高中生物穿过几层膜的计算问题.doc

膜计算
计算某物质代谢中进入细胞所通过的膜的层数或磷脂双分子层数，一定要弄清物质在体内的运行路线，结合各部分结构和相应功能便可作答。注意物质进入毛细血管，穿过毛细血管壁和氧气或二氧化碳穿过肺泡壁时都要经过两层细胞膜。活细胞代谢时需不断的与外界环境进行物质交换，即从外界环境获得氧气和营养物质，同时，把自身代谢产生的二氧化碳、水等代谢终产物和对细胞有害物质排出体外。细胞代谢是在专门细胞器或细胞质基质中进行的，从结构上看，内质网、高尔基体、液泡膜、线粒体、叶绿体都是由膜结构构成的。前三者为单层膜，后二者是双层膜。
（1）1层生物膜=1层磷脂双分子层=2层磷脂分子层
（2）在细胞中，核糖体、中心体、染色体无膜结构；细胞膜、液泡膜、内质网膜、高尔基体膜是单层膜；线粒体、叶绿体和细胞核的膜是双层膜，但物质若从核孔穿透核膜时，则穿过的膜层数为0。
（3）肺泡壁、毛细血管壁和消化道管壁都是由单层上皮细胞构成，且穿过1层细胞则需穿过2次细胞膜（生物膜）或4层磷脂分子层。
 例1．大气中的氧气要进入红细胞与血红蛋白结合，需要穿过几层磷脂分子层（  ）
A．3层         B．5层      C．6层         D．10层
【解析】大气中的氧气首先要从呼吸道进入肺泡，穿过肺泡中的某一细胞时，进、出共两层膜，然后穿过血管壁,进、出血管壁也是两层膜，最后进入红细胞（1层膜）中与血红蛋白结合，总共是5层膜，即10层磷脂分子层。答案：D
例2.内环境中的氧气进入组织细胞并用于有氧呼吸至少要通过几层磷脂分子层（   ）
A．2层         B．4层      C．6层         D．8层
答案：C
例3.红细胞中含18O的氧气被利用后变成C18O2进入c(血浆)内，18O至少要透过（  ）层膜。
【解析】红细胞中含18O的氧气首先从红细胞中出来（1层膜），穿过毛细血管（进、出共2层膜），【进入组织细胞（1层膜），再进入线粒体（2层膜）被利用变成C18O2，又从线粒体中出来，穿过组织细胞膜，即进、出组织细胞和线粒体共6层膜】，再一次穿过毛细血管（进、出共2层膜），最后到达血浆中。因此，总共要穿过11层膜。
例4．葡萄糖经小肠粘膜上皮进入毛细血管，需透过的磷脂分子层数是（   ）
A．4层         B．6层      C．8层         D．10层
【解析】葡萄糖经小肠（消化道）进入毛细血管需经过两层细胞：小肠粘膜上皮细胞和毛细血管壁上皮细胞。葡萄糖从小肠进入毛细血管，进、出共穿过4层膜，每层细胞膜由双层磷脂分子层和蛋白质构成，故共穿过8层磷脂分子层。答案：C
例5．一分子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，共穿过的生物膜层数是（   ）
A．5        B．6      C．7      D．8
【解析】主要考查对线粒体、叶绿体和细胞膜的亚显微结构等知识的掌握情况。线粒体、叶绿体都是双层膜结构的细胞器，内膜里面含有液态基质，每层膜都是单层的生物膜。相邻两个细胞各有一层生物膜包被。因此，一分子CO2从叶肉细胞的线粒体基质中扩散出来需穿过3层膜，再进入相邻的细胞叶绿体基质中再需穿越3层膜，所以共穿过了6层膜。
例6.肺泡中的1个氧分子，以氧合血红蛋白的形式运输到组织细胞，最后在细胞内成为水中的氧。在此过程中，这个氧分子需通过的选择透过性膜的次数共为（   ）
A、5次          B、7次         C、9次          D、11次
【解析】肺泡壁（单层细胞围成）2层→毛细血管壁（单层细胞围成）2层→红细胞膜2层→毛细血管壁（单层细胞围成）2层→组织液中的组织细胞1层→线粒体2层，即11层细胞膜。
例7、分泌蛋白的分泌需要穿过几层膜？答：0层。
例8、信使RNA离开合成部位到达核糖体上，需要通过几层生物膜？答：0层。
高中生物内环境中物质穿过共通过了几层生物膜，解答此类问题应注意：
　1 物质的运输途径。若氧气或二氧化碳进入通过的途径，常常涉及到生理结构的知识。 　　
2 涉及生物膜的问题。
单层的有：细胞膜、液泡膜、内质网膜、高尔基体膜等；
双层的有：线粒体和叶绿体膜、细胞核的膜。其中肺泡壁、毛细血管壁和小肠绒毛壁都是由单层上皮细胞构成的，穿过上皮细胞涉及2层膜结构；
