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高考生物二輪復習專題專練
(2)　厘清蛋白質的分選與囊泡運輸　　　
從“高度”上研究高考
[典例]　(2021·山東高考)高爾基體膜上的 RS 受體特異性識別并結合含有短肽序列 RS 的蛋白質，以出芽的形式形成囊泡，通過囊泡運輸的方式將錯誤轉運到高爾基體的該類蛋白運回內質網并釋放。RS 受體與 RS 的結合能力隨 pH 升高而減弱。下列說法錯誤的是(　 )
A．消化酶和抗體不屬于該類蛋白
B．該類蛋白運回內質網的過程消耗 ATP
C．高爾基體內 RS 受體所在區域的 pH 比內質網的 pH 高
D．RS 功能的缺失可能會使高爾基體內該類蛋白的含量增加
[解析]　根據題干信息可以得出結論，高爾基體產生的囊泡將錯誤轉運至高爾基體的蛋白質運回內質網，即這些蛋白質不應該運輸至高爾基體，而消化酶和抗體屬于分泌蛋白，需要運輸至高爾基體并發送至細胞外，所以消化酶和抗體不屬于該類蛋白，A正確；細胞通過囊泡運輸需要消耗ATP，B正確；根據題干信息“RS 受體特異性識別并結合含有短肽序列 RS 的蛋白質”“RS 受體與 RS 的結合能力隨 pH 升高而減弱”，如果高爾基體內 RS 受體所在區域的 pH 比內質網的 pH 高，則結合能力減弱，所以可以推測高爾基體內 RS 受體所在區域的 pH 比內質網的 pH 低，C錯誤；如果RS的功能缺失，則受體不能和錯誤的蛋白質結合，并運回內質網，因此可能會使高爾基體內該類蛋白的含量增加，D正確。
[答案]　C
從“深度”上提升知能
(一)圖解蛋白質的分選過程
模型圖示
模型解讀 (1)由游離核糖體合成的蛋白質的去向：細胞質基質、細胞核內、線粒體、葉綠體等； (2)由附著核糖體合成，內質網、高爾基體加工的蛋白質的去向：分泌到細胞外、細胞膜上、溶酶體中； (3)線粒體和葉綠體中的蛋白質一部分由核基因控制、細胞質中游離核糖體合成后轉入其中，還有一部分由線粒體、葉綠體自身的基因控制、自身的核糖體合成
(二)信號識別與囊泡運輸
1．核糖體與內質網之間的識別
信號肽假說認為，經典的蛋白分泌可通過內質網—高爾基體途徑進行。核糖體—新生肽被引導至內質網后(如圖所示)，繼續合成肽鏈，結束后其信號肽被切除，核糖體脫落；肽鏈在內質網中加工后被轉運到高爾基體，最后經細胞膜分泌到細胞外。
2．內質網和高爾基體之間的識別
細胞內部產生的蛋白質被包裹于膜泡形成囊泡，囊泡被分成披網格蛋白小泡、COPⅠ被膜小泡以及COPⅡ被膜小泡三種類型。三種囊泡介導不同途徑的運輸(圖1)，其中COPⅠ被膜小泡以及COPⅡ被膜小泡的識別和運輸過程如圖2所示。
圖1
圖2
3．受體介導的囊泡運輸
囊泡運輸是一種高度有組織的定向運輸，各類囊泡之所以能夠被準確地運到靶細胞器或靶細胞，主要是因為靶細胞器或靶細胞具有特殊的膜標志蛋白，囊泡通過與特殊的膜標志蛋白相互識別，進行囊泡運輸。
從“寬度”上拓展訓練
1．囊泡是細胞內各種生物膜結構之間進行物質運輸的“通道”，囊泡運輸參與細胞多項重要的生命活動。下列敘述錯誤的是(　 )
A．囊泡參與分泌蛋白的運輸，該過程中高爾基體起重要的交通樞紐作用
B．神經元中的囊泡與突觸前膜融合后釋放神經遞質，一定會引起突觸后膜產生興奮
C．病原體被吞噬細胞吞噬后經囊泡運輸到溶酶體分解，部分產物可被細胞再利用
D．胰島素的靶細胞中囊泡移向細胞膜釋放葡萄糖載體蛋白，有利于降低血糖含量
