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生物膜蛋白功能歸納及相關(guān)題型例析

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在人教版必修1《分子與細(xì)胞》第41頁(yè)中寫到：蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜行使功能時(shí)起重要作用，因此，功能越復(fù)雜的細(xì)胞膜，蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多。現(xiàn)將膜蛋白的功能進(jìn)行簡(jiǎn)單的歸納并總結(jié)所涉及的相關(guān)試題。

1.運(yùn)輸功能

有些膜蛋白可作為“載體”將物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)出細(xì)胞。起運(yùn)輸功能的蛋白可以分為載體蛋白和通道蛋白兩種。例如葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞，氨基酸、核苷酸等水溶性分子以及無機(jī)鹽離子等的運(yùn)輸一般都由載體蛋白參與。而K+出神經(jīng)細(xì)胞則是通過通道蛋白運(yùn)載。

【例1】（2014·福建卷）細(xì)胞的膜蛋白具有物質(zhì)運(yùn)輸、信息傳遞、免疫識(shí)別等重要生理功能。下列圖中，可正確示意不同細(xì)胞的膜蛋白及其相應(yīng)功能的是 （ ）

【解析】血紅蛋白存在于紅細(xì)胞內(nèi)部，不屬于膜蛋白，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；抗體主要分布于血清中，由漿細(xì)胞產(chǎn)生而不是由T細(xì)胞產(chǎn)生，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；胰島素受體應(yīng)與胰島素結(jié)合，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；骨骼肌細(xì)胞能接受神經(jīng)傳導(dǎo)的興奮，產(chǎn)生收縮，也可以吸收葡萄糖，所以其膜上有神經(jīng)遞質(zhì)的受體、葡萄糖的受體，故D項(xiàng)正確。

【答案】D

【例2】 圖1表示小腸上皮細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為膜蛋白功能示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題：

圖2

（1）該細(xì)胞不同表面執(zhí)行不同的功能，且具有高度的極性。從質(zhì)膜的成分分析，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是________ ______。

（2）膜蛋白A要消耗主要由圖中的________（結(jié)構(gòu)）產(chǎn)生的ATP，以________方式吸收葡萄糖。細(xì)胞面向腸腔側(cè)形成很多微絨毛，以增多細(xì)胞膜上________數(shù)量，高效地吸收來自腸腔的葡萄糖等物質(zhì)。

（3）通過膜蛋白B可將相鄰的兩個(gè)細(xì)胞膜________，以保證腸腔中的物質(zhì)只能從微絨毛處吸收。

（4）細(xì)胞膜表面還存在水解二糖的膜蛋白D，說明膜蛋白還具有________功能。

（5）以連線的方式確定圖1和圖2膜蛋白的關(guān)系：

膜蛋白A 運(yùn)輸?shù)鞍?/p>

膜蛋白B 受體

膜蛋白C 連結(jié)蛋白

膜蛋白D 酶

【解析】（1）決定生物膜功能特性的主要是蛋白質(zhì)；（2）為生命活動(dòng)提供能量的主要是線粒體，葡萄糖穿過小腸上皮細(xì)胞是主動(dòng)運(yùn)輸，需要載體蛋白的參與，需要消耗細(xì)胞呼吸提供的能量；（3）膜蛋白可以將兩個(gè)細(xì)胞緊密連在一起（獲取信息的能力，識(shí)圖）；（4）分析題干可知膜蛋白能將二糖水解，說明具有催化功能。

【答案】（1）細(xì)胞膜上蛋白質(zhì)不同 （2）線粒體 主動(dòng)運(yùn)輸 載體蛋白 （3）緊密連在一起 （4）生物催化 （5）膜蛋白A——運(yùn)輸?shù)鞍?膜蛋白B——連結(jié)蛋白 膜蛋白C——受體 膜蛋白D——酶

【例3】（2012·北京卷）科學(xué)家為了研究蛋白A的功能，選用細(xì)胞膜中缺乏此蛋白的非洲爪蟾卵母細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，處理及結(jié)果見下表。