无膜的有：核糖体与中心体。
3 某些大分子从细胞核中出来，如果核孔，不涉及到穿膜；此外，细胞向外分泌消化酶、抗体，或蛋白类激素的外排作用以及细胞的内吞作用，都可看作是通过0层生物膜。
　4 磷脂分子层数=生物膜的数量×2。
　5 理解至少的含义。在该类试题中常常涉及到“至少”一词，是为了使答案准确和问题简化起见 　　
6 跨膜中涉及到的物质有：氧气、二氧化碳、葡萄糖、大分子物质如蛋白质等。
经典试题回顾：
1 关于气体跨膜运输的问题 　　
【例1】人体组织细胞（如骨骼肌细胞）有氧呼吸时需要的C6 H12 O6 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：这个物质跨膜数量问题就比较复杂。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。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。
再看氧气，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。这一复杂的过程可表示为：离开肺泡（2层膜）→进入血管（2层膜）→进入红细胞（1层膜）→运输到组织器官→出红细胞（1层膜）→出血管（2层膜）→进入组织细胞（1层膜）→进入线粒体（2层膜），共计11层生物膜。答案D
【例2】科学家在研究玉米，甘蔗等原产热带地区绿色植物的光合作用时发现，当向这些绿色植物提供14CO2时，光合作用开始后1S内，竟有90%以上的14C 出现在含有四个碳原子的有机酸（用C4表示）中。随着光合作用的进行，C4中的14C 逐渐减少，而C3中的14C 逐渐增多。这说明在这类绿色植物的光合作用中，CO2中的C首先转移到中C4，然后才转移到C3中。科学家将这类植物叫做C4植物。请问空气中的 14CO2进入上述植物叶肉细胞中合成淀粉，则14CO2至少需要穿过的生物膜层数为（ ）
A 3 B 5 C 7 D 9
解析：本题考查C4植物的叶片构造。在维管束外有一圈维管束鞘细胞和部分的叶肉细胞。14CO2进入C4植物的叶肉细胞的叶绿体中合成C4化合物后出来，进入到维管束鞘细胞的叶绿体中合成淀粉。涉及到的生物膜层数=叶肉细胞膜（2）+叶肉细胞叶绿体膜（4）+维管束鞘细胞膜（1）+维管束鞘细胞的叶绿体膜（2）=9。答案：D 　　
2 关于非气体跨膜的问题
【例3】细胞中的mRNA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：m RNA属于生物大分子，mRNA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。
【例4】葡萄糖经小肠粘膜上皮进入毛细血管，需透过的磷脂分子层数是（）
　　A 4层 B 6层 C 8层 D 10层
解析：首先要知道小肠粘膜上皮及其周围的毛细血管壁，都是由单层上皮细胞构成的；其次要明白葡萄糖经小肠进入毛细血管需穿过小肠粘膜上皮细胞和毛细血管壁细胞。葡萄糖从小肠进入毛细血管一共要穿过4层细胞膜，而每层细胞膜都是由双层磷脂分子层构成。所以共穿过8层磷脂分子层。答案：C
【例5】经内质网糖基化加工后的蛋白质分泌到细胞外需要经过的膜结构及穿过的膜层数分别为（ ）
　　A.内质网→细胞膜，2层 　　B.内质网→高尔基体→细胞膜，3层
　　C.内质网→高尔基体→线粒体→细胞膜，4层 　D.内质网→高尔基体→细胞膜，0层
　　解析：分泌蛋白形成的过程经过的途径为：内质网→高尔基体→细胞膜。即经内质网糖基化加工后的蛋白质先通过内质网出芽形成小泡融合到高尔基体，接着高尔基体再出芽形成形成小泡融合到细胞膜，最后由细胞膜排出细胞外，而分泌蛋白始终没有穿过膜，而是以小泡的形式运输。答案：D
一．植物细胞中的过膜问题
例1：一个叶肉细胞中的氧气从产生处到被消耗处，至少要通过几层膜？（ ）
A. 1层 B. 2层 C. 4层 D. 6层
解析：首先分析题意，若氧气产生和被消耗都在同一个细胞，这样通过的膜层数最少，氧气 的产生处和被消耗处分别是叶绿体和线粒体，然后根据叶绿体和线粒体都是双层膜来计算， 从叶绿体出来通过2层膜，再进入线粒体又通过2层膜，总共4层膜。
