1选择题
某生物工程团队为提高某种工业微生物合成目标产物的效率，向培养液中加入适量ATP合成促进剂，并同步检测细胞内相关物质的含量变化。已知信息：ATP的结构简式可表示为A—P～P～P，其中A代表腺苷（由腺嘌呤和核糖组成），～代表特殊的化学键。下列关于ATP的叙述，正确的是（ ）
- A. ATP分子由1个腺嘌呤、1个核糖和3个磷酸基团组成，其中"A"指的是腺嘌呤
- B. 细胞中所有需要能量的生命活动都由ATP直接供能
- C. ATP与ADP相互转化所需的酶不同，能量的来源和去向也不同
- D. ATP在细胞内含量很高，能大量储存以满足生命活动的能量需求
答案：C
解析：A项错误：ATP由1分子腺苷（腺嘌呤＋核糖）和3分子磷酸基团组成，且ATP中的"A"代表腺苷，而不是腺嘌呤，此项前半句结构描述看似正确，但后半句"A指的是腺嘌呤"错误，故整体错误。B项错误：细胞中绝大多数需要能量的生命活动由ATP直接供能，但并非"所有"，表述过于绝对（如蛋白质合成中部分能量直接来自GTP等）。C项正确：ATP水解生成ADP和Pi时由水解酶催化，能量用于各项生命活动；ADP合成ATP时由合成酶催化，能量来自细胞呼吸或光合作用，二者酶不同、能量来源与去向不同，因此ATP与ADP的相互转化不是简单的可逆反应。D项错误：ATP在细胞内含量很少，但转化速率快，靠快速合成与水解满足能量需求，而非大量储存。故选C。
2选择题
某科研团队研发了一种人工脂双层膜（不含任何蛋白质），用于模拟细胞膜的物质运输功能，并测得以下实验结果：
① O₂、CO₂、甘油等物质能顺浓度梯度通过该膜；
② 葡萄糖不能通过该膜；
③ 在膜两侧加入载体蛋白后，葡萄糖可顺浓度梯度通过该膜，但若同时加入呼吸抑制剂（抑制ATP生成），运输速率不变；
④ 若在膜两侧加入载体蛋白与ATP供能系统后，K⁺可逆浓度梯度从低浓度一侧运输到高浓度一侧。
下列关于上述结果的叙述，错误的是（ ）
- A. 结果①中物质的运输方式属于自由扩散，其运输速率仅取决于膜两侧的浓度差
- B. 结果③中葡萄糖的运输方式为协助扩散，需要载体蛋白但不消耗能量
- C. 结果④中K⁺的运输方式为主动运输，其特点是逆浓度梯度、需载体蛋白且需能量
- D. 由结果②可知，细胞膜上载体蛋白的种类和数量不会影响物质跨膜运输的速率
答案：D
解析：逐项分析：A项，O₂、CO₂、甘油顺浓度梯度通过不含蛋白质的人工膜，属于自由扩散，不需要载体和能量，运输速率主要取决于膜两侧浓度差（及膜的通透性），正确。B项，葡萄糖顺浓度梯度运输、需要载体蛋白、加呼吸抑制剂（抑制能量供应）速率不变，说明不消耗能量，属于协助扩散（如葡萄糖进入红细胞），正确。C项，K⁺逆浓度梯度运输，需载体蛋白且需ATP供能，属于主动运输，正确。D项，结果②显示无蛋白质时葡萄糖不能通过，加入载体蛋白后才能通过，恰恰说明载体蛋白的种类和数量直接影响物质跨膜运输的速率与选择性，故D项「不会影响」的说法错误。
易错点：① 混淆协助扩散与主动运输的能量需求——协助扩散需要载体但不需要能量，主动运输既需载体又需能量；② 误认为逆浓度梯度的运输一定不需要能量，或认为顺浓度梯度的运输一定需要载体；③ 判断运输方式的三个关键要素是：方向（顺/逆浓度梯度）、载体蛋白、能量。
故选D。
3选择题
某科研团队研发一种人工脂双层膜用于海水淡化，只允许水分子自由通过，不允许离子通过。已知信息：该膜两侧初始状态为——侧甲：1 L 含 0.3 mol 蔗糖的溶液；侧乙：1 L 含 0.3 mol 葡萄糖的溶液；两侧温度、压强相同。下列关于该膜两侧物质跨膜运输的叙述，正确的是（ ）
