高考生物大一轮复习 第9讲 细胞的结构和功能物质运输的解题策略优选学案.docx

高考生物大一轮复习 第9讲 细胞的结构和功能物质运输的解题策略优选学案.docx

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高考生物大一轮复习第9讲细胞的结构和功能物质运输的解题策略优选学案

第9讲　细胞的结构和功能、物质运输的解题策略

题型特点

考情分析

命题趋势

细胞的基本结构及细胞控制物质进出的功能是学好生物学的基础和前提，高考中多通过基础判断或结合分泌蛋白实例、细胞的吸水和失水实例等进行考查

2017，全国卷Ⅱ，4T

2016，全国卷Ⅰ，1T

2016，四川卷，2T

2015，全国卷Ⅱ，1T,3T

细胞的结构和功能多以图像分析或综合比较的形式进行考查，包括原核细胞和真核细胞在结构、代谢、遗传与变异上的区别，以及各种细胞器和细胞核在结构、功能上的区别与联系

物质进出细胞多以选择题形式出现，往往通过物质运输的模型、曲线、实例或实验分析的形式考查

分值：

2～9分

1．图像辨析类

（1）选择透过性膜是指细胞膜等具有活性的生物膜。

它具有半透膜的物理特性，更重要的是具有主动选择性，对物质的吸收与否及吸收的多少取决于膜上载体蛋白的种类与数量，因此不能将生物膜看作单纯的半透膜。

（2）半透膜是指某些物质可以通过，而另一些物质不能通过的多孔性薄膜，如常见的半透膜有动物的膀胱膜、肠衣、鸡蛋的蛋壳膜等。

物质能否通过取决于分子的大小，水、葡萄糖等较小的分子可以通过，而蔗糖、蛋白质等较大的分子不能通过。

（3）核膜是双层膜，将细胞的核、质分开，其上有核孔，mRNA只能通过核孔进入细胞质，而氨基酸、葡萄糖、离子和小分子等可通过核膜。

（4）细胞器的模式图

线粒体（双膜）

叶绿体（双膜）

模式图

内质网（单膜）

高尔基体（单膜）

模式图

液泡（单膜）

溶酶体（单膜）

模式图

核糖体

中心体

模式图

（5）细胞核

2．过程图析类

图析法分析分泌蛋白的加工与运输

图1、图2：

二者都是分泌蛋白运输加工过程图示，其中图1是细胞的局部，图2则是完整细胞。

图1中①②③④⑤依次表示核膜、核糖体、内质网、高尔基体和细胞膜；图2中①②③④⑤⑥⑦⑧依次表示核糖体、内质网、囊泡、高尔基体、囊泡、细胞膜、分泌蛋白和线粒体。

图2中⑦物质排出细胞的方式是胞吐，该过程体现了细胞膜的流动性。

图3：

该过程研究手段——放射性同位素标记法，3H标记亮氨酸，放射性最先出现在图1中②或图2中①，然后依次出现在内质网、高尔基体和细胞膜等结构上。

3．渗透装置中溶液渗透方向与浓度的判断

4．识记常见物质跨膜方式及模式图析物质穿膜层数

（1）葡萄糖

（2）Na＋

（3）K＋

（4）并不是所有的小分子物质的运输方式都是跨膜运输，如神经递质的释放是胞吐（外排）作用。

（5）跨膜层数

①O2从一个植物叶肉细胞的叶绿体产生到相邻叶肉细胞的线粒体被利用，穿膜层数为6，图解路径如下：

②空气中的O2进入人体组织细胞被利用，穿膜层数至少为11，图解路径如下：

O2经过的膜层数至少为进、出肺泡壁细胞

（2）＋进、出毛细血管壁细胞（两次2＋2）＋进、出红细胞

（2）＋进组织细胞

（1）＋进线粒体

（2）＝11层

解题方法

1．比较记忆法：

对于细胞的基本结构辨析类，应通过掌握每一种细胞结构的物质组成、形态、分布、功能、特点，然后进行比较，建立模型。

2．联想推理法：

细胞是一个统一的整体，可结合分泌蛋白的合成和分泌过程将细胞的相关结构和功能串联在一起。

由高尔基体能形成囊泡联想推理到溶酶体起源于高尔基体；由内质网膜与核膜外膜相连，核糖体、酶分子可附着于内质网，联想推理其也可附着于核外膜；由叶绿体、线粒体含少量DNA联想推理到其内有核糖体，可进行基因表达。

