2022届高考生物一轮复习第3单元细胞的代谢第6讲物质跨膜运输的方式学案人教版

这是一份2022届高考生物一轮复习第3单元细胞的代谢第6讲物质跨膜运输的方式学案人教版，共28页。学案主要包含了水进出细胞的原理，物质跨膜运输的方式及影响因素，探究植物细胞的吸水和失水等内容，欢迎下载使用。

必备知识固本夯基
一、水进出细胞的原理
1.渗透作用
(1)概念:水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。
(2)发生渗透作用的条件:一是具有 ,二是半透膜两侧的溶液具有 。
2.动物细胞的吸水和失水
(1)
(2)现象①外界溶液浓度细胞质浓度⇒细胞 ③外界溶液浓度=细胞质浓度⇒水分进出平衡
3.成熟植物细胞的吸水和失水
二、物质跨膜运输的方式及影响因素
1.物质跨膜运输的方式
2.物质跨膜运输的影响因素
(1)图解
①图示表示的物质跨膜运输方式
甲: ;乙: ;丙: 。
②图中物质a表示 。
③影响物质跨膜运输的因素
甲: ;乙: ;丙: 。
(2)影响物质跨膜运输的因素
①物质浓度
方式:
②氧气浓度(红细胞的主动运输与O2无关)
方式:
③温度
a.温度通过影响分子运动从而影响物质的跨膜运输,如图甲。
b.温度直接影响转运蛋白的活性从而影响主动运输和协助扩散,如图乙。
c.温度通过影响酶的活性影响细胞呼吸,进而影响细胞的能量供应,如图乙。
三、探究植物细胞的吸水和失水
1.实验原理
(1)成熟的植物细胞的原生质层相当于一层 。
(2) 具有一定的浓度,能渗透吸水和失水。
(3)原生质层比细胞壁的伸缩性大得多。
2.实验步骤
3.实验结论
(1)成熟植物细胞能与外界溶液构成渗透系统并发生渗透作用。
(2)当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞 ,出现 现象。
(3)当外界溶液浓度小于细胞液浓度时,细胞 ,出现 现象。
名师点睛载体蛋白和通道蛋白的相同点和不同点
相同点:化学本质均为蛋白质,均分布在细胞的膜结构中,都有控制特定物质跨膜运输的功能,对被运输的物质具有高度的特异性或选择性。
不同点:
(1)通道蛋白参与的物质跨膜运输方式只有协助扩散,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。在运输过程中并不与被运输的分子或离子相结合,也不会移动,并且是从高浓度向低浓度运输,所以运输时不消耗能量。
载体蛋白参与的物质跨膜运输方式有主动运输和协助扩散,载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过。在运输过程中与被运输的分子或离子特异性结合(具有类似于酶和底物结合的饱和效应),自身的构象会发生改变,并且会移动。
(2)通道蛋白转运速率与物质浓度成正比,并且比载体蛋白介导的转运速度更快(1000倍以上)。
概念检测
1.物质跨膜运输方式与物质的特点和细胞膜的结构有关,判断下列表述是否正确。
(1)细胞质中的H+可以通过扩散作用进入液泡内。( )
(2)Na+与有关载体蛋白结合排出神经细胞属于主动运输。( )
(3)细胞外液中的K+进入神经细胞属于自由扩散。( )
(4)低温不影响矿质离子的吸收速率。( )
(5)主动运输使膜内外物质浓度趋于一致,维持了细胞的正常代谢。( )
(6)人红细胞吸收胆固醇与吸收葡萄糖的相同点是都需要载体蛋白的协助。( )
(7)无机盐离子都是逆浓度梯度跨膜运输的。( )
(8)植物细胞通过主动运输吸收不同矿质离子的速率都相同。( )
2.基于对植物细胞质壁分离原理的理解,判断下列表述是否正确。
(1)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量分数。( )
(2)在渗透作用中,当半透膜两侧溶液浓度相等时,水分子不再通过半透膜。( )
(3)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。( )
(4)质壁分离过程中水分子扩散只能单向进行。( )
(5)用紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位观察到的质壁分离程度相同。( )
(6)在成熟的植物细胞发生质壁分离过程中,细胞的吸水能力逐渐减小。( )
教材拓展
1.(人教版必修1P70“与社会的联系”)囊性纤维化患者支气管上皮细胞中某种蛋白质的结构异常,影响了Cl-的跨膜运输,使这些离子在细胞外积累过多造成的。这一事例说明这种蛋白属于细胞膜上的 ,也反映了细胞膜对离子的吸收具有选择性是通过 来实现的。
2.(人教版必修1P72“拓展应用”)草履虫的伸缩泡收集自身体内的排泄废物和水分后,经收缩将泡内的液体排出体外,该过程不仅能排出体内的排泄废物,还可以维持渗透压平衡。从池塘中收集草履虫,置于蒸馏水中,伸缩泡的收缩频率将如何变化?为什么?