在低滲溶液中測(cè)定卵細(xì)胞的水通透速率（cm/s×10-4）___Ⅰ 向卵母細(xì)胞注入微量水（對(duì)照） _______27.9 ___Ⅱ 向卵母細(xì)胞注入蛋白A的mRNA _______210.0Ⅲ 將部分Ⅱ細(xì)胞放入含HgCl2的_________等滲溶液中 80.7Ⅳ 將部分Ⅲ細(xì)胞放入含試劑M的_________等滲溶液中 188.0實(shí)驗(yàn)組號(hào) 在等滲溶液中進(jìn)行的處理

（1）將I組卵母細(xì)胞放入低滲溶液后，水分子經(jīng)自由擴(kuò)散（滲透）穿過膜的_______進(jìn)入卵母細(xì)胞。

（2）將蛋白A的mRNA注入卵母細(xì)胞一定時(shí)間后，該mRNA________的蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞膜，使細(xì)胞在低滲溶液中體積________。

（3）與Ⅱ組細(xì)胞相比，Ⅲ組細(xì)胞對(duì)水的通透性_______，說明HgCl2對(duì)蛋白A的功能有_______作用。比較Ⅲ、Ⅳ組的結(jié)果，表明試劑M能夠使蛋白A的功能________。推測(cè)HgCl2沒有改變蛋白A的氨基酸序列，而是破壞了蛋白A的________。

（4）已知抗利尿激素通過與細(xì)胞膜上的________結(jié)合，可促進(jìn)蛋白A插入腎小管上皮細(xì)胞膜中，從而加快腎小管上皮細(xì)胞對(duì)原尿中水分子的_______。

（5）綜合上述結(jié)果，可以得出_______的推論。

【解析】本題考查了基因的表達(dá)、分泌蛋白的合成與分泌過程、激素的作用原理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，旨在考查學(xué)生的理解能力、實(shí)驗(yàn)思想、圖表數(shù)據(jù)分析能力和獲取信息能力。由題意可知，實(shí)驗(yàn)Ⅰ為對(duì)照組，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為實(shí)驗(yàn)組。由實(shí)驗(yàn)Ⅱ和實(shí)驗(yàn)Ⅰ的比較可以得出，蛋白A可以提高細(xì)胞對(duì)水的通透性；實(shí)驗(yàn)Ⅲ與實(shí)驗(yàn)Ⅱ相比，細(xì)胞對(duì)水的通透性明顯降低，這兩組實(shí)驗(yàn)的唯一變量為HgCl2，Hg為重金屬，能使蛋白質(zhì)變性，所以其對(duì)蛋白A有抑制作用；實(shí)驗(yàn)Ⅳ中加入M物質(zhì)后，細(xì)胞對(duì)水的通透性恢復(fù)，說明M物質(zhì)能解除HgCl2對(duì)蛋白A的抑制作用，因此，HgCl2沒有改變使蛋白A的氨基酸序列，只是改變了蛋白A的空間結(jié)構(gòu)。

【答案】（1）磷脂雙分子層 （2）翻譯 迅速增大（3）明顯降低 抑制 部分恢復(fù) 空間結(jié)構(gòu) （4）受體 重吸收 （5）蛋白A是水通道蛋白

2.識(shí)別功能

起識(shí)別功能的膜蛋白多為糖蛋白，可以分為細(xì)胞膜表面受體蛋白和胞內(nèi)受體蛋白，例如性激素的受體蛋白一般位于細(xì)胞內(nèi)。

【例4】細(xì)胞膜具有識(shí)別作用，這種生理功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是 （ ）