- A. 水分子只能由甲侧向乙侧单向移动，最终乙侧液面升高
- B. 水分子可双向通过该膜，且净移动方向由两侧溶液的水分子相对含量（渗透压）决定
- C. 蔗糖分子可通过协助扩散进入乙侧，使两侧浓度趋于一致
- D. 若在甲侧加入 NaCl 并使其逆浓度进入乙侧，则该过程属于被动运输
答案：B
解析：本题考查物质跨膜运输方式的判断。人工脂双层膜只含磷脂双分子层，不含载体蛋白，因此蔗糖、葡萄糖、离子均不能通过，C 错误。水分子通过膜的方式属于自由扩散（渗透），是双向进行的，只是从水分子相对含量高（渗透压低）的一侧向水分子相对含量低（渗透压高）的一侧净移动，A 错误、B 正确。NaCl 逆浓度梯度进入一侧需要载体蛋白并消耗能量，属于主动运输，而人工脂双层膜上无载体蛋白，该过程不可能发生，D 错误。易错点：一是误认为自由扩散是单向的，其实任何跨膜运输都是双向的，只是净方向不同；二是把「逆浓度梯度」误判为被动运输，实际上逆浓度梯度必须是主动运输。故选 B。
4选择题
某工程团队为提升小肠上皮细胞对葡萄糖的吸收效率，构建了细胞膜转运蛋白模型。已知信息：① 葡萄糖进入小肠上皮细胞是逆浓度梯度进行的，需要载体蛋白并消耗 ATP 水解提供的能量；② 葡萄糖进入红细胞是顺浓度梯度的，需要载体蛋白但不消耗能量；③ 氧气、二氧化碳进出细胞是顺浓度梯度、不需要载体蛋白也不消耗能量。下列分析正确的是（ ）
- A. 葡萄糖进入小肠上皮细胞与葡萄糖进入红细胞的运输方式相同，都属于协助扩散
- B. 若抑制细胞内 ATP 的生成，则葡萄糖进入小肠上皮细胞的速率会下降，而氧气进入细胞的速率不受影响
- C. 氧气进入细胞属于主动运输，因为细胞内氧气浓度通常低于细胞外
- D. 只要运输过程需要载体蛋白，就一定是主动运输
答案：B
解析：本题考查自由扩散、协助扩散与主动运输的判断依据。判断运输方式要看三点：是否顺浓度梯度、是否需要载体蛋白、是否消耗能量。葡萄糖进入小肠上皮细胞逆浓度梯度、需载体、耗能，属于主动运输；葡萄糖进入红细胞顺浓度梯度、需载体、不耗能，属于协助扩散，二者方式不同，A 错误。ATP 生成受抑会直接影响主动运输，故小肠上皮细胞吸收葡萄糖的速率下降；氧气进出细胞为自由扩散，不需载体也不耗能，速率不受影响，B 正确。氧气顺浓度梯度进入细胞，属于自由扩散而非主动运输，C 错误。协助扩散也需要载体蛋白但不耗能，故「需载体即主动运输」的说法错误，D 错误。易错点：一是把「需要载体」当作主动运输的唯一判据，忽视浓度梯度与能量两个条件；二是误认为低温或缺氧会使所有跨膜运输都停止。故选 B。
5填空题
某科研团队研发一种用于海水淡化的仿生膜材料。已知信息：①该膜允许水分子快速通过，但不允许Na⁺、Cl⁻等离子通过；②在膜两侧水溶液浓度差为0.3 mol/L、温度为25 ℃的条件下，测得1 min内透过该膜的水分子数为6.0×10²⁰个；③水分子的运输不消耗ATP，也不需要载体蛋白；④若在膜上嵌入人工合成的Na⁺载体蛋白并加入ATP供能系统，Na⁺可由低浓度一侧向高浓度一侧运输。
请回答下列问题：
（1）水分子透过该仿生膜的方式属于________（填“自由扩散”或“协助扩散”），判断依据是________。
（2）已知6.0×10²⁰个水分子的质量约为________g（水的摩尔质量为18 g/mol，阿伏加德罗常数取6.0×10²³ mol⁻¹，结果保留两位有效数字）。
（3）嵌入载体蛋白并加入ATP供能系统后，Na⁺的运输方式为________，该方式的特点是________（答出两点即可）。
答案：（1）自由扩散；依据是水分子顺浓度梯度运输，不需要载体蛋白，也不消耗能量（ATP）。
