2018版高考生物一轮复习 第二单元 细胞的基本结构和物质运输 微讲座 物质跨膜运输跨膜层数分析学案 新人教版

物质跨膜运输跨膜层数分析授课提示：对应学生用书第37页物质穿膜运输问题是学生解题的难点之一，其原因有两个方面，首先是学生对题目涉及的生物体局部结构不清楚，无从着手，其次是对物质是跨膜还是非跨膜(即膜融合)进出细胞，不能做出正确判断。另外学生缺乏空间想象能力，不会将生物体局部结构进行放大，并利用图示表示出来。1．物质在细胞内不同细胞器之间的跨膜分析(1)线粒体与叶绿体之间的跨膜a为O2，b为CO2，由产生场所到利用场所共跨4层膜。(O2是指叶绿体基质中的氧气，如果题目中指出从产生部位即类囊体腔内则至少跨5层膜)(2)分泌蛋白形成过程中的跨膜问题①内质网上的核糖体合成肽链后直接进入内质网中加工，不跨膜；②蛋白质在内质网中完成初步加工后，经“出芽”形成囊泡与高尔基体融合，不跨膜；③高尔基体对蛋白质进一步加工后，成熟蛋白质也以囊泡形式分泌，并与细胞膜融合，以胞吐方式分泌出细胞，整个过程均不跨膜。2．血浆、组织液等内环境与细胞之间的跨膜分析(1)几种由单层细胞形成的结构人体中有很多由单层细胞构成的管状或泡状结构，如毛细血管、毛细淋巴管、小肠绒毛、肺泡、肾小球和肾小管等，这些非常薄的结构有利于物质交换，物质透过这些管壁或泡壁时，要经过一层细胞，两层细胞膜。(2)物质由血浆进入组织液的跨膜葡萄糖、氧气等物质从血浆进入组织液，经过组织处的毛细血管，至少要跨毛细血管壁(一层上皮细胞，共2层细胞膜)。(3)物质由组织液进入细胞的跨膜-10- 物质由组织液进入细胞的跨膜，要分析该物质具体在细胞中被利用的场所，然后计算出跨膜层数。如上图葡萄糖利用的场所是细胞质基质，因此组织液中的葡萄糖只跨1层膜，进入细胞质基质即被利用。氧气利用的场所在线粒体内膜上，它要跨3层膜，进入线粒体中被利用。3．体外环境与血浆之间的跨膜分析物质由体外环境(肺泡、小肠等)进入血浆，至少要跨1层上皮细胞和1层毛细血管壁细胞，即要跨4层膜，才能进入到血浆中。物质进入血浆后，由循环系统转运到全身各处，该过程是不跨膜的。O2还需进入红细胞，由血红蛋白携带。[题组突破演练]1．外界空气中O2进入人体组织细胞中被利用，至少要穿过的生物膜层数是(　　)A．5层　　　　　B．10层C．11层D．12层解析：外界空气中O2要经过肺泡进入内环境，然后由红细胞运输，在细胞中被利用的场所是线粒体，具体过程如下：氧气经过肺泡壁细胞(2层膜)＋肺部毛细血管壁细胞(2层膜)＋红细胞进和出(2层膜)＋组织处毛细血管壁细胞(2层膜)＋组织细胞膜(1层膜)＋线粒体(2层膜)＝11层。答案：C2．蛋白质的消化产物被人体所吸收并转化为组织蛋白的过程中，共穿过的磷脂分子层数是(　　)A．4B．8C．7D．14-10- 解析：食物中的蛋白质在消化道中被蛋白酶和肽酶分解成氨基酸，主要在小肠中被吸收，其吸收过程如图所示。肠腔中的氨基酸经过小肠绒毛上皮细胞(2层膜)＋绒毛内毛细血管壁(2层膜)＋组织处毛细血管壁(2层膜)＋组织细胞膜(1层膜)＝7层膜；而1层膜由2层磷脂分子构成，所以共穿过14层磷脂分子层。答案：D3．血浆中的1个葡萄糖分子进入组织细胞被彻底氧化分解，需要穿过几层细胞膜(　　)A．5层B．3层C．6层D．4层解析：血浆中的葡萄糖分子进入组织细胞必须通过内环境(如图所示)。葡萄糖首先要穿过毛细血管壁进入组织液，毛细血管壁由一层上皮细胞组成，所以葡萄糖穿过这层细胞即穿过2层细胞膜，再进入组织细胞共穿过3层细胞膜。进入组织细胞的葡萄糖在被彻底氧化分解时，首先要在细胞质基质中经过细胞呼吸的第一阶段，被分解成两分子丙酮酸，再进一步进入线粒体被彻底氧化分解。线粒体膜不是细胞膜，所以血浆中的葡萄糖进入组织细胞被彻底氧化分解经过的细胞膜只有3层。答案：B4．