【备考2024】高中生物一轮复习学案 第2讲 细胞的结构（含解析）

教材拾遗补缺 三分荷塘
第2讲 细胞的结构
一、细胞质膜
1．细胞质膜的出现使生命成为独立的体系。细胞质膜对维持细胞内部环境的相对稳定，对物质交换、能量转换和信息传递，对细胞的生长、分裂、分化等都至关重要。可以说，没有细胞质膜就没有细胞，就没有生命。
2．膜脂为细胞质膜构建了基本骨架，主要包括磷脂、胆固醇和糖脂。
3．细胞质膜的功能主要由膜蛋白决定。膜蛋白在物质运输、信息传递和催化等方面起着重要作用。一般来说膜蛋白种类越多，膜的功能说法越复杂。膜蛋白可分为外周膜白、整合膜白和脂锚定膜白（图2-1）。
图2-1 膜蛋白的基本类型
4．膜的流动性是细胞质膜和所有的生物膜的基本特征之一，也是细胞生长、增殖等生命活动的必要条件。
5．脂筏模型
脂筏是生物膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域，其中的胆固醇就像胶水一样，对鞘磷脂亲和力很高，并特意吸收或排除某些蛋白质，形成一些特异蛋白聚集的区域，结构模型如图2-2所示。脂筏的存在会影响膜的流动性。
图2-1 脂筏模型
6．细胞质膜具有不对称性，其原因有：①所有膜蛋白在细胞质膜上均呈不对称分布；②组成糖蛋白和糖脂的糖链部分均分布在细胞质膜的外侧。细胞质膜的有不对称性与其承担的功能密切相关，是实现细胞质膜功能的物质基础，是细胞各项生命活动得以正常进行的保障，具有重要的生物学意义。
二、细胞骨架
1．细胞骨架由微丝、微管和中间丝构成，其化学成分为蛋白质。
2．细胞骨架的作用：
（1）微丝：细胞形态的改变；细胞微环境的感知和调节；细胞质分裂；吞噬作用、细胞迁移等方面有重要的作用。
（2）在细胞内参与物质运输的马达蛋白，利用水解ATP所提供的能量沿微管或微丝运动。
（3）细胞有丝分裂纺锤体的形成以及染色体的分离，都依赖于微管组装和去组装的动态变化。
（4）间期的微管、分裂期细胞的纺锤体微管，对细胞内各种细胞器和生物大分子的非平衡态分布起重要的作用。
3．细胞骨架的动态性与细胞的周期性密切相关。细胞有丝分裂纺锤体的形成以及染色体的分离，都依赖于微管组装和去组装的动态变化。秋水仙素能阻止微管的组装，不影响去组装，而紫杉醇阻止微管的去组装，不影响组装。两者均可以通过影响微管组装或去组装，使细胞分裂停止于分裂期，使细胞增殖受到抑制，因此，两者均可以作为治疗癌症的药物。
4．细胞骨架在维持细胞形态、参与细胞运动与细胞内物质运输等方面有重要作用。例如，哺乳动物红细胞双凹圆盘状形态的维持，与其细胞质膜下发达的微丝结构有关；细胞特化形成的纤毛和鞭毛等结构，通过微管的相互活动，驱动着细胞的运动；囊泡等输送都以微管、微丝作为运输轨道（下图）；染色体移动、细胞质分裂都离不开细胞骨架。
三、细胞器
1．细胞内蛋白质的合成都起始于细胞质基质中的游离核糖体。有些蛋白质刚起始合成不久便转移到内质网膜上，继续肽链延伸并完成蛋白质合成，如胰岛素。
2．粗面内质网主要合成细胞外基质组分、抗体和多肽类激素等分泌性蛋白，以及内质网和溶酶体等细胞器腔内的可溶性驻留蛋白等。
光面内质网合成细胞所需的磷脂和胆固醇在内的几乎全部的膜脂。
内质网是蛋白质合成、折叠、组装、运输和参与脂质代谢的重要场所，也是细胞内主要的Ca2+库。
3．高尔基体的主要功能是将内质网合成的多种蛋白质进行修饰、分类与包装，然后运送到细胞特定的部位分泌到细胞外。内质网合成的脂质一部分也通过高尔基体向细胞质膜和溶酶体膜等部位转运。此外高尔基体还是细胞内糖类合成的工厂。
