2016年高考題中的“物質進出細胞的方式”

安徽 吳孝良 楊 慧

2016年高考題中的“物質進出細胞的方式”

安徽 吳孝良 楊 慧

2016年全國乙卷第31題中有如下敘述“免疫細胞行使免疫功能時，會涉及胞吞和胞吐這兩種物質跨膜運輸方式”，引起教師質疑，一是教輔中關于胞吞和胞吐認定其為非跨膜運輸，且不屬于主動運輸；二是全國卷及各地考題對物質進出細胞的方式考查過多，在全國乙卷中涉及兩題，另外全國甲卷中也有胞吞胞吐的考題，其他地方高考題中也有較多考查。筆者試圖從課標、考綱和教材中對“物質進出細胞的方式”這一核心概念進行梳理和分析。

1.核心概念，《課標》《考綱》重點要求

《課標》要求為“說明物質進出細胞的方式”，說明為理解水平，要求對其進行解釋、推斷、區分、擴展，把握其內在邏輯聯系?！?016年普通高等學校招生全國統一大綱》的要求是：物質進出細胞的方式為Ⅱ等，理解所列知識之間的聯系和區別，能在較復雜的情境中綜合運用其進行分析、判斷、推理和評價。由此可見，無論《課標》還是《考綱》對這一部分內容均要求較高。

2.相關概念，中學、大學教材解讀

比較不同版本的教材（尤其是浙科版和人教版）中的概念，尤其是核心概念，在使用術語上雖略有不同，但并不影響學生對概念內涵的理解。下面對“物質進出細胞的方式”這一核心概念進行分析，使學生更明白其各種方式的區別與聯系。

2.1 中學教材的描述

人教版教材（朱正威 趙占良主編 生物必修1）的描述如下表：________________________________________

____________項目 _______________內容自由擴散 物質通過簡單的擴散作用進出細胞，_____________叫作自由擴散______________________協助擴散 進出細胞的物質借助載體蛋白的擴_____________________散，叫作協助擴散_________________被動運輸主動運輸從低濃度一側運輸到高濃度一側，需要載體蛋白的協助，同時還需要消耗細胞內化學反應所釋放的能量，________這種方式叫作主動運輸

續表

________________________________________________________項目_內容胞吞和胞吐當細胞攝取大分子時，首先是大分子附著在細胞膜表面，這部分細胞膜內陷形成小囊，包圍著大分子。然后小囊從細胞膜上分離下來，形成囊泡，進入細胞內部，這種現象叫胞吞。細胞需要外排的大分子，先在細胞內形成囊泡，囊泡移動到細胞膜處，與細胞膜融_______合，將大分子排出細胞，這種現象叫胞吐____________聯系物質進出細胞，既有順著濃度梯度的擴散，統稱為被動運輸；也有逆著濃度梯度的運輸，稱為主動運輸。________此外還有其他運輸方式（胞吞和胞吐）______________

浙科版教材（吳相鈺 劉恩山主編 生物必修1）的介紹如下表：

___項目_______________________________________________內容被動轉運物質由濃度較高的一側轉運至濃度較低的一側，稱為被動轉運。這種轉運不需要消耗能量，如氧、二氧化碳、甘油等小分子跨過膜的擴散以及水的滲透。將物質從濃度高的一側轉運到濃度低的一側，也不需要消耗能量，但必須借助轉運蛋白的幫助，這種轉運仍是一種擴散作用，但擴散____________的速______________________________________率要大得多，稱為易化擴散主動轉運逆濃度梯度的轉運稱為主動轉運。主動轉運需要消耗能量，所需要的能量來自細胞中的ATP。必___________________________________________________________須有載體蛋白參與胞吞和胞吐進出細胞的物質并不一定都通過質膜，有時有的物質會被一部分質膜包起來，然后這一部分質膜與整個質膜脫落，裹著該物質運到細胞的內側或外側。如果把這一部分物質運送到細胞內側，就稱為胞吞；如果把這一個部分物質運送到細胞外____________________________________________________________側，就稱為胞吐