解析：選B　分泌蛋白的運輸過程與內質網、囊泡、高爾基體有關，其中高爾基體起著重要的交通樞紐作用，A正確；神經元中的囊泡與突觸前膜融合后釋放神經遞質，不一定會引起突觸后膜產生興奮，因為引發突觸后膜產生興奮的神經遞質必須是興奮性遞質，并且刺激需要達到一定強度，即閾刺激，B錯誤；吞噬細胞吞噬病原體后經囊泡運輸到溶酶體，溶酶體中的水解酶，將抗原消化分解掉，分解后的產物如果對細胞有用，可以再利用，廢物則被排出細胞，C正確；胰島素與靶細胞表面受體結合后，經一系列信號轉導過程，促進包裹著葡萄糖載體蛋白的囊泡向細胞膜移動并釋放葡萄糖載體蛋白，有利于降低血糖含量，D正確。
2．多肽鏈進入內質網加工后，有些被運送到細胞其他部位稱為運出蛋白，有些留在內質網稱為駐留蛋白。駐留蛋白的羧基端有一段特殊的四肽序列(KDEL)，如果該蛋白被意外地包裝進入轉運囊泡，就會從內質網逃逸到高爾基體，高爾基體膜內側的KDEL受體就會識別并結合KDEL將它們回收到內質網。下列說法錯誤的是(　 )
A．多肽鏈與核糖體一起轉移到內質網上完成合成后加工形成有功能的蛋白
B．駐留蛋白可能參與運出蛋白的折疊與組裝
C．高爾基體膜通過轉運囊泡轉化為內質網膜，依賴于膜的流動性
D．內質網膜、轉運囊泡膜、高爾基體膜內側都含有KDEL受體
解析：選D　多肽鏈與核糖體一起轉移到內質網上完成合成后加工形成有功能的蛋白，A正確；駐留蛋白的羧基端有一段特殊的四肽序列(KDEL)，駐留在內質網，可能參與運出蛋白的折疊與組裝，B正確；高爾基體膜通過轉運囊泡轉化為內質網膜，依賴于膜的流動性，實現了膜的融合，C正確；駐留蛋白的羧基端有一段特殊的四肽序列(KDEL)，駐留蛋白意外地包裝進入轉運囊泡，就會從內質網逃逸到高爾基體，高爾基體膜內側的KDEL受體就會識別并結合KDEL將它們回收到內質網，此過程中的轉運囊泡膜內側沒有KDEL受體，D錯誤。
3．研究發現，游離核糖體能否轉變成內質網上的附著核糖體，取決于該游離核糖體最初合成的多肽鏈上是否含有信號肽(SP)以及信號識別顆粒(SRP)。SRP與SP結合可引導新合成的多肽鏈進入內質網腔進行加工，經囊泡包裹離開內質網的蛋白質均不含SP，此時的蛋白質一般無活性。下列相關推測不合理的是(　 )
A．分泌蛋白基因中有控制SP合成的脫氧核苷酸序列
B．內質網腔內含有能在特定位點催化肽鍵水解的有機物
C．SP合成缺陷的細胞中，分泌蛋白會聚集在內質網腔
D．經囊泡包裹離開內質網的蛋白質可能需要高爾基體的進一步加工
解析：選C　分泌蛋白基因中有控制信號肽(SP)合成的脫氧核苷酸序列，A正確；經囊泡包裹離開內質網的蛋白質上均不含信號肽，說明在內質網腔內信號肽被切除，進而說明內質網腔內含有能在特定位點催化肽鍵水解的有機物(酶)，B正確；SRP與SP結合可引導新合成的多肽鏈進入內質網腔進行加工，SP合成缺陷的細胞中，不會合成SP，因此不會進入內質網中，C錯誤；由題干信息可知，經囊泡包裹離開內質網的蛋白質一般無活性，推測這些蛋白質可能還需要在高爾基體內進一步加工，D正確。
[微課微練·一點一評]
一、選擇題
1．蓖麻細胞內游離核糖體的小亞基與mRNA結合后，招募核糖體大亞基開始合成一段信號肽，信號肽被內質網上的受體識別后進入網腔延伸、加工形成蓖麻毒素前體(PRC)，核糖體隨后解體，PRC經高爾基體加工后繼續以囊泡的形式運往液泡并降解部分肽段成為蓖麻毒素。蓖麻毒素常被用來合成免疫毒素破壞靶細胞的核糖體。下列說法錯誤的是(　 )
A．信號肽是核糖體附著在內質網上的關鍵物質
B．蓖麻毒素是在液泡內加工成熟并進行儲存的
C．蛋白質合成過程中核糖體的位置和數量是動態變化的
D．PRC以囊泡形式運往液泡以防止自身核糖體遭到破壞
