資源簡介

第3章 細胞的基本結構
第2節 細胞器之間的分工合作
第2課時 細胞器之間的協調配合和細胞的生物膜系統
素養導引
1.生命觀念:運用結構與功能觀和系統觀,分析生物膜之間的聯系。
2.科學思維:闡明細胞各部分通過分工合作,共同完成某項生理活動。
3.科學探究:結合分泌蛋白的研究過程,體會同位素標記法在科學探究中的應用。
4.社會責任:關注人工合成膜材料的研究進展及在醫療方面的應用。
一、細胞器之間的協調配合
1.分泌蛋白:
(1)概念:在細胞內合成后,分泌到細胞外起作用的蛋白質。
(2)舉例:消化酶、抗體和一部分激素等。
2.分泌蛋白的合成與運輸:
(1)研究方法:同位素標記法。
(2)分泌蛋白合成和分泌的過程。
[思考]　用3H標記亮氨酸,可以追蹤分泌蛋白的合成與分泌過程。若用3H標記脫氧核苷酸、核糖核苷酸、葡萄糖,可追蹤哪些物質的合成途徑及合成后的去向
提示:分別追蹤DNA、RNA、多糖等物質的合成途徑及合成后的去向。
二、細胞的生物膜系統
1.組成:細胞膜、細胞器膜和核膜等結構。
2.特點:
(1)組成成分和結構:很相似。
(2)結構和功能:緊密聯系。
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附著位點,有利于許多重要化學反應的進行。
(3)生物膜把各種細胞器分隔開,使細胞內能夠同時進行多種化學反應,而不會互相干擾,保證了細胞生命活動高效、有序地進行。
[思考]　中心體和核糖體屬于細胞的生物膜系統嗎 為什么
提示:不屬于。中心體和核糖體是不具有膜結構的細胞器。
【走進生活】
　血液透析膜是一種人工合成的膜材料,當病人血液流經人工腎時,血液透析膜就能把病人血液中的代謝廢物透析掉,讓干凈的血液返回病人體內。結合所學知識判斷:
1.人工膜與生物膜相似,具有選擇透過性。 (√)
2.人工膜可能由一層磷脂分子構成基本支架。 (×)
分析:人工膜模擬的是生物膜,與生物膜在結構上具有相似性,都由兩層磷脂分子構成基本支架。
學習任務一:細胞器之間的協調配合
1.分泌蛋白和胞內蛋白:
項目 分泌蛋白 胞內蛋白(溶酶體蛋白、質膜蛋白除外)
合成場所 先在細胞質基質中的核糖體上合成,然后轉移到內質網上繼續合成 游離的核糖體
作用場所 細胞外 細胞內
實例 消化酶、抗體、部分激素等 呼吸酶、血紅蛋白等
2.分泌蛋白的合成、加工、運輸過程:
(1)參與該過程的細胞器和結構:核糖體、內質網、高爾基體、線粒體和細胞膜。其中不具有膜結構的細胞器是核糖體,屬于細胞結構,但不屬于細胞器的為細胞膜。
(2)各種膜面積的變化:
圖甲和圖乙分別以曲線圖和直方圖形式表示在分泌蛋白加工、運輸過程中,內質網膜面積減小,高爾基體膜面積基本不變,細胞膜面積相對增大。
(3)蛋白質分泌過程中放射性強度變化:
①用放射性同位素標記氨基酸后,最先檢測到放射性出現在核糖體上,然后依次出現在粗面內質網、高爾基體和細胞膜等結構上。
②同位素標記法利用物理性質特殊的同位素來標記化學反應中原子的去向,可以追蹤物質的運行和變化規律。
　　　　　　　【拓展歸納】
“三看法”解讀分泌蛋白的合成、加工和運輸
【學習加點料】
教材開發:P51【思考·討論】拓展
分泌蛋白從合成至分泌到細胞外,經歷了哪些細胞結構 若追蹤的是結構蛋白,放射性可能出現在細胞膜上嗎
提示:經歷了核糖體、內質網、高爾基體、細胞膜;可能,因為細胞膜上有蛋白質。
【典題例析】
　(2022·德州高一檢測)接種卡介苗經過一段時間后,血液中就會出現結核桿菌抗體①,這種抗體的基本結構單位和細胞合成及加工抗體的細胞器②依次是 (　　)
A.氨基酸、核糖體、內質網、高爾基體、線粒體
B.葡萄糖、核糖體、內質網、高爾基體
C.氨基酸、核糖體、內質網、高爾基體
D.核苷酸、核糖體、內質網、高爾基體、線粒體
[解題思維]
提取關鍵點 ①血液中就會出現結核桿菌抗體②合成及加工抗體的細胞器