1分子CO2从叶肉细胞的线粒体基质中扩散出来，进入一相邻细胞的叶绿体基质内，至少穿过的生物膜层数及磷脂分子层数分别是(　　)A．5层和10层　　　　B．6层和12层C．7层和7层D．8层和16层解析：1分子CO2从叶肉细胞的线粒体基质中扩散出来，进入相邻细胞的叶绿体基质内(如图)，因叶绿体和线粒体都是具有双层膜的细胞器，故共穿过的生物膜是6层，而每一层膜由2层磷脂分子构成，所以共穿过12层磷脂分子层。答案：B5．内质网腔内的分泌蛋白，输送到高尔基体腔内进一步加工，最后释放到细胞外。这一过程中分泌蛋白通过的生物膜层数是(　　)A．4层B．3层C．2层D．0层-10- 解析：如图所示，分泌蛋白在内质网上的核糖体上合成，经过内质网的加工，由内质网腔膨大、出芽形成囊泡，把蛋白质输送到高尔基体腔内，做进一步加工后，再由高尔基体边缘突起形成囊泡，把蛋白质裹在囊泡内，运输到细胞膜，最后囊泡与细胞膜融合，经细胞膜的胞吐作用把蛋白质释放到细胞外。整个过程中分泌蛋白都是以囊泡的形式移动，而并非穿过生物膜进行运输，故这一过程中穿过的生物膜层数是0层。答案：D专题培优|细胞的分子组成、结构和功能授课提示：对应学生用书第38页一、关于蛋白质和核酸关系的分析蛋白质和核酸关系示意图的分析方法蛋白质和核酸的关系多以图解的形式呈现，其中包含蛋白质和核酸的组成元素、核酸控制蛋白质的合成、染色体的组成成分等信息。解答的关键是正确识别图中元素的种类及物质(如氨基酸、核苷酸、DNA、RNA和蛋白质等)的名称。如图所示：从两个方面判断图解中的分子种类：一是分子本身的元素组成；二是分子之间的内在联系。小分子a的组成元素是C、H、O、N，由此可以初步判断a为氨基酸，小分子b的组成元素是C、H、O、N、P，由此可以初步判断b是核苷酸。再根据A、B、C三种大分子物质之间的相互关系图解，判断B→C→A为核酸控制蛋白质合成的过程，C为RNA。这样就可以断定a和A分别是氨基酸和蛋白质，b和B分别是脱氧核苷酸和DNA。[题组突破演练]1．分析HIV的化学组成，得到如图所示组成关系，相关叙述正确的是(　　)A．a→甲的过程在HIV的核糖体上完成B．乙彻底水解可产生磷酸、核糖和A、G、T、C四种碱基C．a与a之间通过“—NH—COOH—”相连接D．HIV的遗传信息储存在大分子乙中解析：首先要由图中HIV联想到RNA和蛋白质，然后推断出甲、乙两种物质是蛋白质和RNA，a、b是构成甲、乙(蛋白质和RNA)的小分子物质，所以a、b可能是氨基酸和核糖核苷酸，最后根据元素组成再确认甲、a是蛋白质和氨基酸，乙、b是RNA和核糖核苷酸。HIV无细胞结构，只有侵入寄主细胞，利用寄主细胞的核糖体才能合成自身的蛋白质；RNA中含有U而不含T；氨基酸之间通过肽键“—NH—CO—”相连接；RNA是HIV的遗传物质。答案：D2．如图是人体细胞中两种重要有机物A和E的元素组成及相互关系图，请据图回答：-10- (1)请在图中方框中补充两种重要有机物A和E的元素组成。(2)E具有多样性，其原因从b分析是____________________，从A分析是________________________________________________________________________。(3)④反应过程为________，若b的平均相对分子质量为r，通过④反应过程形成m条肽链，经盘曲折叠构成相对分子质量为e的E，则E分子中肽键的数目是________。(4)染色体是________的主要载体，它主要分布在细胞核中，用________染色剂将口腔上皮细胞染色，可在显微镜下观察到细胞核呈绿色。解析：由B折叠构成E可推出E是蛋白质，B是多肽，b是氨基酸，A是DNA，D是RNA，a是脱氧核苷酸。