浙科版（2019）生物必修一 第二章第三节课时1　核糖体、内质网、高尔基体、溶酶体及线粒体的结构与功能学案(有答案)

第三节　细胞质是多项生命活动的场所
课时1　核糖体、内质网、高尔基体、溶酶体及线粒体的结构与功能
阐明细胞内具有多个相对独立的结构,担负着物质运输、合成与分解、能量转换和信息传递等生命活动。
1.归纳比较核糖体、内质网、高尔基体、溶酶体及线粒体的结构与功能,形成科学的结构与功能观。
2.建构分泌蛋白合成过程中各细胞器之间的关系模型,培养科学思维能力。
1.内质网和核糖体
(1)内质网。
①形态结构:由一系列片状的膜囊和管状的腔组成,向内连接细胞核的核膜,向外连接细胞膜,并与高尔基体相互联系,构成了细胞内庞大的物质运输通道。
②类型:光面内质网和粗面内质网。
③功能:
a.合成构成生物膜的磷脂和胆固醇。
b.有解毒功能,例如肝细胞光面内质网;可以合成类固醇激素,例如一些内分泌细胞的光面内质网。
c.可加工和运输蛋白质,例如粗面内质网。
(2)核糖体。
①形态及组成:无膜细胞器,由RNA和蛋白质构成。
②类型:游离于细胞溶胶的核糖体和附着于粗面内质网等结构的核糖体。
③功能:合成蛋白质的场所。游离于细胞溶胶的核糖体合成的蛋白质,通常用于细胞自身或构成自身结构;附着于粗面内质网等结构的核糖体合成的蛋白质,被运输至胞外或细胞的其他部位。
唾液腺细胞能合成并分泌唾液淀粉酶,唾液腺细胞与小肠上皮细胞相比,前者细胞中含有较多的核糖体,试分析唾液腺细胞中核糖体数量较多的原因是什么
提示:唾液淀粉酶是蛋白质,而合成蛋白质的场所是核糖体。唾液腺细胞中核糖体数量较多,可保障唾液淀粉酶的合成。
2.高尔基体
(1)形态结构。
由一系列扁平膜囊和大小不一的囊泡构成。
(2)功能。
①主要对由内质网运入的蛋白质进行加工、分类、包装和运输。一些蛋白质可通过囊泡被分泌至胞外,如抗体、消化酶等;一些蛋白质通过囊泡被运至细胞膜,成为膜蛋白;一些水解酶被包裹在膜囊或囊泡中,与高尔基体脱离,形成溶酶体。
②在植物细胞中,高尔基体合成果胶物质,参与细胞壁的构建。
3.溶酶体
(1)分布:几乎存在于所有动物细胞中。
(2)功能:消化细胞从外界吞入的颗粒、自身衰老的细胞器和碎片。
(3)意义:溶酶体可将消化作用局限在特定结构中,这对保证细胞中其他结构的完整性具有重要意义。
溶酶体内含有多种水解酶,为什么溶酶体膜不会被这些水解酶水解 尝试提出一种假说,解释这种现象。
提示: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,从而使水解酶不能发挥作用。
4.线粒体
(1)形态结构。
一般呈颗粒状或短杆状,由内、外两层膜构成,膜之间充满液态的基质。
(2)特点。
①膜结构。
线粒体外膜平整,内膜向内凹陷形成嵴(增加膜的表面积)。
②构成成分。
基质中富含多种酶,还具有DNA、RNA和核糖体,能合成一部分自身所需的蛋白质。
(3)功能。
细胞能量代谢中心,是需氧呼吸的主要场所。
　飞翔鸟类胸肌细胞中线粒体的数量比不飞翔鸟类的多。运动员肌细胞线粒体的数量比缺乏锻炼的人多。在体外培养细胞时,新生细胞比衰老细胞或病变细胞的线粒体多。这是为什么
提示:线粒体是细胞进行需氧呼吸的主要场所,能够提供细胞生命活动需要的能量。鸟类飞翔、运动员运动需要大量能量,所以飞翔鸟类的胸肌细胞中、运动员的肌细胞中线粒体多。同样道理,新生细胞的生命活动比衰老细胞、病变细胞旺盛,所以线粒体多。
[自主学习检测]——教材基础熟记于心
1.核糖体是蛋白质合成的场所,但没有加工蛋白质的功能。两种存在形式的核糖体不是固定不变的,可以相互转化。(　√　)
2.抗体、维生素D、胆固醇、核酸都是在内质网上合成或加工的。(　×　)
提示:内质网与蛋白质(如抗体)的加工、脂质(如胆固醇、维生素D)的合成有关,而与核酸的合成或加工无关。
3.人肝脏细胞中的光面内质网有解毒功能。(　√　)
4.线粒体基质中具有DNA、RNA和核糖体,能合成一部分自身所需的蛋白质。(　√　)