答案：C
例2：植物根尖成熟区的一个细胞呼吸作用产生的水分子进入另一个成熟区细胞的液泡中至少要通过几层膜?（
A. 1层 B. 2层 C. 4层 D. 5层
解析：呼吸作用有两种类型，即有氧呼吸和无氧呼吸，但能够产生水的是有氧呼吸，有氧呼吸分为三个阶段，依次在细胞质基质、线粒体、线粒体中进行，其中产生水的是第三阶段，在线粒体中进行，所以这个水分子首先从线粒体出来通过2层膜，再出这个细胞通过1层细胞膜，然后进入另一个细胞，通过1层细胞膜，最后进入液泡通过1层膜，总共5层膜。 答案：D
二、动物细胞中的过膜问题
例3：葡萄糖由小肠黏膜上皮细胞吸收进入肌肉细胞进行无氧呼吸，至少需要穿过几层膜？（ ）
A. 4层 B. 7层 C. 9层 D. 6层
小肠壁黏膜上皮、毛细血管壁都是由一层上皮细胞构成的，因此小肠中的葡萄糖要穿透黏膜上皮细胞、毛细血管壁细胞才能进入血液，这过程要通过4层细胞膜（进出各一层），葡萄糖经血液运输，然后通过组织处毛细血管2层细胞膜，最后从组织液进入组织肌细胞通过1层细胞膜，总共7层膜。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；二是葡萄糖是细胞质基质中分解，而不是直接进入线粒体答案：B

4.人体组织细胞（如骨骼肌细胞）有氧呼吸时需要的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. 4 B.5 C.9 D. 11
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。丁图中的①→②→③→④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）→运输到组织器管→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。

例4：ATP是细胞内的能源物质，医药商店出售的ATP注射液可治疗心肌炎，若人体静脉注射这类药物，ATP到达心肌细胞内至少要通过几层细胞膜？（ ）
A. 2层 B. 3层 C. 4层 D. 6层
解答：通过静脉注射，药物可以直接到达血液中，ATP经血液循环到心脏中的毛细血管，通过毛细血管壁2层膜和心肌细胞1层细胞膜，共3层膜。
答案：B
例5：细胞核中转录而成的RNA要与核糖体结合来翻译相关蛋白质，需穿过几层膜？（ ）
A. 0层 B. 3层 C. 8层 D. 6层
解析：因为RNA是生物大分子，不能自由通过膜，而细胞核膜上有核孔是大分子物质出入细胞核的通道，因此RNA是通过核孔到达细胞质中的蛋白质合成场所核糖体上，作为模板来翻译合成蛋白质的，而核糖体是无膜结构的细胞器，所以需要穿过的膜为0层。
答案：A
例6：胰腺合成分泌的消化酶到十二指肠消化食物需穿过几层膜？（ ）
A. 1层 B. 4层 C. 0层 D. 8层
解析：胰腺合成的消化酶的化学本质是蛋白质，是分泌蛋白，分泌蛋白在内质网上的核糖体合成经内质网运输，内质腔膨大、出芽形成具膜的小泡，包裹着蛋白质转移到高尔基体，把蛋白质输送到高尔基体腔内加工，接着，高尔基体边缘突起形成小泡，把蛋白质包裹在小泡里，运输到细胞膜，小泡与细胞膜融合，把蛋白质释放到细胞外。这个过程蛋白质不需要通过膜。胰腺又有胰导管直接通到十二指肠，分泌出来的胰液中的胰消化酶就通过胰导管直接就到了肠腔中，这过程也不需要通过膜。所以胰腺产生消化酶到肠腔起作用共穿过0层膜。
答案：C
例7：同位素标记追踪血液中的某葡萄糖分子，若该分子流经肾脏后，又经肾静脉流出，则该分子很可能穿过几层细胞膜？（ ）
A. 2层 B. 4层 C. 6层 D. 0层或8层
解析：血液中的葡萄糖分子有可能经肾小球滤过后被重吸收回血液，也有可能没有经肾小球滤过而一直在血液中，若葡萄糖没有滤过则流经肾脏后又经肾静脉流出不需要穿过膜；若葡萄糖流经肾脏经肾小球滤过到肾小囊，要通过毛细血管壁、肾小囊壁（一层细胞构成），需穿过4层细胞膜，再经肾小管重吸收回血液，经肾静脉流出，要通过肾小管壁（一层细胞构成）、毛细血管壁，需穿过4层细胞膜，总共8层膜。
答案：D

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