2.2 大學教材的描述

《普通生物學（第3版）》（高等教育出版社，吳相鈺 陳守良 葛明德主編）如下表述：

____項________________________________________________目_內容被動轉運（或被動運輸）被動運輸是穿過膜的擴散。分子或離子總是從高濃度區域向低濃度區域移動，降低其自由能。這種順著濃度梯度而穿過膜擴散的作用就是物質的被動轉運。專一的蛋白質能夠使被動轉運易化，通過膜上許多種轉運蛋白幫助他們通過膜，這種現象稱為易化擴散。這種轉運的方向可以是由胞外到胞內或____________反之，____________________________________決定于膜兩側溶質的濃度差主動轉運主動轉運是逆濃度梯度的轉運，從低濃度一側穿過質膜而到達高濃度一側，由埋在質膜內的專一的蛋白質完成的，給主動轉運提供能量的也是________________________________________________________________ATP胞吞和胞吐胞吐是先將蛋白質等大分子包在小泡內，然后令小泡與質膜融合，再將這些大分子分泌到細胞之外的過程，胞吞則是細胞吸收大分子和其他大的顆粒，方式也是由質膜形成向內的小泡，基本上_____________________________________________________________是胞吐的逆轉聯系 生物膜（包括質膜）是有選擇性的，不是任何順____________濃度梯度存_________________________________在的物質都能順利地穿過膜

《細胞生物學》（吳相鈺 陳守良 葛明德主編，2000年8月第1版高等教育出版社）關于物質跨膜運輸的說法和人教版教材大致相同，被動運輸是指通過簡單擴散（人教版高中教材為自由擴散）和協助擴散實現物質由高濃度向低濃度方向的跨膜轉運。轉運的動力來自物質的濃度梯度，不需要細胞提供代謝能量。協助擴散、主動運輸和胞吞與胞吐的使用術語相同。胞吞作用和胞吐作用完成大分子與顆粒性物質的跨膜運輸，如蛋白質、多核苷酸、多糖等。在轉運過程中，物質包裹在脂雙層圍繞的囊泡中，因此又稱為膜泡運輸，在這種形式的運輸過程中涉及膜的融合與斷裂，因此需要消耗能量，屬于主動運輸。強調的是胞吞和胞吐，一是跨膜運輸，二是主動運輸。

強調兩點：1.一般意義上的被動轉運就是人教版教材上說的自由擴散，而借助轉運蛋白（或載體蛋白）的被動轉運則是協助擴散；逆濃度梯度的轉運則是主動轉運，需要載體蛋白和能量，即人教版教材中的主動運輸。以上兩種跨膜運輸方式，準確地說是穿膜運輸。2.廣義上的跨膜運輸包括被動運輸、主動運輸、胞吞與胞吐，且胞吞與胞吐是特殊形式的主動運輸。理由是上述三者皆有跨膜過程，可理解為跨膜運輸；另外，主動運輸是一種需要ATP供能的過程，因此胞吞與胞吐屬于主動運輸。而一些教輔上認為，胞吞和胞吐是非跨膜運輸，也不是主動運輸，就不準確了，容易給學生造成誤解。如此便可理解以下題目。

3.考查方式，全國、地方真題分析

（1）對生物膜結構的考查

例1.（2016海南卷26，節選）水在植物的生命活動中具有重要作用。風干種子只有吸收足夠的水才能進行旺盛的代謝活動，使胚生長。小麥種子萌發過程中吸水量隨時間變化的趨勢如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：

（3）從細胞膜組成和結構的角度來推測，水分可經過細胞膜中的_______、______從細胞外進入細胞內。

解析：（3）從題干信息可知，要求從細胞膜組成和結構的角度來推測，水分子通過細胞膜的方式。細胞膜主要由磷脂和蛋白質構成，且基本骨架為磷脂雙分子層，其中膜上分布有蛋白質，其中通道蛋白貫穿于整個磷脂雙分子層，因此水分可通過細胞膜中的磷脂雙分子層，水通道等方式進入細胞內。

答案：（3）磷脂（或脂質）雙分子層 水通道

組成生物膜的成分和結構如下：其成分包括：磷脂雙分子層、蛋白質和少量糖類，動物細胞膜還有膽固醇；蛋白質在細胞膜上的分布包括：①鑲嵌在磷脂雙分子層的表面，②部分或全部嵌入其中，③貫穿于整個生物膜；其結構特點包括：基本支架為磷脂雙分子層，具有一定的流動性和選擇透過性。糖蛋白分布在細胞膜的外表面，具有保護、潤滑和細胞識別作用。