3．模型方法：

运用物理模型、数学模型分析物质跨膜运输方式及物质穿膜层数。

答题步骤

1．审题，获取核心含义。

2．联想，将要解决的问题，题目的表述与所学知识建立具象化模型。

3．图示分析。

规范解答

1．是非判断题，直接判断与所学知识原理、模型是否相符。

2．文字叙述类题目，力求做到运用生物学知识表述清前因后果，生物学名词无错别字。

细胞的结构与功能及物质出入细胞所表现出的最基本生命系统的开放性是学好其他章节知识的基础，命题往往与其他内容综合出题，受命题者青睐。

该部分内容有如下几个命题角度。

角度一►　细胞器的结构和功能及据此判断细胞类型

（1）结构

（2）分布

（3）成分

（4）功能

（1）没有叶绿体和液泡不一定是动物细胞，如根尖分生区细胞。

（2）没有核糖体不一定是病毒，如哺乳动物和人成熟的红细胞。

（3）没有线粒体不一定不能进行有氧呼吸，如好氧型细菌。

（4）没有叶绿体不一定不能进行光合作用，如蓝藻。

（5）真核生物不一定都能进行有氧呼吸，如蛔虫没有线粒体，只进行无氧呼吸。

角度二►　结合分泌蛋白、膜蛋白考查生物膜系统的结构及特点

1．常考的四种膜蛋白

（1）信号分子（如激素、淋巴因子、神经递质）的受体膜蛋白——糖蛋白。

（2）膜载体蛋白：

用于协助扩散和主动运输的载体蛋白。

（3）具催化作用的酶：

如好氧型细菌细胞膜上可附着与有氧呼吸相关的酶，此外，细胞膜上还可存在ATP水解酶（催化ATP水解，用于主动运输等）。

（4）识别蛋白：

用于细胞与细胞间相互识别的糖蛋白（如精卵间的识别，免疫细胞对抗原的特异性识别等）。

2．分泌蛋白和胞内蛋白

　　种类

比较　　

分泌蛋白

胞内蛋白

合成场所

附着在内质网上的核糖体

游离的核糖体

作用场所

细胞外

细胞内

实例

消化酶、抗体、部分激素

呼吸酶等

3.生物膜系统

角度三►　渗透作用及物质进出细胞的方式

1．“U”形管中水分子移动方向的分析方法

（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）两侧溶液中的溶质若不能通过半透膜，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净水压会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。

2．判断物质进出细胞的方式

（1）从高浓度向低浓度方向运输的方式并非只有被动运输，主动运输也可以从高浓度向低浓度运输，如餐后小肠上皮细胞吸收葡萄糖是由高浓度向低浓度运输。

（2）从低浓度向高浓度方向运输一定是主动运输，因为逆浓度梯度运输需要消耗能量。

（3）同一种物质进出不同细胞时，运输方式可能不同，如红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散，小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式则是主动运输。

（4）Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输方式进出细胞，但也可通过协助扩散方式进出细胞。

（5）胞吞、胞吐不属于跨膜运输方式，物质以这两种方式进出细胞时穿过生物膜的层数为0。

（6）RNA和蛋白质等大分子进出细胞核通过的结构是核孔。

[例1]（2014·江苏卷）生物膜系统在细胞的生命活动中发挥着极其重要的作用。

图1～3表示3种生物膜结构及其所发生的部分生理过程。

请回答下列问题：

（1）图1表示的生理过程是__有氧呼吸第三阶段__，其主要的生理意义在于__为生命活动供能__。

（2）图2中存在3种信号分子，但只有1种信号分子能与其受体蛋白结合，这说明__受体蛋白具有特异性__；若与受体蛋白结合的是促甲状腺激素释放激素，那么靶器官是__垂体__。

（3）图3中ATP参与的主要生理过程是__暗反应__。

（4）叶肉细胞与人体肝脏细胞都具有图__1、2__（填图的序号）中的膜结构。

（5）图1～3中生物膜的功能不同，从生物膜的组成成分分析，其主要原因是__含有的蛋白质不同__。

（6）图1～3说明生物膜具有的功能有__跨膜运输、信息交流、能量转换__（写出3项）。

解析　

（1）分析图1可知，其所示生理过程是发生在线粒体内膜上的有氧呼吸第三阶段，其主要的生理意义是为生命活动提供能量。

（2）信号分子与细胞膜上的受体蛋白结合具有特异性；促甲状腺激素释放激素由下丘脑分泌，只能作用于垂体。

（3）分析图3可知，其所示生理过程是光反应，其产生的ATP用于暗反应中C3的还原。

（4）图1和图2所示的膜结构分别是线粒体内膜和细胞膜，叶肉细胞和人体肝脏细胞中都存在这两种膜结构。

（5）不同生物膜的功能不同，主要与膜蛋白的种类和数量有关。

（6）由图1～3可以看出，生物膜具有跨膜运输、信息交流和能量转换等功能。

1．（2017·全国卷Ⅱ）将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液中，发现其原生质体（即植物细胞中细胞壁以内的部分）的体积变化趋势如图所示。

