2027届新高考生物精准冲刺复习物质的运输

2027届新高考生物精准冲刺复习

物质的运输单元情境细胞的门户系统：你喝下一杯淡盐水，水分子和Na⁺、Cl⁻是如何进入小肠上皮细胞、进入血液、再进入组织细胞的？植物从土壤中吸收水分和无机盐，为何施化肥过多会导致“烧苗”？细胞就像一座高度智能化的工厂，它的边界——细胞膜，是一道精密的“安检门”，只允许特定的物质通过。有的物质自由通行，有的需要“刷脸”（载体蛋白），有的需要“买票”（消耗能量），有的则需要“打包快递”（胞吞胞吐）。那么，细胞膜究竟如何控制物质进出？不同物质通过什么方式跨膜？单元核心任务：理解细胞膜的选择透过性，掌握四种跨膜运输方式的原理、方向、能量和实例，并能解释生产生活中的相关现象。被动运输把一滴红墨水滴入清水，清水很快变红；鱼在水中的呼吸，O₂通过鳃进入血液，CO₂排出；吃盐水煮花生时，花生变咸……这些现象都涉及物质的被动运输——不需要细胞消耗能量，物质顺浓度梯度进出细胞。植物细胞放在清水中会膨胀，放在浓盐水中会失水萎蔫，这又是为什么呢？▼

子情境1：扩散现象——墨水在水中扩散▼

子情境2：气体交换——肺部O₂和CO₂的交换▼

子情境3：细胞失水与吸水——植物细胞质壁分离与复原【核心问题】什么是被动运输？它包括哪两种方式？自由扩散和协助扩散有什么区别？各有什么代表性物质？渗透作用发生的条件是什么？植物细胞的原生质层相当于半透膜吗？质壁分离及复原实验的原理是什么？能证明什么？二、自由扩散vs协助扩散比较项自由扩散（简单扩散）协助扩散（易化扩散）方向顺浓度梯度顺浓度梯度载体蛋白不需要需要（载体蛋白或通道蛋白）能量不需要不需要物质举例O₂、CO₂、甘油、乙醇、苯、水（少量）水（多数，通过水通道蛋白）、葡萄糖进入红细胞、离子通过通道蛋白一、被动运输的概念物质顺浓度梯度（从高浓度向低浓度）进出细胞，不需要消耗细胞内的能量（ATP）。包括：自由扩散和协助扩散。三、渗透作用概念：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。条件：①有半透膜；②半透膜两侧有浓度差。方向：水从水的相对含量高的一侧（即溶液浓度低）向水的相对含量低的一侧（溶液浓度高）扩散。四、植物细胞的质壁分离及复原原生质层：细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质，相当于一层半透膜。质壁分离：外界溶液浓度>细胞液浓度

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细胞失水

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原生质层与细胞壁分离。质壁分离复原：外界溶液浓度<细胞液浓度

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细胞吸水

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原生质层恢复原状。自动复原：若外界溶质可被细胞吸收（如KNO₃、尿素、甘油），质壁分离后会自动复原。前沿拓展——水通道蛋白的发现：2003年诺贝尔化学奖长期以来，科学家认为水分子通过自由扩散穿过细胞膜。但1988年，美国科学家彼得·阿格雷发现了第一个水通道蛋白（aquaporin），证明水分子可以高效地通过这种蛋白通道快速进出细胞。目前已在人类细胞中发现了13种水通道蛋白，它们分布在肾脏、红细胞、植物根细胞等需要快速水分运输的部位。例如，肾脏中的水通道蛋白2（AQP2）受抗利尿激素（ADH）调节，控制水的重吸收，维持水平衡。这一发现揭示了水的跨膜运输既有自由扩散，也有协助扩散，且后者为主要方式。思考：①为什么肾小管上皮细胞需要大量水通道蛋白？提示：每天约有180L原尿流经肾小管，其中99%的水分需要被重吸收，水通道蛋白大大提高了水分运输效率。②若某人水通道蛋白2功能异常，可能会出现什么症状？提示：肾脏重吸收水能力下降，导致尿量增多（尿崩症），易口渴。前沿拓展——机械力感受器Piezo通道：2021年诺贝尔生理学或医学奖大卫·朱利叶斯和阿德姆·帕塔普蒂安因发现温度和触觉感受器而获得2021年诺贝尔奖。其中，帕塔普蒂安发现了Piezo机械敏感通道——一种能被细胞膜张力激活的离子通道。当你用手指按压皮肤、血管被血流冲击、肺部扩张时，细胞膜发生形变，Piezo通道开放，允许Ca²⁺等离子顺浓度梯度进入细胞，触发神经信号或生理反应。这是协助扩散的经典范例——通道蛋白无需与物质结合，只允许特定大小和电荷的离子通过。思考：①机械力感受器通道蛋白在协助扩散中起什么作用？提示：它提供了一条离子顺浓度梯度快速通过的孔道，不消耗能量。②为什么高血糖会损伤血管内皮细胞？Piezo通道在其中可能扮演什么角色？提示：高血糖可改变细胞渗透压和机械张力，过度激活Piezo通道，引起Ca²⁺超载，导致内皮细胞损伤。典型真题（2025·浙江学考）

