【学案】 第3章　第2节　第2课时　细胞器之间的协调配合　生物学人教版（2019） 必修1

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第2课时　细胞器之间的协调配合
学有目标——课标要求必明 记在平时——核心语句必背
1.掌握分泌蛋白的合成和运输过程。2.简述生物膜系统的组成和功能。3.用系统观分析细胞中部分与整体、结构和功能的统一性。 1.与分泌蛋白合成、加工、运输有关的细胞器是核糖体、内质网、高尔基体和线粒体。2.细胞膜、核膜和细胞器膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统。3.直接相连的生物膜有内质网膜与核膜、内质网膜与细胞膜。4.生物膜系统在物质运输、能量转换、信息传递、酶的附着及使细胞内部区域化方面有重要作用。
[主干知识梳理]
一、细胞器之间的协调配合
1．分泌蛋白的概念及实例
(1)概念：在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的一类蛋白质。
(2)实例：消化酶、抗体和一部分激素。
2．分泌蛋白合成和分泌的过程
用3H标记亮氨酸，探究分泌蛋白在细胞中的合成、运输与分泌途径。如图中箭头所示：
(1)分泌蛋白首先在游离的核糖体中以氨基酸为原料开始多肽链的合成，当合成了一段肽链后，这段肽链会与核糖体一起转移到粗面内质网上继续其合成过程，再运输到高尔基体进行再加工，最后经细胞膜分泌到细胞外。
(2)内质网将多肽链加工、折叠成具有一定空间结构的蛋白质，高尔基体对来自内质网的蛋白质做进一步的修饰加工。
(3)分泌蛋白由内质网到高尔基体、由高尔基体到细胞膜是以囊泡的形式运输的。
(4)分泌蛋白的合成、加工和运输都需要线粒体提供能量。
二、细胞的生物膜系统
1．组成：核膜、细胞膜、细胞器膜等结构。
2．特点
(1)各种生物膜的组成成分和结构很相似。
(2)在结构和功能上紧密联系，进一步体现了细胞内各种结构之间的协调与配合。
3．功能
(1)细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内部环境，同时在细胞与外部环境进行物质运输、能量转化和信息传递的过程中起着决定性作用。
(2)广阔的膜面积为多种酶提供了大量的附着位点，有利于许多化学反应的进行。
(3)细胞内的生物膜把细胞器分隔开，使细胞内能够同时进行多种化学反应，保证了细胞生命活动高效、有序地进行。
[边角知识发掘]
1.如图为人体内某种细胞物质的合成和运输过程(教材P51“思考·讨论”发掘)，膜外颗粒状物质为抗体(一种蛋白质)。请据图回答：
(1)抗体首先在[③]__________上合成，加工分泌的过程是③→________→________→⑥→⑦(填标号)。
(2)有人把膜结构组成中的[⑥]________比喻为深海中的潜艇，在细胞中穿梭往来，繁忙地运输着“货物”，而[④]______________在其中起重要的交通枢纽作用。
(3)在抗体的合成、加工和运输过程中，需要的能量主要是由[　]________提供的。
答案：(1)核糖体　②　④　(2)囊泡
高尔基体　(3)[⑤]线粒体
2．结合教材P53“图3 9　内质网膜与细胞膜、核膜的联系”回答下列问题：
(1)结合上图，用箭头表示出三种生物膜在结构上的直接联系______________________。
提示：核膜内质网细胞膜
(2)分析内质网膜、高尔基体膜和细胞膜在结构上是如何间接联系的，并说明在功能上有何关系。