4．溶酶体
溶酶体是单层膜结构、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器，分布于动物细胞中，植物细胞内也有与溶酶体功能类似的细胞器。其主要功能是行使细胞内的消化作用。溶酶体在维持细胞正常代谢活动及防御靠等方面起着重要作用。溶酶体内含有多种水解酶，而溶酶体膜不会被这些水解酶分解，其原因可能是膜的成分可能被修饰，使得酶不能对其发挥作用；溶酶体膜可能因为所带电荷或某些特定基团的作用而能使酶远离自身；可能因膜转运物质使得膜周围的环境(如pH)不适合酶发挥作用。
5．线粒体
（1）半自主细胞器，含有少量的DNA和RNA，能进行DNA复制，转录和翻译。
（2）线粒体功能障碍引起的疾病称为线粒体病。若线粒体基因发生突变，可遗传给后代，为母系遗传。线粒体DNA发生突变的频率原高于细胞核DNA。这种现象可能于呼吸链产生的自由基有关。
（3）人类线粒体基因组只编码13种蛋白质，约相当于线粒体生命活动所需蛋白质总数的1%。
（4）植物细胞质雄性不育，实质上是一种典型的植物线粒体病。
6．叶绿体
（1）半自主细胞器，含有少量的DNA和RNA，能进行DNA复制，转录和翻译。
（2）叶绿体在叶肉细胞中的分布与光照强度有关。
（3）光合色素分布在类囊体膜上，光敏色素分成在植物的大部分组织器官中，但类囊体膜上没有光敏色素。
（4）叶绿体基因遗传也不符合遗传定律。
7．细胞质基质蛋白、细胞核中蛋白、线粒体蛋白以及叶绿体（酶除外）由核糖体合成后直接运输到相应部位即可。参与合成加工分泌蛋白、溶酶体蛋白质膜蛋白以及酶的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体、线粒体；内质网驻留蛋白具要核糖体、内质网和线粒体。
四、细胞核
1．除了高等植物成熟的筛管细胞和哺乳动物成熟的红细胞等极少数细胞外，真核细胞都有细胞核。
2．核膜、核孔都有选择透过性：小分子物质可通过核膜进出细胞核。核孔可以运输小分子物质（不消耗能量）,也可以运输大分子物质（消耗能量）。RNA可以通过核孔进入细胞质。蛋白质（如解旋酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶等）通过核孔进入细胞核，但DNA不能通过核孔。
3．代谢越旺盛的细胞，核孔的数目越多，核仁的体积越大。如，人的口腔上皮细胞与胰岛B细胞相比，前者核孔的数目少，核仁体积小；冬小麦在越冬期间核孔的数目少，核仁体积小。
体、内质网、高尔基体、线粒体；网质网驻留蛋白具要核糖体、内质网和线粒体。
四、细胞核
1．除了高等植物成熟的筛管细胞和哺乳动物成熟的红细胞等极少数细胞外，真核细胞都有细胞核。
2．核膜、核孔都有选择透过性：小分子物质可通过核膜进出细胞核。核孔可以运输小分子物质（不消耗能量）,也可以运输大分子物质（消耗能量）。RNA可以通过核孔进入细胞质。蛋白质（如解旋酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶等）通过核孔进入细胞核，但DNA不能通过核孔。
3．代谢越旺盛的细胞，核孔的数目越多，核仁的体积越大。如，人的口腔上皮细胞与胰岛B细胞相比，前者核孔的数目少，核仁体积小；冬小麦在越冬期间核孔的数目少，核仁体积小。
1．（2023·江苏盐城·盐城中学校考模拟预测）下列有关叙述正确的是（ ）
A．差速离心主要是采取逐渐降低离心速率来分离不同大小细胞器
