高中生物物质穿膜层数专题

物质跨膜数量的计算，是试题中经常出现的一种类型题。不少学生在解答此类试题中明显暴露出很多问题。该类试题涉及很多知识的支撑，如相关生理过程及经过的生物膜结构等。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

植物代谢部分例1 1分子CO：从空气中进入玉米维管束鞘细胞的叶绿体内(如图1)，共穿过的生物膜层数至少是( ) A．8层B．9层解析玉米n 是C 植物，CO 首先是通过叶的气孔，进人叶肉细胞，在叶肉细胞的C．10层D．11层叶肉细胞维管束鞘细胞图1 细胞膜叶绿体叶绿体基质中被固定成C ，然后再进人维管束鞘细胞的叶绿体中被固定和还原。“至少”是说明不考虑穿过内质网等其他膜结构。这样CO，经过的生物膜层数为：外界到叶肉细胞的叶绿体基质3层，再到维管束鞘细胞的叶绿体中6层。答案为B。2 动物代谢部分例2 肺泡中的1个0：分子，以氧合血红蛋白的形式运输到组织细胞，最后在细胞内生成为水中的氧。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次解析外界空气中的氧进人人体红细胞与血红蛋白结合，至少需穿过肺泡壁、毛细血管壁、红细胞膜、毛细血管壁、组织细胞膜、线粒体膜。在氧分子穿过肺泡壁的过程中共通过了两层细胞膜结构；氧分子穿过毛细血管壁进入血浆的过程中也要通过两层膜结构；氧气从血浆进入红细胞与血红蛋白结合只需通过一层膜结构。

物质穿越膜层数的计算问题，在高中生物试题中经常出现,也是重点和难点之一。

一、穿膜层数的计算问题常涉及的知识点

（1）常涉及到的细胞结构的膜的层数：线粒体和叶绿体均为2层膜，液泡、细胞膜均为

1层膜、核糖体、核膜上的核孔均为0层膜等。

（2）常涉及到结构和细胞：红细胞；肺泡壁、毛细血管壁、毛细淋巴管壁、小肠粘膜上皮、肾小囊壁、肾小管壁细胞等均为单层上皮细胞，物质在穿越这些细胞时均穿越了两层细胞膜。

（3）常涉及到的生理过程：营养物质的吸收、分泌蛋白的合成与分泌、泌尿、血液循环、神经传导、光合作用、呼吸作用等。

二、穿膜问题典型题例析

1.动物体内氧气的吸收、运输和利用过程中的穿膜问题

例1.空气中的02被吸收到人体内参加细胞的有氧呼吸，这一过程中02共穿过( )层膜

A.7

B.9

C.1l

D.13

解析：呼吸的全过程分为五个环节：肺的通气；肺泡处的气体交换；气体在血液中的运输；组织处的气体交换；氧气在细胞内的利用。

①肺的通气：此过程中02没有穿膜行为，而是通过呼吸道直接进入肺泡；②肺泡处的气体交换：此过程02需穿过肺泡壁、毛细血管壁及红细胞的细胞膜，最终进入红细胞中与血红蛋白结合成氧合血红蛋白，其中肺泡壁和毛细血管壁都是由一层上皮细胞围成，因此在此过程中02共需穿过5层膜；⑧气体在血液中的运输：此过程中02始终以氧合血红蛋白的形式随血液运往全身各处，没有出红细胞，因而没有穿膜行为；④组织处的气体交换：此过程中02需从红细胞出来，穿过毛细血管壁进入组织细胞中，依据上面的分析，此处共需穿过4层膜；⑤氧气在细胞内的利用：02进入组织细胞后，还需进入线粒体内才能参与有氧呼吸过程，线粒体是双层膜细胞器，因此此过程中02需穿过2层膜。综合上述五个过程，02

共需穿过11层膜。

答案：C

2.动物体内营养物质的吸收、运输和利用过程中的穿膜问题

例2.人小肠中的葡萄糖被吸收到体内成为肝糖原，此过程中葡萄糖共穿过( )层膜

A.6

B.7

C.8

D.9

解析：主要考查营养物质的吸收问题。小肠中的葡萄糖需要穿过小肠绒毛壁和毛细血管壁才能进入血浆成为血糖。再经过血液循环，穿越毛细血管到达组织液，进入肝细胞内合成肝糖原。小肠绒毛壁和毛细血管壁都是由一层上皮细胞围成的薄壁，而穿过每一层细胞都需穿过2层细胞膜，因此此过程中葡萄糖共穿过7层膜。

答案：B

3.动物泌尿过程中的穿膜问题

例3.血浆中的某个葡萄糖分子，流经肾小球后，最终发现于肾静脉中，那么它总共穿过了几层磷脂分子结构（）

A.12层

B.16层

C.0层

D.0层或16层

解析：主要考查了泌尿的过程。葡萄糖分子由血浆通过入球小动脉进入肾小球，有可能不经过肾小球的滤过作用直接从出球小动脉出来，进入肾静脉，则没有过穿越膜结构。还有可能穿越了肾小囊壁，进入肾小囊内形成原尿，最后通过肾小管的重吸收回血管，这种情况下所穿越的膜结构依次为：肾小球的毛细血管壁→肾小囊壁→肾小管壁→毛细血管壁，共8层膜，即16层磷脂分子层。

