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第2課時　細胞器之間的協調配合
學有目標——課標要求必明 記在平時——核心語句必背
1.掌握分泌蛋白的合成和運輸過程。2.簡述生物膜系統的組成和功能。3.用系統觀分析細胞中部分與整體、結構和功能的統一性。 1.與分泌蛋白合成、加工、運輸有關的細胞器是核糖體、內質網、高爾基體和線粒體。2.細胞膜、核膜和細胞器膜等結構，共同構成細胞的生物膜系統。3.直接相連的生物膜有內質網膜與核膜、內質網膜與細胞膜。4.生物膜系統在物質運輸、能量轉換、信息傳遞、酶的附著及使細胞內部區域化方面有重要作用。
[主干知識梳理]
一、細胞器之間的協調配合
1．分泌蛋白的概念及實例
(1)概念：在細胞內合成后，分泌到細胞外起作用的一類蛋白質。
(2)實例：消化酶、抗體和一部分激素。
2．分泌蛋白合成和分泌的過程
用3H標記亮氨酸，探究分泌蛋白在細胞中的合成、運輸與分泌途徑。如圖中箭頭所示：
(1)分泌蛋白首先在游離的核糖體中以氨基酸為原料開始多肽鏈的合成，當合成了一段肽鏈后，這段肽鏈會與核糖體一起轉移到粗面內質網上繼續其合成過程，再運輸到高爾基體進行再加工，最后經細胞膜分泌到細胞外。
(2)內質網將多肽鏈加工、折疊成具有一定空間結構的蛋白質，高爾基體對來自內質網的蛋白質做進一步的修飾加工。
(3)分泌蛋白由內質網到高爾基體、由高爾基體到細胞膜是以囊泡的形式運輸的。
(4)分泌蛋白的合成、加工和運輸都需要線粒體提供能量。
二、細胞的生物膜系統
1．組成：核膜、細胞膜、細胞器膜等結構。
2．特點
(1)各種生物膜的組成成分和結構很相似。
(2)在結構和功能上緊密聯系，進一步體現了細胞內各種結構之間的協調與配合。
3．功能
(1)細胞膜不僅使細胞具有一個相對穩定的內部環境，同時在細胞與外部環境進行物質運輸、能量轉化和信息傳遞的過程中起著決定性作用。
(2)廣闊的膜面積為多種酶提供了大量的附著位點，有利于許多化學反應的進行。
(3)細胞內的生物膜把細胞器分隔開，使細胞內能夠同時進行多種化學反應，保證了細胞生命活動高效、有序地進行。
[邊角知識發掘]
1.如圖為人體內某種細胞物質的合成和運輸過程(教材P51“思考·討論”發掘)，膜外顆粒狀物質為抗體(一種蛋白質)。請據圖回答：
(1)抗體首先在[③]__________上合成，加工分泌的過程是③→________→________→⑥→⑦(填標號)。
(2)有人把膜結構組成中的[⑥]________比喻為深海中的潛艇，在細胞中穿梭往來，繁忙地運輸著“貨物”，而[④]______________在其中起重要的交通樞紐作用。
(3)在抗體的合成、加工和運輸過程中，需要的能量主要是由[　]________提供的。
答案：(1)核糖體　②　④　(2)囊泡
高爾基體　(3)[⑤]線粒體
2．結合教材P53“圖3 9　內質網膜與細胞膜、核膜的聯系”回答下列問題：
(1)結合上圖，用箭頭表示出三種生物膜在結構上的直接聯系______________________。
提示：核膜內質網細胞膜
(2)分析內質網膜、高爾基體膜和細胞膜在結構上是如何間接聯系的，并說明在功能上有何關系。
①間接聯系：____________________________________________________。
②功能關系：____________________________________________________。