①间接联系：____________________________________________________。
②功能关系：____________________________________________________。
提示：①通过形成囊泡发生结构上的间接联系　②功能虽然不同，但需要相互协调，共同完成某项生理过程，如分泌蛋白的加工和运输过程
[教材问题提示]
思考·讨论(教材P51)
1．分泌蛋白是在核糖体中合成的。
2．提示：分泌蛋白从合成至分泌到细胞外，经过了核糖体、内质网、高尔基体和细胞膜等结构。分泌蛋白在核糖体上合成，在内质网内加工，由囊泡运输到高尔基体做进一步的加工，再由囊泡运输到细胞膜，与细胞膜融合，将蛋白质分泌到细胞外。
3．提示：需要能量，如核糖体在将氨基酸连接成肽链的过程中就需要能量，囊泡与细胞膜融合将蛋白质分泌到细胞外的过程也需要能量。这些能量主要是由线粒体通过有氧呼吸提供的。
新知探究一　分泌蛋白的合成和分泌
[在探究中学]
[任务驱动]　
1．根据概念判断，下列属于分泌蛋白的是②④⑥⑦。
①血红蛋白　②胰蛋白酶　③有氧呼吸有关的酶　
④抗体　⑤性激素　⑥胰岛素　⑦蚕丝蛋白
2．下图是分泌蛋白的合成、加工和运输图解，据图回答有关问题：
(1)请根据分泌蛋白的合成、加工和运输过程，判断图中甲～戊的名称。
提示：甲～戊分别是核糖体、内质网、高尔基体、细胞膜和线粒体。
(2)如果氨基酸被放射性同位素标记，在甲～戊中是否都能检测到放射性？
提示：不是。线粒体仅为该过程提供能量，放射性不会在线粒体中出现。
(3)归纳总结与分泌蛋白形成相关的细胞器、细胞结构和膜结构。
提示：细胞器：核糖体、内质网、高尔基体、线粒体。细胞结构：核糖体、内质网、高尔基体、线粒体、细胞膜。膜结构：内质网、高尔基体、细胞膜、线粒体。
[师说重难]　
“三看法”透析分泌蛋白的合成、加工和运输
(1)“一看”与分泌蛋白形成有关的细胞器：核糖体(蛋白质的装配机器)、内质网(加工车间)、高尔基体(进一步加工包装)和线粒体(提供能量)。
(2)“二看”标记氨基酸出现的先后顺序：核糖体→内质网→囊泡→高尔基体→囊泡→细胞膜(→胞外)，如图1。
(3)“三看”膜面积变化的结果：内质网面积缩小，细胞膜面积增大，如图2和图3。
[在应用中悟]
[典例1]　如图表示某分泌蛋白的合成、加工和运输过程，①②③表示细胞器，a、b、c、d表示过程。下列说法错误的是(　　)
A．物质X可能是细胞呼吸酶
B．磷脂总量最多的细胞器是①
C．③有两层生物膜
D．d过程体现了细胞膜具有流动性的特点
[解析]　物质X是分泌蛋白，而细胞呼吸酶是胞内蛋白，物质X不可能是细胞呼吸酶。
[答案]　A
[典例2]　用35S标记一定量的氨基酸，并用来培养哺乳动物的乳腺细胞，测得核糖体、内质网、高尔基体上放射性强度的变化曲线(甲图)以及在此过程中高尔基体、内质网、细胞膜膜面积的变化曲线(乙图)。下列分析错误的是(　　)
A．甲图中的a、b、c三条曲线所指代的细胞器分别是核糖体、内质网、高尔基体
B．与乳腺分泌蛋白的合成和分泌密切相关的具膜细胞器是内质网、高尔基体和线粒体
C．乙图中d、e、f三条曲线所指代的膜结构分别是细胞膜、内质网膜、高尔基体膜
D．35S在细胞各个结构间移动的先后顺序是核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜
[解析]　蛋白质在核糖体上合成后进入内质网进行初步加工，内质网再以囊泡的形式将蛋白质运送到高尔基体，导致内质网膜面积减少，由此可知 d 为内质网膜；囊泡与高尔基体融合导致高尔基体膜面积增加，被进一步加工的蛋白质再以囊泡的形式从高尔基体运送到细胞膜，导致高尔基体膜面积减少，则f为高尔基体膜；囊泡与细胞膜融合导致细胞膜面积增加，因此膜面积增加的 e 为细胞膜。在此过程中需要消耗的能量主要由线粒体提供。
