物质进出细胞膜的方式

专题二物质进出细胞膜的方式
一、物质跨膜运输
1、被动运输：分为自由扩散与协助扩散
（1）自由扩散：物质顺浓度梯度直接穿过双层膜进行运输。

不需要能量（ATP释放的化学能），也不需要蛋白质（载体蛋白）的协助。

H2O、O2、CO2等气体分子、甘油、脂肪酸、乙醇、苯等脂溶性物质。

（2）协助扩散：物质顺浓度梯度直接穿过双层膜进行运输。

不需要能量（ATP释放的化学能），但需要蛋
白质（载体蛋白）的协助，其中分为水通道蛋白、离子通道蛋白(即门通道蛋白)、载体蛋白。

（区别：载体蛋白能与特定物质结合，通过自身构象的变化，将物质转移到膜的另一侧。

通道蛋白与所转运物质之间的结合较弱，当通道打开时能允许特定大小的物质通过，特异性不如载体蛋白强，只参与被动运输。

）
2、主动运输：物质由低浓度向高浓度的方向进行运输，（也可以顺浓度梯度进行运输的），需要能量（ATP 释放的化学能），需要载体。

如葡萄糖、氨基酸、各种离子等。

葡萄糖进入红细胞是协助扩散，而进入其他细胞（除红细胞）的方式就是主动运输。

二、非跨膜运输：分为胞吞（内吞作用）与胞吐（外排作用）。

需要能量，不需要载体（通过小泡）。

三、例析计算“物质通过生物膜或磷脂分子的层数”
1、离子、小分子物质通过生物膜或磷脂分子的层数
离子、小分子物质以跨膜方式（自由扩散、主动运输、协助扩散）通过生物膜。

解答此类题目的方法是：明确所研究的物质运动的起点和止点→弄清物质通过的方式和经过的结构及其结构特点→注意一个等量关系“生物膜的层数=1/2磷脂分子的层数”。

此外，还要明确细胞结构中，具有双层生物膜的结构有线粒体、叶绿体、核膜（有核孔），具有单层生物膜的结构有细胞膜、液泡膜、内质网、高尔基体、溶酶体。

2、大分子物质、病菌、病毒通过生物膜或磷脂分子的层数
大分子物质（如蛋白质、多糖、DNA、RNA等）、病菌、病毒等颗粒性物质不能以跨膜方式通过生物膜，而是以内吞（胞吞）、外排（胞吐）作用通过生物膜。

其原理是生物膜具有一定的流动性，能形成小泡包围大分子和颗粒性物质过生物膜，所以这些物质通过生物膜时没有穿过生物膜。

细胞质与细胞核之间的大分子物质通过核孔进行物质交换，所以也不穿过生物膜。

四、例题解析
1、以下哪一过程是主动运输（）
A、氯离子在血细胞和血浆之间运动
B、钠在肾小管中的重吸收
C、尿素的重吸收
D、氧在血液中的运输
E、红细胞吸收葡萄糖
F、小肠上皮细胞吸收葡萄糖
G、红细胞从血浆中吸收钾离子
【解析】BFG该题主要考察主动运输概念的理解和运用。

判断物质的主动运输方式，有三个关键：一是
被运输的物质是否通过细胞膜；二是明确物质转运是否需要载体；三是否需要能量。

氯离子和氧在血液中的运输是的细胞间隙中的运动，不通过细胞膜，也就不存在主动运输的问题；尿素的重吸收方式是自由扩散；红细胞吸收葡萄糖需要载体但不消耗能量。

答案是BFG。

2、植物细胞膜对某种物质的运输方向如下图箭头所示，黑点的数量表示某种物质的浓度。

该物质可能是（）
A．叶绿素B．生长素C．纤维素D．胡萝卜素
【解析】B生长素在植物体中的运输方式是极性运输，受光的作用也会横向运输，它们都是属于主动运输，会消耗能量，因此生长素的运输方式是主动运输；叶绿素和胡萝卜素存在于细胞内（在叶绿体中），不会往细胞外运输；纤维素是构成植物细胞壁的主要成分，纤维素属于多糖，是高分子物质，纤维素的运输应该属于胞吐。

3．细胞中的RNA分子从产生部位到作用场所需要穿过多少层磷脂双分子层（）
A．0 B．4 C．5 D．6
【解析】A解答该题时要注意：RNA属于生物大分子，其不能通过生物膜的分子层。