答案：D

4.植物体内光合作用和呼吸作用过程中的穿膜问题

例4.细胞线粒体产生的C02，进入相邻细胞内参与光合作用，此过程中C02需穿过( )层膜

A.4

B.6

C.8

D.10

解析:关键词是“相邻细胞”。线粒体和叶绿体都是双层膜结构的细胞器。C02从一个细胞的线粒体出来，进入相邻细胞的叶绿体内，需穿过两层细胞膜和线粒体、叶绿体的各两层膜．共计6层膜。若为同一细胞内，则只穿越4层膜。

答案：B

5.特殊情况下的穿膜问题

例5.转录形成的mRNA从细胞核内出来后，会附着在细胞质中的核糖体上，此过程中mRNA 需穿过 ( )层膜

A.0

B.1

C.2

D.4

解析：细胞核的核膜是双层膜，但mRNA是大分子化合物，无法穿膜通过，它从细胞核内出来是从核膜上的通道——核孔出来的，因此穿过0层膜。

答案：A

例6.当神经兴奋在神经元之间传递时，突触小泡中的神经递质由突触前膜释放到突触间隙中，再和突触后膜上的受体结合。此过程中共穿越了几层膜结构（）

A.0

B.1

C.2

D.4

解析：突触结构中神经递质的释放属于外排或胞吐作用，不穿越膜结构。在突触后膜上的受体与神经递质结合的过程中也没有穿越膜结构，故总计穿越了0层膜结构。

答案：A

1、是问几层膜还是问几层磷脂双分子层。1层膜=2层磷脂双分子层。

2、有1层膜的结构：细胞膜和4种细胞器。分别是内质网，高尔基体，液泡，溶酶体。

3、有2层膜的结构：细胞核和2种细胞器。线粒体和叶绿体。

4、没有膜的结构：主要是2种细胞器：核糖体和中心体；还有细胞壁。

（一般要注意区分问题所问的是“结构”还是“细胞器”）

5、肺泡璧，血管壁还有消化道的壁，都是由单层细胞排列而成的。物质穿过这些结构时通过的不是一层膜，而是一层细胞。这3个结构是高中题目中最常见的，一般来说是你所问的这类题目中较难的。

6、物质从起点到终点所经过的路径一定要知道。

例如：一个细胞的线粒体中所产生的一个CO2（二氧化碳分子），如果被与其相邻的细胞的叶绿体所利用，那么这个CO2穿过了几层膜？

起点：线粒体内，终点：相邻细胞的叶绿体中。CO2走出线粒体（2层），走出自己所在的细胞（细胞膜1层），进入相邻细胞（细胞膜1层），再进入这个细胞的叶绿体（2层）。经过的膜有2+1+1+2=6层。

7、物质所处的环境是怎样的，是否与外界相通；在细胞内还是细胞外；最终是否走出本来所在的那个细胞。

例如你的第一个问题：“空气的氧气要进入人体的红细胞穿过的层数”（膜的层数）。

分析：空气（中）的氧气---说明氧气还未进入人体，起点为外界环境。进入人体的红细胞---强调进入（题目没有问题），终点为红细胞内。

途径：外界----肺泡（呼吸）---血管---红细胞。经过肺泡时穿过的是一层细胞，先进后出，这时穿过2层膜；再进入血管需穿过血管壁，同样2层膜，最后进入红细胞1层膜，最终是2+2+1=5层。（氧气要经过肺泡进入人体，这是很容易忽略的）

第二个问题：“肠内的一些营养物质可穿过肠壁再进一步进入人体的组织液内到的细胞”

分析：肠内的一些营养物质----肠是消化道，则物质仍在外界。

穿过肠壁----消化道的壁（1层细胞即2层膜）；之后，不是直接进入组织液，而是先进入毛细血管（毛细血管壁：1层细胞即2层膜），经血液循环运输到需要部位，再从血管中出来（再次穿过毛细血管壁：1层细胞即2层膜），进入组织液，再进入组织细胞（细胞膜1层）。最终2+2+2+1=7层。

其实这种题目的类型不多，关键是要知道物质在旅途中经过了那些地方，在每一个地点穿过几层膜，最后相加即可。

这类题我认为两个有个难点：一、判断经过途径；二、判断起点和终点。难题一般都不会直接告诉，而是要自己分析。所以细胞的各个结构的特点及其功能，必须熟悉。这通常是判断其起点和终点的依据。

这个题自己分析一下：“空气中的氧气进入人体的肝脏细胞中化合为水分子的过程中，至少穿过几层膜？”（11层）

A1~9分别是，细胞膜，线粒体，高尔基体，染色质，中心体，核糖体，核膜，核仁，内质网

B1~5分别是细胞壁，高尔基体，细胞核，核糖体，线粒体