下列叙述正确的是（　C　）

A．0～4h内物质A没有通过细胞膜进入细胞内

B．0～1h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等

C．2～3h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压

D．0～1h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压

解析　由图可知，原生质体的相对体积先下降后上升恢复，所以该植物细胞发生了质壁分离后复原，自动复原的原因是物质A能进入细胞，A项错误；质壁分离过程中，原生质体的收缩比整个细胞的收缩要快，B项错误；2～3h内为质壁分离复原过程，物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压，C项正确；0～1h内发生质壁分离，细胞失水，液泡中液体的渗透压小于细胞质基质的渗透压，D项错误。

课时达标　第9讲（见课时达标P17）

1．下列是细胞的部分结构放大图，请据图回答下列问题：

（1）在植物细胞有丝分裂末期，一个细胞分裂为两个子细胞过程中与细胞壁形成有关的细胞器是[①]__高尔基体__。

（2）在细胞分裂期间，被碱性染料染成深色的结构是[c]__染色质__，细胞进行生命活动所需的能量主要由[②]__线粒体__供给。

（3）细胞的识别与⑥中的[a]__糖蛋白__有关；观察活细胞中的②常用的染色剂是__健那绿染液__。

（4）图中不属于生物膜系统的细胞器或结构是__⑤__，不遵循孟德尔遗传定律的遗传物质存在于__②④__中。

（填序号）

（5）用含有35S标记的氨基酸的培养基培养动物细胞，该细胞能合成并分泌一种含35S的蛋白质。

请写出35S在细胞各结构间移动的先后顺序__⑤→③→①→⑥__（用“→”和序号表示先后顺序）。

（6）mRNA在细胞核中合成后由核孔进入细胞质并与核糖体结合，通过的生物膜的层数是__0__层。

2．（2018·高考生物二轮专题复习）Ⅰ.下图是两种细胞的亚显微结构示意图，请据图回答下列问题。

（1）图1细胞中与合成和分泌抗体有关的具有膜结构的细胞器有__③⑤⑦__（填标号）。

（2）图1细胞中大分子物质出入结构④的通道是__核孔__。

（3）图2细胞与图1细胞相比，特有的生物膜结构是__叶绿体膜和液泡膜__（填名称）。

（4）图2细胞中的④是__高尔基体__，该结构与植物细胞的__细胞壁__的形成有关。

Ⅱ.若将图2细胞依次浸于蒸馏水、0.3mol/L蔗糖溶液和0.5mol/L硝酸钾溶液中，观察原生质体的体积随时间的变化，其结果如下图所示。

（5）曲线a、b、c中，表示细胞在蒸馏水中的是__a__，表示在0.5mol/L硝酸钾溶液中的是__b__。

（6）EF段的细胞液浓度变化为__不变__。

（填“增大”“减小”或“不变”）

（7）试简要分析曲线b、c差异的原因。

__曲线b：

细胞在0.5_mol/L硝酸钾溶液中开始时因渗透失水而发生质壁分离，由于K＋和NO

能进入细胞，使得质壁分离后的细胞因吸水而自动复原；曲线c：

由于蔗糖分子不能进入细胞，因此分离后不能发生自动复原__。

解析　

（1）与合成和分泌抗体有关的具有膜结构的细胞器有内质网、高尔基体、线粒体。

（2）图1细胞中结构④表示细胞核，细胞核的核膜上有核孔，核孔是大分子物质如蛋白质、mRNA等的通道。

（3）图2细胞与图1细胞相比，特有的细胞结构有细胞壁、叶绿体和液泡，因此特有的生物膜结构是叶绿体膜和液泡膜。

（4）图2细胞中的④是高尔基体，该结构与植物细胞的细胞壁形成有关。

（5）a曲线表示细胞发生了渗透吸水，说明所处的环境是蒸馏水；b曲线表示细胞体积先变小后又恢复原状，说明细胞开始时发生质壁分离，后自动复原，所处的环境是硝酸钾溶液。

