利用图解法计算物质穿膜层数的方法(物质穿膜层数问题)

利用图解法计算物质穿膜层数

安徽省太和县第六中学　王晨

物质穿膜运输问题是学生解题难点之一，其原因有两个方面：首先，学生对题目涉及的生物体局部结构不清楚，无从着手分析；其次，对物质是否跨膜还是非跨膜(即膜融合)进出细胞，不能作出正确判断。

1．结构区分

(1)单层膜与单层磷脂分子：单层膜是一层单位膜，包含两层磷脂分子，而不是单层磷脂分子。

(2)一层膜与一层细胞：物质穿过一层膜，是指物质通过跨膜运输(自由扩散、协助扩散和主动运输)的方式通过一层膜结构。物质穿过一层细胞，指的是物质先进入细胞、再排出细胞的过程，通过膜的层数为两层。

(3)跨膜运输和膜泡运输：前者主要是小分子物质和离子通过自由扩散、协助扩散和主动运输的方式通过生物膜的过程，通过膜结构时，以实际通过膜的层数计算；后者主要指大分子物质(神经递质为小分子物质，也通过胞吐的方式排出)通过胞吞、胞吐的方式通过生物膜的过程，物质通过膜的层数为0。

(4)叶绿体内的O2到达叶绿体外需通过2层膜(若强调从产生部位到叶绿体外，则为3层膜，因为O2在类囊体内产生)；线粒体产生的CO2到达线粒体外需通过2层膜。

2．典例示法

典例1　外界空气中O2进入人体骨骼肌细胞被利用，至少要穿过的生物膜层数是

(　　)

A．5层 B．10层

C．11层 D．12层

图解示法　组织细胞与外界环境进行气体交换的整个过程(如图1所示)是通过内环境而间接进行的，整个过程包括外呼吸、气体在血液中的运输和内呼吸3个环节。经过外呼吸实现了血液和外界环境之间的气体交换；O2在血液中以氧合血红蛋白的形式进行运输；经过内呼吸实现骨骼肌与内环境之间的气体交换及O2最后参与有氧呼吸而被骨骼肌细胞所利用。外呼吸可用下图2表示，内呼吸可用下图3表示。

从图2可知，在肺通气和肺泡内的气体交换的过程中，O2要穿过肺泡壁(一层上皮细胞)、毛细血管壁(一层上皮细胞)及红细胞膜，共计5层生物膜，才能与血红蛋白结合；从图3可知，经过组织里的气体交换，O2进入骨骼肌细胞要透过红细胞膜、毛细血管壁(一层上皮细胞)和一层骨骼肌细胞膜(合计4层生物膜)，再加上O2最终要进入线粒体参与有氧呼吸，而线粒体是具有双层膜的细胞器，故共合计6层膜。由此可知，外界空气中O2进入人体骨骼肌细胞被利用，至少要穿过的生物膜层数是11层。

答案　C

典例2　蛋白质的消化产物被人体所吸收并转化为组织蛋白的过程中，共穿过磷脂分子层数是 (　　)

A．4 B．8

C．7 D．14

图解示法　食物中的蛋白质在消化道中被蛋白酶和肽酶分解成氨基酸，主要在小肠中被吸收，其吸收过程如图所示：

肠腔中的氨基酸经过小肠绒毛上皮细胞(2层膜)＋绒毛内毛细血管壁(2层膜)＋组织处毛细血管壁(2层膜)＋组织细胞膜(1层膜)＝7层膜；而1层膜由2层磷脂分子构成，所以共穿过14层磷脂分子层。

答案　D

典例3　用同位素标记血液的葡萄糖分子，若该分子流经肾脏后又经过肾静脉流出，该分子穿过几层细胞膜 (　　)

A．4层 B．8层

C．0层或8层 D．16层

图解示法　血糖流经肾脏后又经肾静脉流出的过程中，

经过了肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收作用(如图所

示)。整个过程中葡萄糖分子依次穿过了肾小球毛细血管、

肾小囊壁、肾小管壁和肾小管周围的毛细血管壁而重新

回到血液，最后经静脉流出。而这些“壁”都很薄，只

由一层上皮细胞构成，而每穿过一层细胞即经过2层细

胞膜，故共穿过8层膜。但并非每个葡萄糖分子都会从肾小球滤过，若没有滤过的

葡萄糖分子，则从入球小动脉流入而又直接从出球小动脉流出，再流经肾小管周围

的毛细血管，最后经肾静脉流出，这个过程中葡萄糖分子始终在血管中流动，没有

穿过任何膜结构。

答案　C

典例4　血浆中的1个葡萄糖分子进入组织细胞被彻底氧化分解，需要穿过几层细胞膜 (　　)

A．5层 B．3层

C．6层 D．4层

图解示法　血浆中的葡萄糖分子进入组织细胞

必须通过内环境(如图所示)，葡萄糖首先要穿过毛细血管壁进入组织液，毛细血管壁由一层上皮细胞组成，所以葡萄糖穿过这层细胞即穿过2层细胞膜，再进入组织细胞共穿过3层细胞膜。进入组织细胞的葡萄糖在被彻底氧化分解时，首先要在细胞质基质中经过细胞呼吸的第一阶段，被分解成两分子丙酮酸，再进一步进入线粒体被彻底氧化分解。葡萄糖分子不直接进入线粒体，所以血浆中的葡萄糖进入组织细胞被彻底氧化分解经过的细胞膜只有3层。本题易误选A，因线粒体为双层膜结构，而实际上完整的葡萄糖分子只进入到细胞质基质，初步分解后才进入线粒体，但进入线粒体的已不是葡萄糖分子，而是丙酮酸。另外，题目所问的是几层细胞膜，线粒体的内、外膜不是细胞膜。

答案　B

典例5　内质网腔内的分泌蛋白，输送到高尔基体腔内进一步加工，最后释放到细胞外。这一过程中分泌蛋白通过的生物膜层数是 (　　)

A．4层 B．3层

C．2层 D．0层

图解示法　如图所示，分泌蛋白在内质网上的核糖体上合

成，经过内质网的加工，由内质网腔膨大、出芽形成囊泡，

把蛋白输送到高尔基体腔内，做进一步加工后，再由高尔

基体边缘突起形成囊泡，把蛋白质裹在囊泡内，运输到细

胞膜，最后囊泡与细胞膜融合，经细胞膜的胞吐作用把蛋

白质释放到细胞外。整个过程中分泌蛋白都是以囊泡的形

式移动，而并非穿过生物膜进行运输，故这一过程中穿过

的生物膜层数是0层。

答案　D

典例6　1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，至少穿过的生物膜层数及磷脂分子层数分别是 (　　)

A．5层和10层 B．6层和12层

C．7层和7层 D．8层和16层

图解示法　1分子CO2从叶肉细胞的线粒体基质中扩散出来，进入相邻细胞的叶绿体基质内(如图)，

因叶绿体和线粒体都是具有双层膜的细胞器，故共穿过的生物膜是6层，而每一层膜由2层磷脂分子构成，所以共穿过12层磷脂分子层。

答案　B

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