体表面积逐渐增大,说明细胞吸水,表明细胞中溶液浓度>0.3 mol/L,不能说明细胞内NaCl浓度≥0.3 mol/L;分析乙、丙组可知,用NaCl处理时原生质体体积都比葡萄糖基本培养基处理时要小,说明乙、丙组NaCl处理皆使细胞质壁分离,换用葡萄糖基本培养基处理后,原生质体体积又增大,说明NaCl处理解除后细胞即可发生质壁分离复原;该菌的正常生长,细胞由小变大可导致原生质体表面积增加,该菌吸水也会导致原生质体表面积增加;若将该菌先65 ℃水浴灭活,细胞死亡,原生质层失去作用,再用NaCl溶液处理,原生质体表面积无变化。

7.(不定项)氰化物是一种剧毒物质,其通过抑制[H]与O2的结合,使得组织细胞不能利用O2而陷入窒息。如图为研究植物根尖吸收K+的相关实验。据图分析,下列有关叙述错误的是(　AD　)

A.通过实验甲可以判断植物根尖细胞吸收K+可能属于主动运输或协助扩散

B.实验甲中4 h后O2消耗速率下降可能与细胞外K+浓度降低有关

C.实验乙中4 h后吸收K+的能量可能来自无氧呼吸

D.实验乙加入氰化物后,可能是通过抑制载体蛋白的活性来减少O2的吸收量

解析:由实验甲可知,加入KCl后,O2消耗速率增加,说明植物根尖细胞吸收K+需要消耗能量,属于主动运输;实验甲中4 h后O2消耗速率下降可能与细胞外K+浓度降低有关,吸收的K+减少,耗氧速率降低;氰化物是一种剧毒物质,其抑制[H]与O2的结合,有氧呼吸受到抑制,则实验乙中4 h后吸收K+的能量可能来自无氧呼吸;氰化物的作用机理是抑制[H]与O2的结合,影响能量供应,可能是抑制酶的活性,而不是抑制载体蛋白的活性来减少O2的吸收量。

8.(不定项)如图表示小肠上皮细胞转运葡萄糖的过程,已知肠腔的葡萄糖浓度小于细胞内葡萄糖浓度,细胞内的葡萄糖浓度大于组织液中葡萄糖的浓度,细胞内的Na+浓度低于细胞外,葡萄糖依赖Na+形成的浓度差与Na+一起同向运输。下列相关叙述错误的是(　AD　)

A.细胞中的葡萄糖进入组织液需要消耗能量

B.图中Na+的转运依赖两种不同的动力

C.一种物质可以有两种不同的运输方式

D.Na+/葡萄糖同向运输蛋白能同时运输葡萄糖和Na+,说明其不具有特异性

解析:根据题意可知,细胞中的葡萄糖可顺浓度梯度进入组织液,不消耗能量;因细胞内的Na+浓度低于细胞外,Na+进入细胞为协助扩散,Na+运出细胞为主动运输,前者的动力是浓度差,后者的动力是ATP水解产生的能量;小肠上皮细胞对Na+和葡萄糖的运输都有两种运输方式;虽然Na+/葡萄糖同向运输蛋白能同时运输葡萄糖和Na+,但两种物质与该蛋白的结合位点不同,且不能运输其他物质,故仍具有特异性。

二、非选择题

9.(2022·山东淄博一模)血糖能刺激胰岛B细胞分泌胰岛素,其机理如图。据图回答问题。

(1)血糖浓度升高时,葡萄糖通过GLUT2葡萄糖载体进入胰岛B细胞的方式为　           。

(2)胰岛B细胞内ATP含量增加时,会导致对ATP敏感的K+通道关闭,此时静息电位的绝对值　　　　(填“增大”或“减小”),Ca2+通道的通透性　　　　(填“增大”或“减小”)。 

(3)对ATP敏感的K+通道是调节胰岛素分泌的枢纽,由P亚基及其他亚基构成。控制合成P亚基的P基因发生突变后,会导致某型糖尿病,该型糖尿病是遗传性的,通常发生在婴幼儿时期。P基因突变导致该型糖尿病形成的机理是                                        