（6）EF段原生质体的体积相对值保持不变，说明达到了渗透平衡，细胞液的浓度不再变化。

（7）由于原生质层具有选择透过性，细胞可以吸收K＋和NO

，使得细胞液浓度升高，当细胞液浓度大于外界硝酸钾溶液的浓度时，细胞开始由失水转为吸水，直到达到平衡。

蔗糖分子不能进入细胞液，植物细胞在蔗糖溶液中失水发生质壁分离，随后失水减慢，直到水分进出达到动态平衡。

3．紫色洋葱根尖可分为根毛区、伸长区（细胞呈细长的长方形，液泡小而多）、分生区、根冠（细胞呈球形，液泡小而少）。

如图曲线是“在适宜条件下，探究完全培养液中氧浓度与根对K＋吸收速率之间的关系”的实验结果。

请回答下列问题：

（1）紫色洋葱根尖的__根毛__区细胞有明显的原生质层，一个完整的植物细胞中不属于原生质层的结构有__细胞壁和细胞核__。

（2）限制曲线中bc段K＋吸收速率的因素是__培养液中氧气含量（或能量的多少）__。

曲线中d点以后K＋吸收速率不再明显增加的原因是__细胞膜上K＋载体蛋白数量是有限的__。

（3）若利用紫色洋葱鳞片叶外表皮做植物细胞的质壁分离与复原实验，在实验过程中观察到细胞内的“白色部分”是__外界溶液__，质壁分离过程中细胞的吸水能力__逐渐增强__。

解析　

（1）原生质层是由细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质组成。

紫色洋葱根尖的根毛区细胞为成熟的植物细胞，具有明显的中央液泡，因此有明显的原生质层。

一个完整的植物细胞中不属于原生质层的结构是细胞壁和细胞核。

（2）根细胞吸收K＋的方式为主动运输，需要能量和载体蛋白协助。

图中在一定范围内，K＋的吸收速率随培养液中氧气含量的增加而增加，因此限制曲线中bc段K＋吸收速率的因素是培养液中氧气含量。

曲线中d点以后K＋的吸收速率随培养液中氧气含量的增加不再明显增加，其原因是细胞膜上K＋载体蛋白数量是有限的。

（3）当植物细胞发生质壁分离时，原生质层与细胞壁的间隙充满的是外界溶液，所以在实验过程中观察到细胞内的“白色部分”是外界溶液。

在质壁分离过程中，细胞失水，细胞液浓度逐渐增大，细胞的吸水能力逐渐增强。

4．（2018·黑龙江哈尔滨第六中学月考）人体细胞的溶酶体是一种含有多种水解酶的细胞器，其内部的pH为5左右。

图1表示吞噬细胞内溶酶体产生和发挥作用的过程。

（1）吞噬细胞依赖于细胞膜上的__糖蛋白__识别病原体。

合成溶酶体内水解酶的原料的结构简式是__

__，水解酶是在__高尔基体___中分类和包装的。

（2）溶酶体通过__主动运输__方式把近中性的细胞质基质中的H＋泵入溶酶体内，以维持其pH。

（3）某种水解酶是由n条肽链构成的，其中共含有m个氨基酸，这些氨基酸合成一分子该水解酶时，相对分子质量减少了__18×（m－n）____。

（4）细胞膜是吞噬细胞的系统边界，可控制物质进出细胞。

图2是生物膜和人工膜（双层磷脂）对多种物质的通透性比较。

①与人工膜相比，生物膜上__存在__（填“存在”或“不存在”）协助H2O通过的物质，K＋进入细胞的方式为__主动运输__，氧气进入细胞的方式为__自由扩散__，葡萄糖进入红细胞的方式为__协助扩散__。