解析：選D　結合分析可知，游離的核糖體需要借助于信號肽進入內質網，故信號肽是核糖體附著在內質網上的關鍵物質，A正確；PRC經高爾基體加工后，以囊泡的形式進入液泡，蓖麻毒素是在液泡內加工成熟并進行儲存的，B正確；結合分析可知，蛋白質合成過程中游離核糖體會逐漸轉變為內質網上附著型核糖體，該過程中核糖體的位置和數量是動態變化的，C正確；PRC是蓖麻毒素的前體物質，其形成蓖麻毒素的過程中核糖體已經解體，結合題意“蓖麻毒素常被用來合成免疫毒素破壞靶細胞的核糖體”可知，能破壞核糖體的物質是蓖麻毒素，故蓖麻毒素在液泡中成熟是防止蓖麻毒素毒害自身核糖體，D錯誤。
2．如圖表示細胞中某些蛋白質從起始合成部位轉運到其發揮功能部位的過程。下列敘述錯誤的是(　 )
A．圖中含有核糖核酸的無膜細胞器有1種
B．組成胰島素的肽鏈在核糖體上完全合成后，再進入內質網腔中進行加工
C．溶酶體中的水解酶在核糖體上合成后，需經內質網和高爾基體加工
D．圖中溶酶體的形成和衰老線粒體的清除過程都體現了生物膜的流動性
解析：選B　圖中無膜且含有核糖核酸的細胞器只有核糖體，A正確；胰島素是分泌蛋白，據圖可知，分泌蛋白在核糖體上合成一段肽鏈后，就轉移到內質網腔中進行加工，B錯誤；由題圖可知溶酶體中的水解酶化學本質是蛋白質，在核糖體上合成后，需經內質網和高爾基體加工，C正確；溶酶體的形成和衰老線粒體的清除過程都有膜融合過程，體現了生物膜的流動性，D正確。
3．科學家發現在內質網和高爾基體之間存在著一個中間膜區室，稱為內質網—高爾基體中間體(ERGIC)，大多膜蛋白、分泌蛋白合成過程中途經內質網—高爾基體膜泡運輸至細胞不同部位。在這一過程中，如果蛋白質錯誤分選運輸至ERGIC，ERGIC會產生反向運輸的膜泡將貨物運回至內質網；對于正確分選的蛋白質，ERGIC通過膜泡順向運輸至高爾基體，再輸送到特定的區域，下列有關敘述錯誤的是(　 )
A．ERGIC對貨物運輸方向性選擇與膜蛋白的特異性識別有關
B．此過程體現了生物膜系統在信息傳遞中的重要作用
C．若內質網—高爾基體中間體功能發生紊亂，可能誘發細胞凋亡
D．此過程中，內質網起到了交通樞紐的作用
解析：選D　由題意分析可知，ERGIC對貨物運輸方向性選擇與膜蛋白的特異性識別有關，A正確；根據題干可知，ERGIC會產生不同的膜泡將貨物運到不同的地方，體現了生物膜系統在信息傳遞中的重要作用，B正確；若內質網—高爾基體中間體功能發生紊亂，機體為了維持生物體正常發育，可能誘發細胞凋亡，C正確；根據題干分析可知，此過程中，內質網—高爾基體中間體起到了交通樞紐的作用，D錯誤。
4．內質網是蛋白質等大分子物質合成加工場所，在粗面內質網中能將多肽鏈折疊、加工成具有一定空間結構的蛋白質。缺氧時可能會導致內質網腔內出現錯誤折疊蛋白和未折疊蛋白聚集等現象，被稱為內質網應激。腫瘤細胞有保護機制可在內質網中促進未折疊蛋白的正常折疊并轉運，以維持腫瘤細胞的存活和轉移。下列敘述錯誤的是(　 )
A．粗面內質網是由核糖體和內質網共同組成的復合體
B．內質網可以通過出芽方式，將蛋白質轉運到高爾基體
C．蛋白質錯誤折疊和未折疊蛋白聚集有利于腫瘤細胞轉移
D．腫瘤細胞這種保護機制可能使其能耐受缺氧等環境
解析：選C　粗面內質網是由核糖體和內質網共同組成的復合體，A正確；內質網可以通過出芽方式形成囊泡，將蛋白質轉運到高爾基體，B正確；蛋白質錯誤折疊和未折疊蛋白聚集，會激發腫瘤細胞的保護機制，以維持腫瘤細胞的存活和轉移，但并不是利于腫瘤細胞轉移，C錯誤；缺氧時會導致內質網腔內出現錯誤折疊蛋白和未折疊蛋白聚集，腫瘤細胞的保護機制可在內質網中促進未折疊蛋白的正常折疊并轉運，以維持腫瘤細胞的存活和轉移，所以腫瘤細胞這種保護機制可能使其能耐受缺氧等環境，D正確。