答案：(1)N、P　N(2)组成B(多肽)的b(氨基酸)种类、数量、排列顺序不同　组成A(DNA)的a(脱氧核苷酸)排列顺序不同(3)脱水缩合　(e－rm)/(r－18)(4)基因(或DNA)　甲基绿二、结构与功能相适应1．细胞质基质、线粒体基质、叶绿体基质的异同项目内含物作用细胞质基质水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸和多种酶等多种化学反应，如细胞呼吸第一阶段：葡萄糖分解为丙酮酸，产生少量[H]，释放少量能量线粒体基质ADP、Pi、丙酮酸、CO2、[H]、ATP、酶、DNA等有氧呼吸的第二阶段：丙酮酸和水彻底分解成CO2和[H]，释放少量能量叶绿体基质ATP、ADP、Pi、[H]、CO2、C3、C5、(CH2O)、多种酶、DNA等光合作用的暗反应阶段：CO2与C5结合被固定，生成C3，经酶作用接受ATP释放的能量并且被[H]还原等一系列变化形成(CH2O)和C5，使暗反应持续进行下去2.注意理解细胞形态结构多样性与功能多样性的统一(1)具有分泌功能的细胞往往形成很多突起，以增大表面积，提高分泌效率，且细胞内内质网和高尔基体含量较多。(2)哺乳动物的成熟红细胞呈现双面凹的圆饼状，体积小，相对表面积大，有利于提高O2-10- 和CO2的交换速率。(3)具有吸收功能的细胞，游离面多突起，细胞内线粒体等细胞器数目多。(4)代谢旺盛的细胞内自由水含量高，线粒体、核糖体等细胞器含量多，核仁较大，核孔数量多。[题组突破演练]3．(2017·山东齐鲁名校调研)下列有关细胞结构和功能的叙述中，正确的是(　　)A．内质网和高尔基体是肽链合成和加工的场所B．细胞器在细胞质中的分布与细胞的功能相适应C．溶酶体合成和分泌多种水解酶分解衰老、损伤的细胞器D．细胞核是细胞遗传和代谢活动的中心解析：肽链在核糖体内合成，A项错误。溶酶体中水解酶的本质为蛋白质，合成场所在核糖体内，释放后可水解衰老、损伤的细胞器，C项错误。细胞核控制代谢和遗传，但其代谢的主要场所在细胞质基质中，D项错误。答案：B4．(2017·安徽合肥质检)下列有关细胞膜结构或功能的分析正确的是(　　)A．膜中多糖水解产物能与斐林试剂生成砖红色沉淀，说明膜中多糖的单体是葡萄糖B．在生物体的不同细胞中，细胞膜功能的多种多样，决定了细胞膜结构的多种多样C．由于膜对Na＋通过具有选择性，所以在细胞膜上帮助Na＋跨膜的蛋白质只有一种D．膜的选择透过性既与其中磷脂分子和水的亲疏有关又与蛋白质的种类和结构有关解析：具有还原性的糖都能够与斐林试剂发生颜色反应；在不同的细胞中，组成细胞膜的蛋白质种类不同，决定了细胞膜功能的多样性；细胞膜上帮助钠离子跨膜运输的蛋白质不止一种。答案：D5．细胞内的生物膜为细胞生命活动提供了广阔场所，不同细胞器增大膜面积的方式可能不同。下列有关细胞器增大膜面积的方式的叙述中，正确的是(　　)A．叶绿体通过内膜向内折叠增大膜面积B．内质网通过折叠广泛分布于细胞质基质C．线粒体内的基粒增大了线粒体的膜面积D．高尔基体通过产生小泡而增大膜面积解析：叶绿体通过基粒增大膜面积，线粒体通过内膜向内折叠形成嵴增大膜面积，高尔基体通过膜的重叠增大膜面积，内质网通过折叠增大膜面积。答案：B三、物质跨膜运输方式的相关方法规律1．“U”形管中水分子移动方向的分析-10- (1)膜两侧溶液中浓度高的一侧渗透压高，低的一侧渗透压低，水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。(2)两侧溶液中的溶质是否能通过半透膜，若不能，则只是高浓度一侧液面升高；若能，则先是高浓度一侧液面升高，随后另一侧液面升高，最后两侧液面持平。(3)如果溶质分子不能透过半透膜，在达到渗透平衡时，一般两侧溶液的浓度并不相等，因为液面高的一侧形成的静水压，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。