②图示结果表明，生物膜对不同物质的通透具有__选择性__。

解析　

（1）细胞膜上的糖蛋白能特异性识别信息分子，对于细胞间的信息交流具有重要作用。

溶酶体酶的本质是蛋白质，合成蛋白质的原料是氨基酸。

由题图可知，溶酶体是由高尔基体通过出芽方式形成的，因此溶酶体内的水解酶是在高尔基体中进行分类和包装的。

（2）溶酶体通过主动运输方式把近中性的细胞质基质中的H＋泵入溶酶体内，以维持其pH。

（3）某种水解酶是由n条肽链构成的，其中共含有m个氨基酸，这些氨基酸合成一分子该水解酶时，共脱去（m－n）分子水，故相对分子质量减少了18（m－n）。

（4）①从图中可以看出，生物膜对水分子的通透性大于人工膜，说明生物膜上存在着协助H2O通过的物质。

K＋进入细胞的方式为主动运输，氧气进入细胞的方式为自由扩散，葡萄糖进入红细胞的方式为协助扩散。

②人工膜对三种离子的通透性相同，并且均处于较低值，而生物膜对三种离子的通透性不同，说明生物膜对K＋、Na＋、Cl－的通透具有选择性。

5．钠钾泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子。

如图是心肌细胞膜上的钠钾泵结构示意图，请据图分析回答：

（1）钠钾泵的化学本质是__蛋白质__。

心肌细胞吸钾排钠的跨膜运输方式是__主动运输__。

动物一氧化碳中毒后，离子泵跨膜运输离子的速率会__降低__。

（2）为探究生物制剂Q对阿霉素所导致的心肌细胞凋亡是否具有保护作用，研究者设计了如下三组实验。

甲组：

加入培养液＋心肌细胞＋生理盐水；

乙组：

加入培养液＋心肌细胞＋阿霉素；

丙组：

加入培养液＋心肌细胞＋生物制剂Q＋阿霉素。

每组设置若干个重复样品，每组所加心肌细胞数量相同，各组样品在相同且适宜的条件下培养一段时间后，在显微镜下观察记录细胞数。

①该实验的因变量是__心肌细胞的存活率（或心肌细胞的凋亡率）__，若实验结果是__甲组和丙组的心肌细胞存活率均高于乙组（或甲组和丙组的心肌细胞凋亡率均低于乙组）__，则说明生物制剂Q对阿霉素所导致的心肌细胞凋亡具有保护作用。

②为检测生物制剂Q对心肌细胞的凋亡是否有影响，上述实验还应该增加丁组实验，请按照上述格式书写丁组实验__培养液＋心肌细胞＋生物制剂Q__。

解析　

（1）钠钾泵的化学本质是蛋白质。

由图可知，钾离子进入细胞和钠离子出细胞都需要载体和能量，属于主动运输。

动物一氧化碳中毒会影响氧气的运输速率，降低细胞呼吸释放的能量，进而降低离子泵跨膜运输离子的速率。

（2）①本实验材料为心肌细胞，要进行心肌细胞的培养，故心肌细胞的存活率是因变量。

实验中，甲为对照组存活率最高，若生物制剂Q对阿霉素导致的心肌细胞凋亡具有保护作用，则存活率丙组＞乙组。

②若增设对照组丁组单独观察生物制剂Q对心肌细胞的影响，应为培养液＋心肌细胞＋生物制剂Q。

6．某校生物兴趣小组在学习了课本实验“探究酵母菌细胞的呼吸方式”后，想进一步探究酵母菌细胞在有氧和无氧的条件下产生等量CO2时，哪种条件下消耗葡萄糖较少的问题。

他们进行了如下实验：

将无菌葡萄糖溶液与少许酵母菌混匀后密封（瓶中无氧气），按图装置进行实验。

当测定甲、乙装置中CaCO3沉淀相等时，撤去装置，将甲、乙两锥形瓶中的溶液分别用滤菌膜过滤，除去酵母菌，得到滤液1和滤液2。

请分析回答下列问题。

（1）甲、乙两组的实验变量是__有无氧气__，实验中需控制的无关变量主要有__温度、pH、培养液量、培养液浓度等__。

（2）酵母菌产生CO2的场所是__细胞质基质和线粒体__。

（3）利用提供的U形管（已知滤液中的葡萄糖不能通过U形管底部的半透膜，其余物质能通过）、滤液1和滤液2等，继续完成探究实验：

实验步骤：

①将__等量__的滤液1和滤液2分别倒入U形管的A、B两侧并标记；

②一段时间后观察__（两侧）液面__的变化。

实验结果预测和结论：

①如果__A侧液面上升，B侧液面下降__，则有氧呼吸消耗的葡萄糖少；

②如果__A侧液面下降，B侧液面上升__，则有氧呼吸消耗的葡萄糖多；

③__A、B两侧液面高度相同，则有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖一样多__。

解析　

（1）由题干信息“探究酵母菌细胞在有氧和无氧的条件下产生等量CO2时，哪种条件下消耗葡萄糖较少的问题”可知，实验变量是氧气的有无。

实验过程中要控制的无关变量主要有温度（影响酶活性）、pH（影响酶活性）、培养液量、培养液浓度等。

（2）酵母菌是兼性厌氧微生物，有氧时在线粒体中产生CO2，无氧条件下能在细胞质基质中产生CO2。

（3）根据题中信息及实验设计要遵循对照原则，实验步骤①将“等量”的滤液1和滤液2分别倒入U形管的A、B两侧并标记；②一段时间后观察两侧液面的变化。

对实验结果的预测要全面，不能有遗漏。

如果滤液1和滤液2中葡萄糖的量相等，液面就不会有变化；如果滤液1中葡萄糖含量多于滤液2，即有氧呼吸消耗的葡萄糖少，水就会从滤液2中进入滤液1，这样滤液1所在一侧的液面就会上升，反之就会下降。