（2）6.0×10²⁰ ÷ (6.0×10²³ mol⁻¹) = 1.0×10⁻³ mol，m = 1.0×10⁻³ mol × 18 g/mol = 1.8×10⁻² g。
（3）主动运输；特点是逆浓度梯度运输、需要载体蛋白协助、需要消耗能量（ATP）。
解析：本题以海水淡化仿生膜为工程情境，考查跨膜运输方式的判断与物质的量计算。
（1）判断运输方式的三个关键：是否顺浓度梯度、是否需要载体、是否消耗能量。题干明确水分子顺浓度梯度、不需载体、不耗能，故为自由扩散。易错点：看到“仿生膜”“膜上有孔道”就误判为协助扩散——协助扩散必须有载体蛋白（或通道蛋白）协助，题干已排除这一点。
（2）计算时先由微粒数求物质的量：n = N/Nₐ = 6.0×10²⁰ ÷ 6.0×10²³ = 1.0×10⁻³ mol；再求质量 m = nM = 1.0×10⁻³ × 18 = 1.8×10⁻² g。易错点：指数运算出错，或忘记乘摩尔质量。
（3）Na⁺由低浓度一侧向高浓度一侧运输，且需载体与ATP，符合主动运输的三个特征。易错点：只答“需要载体”而不答“逆浓度梯度”“消耗能量”，或误答为协助扩散。
6解答题
某科研团队研发一种用于海水淡化的仿生膜装置，其核心部件是一层人工合成的选择透过性膜。研究人员用该装置进行如下实验：
已知信息：
① 装置一侧为模拟海水（含Na⁺、Cl⁻、葡萄糖等溶质），另一侧为纯水通道，两侧初始体积相等。
② 实验一：仅提供浓度差、不提供能量时，水分子可透过该膜，Na⁺几乎不能透过。
③ 实验二：在膜上镶嵌人工合成的Na⁺载体蛋白并提供ATP后，Na⁺可由低浓度一侧向高浓度一侧转运，转运速率随ATP浓度升高而加快，但当载体蛋白数量达到饱和后，继续提高ATP浓度，转运速率不再明显增加。
④ 实验三：若在实验二中加入呼吸抑制剂（抑制ATP生成），Na⁺的转运速率显著下降。
回答下列问题：
（1）实验一中水分子透过人工膜的方式属于哪种跨膜运输方式？请说明判断依据。
（2）实验二中Na⁺的转运属于哪种跨膜运输方式？请从浓度梯度、能量和载体三个角度说明理由。
（3）实验三的结果说明了什么？若将实验二中的Na⁺载体蛋白替换为只允许葡萄糖通过的载体蛋白，且不提供ATP，葡萄糖由高浓度一侧向低浓度一侧转运，此时葡萄糖的跨膜运输方式是什么？
（4）若要使该装置单位时间内脱盐效率最高，请结合上述实验结果，提出两条合理的改进建议。
答案：（1）属于自由扩散（简单扩散）。判断依据：水分子顺浓度梯度（由水分子相对含量高的一侧向低的一侧）通过人工膜，不需要载体蛋白，也不需要消耗能量。
（2）属于主动运输。理由：①Na⁺由低浓度一侧向高浓度一侧转运，是逆浓度梯度进行的；②需要膜上载体蛋白的协助；③需要ATP提供能量（实验三加入呼吸抑制剂后转运速率显著下降，进一步证明需要能量）。
（3）实验三说明Na⁺的逆浓度梯度转运需要消耗能量（ATP），能量供应受阻会直接降低转运速率。替换为只允许葡萄糖通过的载体蛋白、不提供ATP、葡萄糖顺浓度梯度转运，此时葡萄糖的跨膜运输方式是协助扩散（需要载体蛋白，但不消耗能量，顺浓度梯度）。
（4）改进建议（答出两条即可）：① 适当增加膜上Na⁺载体蛋白的数量（或提高载体蛋白密度），提高单位时间内的转运量；② 适当提高能量（ATP）供应水平，在载体未饱和前可提高转运速率；③ 增大膜两侧的浓度差，提高水分子渗透速率；④ 定期更换或清洗载体蛋白，避免载体失活或被堵塞。
解析：本题以海水淡化仿生膜装置为情境，考查物质跨膜运输方式的判断，突出计算与推理中
7解答题