核心考点能力提升
考点一 水进出细胞的原理
合作探究
探究1渗透作用
图中A、B分别表示两种渗透装置,据图分析回答下列问题。
(1)水分子的流动方向
①当溶液浓度 时,水分子通过半透膜由S2流向S1数目多于由S1流向S2的数目,S1溶液的液面上升。
②当溶液浓度 时,水分子通过半透膜由S1流向S2数目多于由S2流向S1的数目,S1溶液的液面下降。当渗透平衡时,通过半透膜的水分子达到平衡,液面不再发生变化。
(2)S1、S2中溶质不能通过半透膜,溶液的浓度大小判断:Δh不变时,S1、S2的大小关系为S1 S2(填“>”“S2 ②S1 不一定。植物细胞有细胞壁的支持、保护作用,当单位时间内水分子进出植物细胞数量相等时,有可能细胞液浓度大于细胞外溶液浓度。
(3)提示①升高 降低 ②先升高,后下降 先下降,再升高,最后稳定在一定高度
探究2
(1)提示3组只发生质壁分离现象。据图分析可知,在尿素溶液中,萝卜条长度先变短,再变长,最后保持原来的长度不变,说明细胞先失水,后来由于尿素以自由扩散的方式进入细胞内,细胞吸水复原;在KNO3溶液中,萝卜条长度先变短,再变长,最后保持原来的长度不变,说明细胞先失水,后来由于K+、NO3-以主动运输的方式进入细胞内,细胞吸水复原;在蔗糖溶液中,萝卜条长度变短,细胞只能发生质壁分离现象。
(2)提示不一样。尿素的运输方式是自由扩散,而K+、NO3-进入细胞的方式是主动运输。
(3)提示如果一直增大蔗糖溶液浓度,萝卜条会缩短,但由于细胞壁的支持和保护作用,萝卜条不可能无限缩短。
【考向突破】
1.B 鱼鳔重量增加是因为外界水分子相对含量高,水分子进入鱼鳔,A项正确;鱼鳔重量不再增加时,说明水分子进出鱼鳔的量相等,B项错误;由分析可知,鱼鳔重量不再增加时,鱼鳔内外蔗糖溶液的浓度可能相等,或鱼鳔内蔗糖溶液浓度大于外部,C项正确;若实验开始时,在鱼鳔外的蔗糖溶液中加入蔗糖酶,则鱼鳔外溶液中溶质分子数增多,水分子数目相对减少,因此鱼鳔重量增加的速率减慢,D项正确。
2.A 动物细胞避免渗透膨胀需要转运蛋白将离子转运到细胞外,以减小细胞内液的渗透压,防止细胞渗透吸水涨破,A项正确;植物细胞在低浓度溶液中会发生渗透吸水,但是由于细胞壁的支撑作用,吸水到一定程度后达到平衡,但此时细胞外溶液浓度仍可能小于细胞液浓度,B项错误;原生生物生活在低渗溶液中,会通过收缩泡将多余的水排到细胞外,若将原生生物置于高于其细胞质浓度的溶液中,其收缩泡的伸缩频率会降低,C项错误;动物细胞和原生生物发生渗透吸水的原理均为细胞膜相当于半透膜,而植物细胞发生渗透吸水的原理是原生质层相当于半透膜,D项错误。
3.D 由题干可知,甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍,且甲、乙两组溶液的质量浓度相等,故甲糖溶液的物质的量浓度低于乙糖溶液,即甲糖溶液的渗透压小于乙糖溶液。甲糖溶液的质量浓度升高,说明叶细胞吸收了甲糖溶液中的水分,A项正确。若测得乙糖溶液的质量浓度不变,则说明乙糖溶液和叶细胞的水分进出达到平衡,B项正确。若测得乙糖溶液的质量浓度降低,则说明乙糖溶液的浓度高于细胞液浓度,叶肉细胞失水,发生质壁分离,C项正确。若测得乙糖溶液的质量浓度升高,则说明乙糖溶液的浓度低于细胞液浓度,叶细胞吸水,但由于甲糖溶液的渗透压低于乙糖溶液,故叶细胞的净吸水量乙组小于甲组,D项错误。