(4)图中溶质可以是同一种物质，也可以是不同物质。要特别强调的是溶液浓度是指物质的量浓度(摩尔浓度)而不是质量浓度。2．巧借“高度差”，妙比浓度值以渗透装置为切入点的试题，常带有物理学科特点，因此综合性较强。考生如果不懂解题技巧，往往会耗费很多宝贵的时间。下面我们对常见的渗透装置进行规律技巧的总结：(1)半透膜两侧溶液浓度不同时，达到平衡后，溶液浓度高的一侧液面高(反之亦然，即液面高的一侧溶液浓度也高)；浓度差越大，则液面高度差也越大。(2)当多个大小不同的漏斗中盛有相同浓度的溶液时：①半透膜的表面积越大，水分进入漏斗的速度就越快(漏斗内液面上升速率越快)；②漏斗中溶液体积越大，达到平衡时，漏斗中液面越高。3．质壁分离的细胞类型(1)动物细胞和植物细胞均可发生渗透作用，但因为动物细胞无细胞壁、液泡等结构，故动物细胞不会发生质壁分离现象。(2)对于在溶质不能跨膜的溶液中(如蔗糖溶液)，只能发生质壁分离现象，而对于在溶质可跨膜的溶液中(如KNO3溶液)，则先发生质壁分离现象，后可发生质壁分离自动复原现象。4．植物细胞在不同溶质、不同浓度的溶液中的变化溶质类型外界溶液浓度现象实例溶质可被吸收低浓度溶液吸水膨胀KNO3溶液、葡萄糖溶液、尿素溶液等等浓度溶液随溶质的吸收而吸水膨胀高浓度溶液-10- 先质壁分离，后自动复原，也可因浓度过高而失水死亡溶质不被吸收低浓度溶液吸水膨胀蔗糖溶液等等浓度溶液不吸水也不失水高浓度溶液质壁分离(浓度过高，会因失水过多而死亡)[题组突破演练]6．在生物实验中，有关渗透系统的应用的描述，错误的是(　　)A．利用渗透系统能够验证渗透作用发生需要具有半透膜B．利用渗透系统能够验证渗透作用发生需要具有浓度差C．利用渗透系统能够观测到两溶液间的水分子进行双向运动D．渗透系统适用于比较溶质不能透过半透膜的溶液浓度的大小解析：利用渗透系统比较不同溶液浓度大小的原理是水分子双向运动速率的差会导致液面高度改变；利用渗透系统不能观察到两溶液间的水分子进行双向运动。答案：C7．某同学进行实验，甲图为实验开始状态，乙图为实验结束状态。另一位同学想在乙图所示实验结果的基础上继续实验，探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。下列说法错误的是(　　)A．继续进行实验时需要用到蔗糖酶和斐林试剂B．若a、b两管液面高度差缩小且a管内液体遇斐林试剂加热无砖红色沉淀、b管内液体遇斐林试剂加热有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物不能通过半透膜C．若a、b两管液面高度差缩小且a、b管内液体遇斐林试剂加热均有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物能通过半透膜D．若a、b两管液面高度差增大且a管内液体遇斐林试剂加热无砖红色沉淀、b管内液体遇斐林试剂加热有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物不能通过半透膜-10- 解析：目前乙图处于渗透平衡状态，在此结果的基础上继续实验，可能出现两种情形。情形1：a管蒸馏水因得到溶质而浓度升高，渗透平衡被打破，b管内的溶剂(水)分子就会通过半透膜扩散到a管中，则a管液面上升；情形2：b管蔗糖溶液因溶质的物质的量增加而浓度升高，渗透平衡被打破，a管内的溶剂(水)分子就会通过半透膜扩散到b管中，则b管液面上升。该实验探究蔗糖的水解产物是否透过半透膜，故要用蔗糖酶水解蔗糖，产生还原糖，还原糖可用斐林试剂进行检测，由蔗糖(二糖)水解成还原糖(单糖)后，溶质的物质的量会增加。如果蔗糖的水解产物能够通过半透膜，符合上述情形1，如果蔗糖的水解产物不能通过半透膜，符合上述情形2。