我们知道，真核细胞中的信使RNA是在细胞核内合成的，RNA是从核孔进入细胞质中与核糖体结合来完成翻译的，而原核细胞又无核膜。

因此，不管是什么细胞，其中的RNA分子从产生部位到作用场所都不需要穿过生物膜，即通过0层磷脂双分子层。

此外，细胞向外分泌消化酶、抗体，或蛋白类激素的胞吐以及细胞的胞吞，都可看作是通过0层生物膜。

4．人体组织细胞（如骨骼肌细胞）有氧呼吸时需要的C6H12O6和O2从外界进入该细胞参与反应，各自至少需要通过多少层生物膜（）
A．3和4 B．4和5 C．7和9 D．7和11
【解析】D这个物质跨膜数量问题就比较复杂，我们还是用图示加以说明：
先看葡萄糖，机体吸收葡萄糖主要是用于组织细胞的氧化供能；葡萄糖经小肠粘膜上皮进入毛细血管中，
形成了血糖。

图丙中的①→②→③便是其运输的途径：葡
萄糖从小肠进入毛细血管经过4层细胞膜后，还要再穿过
一层毛细血管壁上皮细胞（2层膜），进入组织液，再穿过
1层组织细胞膜，进入组织细胞，共通过7层生物膜。

这里特别提醒注意两点，一是葡萄糖是在血浆中运输，
而不是进入红细胞内被运输；二是葡萄糖是在细胞质基质
中被分解，而不是直接进入线粒体。

再来看氧气，首先要知道肺泡膜也是由单层细胞构成
的，其次要知道氧进入血液后，要进入红细胞内与血红蛋
白结合并运输；三是氧进入组织细胞后，还要再进入线粒体才能被利用，因为有氧呼吸的第三阶段需要氧，而该阶段是在线粒体基质中完成的。

图丁描述的就是这一比较复杂的过程：
出肺泡（2层膜）→进血管（2层膜）→进红细胞（1层膜）→运输到组织器官→出红细胞（1层膜）→出血管（2层膜）→进组织细胞（1层膜）→进线粒体（2层膜），共计11层生物膜。

5．在缺氧的条件下，某高等植物叶肉细胞中产生的CO2参与该细胞的光合作用需通过几层磷脂分子（）
A．2 B．4 C．6 D．8
【解析】B本题考查光合作用、呼吸作用及其结构基础。

在缺氧的条件下，植物通过无氧呼吸产生的CO2，
其反应的场所是细胞质基质。

CO2直接运输到叶绿体用于光合作用。

叶绿体是双层膜结构。

故要通过2层膜4层磷脂分子层。

6．若一个氨基酸分子通过人体的细胞膜要消耗2个ATP分子，那么小肠吸收一个氨基酸分子进入血液至少要消耗（）个ATP
A．2 B．4 C．8 D．16
【解析】C小肠吸收的氨基酸进入血液需穿过小肠上皮细胞和毛细血管壁细胞，即四层细胞膜，而穿过一层细胞膜需消耗ATP2个，所以小肠吸收氨基酸需消耗ATP为2×4 = 8个。

五、精选练习
一、选择题
1、某同学用30%的蔗糖溶液来处理某生物细胞，在操作步骤完全正确的情况下，细胞没有出现质壁分离现象。

试分析该同学所使用的实验材料可能是
①根尖分生区细胞②动物细胞③死细胞④去除了细胞壁的植物细胞
A.②④
B.①②④
C.②③④
D.①②③④
2、右图表示多种植物成熟细胞在不同浓度的蔗糖溶液内质壁分离的百分率，图中曲线表明这些植物细胞（）
A．细胞液浓度>蔗糖溶液浓度B．细胞液浓度<蔗糖溶液浓度
C．有不同浓度的细胞液 D．有不同的选择透过性
3、下列生理过程不受细胞内氧浓度影响的是
A.神经递质的释放
B.肌肉不自主地战栗
C.人小肠绒毛上皮细胞吸收甘油
D.生长素向胚芽鞘背光侧运输
4、作为系统的边界，细胞膜在细胞的生命活动中有多种功能。

下图的模型主要表明了细胞膜的何种功能
A．将细胞与外界环境分开
B．控制物质进出细胞
C．进行细胞间信息交流
D．促进物质的运输
5、右图表示细胞膜的亚显微结构，其中a和b为两种物质的运输方式，下列对细胞膜结构和功能的叙述正确的是
A．组成细胞膜的化学成分是C、H、O、N
B．由②可知细胞膜是双层膜
C．a物质进入细胞是简单扩散，b物质进入细胞是主动运输
D．若I侧为肠道，那么Ⅱ侧则是毛细血管腔
6、离体培养的小肠绒毛上皮细胞，经紫外线诱变处理后，对甘氨酸的吸收功能丧失，且在细胞多次分裂后这种特性仍能保持。