4.C 在高于0.9%NaCl溶液中,红细胞因渗透作用失水皱缩,但红细胞无细胞壁结构,故不会发生质壁分离,A项错误;在0.9%NaCl溶液中,红细胞形态未变是由于水分子进出细胞达到动态平衡,而不是没有水分子进出细胞,B项错误;在低于0.9%NaCl溶液中,红细胞会吸水甚至导致涨破,C项正确;渗透作用是指水分子(或其他溶剂分子)从低浓度溶液通过半透膜进入高浓度溶液中,D项错误。
考点二
【合作探究】
探究1
1.(1)提示滤过 重吸收
(2)提示自由扩散和协助扩散(或被动运输)
2.(1)提示便于实验结束时的数据与初始值相比较,也便于不同离子间的浓度数据进行比较,如此进行数据处理,便于得出结论。
(2)提示不一样。
(3)提示水稻根细胞膜运输SiO32-的速率大于运输Ca2+和Mg2+的速率。
(4)提示水稻吸收水的相对速度大于吸收Mg2+的相对速度。由此说明植物根细胞对水和离子的吸收过程是不同的。
(5)提示根细胞对离子的吸收具有选择性。
探究2
(1)提示自由扩散、主动运输、胞吞和胞吐
(2)提示①图1、图2 ②图3、图4、图5 ③图4、图5
(3)提示图5。需要消耗能量,不需要转运蛋白等。
【考向突破】
1.A 由图可知:葡萄糖以主动运输方式被小肠上皮细胞吸收,而运出细胞则是以③协助扩散的方式,A项正确。由图可知:Na+以②主动运输方式运出细胞,B项错误。多肽以⑤胞吞、胞吐方式进、出细胞,C项错误。维生素D属于脂类物质,以④自由扩散的方式被吸收,D项错误。
2.D 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,A项正确;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,B项正确;小肠上皮细胞对Na+和葡萄糖的运输都有两种运输方式,包括协助扩散和主动运输,C项正确;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,故仍具有特异性,D项错误。
3.D O2的跨膜运输方式为自由扩散,不需要转运蛋白协助,A项错误;据图可知,ABC转运蛋白发挥作用过程伴随ATP水解,葡萄糖顺浓度梯度进入细胞不需要耗能,B项错误;据题干信息可知“每一种ABC转运蛋白对物质运输具有特异性”,故Cl-和氨基酸跨膜运输依赖的转运蛋白不同,C项错误;据图可知,ABC转运蛋白的功能发挥伴随ATP水解,故若ATP水解受阻,ABC转运蛋白不能完成转运过程,D项正确。
4.B 碘是甲状腺激素合成的重要原料,长期缺碘可导致甲状腺激素的合成减少,由于其合成、分泌过程存在负反馈调节,机体的促甲状腺激素分泌增多,A项错误;甲状腺滤泡上皮细胞膜上的钠-钾泵可维持细胞内外的Na+浓度梯度,钠-碘同向转运体借助Na+的浓度梯度将碘转运进甲状腺滤泡上皮细胞,用钠-钾泵抑制剂处理甲状腺滤泡上皮细胞,会使其摄碘能力减弱,B项正确;碘被甲状腺过氧化物酶活化后,进入滤泡腔参与甲状腺激素的合成,抑制甲状腺过氧化物酶的活性,会使甲状腺激素合成减少,C项错误;使用促甲状腺激素受体阻断剂可导致垂体的调控作用降低,甲状腺激素分泌减少,D项错误。