轉化知識點 分泌蛋白合成場所和加工場所
排除障礙點 線粒體提供能量,不參與抗體的合成及加工
【解析】選C。抗體的化學本質是蛋白質,其基本組成單位是氨基酸;抗體是一種分泌蛋白,合成分泌蛋白的細胞器是核糖體,加工分泌蛋白的細胞器是內質網、高爾基體,線粒體只是提供能量,不對蛋白質進行加工。
[借題發揮]　與抗體合成和分泌直接相關的細胞結構有哪些
提示:核糖體、內質網、高爾基體、細胞膜和線粒體。
【即學即練】
1.(2022·海淀區高一檢測)核糖體合成的分泌蛋白,經高爾基體加工后與高爾基體膜內表面的受體結合,啟動囊泡的形成,以便于分泌蛋白的運輸和分泌。下列分析錯誤的是 (　　)
A.內質網通過囊泡將蛋白質運輸到高爾基體進行進一步加工
B.高爾基體中堆積蛋白質可能影響細胞內繼續合成、加工該種蛋白質
C.囊泡與靶膜的結合依賴于信號分子與膜上的受體相互識別
D.分泌蛋白的合成與游離核糖體無關
【解析】選D。內質網通過囊泡將蛋白質運輸到高爾基體進行進一步加工,A正確;高爾基體能加工來自內質網的蛋白質,高爾基體中堆積蛋白質可能影響細胞內繼續合成、加工該種蛋白質,B正確;囊泡與靶膜的結合依賴于信號分子與膜上的受體相互識別,只有二者相互識別并特異性結合后方可實現囊泡和靶膜的融合,C正確;合成分泌蛋白時,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,D錯誤。
2.用35S標記一定量的氨基酸,研究胰島素的合成和分泌過程。測得與之密切相關的三種細胞器上放射性強度的變化曲線,如圖所示。下列敘述不正確的是 (　　)
A.圖中a曲線對應的細胞器是核糖體
B.圖中b、c屬于細胞中的生物膜系統
C.圖中a、b、c都具有蛋白質加工功能
D.35S被細胞排出需要通過細胞膜完成
【解析】選C。分泌蛋白合成、分泌依次經過的結構為:核糖體→內質網→高爾基體→細胞膜,根據放射性強度中,a、b、c順次出現高峰,判斷a是核糖體,b是內質網,c是高爾基體。由以上分析可知,圖中a曲線對應的細胞器是核糖體,A正確;b是內質網,c是高爾基體,兩者都含單層膜結構,因此都屬于生物膜系統,B正確;a為核糖體,是合成蛋白質的場所,但不能對蛋白質進行加工,C錯誤;囊泡轉運到細胞膜,與細胞膜融合,將35S標記的胰島素分泌到細胞外,D正確。
3.(2021·宿州高一檢測)組成生物體的蛋白質大多數是在細胞質中的核糖體上合成的,各種蛋白質合成之后要分別運送到細胞中的不同部位,以保證細胞生命活動的正常進行。如圖表示分泌蛋白的合成、加工和運輸過程,①②③表示細胞器,a、b、c表示某些過程。下列敘述中錯誤的是 (　　)
A. 胃蛋白酶、血紅素都屬于分泌蛋白
B.a表示脫水縮合過程,b、c表示蛋白質的加工及運輸過程
C.①②③分別是內質網、高爾基體和線粒體
D.該過程可以體現細胞器之間既有分工又密切合作
【解析】選A。胃蛋白酶屬于分泌蛋白,血紅素是胞內蛋白,A錯誤;a表示氨基酸脫水縮合形成多肽,b表示內質網對肽鏈進行加工,形成較成熟的蛋白質,c表示高爾基體對蛋白質進一步加工及運輸過程,B正確;由圖可知,①②③分別是內質網、高爾基體和線粒體,C正確;分泌蛋白合成過程可以說明細胞器的結構和功能之間具有密切的聯系,D正確。
學習任務二:細胞的生物膜系統
1.各種生物膜在化學組成上的聯系:
2.各種生物膜在結構和功能上的聯系:
(1)各種生物膜在結構上大致相同,都是由磷脂雙分子層構成基本支架,蛋白質分子分布其中,都具有一定的流動性。
(2)在結構上具有一定的連續性,如圖所示:
(3)在功能上的聯系:在分泌蛋白的合成、加工、運輸、分泌過程中,各細胞器之間協調配合。
[思考探究]　比較幾種生物膜的化學成分,回答下列問題:
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
從上表數據可以看出,各種生物膜的化學組成和含量各有什么關系