B．生物大分子的空间结构在高温条件下都会发生改变，从而永久失活
C．细胞膜上的糖被就是糖蛋白
D．内质网是蛋白质等大分子物质的合成、加工场所和运输通道
【答案】D
【解析】A、差速离心主要是采取逐渐提高离心速率来分离不同大小细胞器，A错误；B、生物大分子包括蛋白质、多糖、核酸（DNA和RNA）等，蛋白质的空间结构在高温条件下会发生改变从而导致失活，但是DNA在高温条件下变性由双链变为单链，温度降低之后，仍然可以恢复为双链状态，即其空间结构可以恢复，B错误；C、细胞膜的外表面含有糖类分子，它和蛋白质分子结合成糖蛋白，或与脂质结合形成糖脂，这些糖类分子叫做糖被，C错误；D、核糖体上初步形成的某些肽链会与核糖体一起转移至内质网上继续合成，并经内质网初步加工，高尔基体进一步修饰加工，形成有活性的蛋白质，因此内质网参与某些蛋白质的合成、加工和运输，是其合成、加工场所和运输通道，D正确。
2．（2023·江苏·统考模拟预测）蛋白质和脂质经过糖基化作用，形成糖蛋白和糖脂，糖蛋白对蛋白酶有很强的抗性。下列相关叙述正确的是（ ）
A．蛋白质的糖基化发生在核糖体
B．线粒体内膜的糖蛋白数量明显多于外膜
C．溶酶体膜中的蛋白质多数进行了糖基化的修饰
D．细胞质膜上仅糖蛋白参与细胞识别，糖脂不具备此功能
【答案】C
【解析】A、蛋白质的糖基化发生在内质网，A错误；B、糖蛋白具有识别作用，故线粒体内膜的糖蛋白数量明显少于外膜，B错误；C、溶酶体中含有多种水解酶，但溶酶体的膜蛋白不会被溶酶体酶降解可能与其糖基化有关，即溶酶体膜中的蛋白质多数进行了糖基化的修饰，C正确；D、糖脂可参与细胞识别和信息传递过程，D错误。
3．（2023·江苏·统考二模）下列关于细胞结构和功能的叙述，正确的是（　　）
A．细胞膜内部是磷脂分子的疏水端，水分子不能自由通过
B．内质网是膜性管道系统，是蛋白质合成、加工场所和运输通道
C．生物的细胞壁是由纤维素和果胶构成，对细胞起支持和保护作用
D．细胞核在细胞分裂时会解体，是DNA复制和蛋白质合成的主要场所
【答案】B
【解析】A、细胞膜是由磷脂双分子层构成的，磷脂分子的疏水端排列在内侧，亲水端排列在外侧，水分子可以通过水通道蛋白或自由扩散的方式进出细胞，A错误；B、内质网是膜面积最大的细胞器，是由膜构成的管状结构，是蛋白质合成、加工场所和运输通道，B正确；C、真核生物中的绿色植物的细胞壁是由纤维素和果胶构成，对细胞起支持和保护作用，原核生物细胞壁的成分不是纤维素和果胶，C错误；D、细胞核在细胞分裂时会解体，是DNA复制的主要场所，蛋白质合成的场所是细胞质中的核糖体，D错误。
4．（2023·江苏连云港·统考模拟预测）研究人员发现了溶酶体修复的核心机制。在此过程中，内质网和受损溶酶体之间强力互作，激活胆固醇等物质转运至溶酶体起到修复作用。下列说法错误的是（ ）
A．溶酶体几乎存在于所有动植物细胞，在其细胞自噬中发挥重要作用
B．维持溶酶体的完整性及其水解能力有助于延缓衰老并推迟老年病的发生
C．溶酶体和内质网间可能存在信息交流，推动了受损修复时二者间的强力互作
D．溶酶体和内质网均由单层膜包被，前者含有较高的胆固醇，促进了膜结构的稳定
【答案】A
【解析】A、溶酶体主要存在于动物细胞中，其在细胞自噬中发挥重要作用，A错误；B、溶酶体是细胞中的酶仓库，是细胞中消化车间，维持溶酶体的完整性及其水解能力有助于延缓衰老并推迟老年病的发生，B正确；C、题意显示，溶酶体修复过程中，内质网和受损溶酶体之间强力互作，进而激活胆固醇等物质转运至溶酶体起到修复作用，据此可推测溶酶体和内质网间可能存在信息交流，推动了受损修复时二者间的强力互作，C正确；D、溶酶体和内质网均由单层膜包被，根据信息可推测溶酶体膜上可能含有较高的胆固醇，促进了膜结构的稳定，D正确。