提示：①通過形成囊泡發生結構上的間接聯系　②功能雖然不同，但需要相互協調，共同完成某項生理過程，如分泌蛋白的加工和運輸過程
[教材問題提示]
思考·討論(教材P51)
1．分泌蛋白是在核糖體中合成的。
2．提示：分泌蛋白從合成至分泌到細胞外，經過了核糖體、內質網、高爾基體和細胞膜等結構。分泌蛋白在核糖體上合成，在內質網內加工，由囊泡運輸到高爾基體做進一步的加工，再由囊泡運輸到細胞膜，與細胞膜融合，將蛋白質分泌到細胞外。
3．提示：需要能量，如核糖體在將氨基酸連接成肽鏈的過程中就需要能量，囊泡與細胞膜融合將蛋白質分泌到細胞外的過程也需要能量。這些能量主要是由線粒體通過有氧呼吸提供的。
新知探究一　分泌蛋白的合成和分泌
[在探究中學]
[任務驅動]　
1．根據概念判斷，下列屬于分泌蛋白的是②④⑥⑦。
①血紅蛋白　②胰蛋白酶　③有氧呼吸有關的酶　
④抗體　⑤性激素　⑥胰島素　⑦蠶絲蛋白
2．下圖是分泌蛋白的合成、加工和運輸圖解，據圖回答有關問題：
(1)請根據分泌蛋白的合成、加工和運輸過程，判斷圖中甲～戊的名稱。
提示：甲～戊分別是核糖體、內質網、高爾基體、細胞膜和線粒體。
(2)如果氨基酸被放射性同位素標記，在甲～戊中是否都能檢測到放射性？
提示：不是。線粒體僅為該過程提供能量，放射性不會在線粒體中出現。
(3)歸納總結與分泌蛋白形成相關的細胞器、細胞結構和膜結構。
提示：細胞器：核糖體、內質網、高爾基體、線粒體。細胞結構：核糖體、內質網、高爾基體、線粒體、細胞膜。膜結構：內質網、高爾基體、細胞膜、線粒體。
[師說重難]　
“三看法”透析分泌蛋白的合成、加工和運輸
(1)“一看”與分泌蛋白形成有關的細胞器：核糖體(蛋白質的裝配機器)、內質網(加工車間)、高爾基體(進一步加工包裝)和線粒體(提供能量)。
(2)“二看”標記氨基酸出現的先后順序：核糖體→內質網→囊泡→高爾基體→囊泡→細胞膜(→胞外)，如圖1。
(3)“三看”膜面積變化的結果：內質網面積縮小，細胞膜面積增大，如圖2和圖3。
[在應用中悟]
[典例1]　如圖表示某分泌蛋白的合成、加工和運輸過程，①②③表示細胞器，a、b、c、d表示過程。下列說法錯誤的是(　　)
A．物質X可能是細胞呼吸酶
B．磷脂總量最多的細胞器是①
C．③有兩層生物膜
D．d過程體現了細胞膜具有流動性的特點
[解析]　物質X是分泌蛋白，而細胞呼吸酶是胞內蛋白，物質X不可能是細胞呼吸酶。
[答案]　A
[典例2]　用35S標記一定量的氨基酸，并用來培養哺乳動物的乳腺細胞，測得核糖體、內質網、高爾基體上放射性強度的變化曲線(甲圖)以及在此過程中高爾基體、內質網、細胞膜膜面積的變化曲線(乙圖)。下列分析錯誤的是(　　)
A．甲圖中的a、b、c三條曲線所指代的細胞器分別是核糖體、內質網、高爾基體
B．與乳腺分泌蛋白的合成和分泌密切相關的具膜細胞器是內質網、高爾基體和線粒體
C．乙圖中d、e、f三條曲線所指代的膜結構分別是細胞膜、內質網膜、高爾基體膜
D．35S在細胞各個結構間移動的先后順序是核糖體→內質網→高爾基體→細胞膜
[解析]　蛋白質在核糖體上合成后進入內質網進行初步加工，內質網再以囊泡的形式將蛋白質運送到高爾基體，導致內質網膜面積減少，由此可知 d 為內質網膜；囊泡與高爾基體融合導致高爾基體膜面積增加，被進一步加工的蛋白質再以囊泡的形式從高爾基體運送到細胞膜，導致高爾基體膜面積減少，則f為高爾基體膜；囊泡與細胞膜融合導致細胞膜面積增加，因此膜面積增加的 e 為細胞膜。在此過程中需要消耗的能量主要由線粒體提供。