[答案]　C
[在训练中评]
1．下列有关分泌蛋白的叙述，错误的是(　　)
A．分泌蛋白在细胞内的合成需要核糖体的参与
B．线粒体能为分泌蛋白的合成和运输提供能量
C．分泌蛋白先经过高尔基体再经过内质网分泌到细胞外
D．分泌蛋白从细胞内排出时，囊泡的膜可与细胞膜融合
解析：选C　分泌蛋白在核糖体上合成，然后依次经过内质网、高尔基体、细胞膜排出细胞，在内质网、高尔基体、细胞膜之间以囊泡的形式进行转移。该过程需要线粒体提供能量。
2．若用3H标记的亮氨酸注射入小鼠的胰腺细胞内，可以追踪胰蛋白酶在该细胞内合成和分泌的过程。3H在下列细胞器中出现的顺序是(　　)
①核糖体　②线粒体　③高尔基体　④内质网
A．①→②→④　　　　　 B．①→④→③
C．①→②→③ D．①→③→②
解析：选B　结合分泌蛋白的合成和分泌过程可知，出现3H的细胞器依次为核糖体、内质网、高尔基体。
新知探究二　细胞的生物膜系统
[在探究中学]
[任务驱动]　
1．结合下面几种生物膜的化学成分，分析以下问题
生物膜 蛋白质/% 脂质/% 糖类/%
人红细胞膜 49 43 8
大鼠肝细胞核膜 59 35 2.9
内质网膜 67 33 含量很少
线粒体外膜 52 48 含量很少
线粒体内膜 76 24 含量很少
(1)相似性：各种生物膜在组成成分的种类上基本相同，都主要由蛋白质和脂质组成。
(2)差异性：各种生物膜在组成成分的含量上有显著差异，这与不同生物膜功能的复杂程度有关，功能越复杂的生物膜中，蛋白质的种类和数量越多。
2．结合图解分析细胞内各种膜结构之间的联系
(1)该图解说明各种生物膜在结构上相互联系，其间接联系是以囊泡的形式实现的。
(2)在功能上的联系：在分泌蛋白合成、加工、运输、分泌等过程中，各细胞器之间协调配合。
[师说重难]　
1．构建细胞的生物膜系统概念模型
2．用系统的观点理解细胞是一个统一的整体
细胞的系统性不仅体现在各结构的分工与合作，还体现在细胞中存在着骨架系统、膜系统等子系统。细胞通过各部分之间的分工及各组合间的协调配合形成一个有机的整体。
[在应用中悟]
[典例1]　(2020·大庆实验中学期中)下列对生物膜系统的叙述，正确的是(　　)
A．各种生物膜在结构和化学组成上完全相同
B．线粒体、叶绿体、核糖体等都属于生物膜系统
C．生物膜把细胞质分为多个微小的结构，使多种化学反应同时进行，互不干扰
D．细胞膜是由磷脂分子、蛋白质分子和糖类等物质组成的双层膜结构
[解析]　各种生物膜的化学组成相似，基本结构相同；在细胞中，许多细胞器都有膜，如内质网、高尔基体等，这些细胞器膜和细胞膜、核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统。核糖体为无膜结构，不属于生物膜系统的组成；细胞膜是单层膜结构。
[答案]　C
[典例2]　下面为细胞的生物膜系统概念图，据图判断下列叙述正确的是(　　)
A．图中a、c分别是指细胞膜、具膜细胞器
B．若d是叶绿体，则存在于所有植物细胞中
C．图中p一定是线粒体的内膜
D．图中的f和h分别是指内质网和高尔基体
[解析]　生物膜包括核膜、细胞膜和各种细胞器膜等，细胞膜、内质网膜和高尔基体膜在分泌蛋白的加工、运输和分泌中具有重要作用，据此可知，a是核膜，b是细胞器膜，c是细胞膜。并不是所有的植物细胞中都有叶绿体。线粒体有外膜和内膜。性激素在内质网中合成，据此可判断f是内质网，h是高尔基体，g是具膜小泡(囊泡)。