酒精、甘油等脂溶性物质顺浓度梯度进入细胞。这种跨膜运输方式属于（）A.主动运输B.被动运输

C.渗透作用D.胞吞作用（2023·浙江学考）植物细胞的液泡从细胞质基质中吸收H⁺，以维持液泡内的酸性环境。H⁺逆浓度进入液泡的方式是A.主动运输

B.易化扩散C.渗透作用D.胞吞作用（2022·浙江学考）

某同学以紫色洋葱外表皮为材料，探究植物细胞吸水和失水的条件，观察到了处于质壁分离状态的细胞，如图所示。下列叙述错误的是（）A.质壁分离过程中，液泡颜色变深B.质壁分离过程中，细胞膜的面积变小C.在清水中完成质壁分离复原后，细胞内外溶液浓度相等D.图示细胞可能处于质壁分离过程或质壁分离复原过程答案：C（细胞有细胞壁支撑，复原后细胞液浓度可能仍大于外界溶液）（2022·浙江学考·改编）质壁分离实验中，当外界溶液浓度______（填“大于”或“小于”）细胞液浓度时，细胞失水发生质壁分离；若将已质壁分离的细胞置于清水中，会发生的现象是______。答案：大于；质壁分离复原变式训练水分子通过细胞膜的主要方式是___（自由扩散/协助扩散），需要借助_水通道___蛋白。将人红细胞置于0.9%NaCl溶液中，细胞形态___正常；置于清水中，细胞会____吸水涨破（判断）只要半透膜两侧存在浓度差，就会发生渗透作用，且水分子只能从低浓度一侧向高浓度一侧扩散。答案：×（水分子双向扩散，只是净流向由低浓度侧向高浓度侧）①为什么植物施肥过多会造成“烧苗”？这涉及什么原理？提示：土壤溶液浓度过高，导致植物根细胞失水（质壁分离），细胞失去活性。②为什么输液要用0.9%的生理盐水？用蒸馏水或高浓度盐水会有什么后果？提示：0.9%NaCl与血浆等渗，维持红细胞正常形态；蒸馏水使红细胞吸水涨破，高渗液使红细胞失水皱缩。主动运输与胞吞胞吐小肠上皮细胞能从肠腔中吸收葡萄糖，但肠腔中葡萄糖浓度远低于上皮细胞内浓度——这意味着葡萄糖是“逆流而上”进入细胞的。类似地，甲状腺滤泡上皮细胞内的I⁻浓度是血浆的20-25倍。细胞如何做到“逆天而行”？此外，抗体、消化酶等大分子蛋白质不能直接穿过细胞膜，它们又是如何被分泌出去的？▼

子情境1：营养吸收——小肠上皮细胞逆浓度吸收葡萄糖、氨基酸▼

子情境2：离子泵——Na⁺-K⁺泵维持细胞内外离子浓度差▼

子情境3：分泌过程——胰岛B细胞分泌胰岛素、唾液腺细胞分泌淀粉酶（胞吐）【核心问题】主动运输有什么特点？与被动运输的本质区别是什么？Na⁺-K⁺泵是如何工作的？它维持了怎样的浓度梯度？胞吞和胞吐有什么特点？它们需要消耗能量吗？如何区分三种运输方式（自由扩散、协助扩散、主动运输）？一、主动运输方向：逆浓度梯度（从低浓度向高浓度）。条件：需要载体蛋白，需要消耗能量（ATP）。物质举例：K⁺进细胞（动物细胞）、Na⁺出细胞、葡萄糖进入小肠上皮细胞（逆浓度时）、氨基酸吸收、I⁻进入甲状腺滤泡上皮细胞。意义：细胞可选择性吸收所需物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。二、Na⁺-K⁺泵（钠钾泵）维持细胞内高K⁺、细胞外高Na⁺的浓度梯度，为神经传导、肌肉收缩等生命活动提供基础。三、胞吞与胞吐胞吞：细胞膜内陷形成囊泡，将大分子或颗粒物质摄入细胞（如白细胞吞噬细菌）。胞吐：囊泡与细胞膜融合，将大分子物质排出细胞（如分泌蛋白、神经递质）。特点：需消耗能量（ATP），依赖于细胞膜的流动性，不需要载体蛋白。前沿拓展——人工细胞主动运输：模拟Na⁺-K⁺泵主动运输是细胞维持内部稳态的核心机制，也是人造细胞的一大技术瓶颈。2024年，荷兰格罗宁根大学的研究团队在《自然》杂志报道了一种人工合成的纳米孔道主动运输系统，它通过光驱动将K⁺逆浓度梯度“泵”过脂双层膜。该系统由DNA折纸技术构建的纳米孔道和光敏感分子组成，在光照下发生构象变化，像分子马达一样将离子推向另一侧。虽然效率远低于天然钠钾泵，但这一突破证明了人工模拟主动运输是可能的，为构建具有生命活性的人造细胞迈出关键一步。思考：①为什么主动运输是人造细胞的主要技术难点？提示：需要同时解决能量供应、载体蛋白结构、离子选择性等多重问题，且需在纳米尺度实现逆浓度梯度工作。②如果人造细胞只能进行被动运输，它能维持内部与环境的稳态吗？为什么？提示：不能，因为被动运输仅靠浓度差，无法积累细胞内所需物质（如K⁺）或排出废物（如Na⁺），细胞将失去内部环境的稳定性。前沿拓展——靶向胞吞：脂质体药物递送系统的升级2023年诺贝尔生理学或医学奖授予mRNA疫苗技术，其中关键技术之一就是利用脂质纳米颗粒（LNP）