[答案]　C
[在訓練中評]
1．下列有關分泌蛋白的敘述，錯誤的是(　　)
A．分泌蛋白在細胞內的合成需要核糖體的參與
B．線粒體能為分泌蛋白的合成和運輸提供能量
C．分泌蛋白先經過高爾基體再經過內質網分泌到細胞外
D．分泌蛋白從細胞內排出時，囊泡的膜可與細胞膜融合
解析：選C　分泌蛋白在核糖體上合成，然后依次經過內質網、高爾基體、細胞膜排出細胞，在內質網、高爾基體、細胞膜之間以囊泡的形式進行轉移。該過程需要線粒體提供能量。
2．若用3H標記的亮氨酸注射入小鼠的胰腺細胞內，可以追蹤胰蛋白酶在該細胞內合成和分泌的過程。3H在下列細胞器中出現的順序是(　　)
①核糖體　②線粒體　③高爾基體　④內質網
A．①→②→④　　　　　 B．①→④→③
C．①→②→③ D．①→③→②
解析：選B　結合分泌蛋白的合成和分泌過程可知，出現3H的細胞器依次為核糖體、內質網、高爾基體。
新知探究二　細胞的生物膜系統
[在探究中學]
[任務驅動]　
1．結合下面幾種生物膜的化學成分，分析以下問題
生物膜 蛋白質/% 脂質/% 糖類/%
人紅細胞膜 49 43 8
大鼠肝細胞核膜 59 35 2.9
內質網膜 67 33 含量很少
線粒體外膜 52 48 含量很少
線粒體內膜 76 24 含量很少
(1)相似性：各種生物膜在組成成分的種類上基本相同，都主要由蛋白質和脂質組成。
(2)差異性：各種生物膜在組成成分的含量上有顯著差異，這與不同生物膜功能的復雜程度有關，功能越復雜的生物膜中，蛋白質的種類和數量越多。
2．結合圖解分析細胞內各種膜結構之間的聯系
(1)該圖解說明各種生物膜在結構上相互聯系，其間接聯系是以囊泡的形式實現的。
(2)在功能上的聯系：在分泌蛋白合成、加工、運輸、分泌等過程中，各細胞器之間協調配合。
[師說重難]　
1．構建細胞的生物膜系統概念模型
2．用系統的觀點理解細胞是一個統一的整體
細胞的系統性不僅體現在各結構的分工與合作，還體現在細胞中存在著骨架系統、膜系統等子系統。細胞通過各部分之間的分工及各組合間的協調配合形成一個有機的整體。
[在應用中悟]
[典例1]　(2020·大慶實驗中學期中)下列對生物膜系統的敘述，正確的是(　　)
A．各種生物膜在結構和化學組成上完全相同
B．線粒體、葉綠體、核糖體等都屬于生物膜系統
C．生物膜把細胞質分為多個微小的結構，使多種化學反應同時進行，互不干擾
D．細胞膜是由磷脂分子、蛋白質分子和糖類等物質組成的雙層膜結構
[解析]　各種生物膜的化學組成相似，基本結構相同；在細胞中，許多細胞器都有膜，如內質網、高爾基體等，這些細胞器膜和細胞膜、核膜等結構，共同構成細胞的生物膜系統。核糖體為無膜結構，不屬于生物膜系統的組成；細胞膜是單層膜結構。
[答案]　C
[典例2]　下面為細胞的生物膜系統概念圖，據圖判斷下列敘述正確的是(　　)
A．圖中a、c分別是指細胞膜、具膜細胞器
B．若d是葉綠體，則存在于所有植物細胞中
C．圖中p一定是線粒體的內膜
D．圖中的f和h分別是指內質網和高爾基體
[解析]　生物膜包括核膜、細胞膜和各種細胞器膜等，細胞膜、內質網膜和高爾基體膜在分泌蛋白的加工、運輸和分泌中具有重要作用，據此可知，a是核膜，b是細胞器膜，c是細胞膜。并不是所有的植物細胞中都有葉綠體。線粒體有外膜和內膜。性激素在內質網中合成，據此可判斷f是內質網，h是高爾基體，g是具膜小泡(囊泡)。
[答案]　D
■易錯提醒