答案：B8.如图所示为平衡时的渗透装置，烧杯内的液面高度为a，漏斗内的液面高度为b，液面高度差m＝b－a。在此基础上继续实验，以渗透平衡时的液面差为观测指标，正确的是(　　)A．若吸出漏斗中高出烧杯内的液面的溶液，则平衡时m增大B．若向漏斗中加入少量蔗糖，平衡时m将增大C．若向漏斗中加入适量且与漏斗内的蔗糖溶液浓度相等的蔗糖溶液，则平衡时m不变D．向烧杯中加入适量清水，平衡时m将增大解析：若吸出漏斗中高出烧杯内的液面的溶液，则其中溶质也被吸出，漏斗中溶质减少，烧杯中的清水进入漏斗，漏斗中溶液浓度减小，浓度差减小，则平衡时高度差m将减小。若向漏斗中加入少量蔗糖，蔗糖溶解后漏斗中溶液浓度变大，则平衡后高度差变大。若向漏斗中加入适量且与漏斗内的蔗糖溶液浓度相等的蔗糖溶液，则高度差暂时变大，而浓度差没有变化，因此，会有部分水分渗出。部分水分渗出后，漏斗中溶液浓度增大，则平衡时高度差m将增大。向烧杯中加入适量清水，高度差暂时变小，但是浓度差没有变化，则有部分水分渗入漏斗。平衡后，由于部分水分进入漏斗中，浓度差变小，所以高度差也将变小。答案：B9．为探究膜的透性，设计了如图所示的实验装置，其中E、F、G为用猪膀胱制成的小袋，内盛有溶液甲或溶液乙，上端分别接上口径相同的小玻璃管，起初3支小玻璃管内的液面高度相同，已知体积VG＞VE＝VF，甲、乙、丙三种溶液分别为质量浓度为0.2g/mL、0.1g/mL、0.3g/mL的蔗糖溶液。(1)几分钟后，3支小玻璃管中的现象是______________________________________________________________________________________________________________。(2)对比分析e、f小玻璃管中的现象可见，实验的自变量是________________________________________________________________________。(3)该实验说明___________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)若将两组这样的装置，一组放于37℃的恒温箱中，一组放于0℃-10- 的恒温箱中，几分钟后观察，可见两装置中e玻璃管中的现象是____________________________________________________________________________________________________________，说明___________________________________________________________________。解析：(1)由于溶液丙浓度最大，所以E、F、G均渗透失水，液面下降。E、F相比，E中溶液浓度为0.2g/mL，F中溶液浓度为0.1g/mL，E与外界溶液浓度差较小，失水较少，因而e管下降程度小于f管。F、G相比，G表面积大，失水多，因而g管下降程度大于f管。因此液面下降程度为g管>f管>e管。(2)e、f管中由于溶液浓度的不同造成液面下降程度不同，自变量是溶液浓度。(3)该实验证明了水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散，膜两侧浓度差越大扩散速度越快。(4)在一定范围内，温度越高，物质跨膜运输的速率越快，因此在37℃时e玻璃管下降程度较0℃时大。答案：(1)液面都下降，下降程度g管>f管>e管　(2)溶液浓度　(3)水分能通过半透膜从浓度低的一侧向浓度高的一侧扩散，浓度差越大扩散速度越快　(4)两装置中e玻璃管的液面都下降，放于37℃恒温箱中的较放于0℃恒温箱中的下降程度大　温度影响物质跨膜运输的速率-10-