5.D 水分子的两种跨膜运输方式为自由扩散和协助扩散,均为被动运输,顺浓度梯度进行,A项正确;磷脂分子包括亲水的磷酸头和疏水的脂肪酸尾,水自由扩散通过细胞膜时会受到脂肪酸尾的阻碍,B项正确;甲组红细胞经蛋白酶处理后,细胞膜表面的水通道蛋白减少,甲组红细胞主要通过自由扩散进行水的跨膜运输,乙组红细胞中自由扩散和协助扩散同时进行,若甲、乙两组细胞破裂情况基本相同,说明水分子以自由扩散的方式进入红细胞为主,C项正确;若甲组细胞破裂的数量比乙组少,甲组也有破裂,说明水分子也可以通过自由扩散的方式跨膜,D项错误。
6.C 为了使实验更有说服力,应设置只加入DSMO的对照组,A项正确;根据薄荷油可以促进皮肤对药物的吸收的作用,推测薄荷油处理可以增加细胞膜的流动性,进而促进了药物吸收,B项正确;经过薄荷油处理之后,细胞膜Ca2+载体活性下降,同时细胞内Ca2+浓度升高,说明Ca2+向细胞外转运的量减少,因此可推知细胞膜Ca2+载体能够将Ca2+由细胞内运输到细胞外,C项错误;由分析可知,薄荷油可能通过影响物质的跨膜运输促进皮肤对药物的吸收,D项正确。
考点三
【合作探究】
探究1
提示
探究2
(1)提示细胞失水过多或失水时间过长导致细胞死亡。
(2)提示四角 小 分离
(3)提示脆硬变柔软 上升 小于 失水 质壁分离
探究3
提示
(1)判断成熟植物细胞是活细胞还是死细胞
(2)测定细胞液浓度范围
(3)比较不同植物成熟细胞的细胞液浓度
(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
【考向突破】
1.B 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液呈紫色,正在发生质壁分离的细胞,因不断失水导致细胞液的浓度逐渐增大,紫色区域逐渐缩小,该区域颜色逐渐变深,细胞的吸水能力逐渐增强,A项错误,B项正确;因细胞壁的保护作用,实验中发生质壁分离后完全复原的细胞,其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同或大于外界溶液浓度,C项错误;该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作材料,是由于该类细胞的细胞液无色,不易观察到质壁分离及其复原现象,D项错误。
2.D 据图分析可知,在相同的放大倍数下,视野中山茶的细胞数目最少,说明其细胞最大,红花檵木的细胞数目最多,细胞最小,A项错误;该实验中蔗糖溶液滴加之前和之后形成前后自身对照,B项错误;若在发生质壁分离后滴加清水,不能确定5种材料复原时间,C项错误;5种材料中,红花檵木从滴加蔗糖溶液到发生“初始质壁分离”的平均时间最短,发生质壁分离的速度最快,D项正确。
相关指标
空白组
薄荷油(溶解于
DSMO)处理组
淬灭区域的荧光恢复率/%
51.53
81.12
细胞内Ca2+浓度相对值
7 132
8 108
细胞膜Ca2+载体活性/(U·mg-1)
1.18
0.93
项目
洋葱鳞片叶外表皮细胞浸入蔗糖溶液
洋葱鳞片叶外表皮细胞浸入清水中
1 min
3 min
5 min
1 min
3 min
5 min
细胞
变化
开始质壁分离
液泡变 ,出现部分质壁
原生质层收缩成团,液泡进一步变小
液泡变大
部分质壁分离复原
恢复原状