正確認識生物膜系統的范圍
(1)生物膜系統主要針對真核細胞而言，是細胞內生物膜的統稱，屬于細胞水平的范疇，而生物體內的有些膜，如視網膜、腸黏膜等，不屬于生物膜。
(2)原核細胞的細胞膜也屬于生物膜，但其沒有核膜及細胞器膜，故原核細胞沒有像真核細胞那樣復雜的生物膜系統。
[在訓練中評]
1．細胞內不同膜結構之間互相轉化，以“囊泡”方式進行的是(　　)
①核膜和內質網膜　②高爾基體膜和細胞膜　③內質網膜和高爾基體膜　④細胞膜和線粒體膜
A．②③　　　　　　　 B．②④
C．③④ D．①②
解析：選A　細胞內的膜結構之間可直接或間接相互聯系。內質網膜可以直接與細胞膜和核膜相連；有的細胞的細胞膜可以直接與線粒體膜相連；內質網通過形成囊泡與高爾基體膜相連；高爾基體通過形成囊泡再與細胞膜相連。
2．下列關于生物膜系統的敘述，正確的是(　　)
A．原核細胞無核膜及細胞器膜，因而不具有生物膜
B．細胞膜功能的復雜程度取決于磷脂的種類和數量
C．內質網膜為多種酶提供了大量的附著位點
D．高爾基體膜與內質網膜在結構上直接聯系
解析：選C　原核細胞具有細胞膜這種膜結構，因此具有生物膜；細胞膜功能的復雜程度取決于蛋白質的種類和數量；高爾基體膜與內質網膜在結構上沒有直接聯系，可以通過具膜的囊泡間接相連。
科學思維——同位素標記法
(一)同位素及其特點
在同一元素中，質子數相同、中子數不同的原子為同位素，如16O與18O,12C與14C。同位素的物理性質可能有差異，但組成的化合物化學性質相同。
(二)同位素標記法
1．原理：用物理性質特殊的同位素來標記化學反應中原子的去向，就是同位素標記法。
2．同位素標記法的一般研究過程
3．同位素標記法的應用
(1)標記某元素，追蹤其轉移途徑，如用18O分別標記CO2和H2O中的O探究光合作用中產生的O2來源于水。
(2)標記特征元素，探究化合物的作用，如分別標記噬菌體的DNA和蛋白質，證明DNA是其遺傳物質。
(3)標記特征化合物，探究詳細的生理過程，研究生物學原理，如同位素標記分泌蛋白的合成和運輸過程。
[素養評價]
1．如圖表示用含3H標記的氨基酸培養液培養某細胞過程中蛋白質的合成和分泌示意圖，則該細胞中出現3H的部位依次為(　　)
A．②→③→④→⑤　　　 B．①→②→③→④
C．①→②→④→⑤ D．①→③→④→⑤
解析：選A　分泌蛋白合成和分泌經過的結構依次為核糖體→內質網→高爾基體→細胞膜。題圖示中①為核膜，②為核糖體，③為內質網，④為高爾基體，⑤為細胞膜。
2．科學家用含3H標記的亮氨酸的培養液培養豚鼠的胰腺腺泡細胞，下表為在腺泡細胞幾種結構中最早檢測到放射性的時間表。下列敘述正確的是(　　)
細胞結構 附有核糖體的內質網 高爾基體 靠近細胞膜的囊泡
時間/min 3 17 117
A．形成分泌蛋白的多肽最早在內質網內合成
B．高爾基體膜向內與內質網膜相連，向外與細胞膜相連
C．高爾基體具有運輸分泌蛋白的作用
D．分泌蛋白合成過程中不需要能量
解析：選C　分泌蛋白是指分泌到細胞外的蛋白質，其合成路徑可以表示為：核糖體→內質網→囊泡→高爾基體→囊泡→細胞膜，按照次序存在時間差；高爾基體與內質網和細胞膜之間以囊泡的形式相聯系，而并非直接相連；分泌蛋白合成過程中主要由線粒體提供能量。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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