5．（2023·江苏南通·统考模拟预测）生命活动的基本单位是细胞。下列有关细胞结构的叙述正确的是（　　）
A．哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和各种细胞器，属于原核细胞
B．用差速离心法分离细胞器时，密度越高、质量越大的组分越容易沉淀
C．洋葱根尖细胞中的中心体由两个互相垂直排列的中心粒及周围物质组成
D．细胞骨架是纤维素组成的网架结构，能维持细胞的正常形态
【答案】B
【解析】A、哺乳动物属于真核生物，哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和各种细胞器，但属于真核细胞，A错误；B、用差速离心法分离细胞器时，起始的离心速率较低，让较大的颗粒沉降到管底，小的颗粒仍然悬浮在上清液中，因此用差速离心法分离细胞器时，密度越高、质量越大的组分越容易沉淀，B正确；C、中心体由两个相互垂直的中心粒及周围物质组成，参与动物细胞和低等植物细胞的分裂，洋葱属于高等植物，其细胞中没有中心体，C错误；D、细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构，维持着细胞的正常形态，D错误。
6．（2023·江苏南通·统考模拟预测）低密度脂蛋白（LDL）是一种转运胆固醇进入全身组织的脂蛋白颗粒，LDL水平升高会增加冠状动脉硬化心脏病的危险。下图为LDL结构示意图，相关分析正确的是（　　）
A．LDL中只含有C、H、O、N四种元素
B．血液中LDL含量偏高就会诱发冠状动脉硬化心脏病
C．反式脂肪酸会升高低密度脂蛋白含量，导致血脂代谢异常
D．将LDL膜平铺于空气—水界面时其表面积是LDL球面积的两倍
【答案】C
【解析】A、低密度脂蛋白(LDL)是富含胆固醇的脂蛋白，是含有蛋白质、胆固醇和磷脂的复合体，组成元素主要是C、H、O、N、P，A错误；B、LDL水平升高会增加冠状动脉硬化心脏病的危险，只是增加患病的可能性，B错误；C、反式脂肪酸会升高低密度脂蛋白含量，导致血脂代谢异常，引起血脂升高，C正确；D、据图可知，LDL膜是单层结构，将LDL膜平铺于空气—水界面时其表面积与LDL球面积差不多，D错误。
7．（2023·江苏·一模）细胞内存在逃逸回收机制。内质网驻留蛋白的一端有一段回收信号序列，若其错误地被包装到囊泡并运输到高尔基体，高尔基体特定区域的受体蛋白会识别这些回收信号序列，利用 COPI包被囊泡运输回内质网。下列叙述错误的是（ ）
A．胰岛细胞分泌的胰岛素、胰高血糖素不属于该类蛋白
B．内质网驻留蛋白利用COPI包被囊泡运输回内质网不消耗能量
C．COPI包被囊泡运输过程需要信号分子的识别及细胞骨架的参与
D．COPI包被囊泡将内质网驻留蛋白运回内质网利用了膜的流动性
【答案】B
【解析】A、利用 COPI包被囊泡将驻留蛋白运输回内质网，胰岛细胞分泌的胰岛素、胰高血糖素分泌蛋白，不是驻留蛋白，A正确；B、内质网驻留蛋白利用COPI包被囊泡运输回内质网消耗能量，B错误；C、内质网驻留蛋白的一端有一段回收信号序列，高尔基体特定区域的受体蛋白会识别这些回收信号序列，在细胞物质运输中，各类小泡和细胞器可沿着细胞骨架定向转运，所以COPI包被囊泡运输过程需要信号分子的识别及细胞骨架的参与，C正确；D、COPI包被囊泡将内质网驻留蛋白运回内质网，体现了生物膜的流动性，D正确。