[答案]　D
■易错提醒
正确认识生物膜系统的范围
(1)生物膜系统主要针对真核细胞而言，是细胞内生物膜的统称，属于细胞水平的范畴，而生物体内的有些膜，如视网膜、肠黏膜等，不属于生物膜。
(2)原核细胞的细胞膜也属于生物膜，但其没有核膜及细胞器膜，故原核细胞没有像真核细胞那样复杂的生物膜系统。
[在训练中评]
1．细胞内不同膜结构之间互相转化，以“囊泡”方式进行的是(　　)
①核膜和内质网膜　②高尔基体膜和细胞膜　③内质网膜和高尔基体膜　④细胞膜和线粒体膜
A．②③　　　　　　　 B．②④
C．③④ D．①②
解析：选A　细胞内的膜结构之间可直接或间接相互联系。内质网膜可以直接与细胞膜和核膜相连；有的细胞的细胞膜可以直接与线粒体膜相连；内质网通过形成囊泡与高尔基体膜相连；高尔基体通过形成囊泡再与细胞膜相连。
2．下列关于生物膜系统的叙述，正确的是(　　)
A．原核细胞无核膜及细胞器膜，因而不具有生物膜
B．细胞膜功能的复杂程度取决于磷脂的种类和数量
C．内质网膜为多种酶提供了大量的附着位点
D．高尔基体膜与内质网膜在结构上直接联系
解析：选C　原核细胞具有细胞膜这种膜结构，因此具有生物膜；细胞膜功能的复杂程度取决于蛋白质的种类和数量；高尔基体膜与内质网膜在结构上没有直接联系，可以通过具膜的囊泡间接相连。
科学思维——同位素标记法
(一)同位素及其特点
在同一元素中，质子数相同、中子数不同的原子为同位素，如16O与18O,12C与14C。同位素的物理性质可能有差异，但组成的化合物化学性质相同。
(二)同位素标记法
1．原理：用物理性质特殊的同位素来标记化学反应中原子的去向，就是同位素标记法。
2．同位素标记法的一般研究过程
3．同位素标记法的应用
(1)标记某元素，追踪其转移途径，如用18O分别标记CO2和H2O中的O探究光合作用中产生的O2来源于水。
(2)标记特征元素，探究化合物的作用，如分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，证明DNA是其遗传物质。
(3)标记特征化合物，探究详细的生理过程，研究生物学原理，如同位素标记分泌蛋白的合成和运输过程。
[素养评价]
1．如图表示用含3H标记的氨基酸培养液培养某细胞过程中蛋白质的合成和分泌示意图，则该细胞中出现3H的部位依次为(　　)
A．②→③→④→⑤　　　 B．①→②→③→④
C．①→②→④→⑤ D．①→③→④→⑤
解析：选A　分泌蛋白合成和分泌经过的结构依次为核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜。题图示中①为核膜，②为核糖体，③为内质网，④为高尔基体，⑤为细胞膜。
2．科学家用含3H标记的亮氨酸的培养液培养豚鼠的胰腺腺泡细胞，下表为在腺泡细胞几种结构中最早检测到放射性的时间表。下列叙述正确的是(　　)
细胞结构 附有核糖体的内质网 高尔基体 靠近细胞膜的囊泡
时间/min 3 17 117
A．形成分泌蛋白的多肽最早在内质网内合成
B．高尔基体膜向内与内质网膜相连，向外与细胞膜相连
C．高尔基体具有运输分泌蛋白的作用
D．分泌蛋白合成过程中不需要能量
解析：选C　分泌蛋白是指分泌到细胞外的蛋白质，其合成路径可以表示为：核糖体→内质网→囊泡→高尔基体→囊泡→细胞膜，按照次序存在时间差；高尔基体与内质网和细胞膜之间以囊泡的形式相联系，而并非直接相连；分泌蛋白合成过程中主要由线粒体提供能量。
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