（2）對被動運輸和主動運輸的考查

例2.（2016海南卷1）下列關于膜蛋白和物質跨膜運輸的敘述，錯誤的是 （ ）

A. 膜蛋白在細胞膜上的分布是不對稱的

B. 膜蛋白不參與物質跨膜的被動運輸過程

C. 主動運輸可以使被運輸離子在細胞內外濃度不同

D. 物質通過脂質雙分子層的擴散速率與其脂溶性有關

解析：細胞膜上分布的蛋白質稱為膜蛋白，以鑲嵌、貫穿等方式分布，因此膜蛋白分布的位置是不對稱的；被動運輸包括自由擴散和協助擴散，自由擴散不需要載體蛋白，而協助擴散需要載體蛋白幫助運輸；主動運輸則可以進行主動選擇性吸收某種離子，一些離子通過該方式使其在細胞內外濃度不同；細胞膜的基本骨架是磷脂雙分子層，所以物質通過膜的擴散和它的脂溶性程度有直接關系。

答案：B

下表為物質出入細胞方式的比較

比較項目______離子和小分子物質 _大分子和顆粒性物質______被動運輸 _________主動運輸_________________自由擴散 協助擴散 主動運輸 胞吞 胞吐外 細胞膜 內外 細胞膜 內外 細胞膜 內胞吐模型圖載體ATP載體胞吞運輸_方向細胞內→細胞外_運輸高濃度→低濃度___高濃度→低濃度__低濃度→高濃度__細胞外→細胞內___動力 濃度差 濃度差 能量_________（ATP）能量（ATP）_載體 不需要 __需要 需要 _不需要 _不需要能量（ATP）物質出入細胞的實例水、CO2、甘油、脂肪酸、乙醇、苯、尿素等紅細胞吸收葡萄糖等K＋、Na＋等離子，小腸上皮細胞吸收氨基酸、____________________________葡萄糖等白細胞吞噬病菌、變形蟲吞食食物顆粒等各種分泌蛋白，如抗體、蛋白質類激素等

例3.（2016全國乙卷2）離子泵是一種具有ATP水解酶活性的載體蛋白，能利用水解ATP釋放的能量跨膜運輸離子。下列敘述正確的是 （ ）

A. 離子通過離子泵的跨膜運輸屬于協助擴散

B. 離子通過離子泵的跨膜運輸是順著濃度梯度進行的

C. 動物一氧化碳中毒會降低離子泵跨膜運輸離子的速率

D. 加入蛋白質變性劑會提高離子泵跨膜運輸離子的速率

解析：離子泵是載體蛋白，轉運離子時需要消耗ATP，由此可判斷相關離子跨膜運輸的方式為主動運輸；一氧化碳中毒，氧氣供應不足，呼吸速率下降，ATP供應不足，離子泵介導的離子主動運輸速率降低；加入蛋白質變性劑會使離子泵這種載體蛋白變性，離子泵空間結構發生改變，離子泵跨膜運輸離子的速率降低。

答案：C

（3）對胞吞與胞吐的考查

例4.（2016全國乙卷31，節選）病毒甲通過呼吸道感染動物乙后，可引起乙的B淋巴細胞破裂、T淋巴細胞功能喪失，導致其患腫瘤病，患病動物更易被其他病原體感染。給新生的乙個體接種甲疫苗可預防該腫瘤病?；卮鹣铝袉栴}：

（3）免疫細胞行使免疫功能時，會涉及胞吞和胞吐這兩種物質跨膜運輸方式，這兩種方式的共同點有____________________（答出兩點即可）。

解析：（3）此題干中明確告知“胞吞胞吐屬于跨膜運輸方式”，而眾多教輔材料上都把這種方式歸為“膜泡運輸”，且不屬于跨膜運輸，頗有爭議，在大學教材中明確歸為“跨膜運輸”且屬于“主動運輸”， 由此可以看出，胞吞和胞吐是跨膜運輸，且需要能量。從上述教材的比較來看，是教輔編寫人員對“物質進出細胞的方式”這一核心概念的誤讀。此題屬于開放性命題，學生可以從結構、功能、物質、能量等多個角度來思考，造成考試容易答偏，題目落腳點是物質跨膜運輸的方式，從囊泡的形成、運輸的物質和特點方面解答更準確。需要學生準確理解題意，理解胞吞和胞吐相關知識才能正確答題。

答案：（3）能運輸生物大分子等；運輸過程中形成囊泡；需要消耗能量（答出兩點即可）

（作者單位：安徽省六安市霍邱縣第二中學，

安徽省銅陵市銅陵中學）