8．（2023·江苏盐城·盐城中学校考三模）心房颤动（房颤）是临床上最常见并且危害严重的心律失常疾病，最新研究表明，其致病机理是核孔复合物的运输障碍。该病机理能够说明（ ）
A．细胞核是细胞生命活动的代谢中心
B．人体多数心肌细胞中核孔数目很少
C．蛋白质等大分子可以自由通过核孔
D．核质间的物质交换会影响细胞代谢
【答案】D
【解析】A、细胞核是细胞生命活动和代谢的控制中心，而细胞代谢的中心是细胞质基质，A错误；B、心肌细胞代谢旺盛，核孔数目多，B错误；C、核孔控制物质进出细胞具有选择性，C错误；D、核孔实现了核质之间频繁的物质交换和信息交流，核质间的物质交换会影响细胞代谢，D正确。
9．（2023·全国·高二专题练习）驱动蛋白是由两条轻链和两条重链构成的四聚体，其具有两个球形的头、一个螺旋状的和两个扇子状的尾，如图所示。驱动蛋白通过头结合和水解ATP，导致颈部发生构象改变，使两个头部交替与细胞骨架结合，从而沿细胞骨架定向“行走”，将尾部结合的“货物”(运输泡或细胞器)转运到指定位置。下列相关叙述错误的是（ ）
A．驱动蛋白“行走”所需要的ATP可直接来自细胞质基质
B．驱动蛋白既能转运“货物”，又能催化ATP水解供能
C．图示转运“货物”的途径广泛存在于真核细胞和原核细胞中
D．细胞中合成细胞骨架和驱动蛋白的原料都是氨基酸
【答案】C
【解析】A、细胞质基质中可以产生少量ATP ，因此驱动蛋白“行走”所需要的ATP可直接来自细胞质基质，A正确；B、根据题干“驱动蛋白通过头结合和水解ATP”和“将尾部结合的“货物”(运输泡或细胞器)转运到指定位置”，可知驱动蛋白既能转运“货物”，又能催化ATP水解供能，B正确；C、驱动蛋白是通过与细胞骨架结合后，沿细胞骨架定向“行走”来转运“货物”的，而细胞骨架不存在于原核细胞中，因此图示转运“货物”的途径不存在于原核细胞中，C错误；D、细胞骨架的成分是蛋白质，合成蛋白质的原料是氨基酸，因此细胞中合成细胞骨架和驱动蛋白的原料都是氨基酸，D正确。
10．（多选）（2023春·山东临沂·高二校考阶段练习）科研人员用细胞松弛素（可抑制细胞骨架的形成）处理分裂期的细胞并染色，与未处理的正常细胞比较，可观察到线粒体分布情况如下图。细胞骨架形成“绳索状结构”保证了线拉体的均匀分布，最终使线粒体较为均等地分配至子代细胞中。已有研究表明肌动蛋白M19上有细胞骨架和线粒体膜蛋白的结合位点，若抑制M19的表达，细胞骨架和线粒体分布情况将出现的结果是（ ）
A．细胞骨架不能形成正确的“绳索状结构”
B．细胞骨架正常形成“绳索状结构”
C．线粒体分布与细胞松弛素未处理组相同
D．线粒体分布与细胞松弛素处理组相同
【答案】AD
【解析】AB、分析题意可知，肌动蛋白M19上有细胞骨架和线粒体膜蛋白的结合位点，而细胞骨架形成“绳索状结构”保证了线拉体的均匀分布，故若抑制M19的表达，导致细胞骨架不能形成正确的“绳索状结构”，A正确，B错误；CD、结合题图分析可知，用细胞松弛素处理后，线粒体并非均匀分布在细胞周围，若抑制M19的表达，细胞骨架和线粒体膜蛋白的结合位点受抑制，则线粒体分布与细胞松弛素处理组相同，C错误，D正确。
1．（2023·湖南高考真题）关于细胞结构与功能，下列叙述错误的是（ ）
A. 细胞骨架被破坏，将影响细胞运动、分裂和分化等生命活动
B. 核仁含有DNA、RNA和蛋白质等组分，与核糖体的形成有关