A. 細(xì)胞膜由磷脂分子和蛋白質(zhì)分子構(gòu)成

B. 細(xì)胞膜外面有糖被

C. 細(xì)胞膜具有一定流動(dòng)性

D. 細(xì)胞膜具有一定的選擇透過性

【答案】 B

【例5】（2013·天津卷）下列過程未體現(xiàn)生物膜信息傳遞功能的是 （ ）

A. 蔗糖溶液使洋蔥表皮細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離

B. 抗原刺激引發(fā)記憶細(xì)胞增殖分化

C. 胰島素調(diào)節(jié)靶細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取

D. 傳出神經(jīng)細(xì)胞興奮引起肌肉收縮

【解析】生物膜的信息傳遞功能主要通過受體的識(shí)別作用實(shí)現(xiàn)，受體的主要成分是糖蛋白，也叫糖被。A項(xiàng)中質(zhì)壁分離原理為滲透作用，沒有發(fā)生在細(xì)胞間而是外界與細(xì)胞之間，因此A項(xiàng)錯(cuò)誤。

【答案】A

3.催化功能

膜表面有各種酶，使專一的化學(xué)反應(yīng)能在膜上進(jìn)行，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上有能催化磷脂合成的膜蛋白，線粒體內(nèi)膜上分布著催化ATP合成的酶等。

【例6】（2010·安徽卷）下列關(guān)于生物膜結(jié)構(gòu)和功能的敘述正確的是 （ ）

A. 肌細(xì)胞的細(xì)胞膜上有協(xié)助葡萄糖跨膜運(yùn)輸?shù)妮d體

B. 細(xì)胞膜上的受體是細(xì)胞間信息交流所必需的結(jié)構(gòu)

C. 線粒體內(nèi)膜上只分布著合成ATP的酶

D. 核膜上的核孔可以讓蛋白質(zhì)和RNA自由進(jìn)出

【解析】肌細(xì)胞吸收葡萄糖的方式為主動(dòng)運(yùn)輸，需要細(xì)胞膜上載體蛋白的運(yùn)輸、消耗能量，故A項(xiàng)正確；植物細(xì)胞的胞間連絲為細(xì)胞膜信息交流方式的一種，不需要受體參與，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；線粒體內(nèi)膜發(fā)生有氧呼吸第三階段的反應(yīng)，因此不只有一種酶，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；核孔是某些大分子進(jìn)出的通道，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。

【答案】A

4.保護(hù)、潤(rùn)滑和免疫功能

細(xì)胞膜上糖類和蛋白質(zhì)結(jié)合形成糖蛋白也叫糖被，在細(xì)胞生命活動(dòng)中具有重要的功能。例如，消化道和呼吸道的表皮細(xì)胞表面的糖蛋白有保護(hù)和潤(rùn)滑作用。又如癌細(xì)胞表面糖蛋白減少，黏著性下降，導(dǎo)致癌細(xì)胞易擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移。有些細(xì)菌外生一層莢膜，主要成分是肽聚糖，即由糖和多肽的結(jié)合形成的復(fù)合物，具有保護(hù)作用。

【例7】（2014·全國(guó)新課標(biāo)卷Ⅱ）關(guān)于細(xì)胞的敘述，錯(cuò)誤的是 （ ）

A. 植物細(xì)胞的胞間連絲具有物質(zhì)運(yùn)輸?shù)淖饔?/p>

B. 動(dòng)物細(xì)胞間的黏著性與細(xì)胞膜上的糖蛋白有關(guān)

C. ATP水解釋放的能量可用于細(xì)胞內(nèi)的吸能反應(yīng)

D. 哺乳動(dòng)物的細(xì)胞可以合成蔗糖，也可以合成乳糖

【解析】胞間連絲連接相鄰兩個(gè)細(xì)胞形成通道，攜帶信息的物質(zhì)通過通道進(jìn)入另一個(gè)細(xì)胞，故A項(xiàng)正確；糖蛋白具有黏著性，癌細(xì)胞糖蛋白減少，黏著性下降，易擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移，故B項(xiàng)正確；ATP水解釋放能量用于各項(xiàng)生命活動(dòng)，為直接能源物質(zhì)，故C項(xiàng)正確；蔗糖為植物細(xì)胞特有的二糖，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。

【答案】D

（作者單位：內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市元寶山區(qū)平煤高級(jí)中學(xué)）