将mRNA包裹并通过胞吞送入细胞。目前，科学家正在开发“智能”脂质体，表面修饰靶向配体（如抗体、转铁蛋白），可被特定细胞识别并通过受体介导的胞吞作用进入目标细胞，实现精准药物递送。例如，将抗癌药物包裹在脂质体中，表面连接抗HER2抗体，可靶向乳腺癌细胞，减少对正常细胞的毒副作用。思考：①为什么大分子药物不能直接口服？它们通常通过什么方式进入细胞？提示：口服后会被消化道酶分解失活；通常通过注射给药，然后通过胞吞进入靶细胞。②靶向脂质体表面连接配体的目的是什么？这利用了细胞膜的什么功能？提示：识别并结合靶细胞表面的受体，实现精准递送；利用了细胞膜的信息交流功能和胞吞作用。典型真题（2024·浙江学考）

水稻根细胞吸收K⁺的过程需要载体蛋白并消耗ATP，这种吸收K⁺的方式是（）A.主动运输

B.易化扩散C.胞吞作用D.渗透作用（2023·浙江学考）

植物细胞的液泡从细胞质基质中吸收H⁺，以维持液泡内的酸性环境。H⁺逆浓度进入液泡的方式是（）A.主动运输

B.易化扩散C.渗透作用D.胞吞作用（2025·浙江学考·改编）

某物质逆浓度梯度进入细胞，需要消耗ATP，且需要载体蛋白协助。这种运输方式属于______。答案：主动运输变式训练主动运输与被动运输的主要区别是______和______。是否逆浓度梯度；是否消耗能量（判断）胞吞和胞吐不需要载体蛋白，但需要消耗ATP，因此属于主动运输。（）×（判断）变形虫吞噬食物颗粒、胰岛B细胞分泌胰岛素，都依赖于细胞膜的流动性。（）√①为什么甲状腺滤泡上皮细胞需要主动运输来吸收I⁻？这对甲状腺激素合成有何意义？提示：I⁻在血液中浓度极低，主动运输能逆浓度高效积累I⁻，保障甲状腺激素的充足原料。②植物细胞质壁分离自动复原（如用KNO₃溶液）的原因是什么？这涉及哪些运输方式？提示：K⁺和NO₃⁻通过主动运输进入细胞，提高细胞液浓度，细胞重新吸水；涉及主动运输和自由扩散/协助扩散。综合辨析与实验拓展（物质跨膜运输方式的判断）如何快速判断一种物质进出细胞的方式？你能否总结出“三看法”？常见的物质如葡萄糖、氨基酸、离子、水、气体、大分子，它们分别以什么方式通过细胞膜？【核心问题】如何通过“三看法”判断跨膜运输方式？影响自由扩散、协助扩散、主动运输速率的因素分别有哪些？在坐标图中，如何区分三种运输方式？一、判断跨膜运输方式：是否需要能量（ATP）→不需要

（

被动运输）/

→需要

（主动运输）（逆浓度）

是否需要载体

→

不需要（自由扩散）/需要（协助/易化扩散）

二、影响运输速率的因素运输方式主要影响因素自由扩散浓度差、温度（影响分子运动）协助扩散浓度差、温度、载体/通道蛋白数量主动运输浓度差、温度、载体蛋白数量、能量（ATP）供应三、常见物质的运输方式总结物质运输方式备注O₂、CO₂、N₂自由扩散气体甘油、乙醇、苯自由扩散脂溶性小分子H₂O自由扩散+协助扩散主要依赖水通道蛋白葡萄糖协助扩散（红细胞）/主动运输（小肠、肾小管）取决于浓度梯度氨基酸、离子主动运输（多数）/协助扩散（通过通道）离子通道为协助扩散大分子（蛋白质、多糖）胞吞/胞吐需能量，依赖流动性前沿拓展——葡萄糖转运蛋白GLUT的结构与功能

GLUT家族是细胞膜上负责葡萄糖转运的载体蛋白，共有14种成员。GLUT1分布于红细胞、血脑屏障，负责基础葡萄糖摄取；GLUT4主要存在于肌肉和脂肪细胞，受胰岛素调控，将血糖转运进入细胞。2022年，科学家利用冷冻电镜解析了GLUT4在胰岛素作用下的高分辨率结构，揭示了其构象变化机制——胰岛素信号导致GLUT4从细胞内囊泡转位到细胞膜，从而增加葡萄糖摄