下列分析中，正确的是
A．细胞对多种氨基酸的需求发生了很大变化
B．细胞膜上的载体蛋白缺失或结构发生变化
C．细胞壁的结构发生变化，导致通透性降低
D．诱变处理破坏了细胞中催化ATP合成的相关酶
7、下表是人体成熟红细胞中与血浆中的K+和Mg2+在不同条件下的含量比较，据表分析不正确的是：
处理前用鱼滕酮处理后用乌本苷处理后
单位：mmol
细胞内血浆中细胞内血浆中细胞内血浆中
K+145 5 11 5 13 5
Mg2+35 1.4 1.8 1.4 35 1.4
A
B．鱼滕酮可能是通过抑制红细胞的有氧呼吸，从而影响K+和Mg2+的运输
C．乌本苷抑制K+的载体的生理功能而不影响Mg2+的载体的生理功能
D．正常情况下血浆中K+和Mg2+均通过主动运输进入红细胞
8、下列关于物质跨膜运输的叙述中，错误
．．的是
A．人体内红细胞、肾小管上皮细胞吸收葡萄糖的方式相同
B．线粒体产生的CO2以自由扩散的方式进入细胞质基质
C．海带细胞通过主动运输积累I-等溶质，因而不会在海水中发生质壁分离
D．将酶解法制备的原生质体置于蒸馏水中，会因渗透作用吸水而涨破
9、下列关于物质跨膜运输的叙述，错误的是
A．细胞对离子的吸收与细胞液的渗透压有关
B．胶州湾的藻类细胞液渗透压高于胶州大白菜的细胞液渗透压
C．植物细胞积累K+需消耗能量
D．海水中的海藻细胞可通过积累溶质防止质壁分离
10、某实验小组为了探究细胞膜的通透性，将小鼠肝细胞在体外培养一段时间后，检测培养液中氨基酸、葡萄
糖和尿素的含量，发现其发生了明显的变化（如图4所示）。

下列叙述错误
．．的是（）Array
A．培养液中三种成分含量的变化可说明肝细胞膜具有选择透过性
B．随着培养时间的延长，培养液中葡萄糖和氨基酸的含量逐渐减少
C．尿素含量由无到有是因为尿素是葡萄糖和氨基酸的代谢产物
D．肝细胞对氨基酸与葡萄糖吸收量的差异与膜上不同载体的数量多少有关
二、非选择题
11、生物膜系统在细胞的生命活动中起着重要的作用。

请回答：
（1）通过有关方法，测得多种膜的化学成分，如下表：
蛋白质（%）脂类（%）（主要是磷脂）糖类（%）
物质种类
膜的类别
变形虫细胞膜54 42 4
小鼠肝细胞膜44 52 4
人红细胞膜49 43 8
线粒体内膜76 24 0
菠菜叶绿体片层膜70 30 0
依据上表数据，请分析构成细胞膜与细胞器膜的化学物质组成上的异同点是：__________ 。

（2）下列各图表示在一定范围内细胞膜外物质进入细胞膜内的三种不同情况
依据上图指出A、B、C所表示的被动的物质运输方式，是__________ 。

上述三种运输方式中，哪一种加入呼吸抑制剂后曲线会发生变化__________ 。

原因是__________ 。

（3）红细胞膜内K+浓度是膜外的30倍，膜外Na+浓度是膜内的6倍，维持这种K+、Na+分布不均匀是由膜上的__________所控制；红细胞膜上糖蛋白的糖支链具有高度的特异性，若去掉这些糖支链，就不会发生红细胞的凝集反应，说明细胞膜表面这些糖蛋白是__________ 。

（4）人工生物膜的主要用途有哪些? __________ (多项选择)
A.污水处理 B．食品保存 C海水淡化处理 D.人造器官材料
答案
1、[答案] D
[解析] 浸放在30%的蔗糖溶液中，存在着浓度差，在操作步骤完全正确的情况下，细胞没有出现质壁分离现象可能的原因是一是死细胞，二是没有细胞壁的细胞－动物细胞或者去除了细胞壁的植物细胞，三可能是没有大液泡的未成熟区的细胞如根尖分生区的细胞。