提示:化學組成基本相同,含量各不相同。
【學習加點料】
　思維易錯:分泌蛋白合成及分泌過程中形成的囊泡的膜是否屬于生物膜系統 視網膜、腸黏膜是否屬于生物膜系統
提示:囊泡屬于生物膜系統。視網膜、腸黏膜不屬于生物膜系統。
【典題例析】
　細胞內有三種膜是可以通過囊泡相互轉變的,這三種膜是 (　　)
A.核膜、高爾基體膜、線粒體膜
B.內質網膜、高爾基體膜、液泡膜
C.內質網膜、高爾基體膜、細胞膜
D.高爾基體膜、溶酶體膜、線粒體膜
[解題思維]
提取關鍵點 可以通過囊泡相互轉變
轉化知識點 生物膜之間的聯系
排除障礙點 核膜與內質網膜直接相連,內質網膜與細胞膜直接相連
【解析】選C。核膜不能通過囊泡與高爾基體膜相互轉變,A錯誤;液泡膜不能通過囊泡與高爾基體膜相互轉變,B錯誤;內質網膜、高爾基體膜、細胞膜能通過囊泡相互轉變,C正確;溶酶體膜、線粒體膜不能通過囊泡相互轉變,D錯誤。
【即學即練】
1.下列有關生物膜系統的敘述,正確的是 (　　)
A.細胞膜、膀胱膜等都屬于細胞的生物膜系統
B.所有的酶都附著在生物膜上
C.分泌蛋白合成和運輸過程中,內質網膜面積減小,細胞膜的面積增大
D.生物膜的組成成分和結構都是一樣的
【解析】選C。細胞膜、細胞器膜和核膜等都屬于細胞的生物膜系統,膀胱膜不屬于生物膜系統,A錯誤;生物體內的消化酶沒有附著在生物膜上,B錯誤;分泌蛋白合成和運輸過程中,內質網膜形成的囊泡與高爾基體膜融合而導致膜面積減小,細胞膜接受來自高爾基體的囊泡而導致膜面積增大,C正確;生物膜的組成成分基本相同,結構相似,D錯誤。
2.細胞膜、核膜及細胞器膜等統稱為生物膜。下列關于生物膜的敘述,錯誤的是 (　　)
①各種生物膜的化學組成和結構完全相同
②各種細胞器膜在結構上都是各自獨立的
③細胞膜在細胞與環境之間進行物質運輸、能量轉化、信息傳遞的過程中起重要作用
④生物膜把細胞質分隔成多個微小的結構,使多種化學反應同時進行,而互不干擾
⑤細胞內廣闊的膜面積為酶提供大量的附著位點,為多種化學反應的進行提供條件
A.②④ B.②③
C.③⑤ D.①②
【解析】選D。①各種生物膜的化學組成和結構相似,①錯誤;②內質網內連核膜,外連細胞膜,說明生物膜在結構上并不是獨立的,②錯誤;③細胞膜在細胞與環境之間進行物質運輸、能量轉化、信息傳遞的過程中起重要作用,③正確;④生物膜把細胞質分隔成多個微小的結構,使多種化學反應同時進行,而互不干擾,④正確;⑤細胞內廣闊的膜面積為酶提供了大量的附著位點,為多種化學反應的進行提供了條件,⑤正確。綜上分析可知,D符合題意。
　　　蠶的絲腺細胞在5齡的初期主要是細胞本身增大,這時細胞質中的核糖體多為游離型的,而內質網很貧乏。但到5齡的后半期,腺細胞開始大量產生絲心蛋白,核糖體都與內質網結合,形成發達的粗面內質網。
探究:
(1)結合信息分析,5齡初期,核糖體多為游離型的原因是什么
(2)結合信息分析,5齡的后半期,形成發達的粗面內質網的原因是什么
(3)與絲心蛋白形成有關的細胞器有哪些
【解析】(1)5齡初期,細胞自身在生長,合成的胞內蛋白用于細胞自身,故游離的核糖體較多。
(2)5齡后半期,產生絲心蛋白,此時形成發達的粗面內質網,因為絲心蛋白屬于分泌蛋白,粗面內質網參與分泌蛋白的合成與加工。
(3)與分泌蛋白形成有關的細胞器有核糖體、內質網、高爾基體和線粒體。
答案:(1)合成的蛋白質用于細胞自身的生長
(2)絲心蛋白屬于分泌蛋白,粗面內質網參與分泌蛋白的合成與加工
(3)核糖體、內質網、高爾基體和線粒體
【關鍵能力·素養發展】
情境載體 情境類型為生活、學習和實踐情境,突出與生活的聯系
關鍵能力　↓信息轉化 ①核糖體的類型
②不同蛋白質的合成場所③分泌蛋白的形成
學科素養 培養生命觀念中的結構與功能觀、科學思維中的分析與比較等素養
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