为探究小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式，某工程实践小组利用离体小肠上皮细胞进行了实验：
已知信息：小肠腔内葡萄糖浓度为0.5 mmol/L，细胞内葡萄糖浓度为2.5 mmol/L，即细胞内浓度高于肠腔浓度。
实验处理与结果：
组1：正常通气（有氧），加入呼吸抑制剂（使ATP生成受阻）后，细胞吸收葡萄糖的速率下降约80%；
组2：正常通气，若向肠腔中额外加入大量葡萄糖使肠腔浓度升至3.0 mmol/L（高于细胞内浓度），细胞吸收速率仍明显低于预期的被动运输速率；
组3：在低温（4℃）条件下，细胞吸收葡萄糖的速率显著降低；
组4：加入一种能与葡萄糖载体蛋白特异性结合的抑制剂后，葡萄糖吸收几乎停止。
回答下列问题：
（1）根据细胞内外葡萄糖浓度关系，判断小肠上皮细胞吸收葡萄糖是顺浓度梯度还是逆浓度梯度？该运输方式属于哪种跨膜运输方式？
（2）组1、组2、组3、组4的实验结果分别说明该运输过程需要哪些条件？请结合各组结果逐一分析。
（3）若某同学认为「葡萄糖进入小肠上皮细胞是自由扩散」，请结合上述实验结果予以反驳，并写出一条判断自由扩散与主动运输的关键依据。
（4）已知细胞吸收1 mol葡萄糖需消耗2 mol ATP，若该细胞在10 min内共吸收葡萄糖0.6 mmol，请计算这10 min内用于葡萄糖吸收的ATP至少为多少mmol？
答案：（1）细胞内葡萄糖浓度（2.5 mmol/L）高于肠腔浓度（0.5 mmol/L），细胞吸收葡萄糖是从低浓度一侧向高浓度一侧运输，即逆浓度梯度运输；该方式属于主动运输。
（2）组1：加入呼吸抑制剂使ATP生成受阻后，吸收速率下降约80%，说明该运输过程需要细胞呼吸提供能量（ATP）；
组2：即使肠腔葡萄糖浓度高于细胞内浓度（顺浓度梯度条件），吸收速率仍明显低于被动运输的预期速率，说明该运输并非简单的被动运输，其速率受载体蛋白数量等限制，进一步支持主动运输；
组3：低温条件下吸收速率显著降低，说明该过程需要适宜温度（酶活性、膜流动性、能量代谢均与温度有关），需要细胞正常代谢提供能量；
组4：加入载体蛋白特异性抑制剂后吸收几乎停止，说明该运输过程需要载体蛋白的协助。
综上，该运输方式为主动运输，需要载体蛋白和能量两个基本条件。
（3）反驳：若为自由扩散，则不需要载体蛋白和能量，加入呼吸抑制剂、载体蛋白抑制剂或降低温度均不应显著影响吸收速率；但实验结果显示上述处理均使其速率显著下降甚至停止，故不是自由扩散。此外，细胞内浓度高于肠腔浓度时仍能吸收葡萄糖，是逆浓度梯度运输，与自由扩散只能顺浓度梯度进行不符。
关键依据：自由扩散顺浓度梯度进行，不需要载体蛋白也不需要能量；主动运输逆浓度梯度进行，需要载体蛋白和能量（ATP）。
（4）10 min内吸收葡萄糖0.6 mmol，每吸收1 mol葡萄糖消耗2 mol ATP，则消耗ATP的物质的量为：0.6 mmol × 2 = 1.2 mmol。
答：用于葡萄糖吸收的ATP至少为1.2 mmol。
解析：本题以工程实践中的实验探究为情境，考查主动运输与被动运输（自由扩散、协助扩散）的判断依据，并穿插简单计算，突出推理步骤与运算准确性。
（1）判断运输方式的突破口是「方向」：细胞内浓度高于肠腔浓度，吸收过程为逆浓度梯度，属于主动运输。易错点：只看「吸收」二字而不比较浓度大小，误判为自由扩散或协助扩散。
（2）四个实验组分别对应主动运输的条件：能量（组1）、逆浓度梯度的特性与载体饱和性（组2）、温度对代谢的影响（组3）、载体蛋白的专一性（组4）。易错点：① 只答「需要能量和载体」而不结合各组结果逐一分析，导致答题不完整；② 忽视组2的逻辑意义——顺浓度梯度时仍不能按被动运输速率运输，说明受载体蛋白数量限制，进一步排除被动运输。