                                               　。

(4)磺酰脲类药物是一种可口服的降糖药物,该药物对K+通道的作用是                                 　。

解析:(1)血糖浓度升高时,胰岛B细胞外面的葡萄糖浓度高于细胞里面的,说明葡萄糖进入胰岛B细胞是顺浓度梯度,同时葡萄糖进入胰岛B细胞需要GLUT2葡萄糖载体的协助,因此葡萄糖通过GLUT2葡萄糖载体进入胰岛B细胞的方式为协助扩散。

(2)因为静息电位的形成与K+外流有关,因此K+通道关闭,则K+外流减少,静息电位的绝对值减小。由题图可知,K+外流减少,细胞内K+浓度升高促进Ca2+内流进入胰岛B细胞,因此胰岛B细胞内ATP含量增加时,Ca2+通道的通透性增大。

(3)由题图可知,P亚基是K+外流所需的通道蛋白,P亚基发生突变后导致K+通道结构发生改变,K+外流增加,则Ca2+内流减少,胰岛素囊泡向细胞膜移动减少,胰岛素的分泌减少,血糖浓度上升,导致糖尿病。

(4)由题图可知,磺酰脲类的结合位点在K+通道上,磺酰脲类药物能与K+通道上的相应位点结合,从而抑制K+通道开放(促进K+通道关闭),K+外流减少,则Ca2+内流增多,胰岛素的分泌增多,血糖浓度下降。

答案:(1)协助扩散

(2)减小　 增大

(3)P亚基发生突变后导致K+通道(或P亚基)结构发生改变, K+外流增加,Ca2+内流减少,(两点都必须答)胰岛素囊泡向细胞膜移动减少,胰岛素的分泌减少(答出“胰岛素囊泡向细胞膜移动减少”或“胰岛素的分泌减少”即可)

(4)与K+通道上的相应位点结合,抑制K+通道开放

10.研究表明,人体肾小球滤过液中葡萄糖在近曲小管前半段被完全重吸收,而其他各段肾小管部位对葡萄糖均无吸收能力。肾小球对葡萄糖滤过量和肾小管对葡萄糖重吸收量与血浆葡萄糖浓度关系如图甲所示,肾小管对葡萄糖重吸收的过程如图乙所示。回答下列问题。

(1)葡萄糖在近曲小管前半段被完全重吸收,而其他各段肾小管部位对葡萄糖均无吸收能力的根本原因是                           

                                               　。

(2)据图甲分析,当血浆葡萄糖浓度高于　　　　　　　　　　　　时,将出现糖尿,判断的依据是　                              。

(3)上皮细胞重吸收葡萄糖的方式是　　　　　,判断的理由是　  

                                               　。

(4)综合图甲和图乙分析,当葡萄糖的重吸收量达到最高时,限制上皮细胞重吸收葡萄糖的因素是　                         。

解析:(1)葡萄糖的重吸收需要载体蛋白,近曲小管前半段能够吸收葡萄糖,说明其细胞膜上有葡萄糖载体,其他各段肾小管细胞不能重吸收葡萄糖,说明其细胞膜上没有葡萄糖载体,而有无载体蛋白的根本原因是细胞中葡萄糖载体蛋白基因是否表达。(2)由图甲可知,当血浆葡萄糖浓度高于 200 mg·100 mL-1时,肾小球滤过量大于肾小管重吸收量,此时葡萄糖不能被完全重吸收,出现糖尿。(3)由图乙可知,上皮细胞中葡萄糖浓度高于管腔中葡萄糖浓度,葡萄糖逆浓度梯度运输,被上皮细胞吸收,所以为主动运输。(4)由图乙分析可知,葡萄糖与Na+共用载体,Na+顺浓度梯度进入细胞,由此可知,限制葡萄糖进入细胞的因素是载体蛋白的数量和细胞内外Na+的浓度差。

答案:(1)葡萄糖载体蛋白基因在近曲小管前半段细胞中表达,而在其他各段肾小管细胞中不表达(答案合理即可)

(2)200 mg·100 mL-1　血浆葡萄糖浓度高于200 mg·100 mL-1时,肾小球滤过量高于肾小管重吸收量

(3)主动运输　细胞内葡萄糖浓度高于管腔葡萄糖浓度,葡萄糖逆浓度梯度进入上皮细胞

(4)载体蛋白的数量和Na+的浓度差