C. 线粒体内膜含有丰富的酶，是有氧呼吸生成CO2的场所
D. 内质网是一种膜性管道系统，是蛋白质的合成、加工场所和运输通道
【答案】C
【解析】A、细胞骨架与细胞运动、分裂和分化等生命活动密切相关，故细胞骨架破坏会影响到这些生命活动的正常进行，A正确；B、核仁含有DNA、RNA和蛋白质等组分，核仁与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关，B正确；C、有氧呼吸生成CO2的场所是线粒体基质，C错误；D、内质网是由膜连接而成的网状结构，是一种膜性管道系统，是蛋白质的合成、加工场所和运输通道，D正确。
2．（2023·浙江1月选考高考真题）阅读下列材料，回答下列问题。
纺锤丝由微管构成，微管由微管蛋白组成。有丝分裂过程中，染色体的移动依赖于微管的组装和解聚。紫杉醇可与微管结合，使微管稳定不解聚，阻止染色体移动，从而抑制细胞分裂。
微管蛋白是构成细胞骨架的重要成分之一，组成微管蛋白的基本单位是（ ）
A. 氨基酸 B. 核苷酸 C. 脂肪酸 D. 葡萄糖
【答案】A
【解析】微管蛋白是蛋白质，构成微管蛋白的基本单位是氨基酸，氨基酸经过脱水缩合构成蛋白质，故选A。
3．(2022·广东卷)将正常线粒体各部分分离，结果见右图。含有线粒体DNA的是 (　　)
A．① B．② C．③ D．④
【答案】C
【解析】①指线粒体内膜和外膜的间隙， ②指线粒体内膜， ③指线粒体基质， ④指线粒体外膜。线粒体DNA分布于线粒体基质中，C正确。
4．(2022·广东卷)酵母菌sec系列基因的突变会影响分泌蛋白的分泌过程，某突变酵母菌菌株的分泌蛋白最终积累在高尔基体中。此外，还可能检测到分泌蛋白的场所是 (　　)
A．线粒体、囊泡 B．内质网、细胞外
C．线粒体、细胞质基质 D．内质网、囊泡
【答案】D
【解析】线粒体为分泌蛋白的合成、加工、运输提供能量，分泌蛋白不会进入线粒体，A、C错误；根据题意，分泌蛋白在高尔基体中积累，不会分泌到细胞外，B错误；内质网中初步加工的分泌蛋白以囊泡的形式转移到高尔基体，内质网、囊泡中会检测到分泌蛋白，D 正确。
5．(2022·浙江卷)动物细胞中某消化酶的合成、加工与分泌的部分过程如下图所示。下列叙述正确的是 (　　)
A．光面内质网是合成该酶的场所
B．核糖体能形成包裹该酶的小泡
C．高尔基体具有分拣和转运该酶的作用
D．该酶的分泌通过细胞的胞吞作用实现
【答案】C
【解析】光面内质网是脂质合成的场所，消化酶是分泌蛋白，合成场所是粗面内质网(附着在粗面内质网上的核糖体)，A错误；核糖体无膜结构，不能形成小泡包裹该酶，B错误；高尔基体能对蛋白质进行加工、分类、包装、发送，具有分拣和转运消化酶等分泌蛋白的作用，C正确；该酶的分泌通过细胞的胞吐作用实现，D错误。
6．(2022·浙江卷)下列关于细胞核结构与功能的叙述，正确的是 (　　)
A．核(被)膜为单层膜，有利于核内环境的相对稳定
B．核(被)膜上有核孔复合体，可调控核内外的物质交换
C．核仁是核内的圆形结构，主要与mRNA的合成有关
D．染色质由RNA和蛋白质组成，是遗传物质的主要载体
【答案】B
【解析】核(被)膜为双层膜，能将核内物质与细胞质分开，有利于核内物质的相对稳定，A错误；核(被)膜上有核孔，核孔处有核孔复合体，具有选择性，可调控核质之间频繁的物质交换，B正确；核仁主要与rRNA的合成有关，C错误；染色质主要由DNA和蛋白质组成，是遗传物质的主要载体，D错误。
2