（3）反驳题的关键是用「条件」来证伪：自由扩散既不需要载体也不需要能量，若为自由扩散，则呼吸抑制剂、载体抑制剂、低温均不应对速率产生显著影响。易错点：只从「浓度方向」反驳而遗漏条件层面的证据，论证不充分。
（4）计算：0.6 mmol × 2 = 1.2 mmol，注意单位换算一致（mmol直接相乘即可），不要误算为12 mmol或0.12 mmol。
总结：被动运输顺浓度梯度、不消耗能量（自由扩散不需要载体，协助扩散需要载体）；主动运输逆浓度梯度、需要载体蛋白和能量。判断时抓住「方向、载体、能量」三个要素。
8解答题
某生物科技公司设计了一套人工肝支持装置，其中的关键部件是一种只允许葡萄糖和氨基酸通过、不允许蛋白质通过的半透膜。已知信息：
①装置一侧为模拟血液（葡萄糖浓度为5.0 mmol/L），另一侧为模拟细胞内液（葡萄糖浓度为10.0 mmol/L）；
②若不提供ATP，葡萄糖只能由模拟血液侧向模拟细胞内液侧净运输（顺浓度梯度），且运输速率在膜上载体数量增加时明显加快；
③若在膜上同时加入ATP供能系统，葡萄糖可由模拟血液侧向模拟细胞内液侧运输，即使模拟细胞内液侧浓度已高于模拟血液侧也能继续运输；
④蛋白质分子不能透过该膜。
请回答下列问题：
（1）根据信息②，葡萄糖顺浓度梯度通过该膜的方式为________，说明理由。
（2）根据信息③，葡萄糖在有ATP供能时的运输方式为________，写出该方式与（1）中运输方式的两点主要区别。
（3）若模拟血液侧葡萄糖浓度为5.0 mmol/L、模拟细胞内液侧为10.0 mmol/L，则两侧葡萄糖浓度差为________mmol/L；若膜面积增大为原来的2倍而其他条件不变，葡萄糖的净运输速率会________（填“增大”“减小”或“不变”），原因是________。
（4）蛋白质不能透过该膜，说明细胞膜（或生物膜）具有________性，这是由膜上________的种类和数量决定的。
答案：（1）协助扩散；理由：葡萄糖顺浓度梯度运输，不需要能量，但运输速率随载体数量增加而明显加快，说明需要载体蛋白协助。
（2）主动运输；区别：①主动运输逆浓度梯度进行，协助扩散顺浓度梯度进行；②主动运输需要消耗能量（ATP），协助扩散不需要能量。
（3）5.0 mmol/L（10.0 − 5.0 = 5.0）；增大；在一定范围内，膜面积增大，参与运输的载体蛋白数量增多，单位时间内通过膜的葡萄糖分子数增多，故净运输速率增大。
（4）选择透过；载体蛋白（蛋白质）。
解析：本题以人工肝支持装置为工程情境，综合考查被动运输与主动运输的判断、膜的特性及浓度差计算。
（1）由信息②“顺浓度梯度、不耗能、但需载体”三要素可判断为协助扩散。易错点：只看到“不消耗ATP”就答自由扩散，忽略“载体数量增加时运输速率加快”这一关键信息。
（2）信息③明确“逆浓度梯度 + ATP供能 + 载体”，是主动运输。区别题必须答全两点：方向（顺/逆浓度梯度）与能量（是否消耗ATP）。易错点：只答能量区别而漏答方向区别。
（3）浓度差 = 10.0 − 5.0 = 5.0 mmol/L，注意单位与有效数字。膜面积增大 → 载体数量增多 → 速率增大。易错点：误以为“浓度差不变则速率不变”，忽略膜面积对运输速率的影响。
（4）生物膜的功能特性是选择透过性，其结构基础是膜上载体蛋白（或转运蛋白）的种类和数量。易错点：把“选择透过性”与“流动性”（结构特点）混淆——流动性是结构特点，选择透过性才是功能特点。