2、[答案] C
[解析]从题干中可以看出是多种植物成熟细胞。

在图像中式质壁分离的百分比与浓度的关系。

问的问题是这些植物细胞的特点。

从曲线看发生质壁分离的百分比不同，原因是不同的植物含有不同的浓度的细胞液。

从曲线中，可以看出有发生质壁分离的，也有没有发生质壁分离的，所以无法比较得出细胞液浓度和蔗糖溶液的浓度大小，不同的选择透过性是细胞膜的特点。

3、[答案] C
[解析]神经递质从突触前膜释放到突触间隙的方式是外排，是需要能量的过程，细胞内氧气浓度实质还是影响有氧呼吸提供能量。

C中甘油的吸收式自由扩散的方式不需要能量。

不受氧气浓度影响。

D中的生长素运输属于主动运输的方式。

B肌肉不自主地战栗是不自主的肌肉收缩，战栗是细胞代谢产能过程。

还是需要氧气。

4、[答案] C
[解析]从整个过程看，内分泌细胞产生的激素经过血管最终作用在靶细胞上，是两个细胞之间进行的信息交流。

ABD选项都属于单个细胞的细胞膜的作用。

5、[答案] C
[解析]组成细胞膜的化学成分是C、H、O、N、P，也就是磷脂分子和蛋白质以及糖类所有的组成元素。

①是糖蛋白，②是磷脂双分子层，③是蛋白质。

②说明的是细胞膜具有2层磷脂分子，还是属于单层膜。

A是从高浓度到低浓度经过细胞膜进入细胞，属于自由扩散的方式；b是从低浓度到高浓度经过细胞膜，需要蛋白质作为载体和消耗ATP属于主动运输。

若I侧为肠道，则Ⅱ侧是属于肠道细胞内的部分。

不是毛细血管腔。

6、[答案] B
[解析]对于题目中给出的信息的准确理解是关键，细胞对于多种氨基酸的需求是不会发生变化的。

小肠绒毛上皮细胞是动物细胞没有细胞壁。

诱变处理破坏了细胞中催化ATP合成的相关酶的话，细胞就不能产生ATP了，生命活动也就不能进行。

诱变破坏的是基因结构的变化导致蛋白质的形成发生变化，造成对甘氨酸吸收的载体蛋白无法合成。

7、[答案]B
[解析]从表中分析在没有进行处理的时候细胞内的K+和Mg2+ 的浓度都比较高，而在用鱼滕酮处理之后，K+和Mg2+含量发生变化减少了。

说明鱼滕酮对K+的载体的生理功能有抑制作用，也抑制了Mg2+的载体的生理功能；用乌本苷处理后，K+的吸收仍受到影响，而Mg2+ 的浓度的吸收没有受到，说明乌本苷抑制K+的载体的生理功能而不影响Mg2+的载体的生理功能。

正常情况下血浆中K+和Mg2+均通过主动运输进入红细胞。

人体成熟的红细胞进行的是无氧呼吸提供能量。

8、[答案] A
[解析] 人体内红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，肾小管上皮细胞吸收葡萄糖的方式是主动运输。

海带细胞通过主动运输积累I-等溶质，使细胞液浓度增大，因而不会在海水中发生质壁分离。

将酶解法制备的原生质体，由于去除了细胞壁，因而将其置于蒸馏水中，会因渗透作用吸水而涨破。

9、[答案] A
[解析]细胞对于离子的吸收是主动运输的方式和细胞液的渗透压没有关系。

胶州湾的藻类生活在海水中，环境中含盐量高，细胞液渗透压高；胶州大白菜生长在陆地其环境中的渗透压没有海水中高。

植物吸收K+是主动运输的过程，需消耗能量。

海水中的海藻可以通过增加溶质的方式使半透膜两侧浓度差不大，避免发生质壁分离。

10、[答案] C
[解析]从图像显示的柱状图可以看出三种物质在培养液中的含量变化，葡萄糖和氨基酸在减少，尿素的含量从无到有。

逐渐增多。

尿素含有氮元素是氨基酸代谢的产物，而不是糖类的代谢产物。

糖类只含有C、H、O三种元素。

从三种成分的含量变化可以说明细胞膜的选择透过性。

随着时间的变化，细胞代谢进行将消耗葡萄糖和氨基酸。

肝细胞吸收氨基酸和葡萄糖都是主动运输的过程与细胞膜上的载体有关，还需要消耗能量。

11、[答案]（16分）
（1）都有脂类和蛋白质细胞器膜没有糖类，并且蛋白质比例较高
（2）A和B， C，主动运输需要呼吸作用提供能量。

（3）载体，抗原
（4）ACD
[解析]⑴从表格中比较分析可以看出，都有脂类和蛋白质组成。

但是细胞器（线粒体和叶绿体）都没有糖类，蛋白质的比例比较高。

⑵图中显示的物质进出细胞的方式看属于被动运输方式是A和B，C属于主动运输的方式，与载体和能量有关。

⑶细胞膜上的载体控制着主动运输的物质的进出细胞的特点，K+、Na+都属于主动运输的方式。

⑷人工生物膜主要用途是在污水处理、海水淡化、人造器官等。

与食品保存无关。