5．線粒體中的部分蛋白質是由核基因編碼。先在線粒體外合成前體蛋白，然后在信號序列的引導下，進入線粒體加工為成熟蛋白質。過程如圖所示。下列推測正確的是(　 )
A．前體蛋白進入線粒體時，空間結構發生了改變
B．前體蛋白在線粒體內加工成熟的過程不需要酶的參與
C．線粒體外的蛋白質分子直徑小于轉運通道直徑，就可進入線粒體
D．前體蛋白信號序列與受體識別的過程體現了生物膜之間的信息交流
解析：選A　前體蛋白進行跨膜運輸之前需要解折疊為松散結構，據圖可知其空間結構發生了變化，A正確；前體蛋白在線粒體內加工成熟的過程需要相關蛋白酶水解，并切除信號序列，B錯誤；核基因控制的蛋白質有選擇性地進入線粒體中，并不是直徑小于轉運通道直徑，就可進入線粒體，C錯誤；前體蛋白信號序列與受體識別的過程沒有生物膜之間的信息交流，D錯誤。
二、非選擇題
6．高爾基體在細胞內物質的運輸中起著重要樞紐作用，分泌蛋白、細胞膜上的膜蛋白以及溶酶體中的酸性水解酶等蛋白質的定向轉運過程都是通過高爾基體完成的。如圖表示高爾基體定向轉運不同蛋白質時的不同機制，其一是激素合成后隨即被釋放到細胞外，稱為組成型分泌途徑；其二是激素合成后暫時儲存在細胞內，受到細胞外信號刺激時再釋放到細胞外，稱為可調節型分泌途徑。請回答：
(1)分泌蛋白、細胞膜上的膜蛋白以及溶酶體中的酸性水解酶的合成、加工和轉運過程，需要________________________和高爾基體等細胞器的參與，這體現了細胞中各種細胞器之間的______________________關系。
(2)溶酶體酶包裝時，酸性水解酶先與M6P受體結合，然后高爾基體以出芽的形式形成囊泡。若__________(填“促進”或“抑制”)M6P受體基因的表達，則衰老和損傷的細胞器會在細胞內積累。
(3)為探究胰島素的分泌途徑，某研究小組進行如下實驗。請完成下表：(培養液中葡萄糖濃度均為1.5 g/L)
實驗處理 預測實驗結果 推出結論
甲組：培養液＋胰島B細胞＋X物質(蛋白質合成抑制劑，用生理鹽水配制) 乙組：培養液＋胰島B細胞＋________________________ 一定時間內兩組培養液都檢測出相同量胰島素 胰島素只存在可調節型分泌途徑
只在乙組培養液檢測出胰島素 胰島素只存在組成型分泌途徑
____________________________ 胰島素存在兩種分泌途徑
解析：(1)分泌蛋白、細胞膜上的膜蛋白以及溶酶體中的酸性水解酶在核糖體合成后，均需要經過內質網與高爾基體的加工、包裝與運輸，并且需要線粒體提供能量，體現了細胞器之間的分工與合作。(2)溶酶體內部含有多種水解酶，作用是分解衰老、損傷的細胞器，吞噬并殺死侵入細胞的病毒或細菌。從圖中可知，在M6P受體的作用下，來自高爾基體的蛋白質成為溶酶體酶，若要使衰老和損傷的細胞器在細胞內積累，需要減少溶酶體酶的數量，因此可通過抑制M6P受體基因的表達來實現。(3)該實驗目的是探究胰島素的分泌途徑，實驗的自變量為蛋白質合成抑制劑的有無，甲組加入的是蛋白質合成抑制劑，為實驗組，則乙組為對照組，應該加入等量生理鹽水。實驗因變量是胰島素的含量，若胰島素只存在可調節型分泌途徑，則一定時間內兩組培養液都檢測出相同量胰島素；若胰島素只存在組成型分泌途徑，則只在乙組培養液檢測出胰島素；若胰島素存在兩種分泌途徑，則甲組檢測到較少胰島素，乙組檢測到較多胰島素。
答案：(1)核糖體、內質網、線粒體　分工與合作(協調配合)　(2)抑制　(3)等量生理鹽水　甲組檢測到較少胰島素，乙組檢測到較多胰島素

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