5.光学显微镜下可以看到线粒体的内、外两层膜。(　×　)
提示:光学显微镜下看不到线粒体的内、外两层膜,在电子显微镜下才可以看到线粒体的内、外两层膜。
6.线粒体内膜和外膜均发生凹陷、折叠,利于生化反应的进行。(　×　)
提示:线粒体内膜发生凹陷、折叠,利于生化反应的进行。
7.高尔基体的作用就是把集中在高尔基体中的蛋白质进行加工、分类和包装,并发送到细胞外的目的地。(　×　)
提示:高尔基体主要对由内质网运入的蛋白质进行加工、分类、包装和运输,这类蛋白质主要有三个去路,发送到细胞外的目的地只是去路之一。
8.溶酶体是由高尔基体断裂后的囊泡结构形成的,只能消化细胞内衰老的细胞器。(　×　)
提示:溶酶体消化细胞从外界吞入的颗粒、自身衰老的细胞器和碎片。
任务一　探究线粒体的结构与功能
[任务突破]
辨析线粒体结构与功能的常见认知易错
(1)线粒体在光学显微镜下可见,但是需要进行染色才能观察到。需要指出的是线粒体的膜结构不能在光学显微镜下观察到。
(2)线粒体是一种半自主性细胞器,自身可以合成一部分所需蛋白质,但是受到细胞核的控制。
(3)线粒体内存在核糖体,能合成部分自身需要的蛋白质。
(4)线粒体与能量代谢有关,因此代谢旺盛的细胞中,线粒体的含量也多。
(5)线粒体是需氧呼吸的主要场所,不具有线粒体的真核细胞,不能进行需氧呼吸,如蛔虫细胞、人成熟红细胞无线粒体,不能进行需氧呼吸;但是原核细胞中,不具有线粒体,存在替代的呼吸膜,仍可能进行需氧呼吸,如蓝细菌。
[迁移应用]
[典例1]下列关于线粒体的叙述正确的是(　D　)
A.线粒体内膜与外膜都通过凹陷的形式增加膜面积
B.没有线粒体的生物都不能进行需氧呼吸
C.通过光学显微镜可以观察到线粒体的双层膜结构
D.某种药物损伤了线粒体会对细胞的能量代谢产生影响
解析:线粒体的外膜平整,不凹陷;原核生物没有线粒体,仍可能进行需氧呼吸,如蓝细菌;光学显微镜下线粒体一般呈颗粒状或短杆状,不能观察到线粒体的双层膜结构;线粒体是细胞能量代谢的中心,如果药物损伤了线粒体则会影响细胞的能量代谢。
任务二　溶酶体的结构、功能、形成与细胞自噬
[任务突破]
1.理解溶酶体的结构、功能
(1)结构:溶酶体主要分布在动物细胞中,是一种由单层膜构成的细胞器,呈小球状。溶酶体是一种动态结构,它不仅在不同类型的细胞中形态、大小不同,而且在同一类型细胞的不同发育阶段也不相同。
(2)功能:
溶酶体的主要功能是进行细胞内消化,其消化底物的来源有三种:
①细胞内原有物质;
②细胞吞噬的有害物质;
③细胞吞噬的营养物质。
2.明确细胞自噬作用的意义
是细胞的自我保护机制,对细胞抵抗逆境、对抗病原体和维持细胞内环境稳态等具有重要的意义。具体表现在:
(1)细胞在代谢过程中产生一些代谢废物和功能异常的物质,如结构异常的蛋白质、衰老的线粒体等。这些物质的堆积会影响细胞正常的生命活动,需要通过细胞自噬及时清理。
(2)细胞在营养物质缺乏、低氧等特殊环境下,通过自噬降解自身蛋白质或细胞器,为维持生存提供基本原材料和能量。
(3)自噬还能使细胞对抗病毒和细菌等病原体的侵染。
[迁移应用]
[典例2](2022·嘉兴高一期末改编)细胞自噬过程中,一些损坏的蛋白质或细胞器被双层膜结构的自噬小泡包裹,进而在动物细胞的溶酶体中被降解并得以循环利用。内质网自噬过程如图所示:内质网与核糖体脱离后,被双层膜包裹形成自噬体,自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体,从而降解其所包裹的内容物。
回答下列问题。
(1)图中①所指的细胞器是　　　　　　,①的组成成分是　　　　　　。
(2)图中②所指的细胞器是　　　　　,自噬体与其融合时依赖于生物膜具有一定的　　　　　。
(3)营养缺乏时,细胞的自噬作用会　　　　(填“加快”或“减慢”)。
解析:(1)图中①为颗粒状细胞器,为核糖体,是合成蛋白质的场所,①核糖体由蛋白质和RNA组成。(2)图中②所指的细胞器是溶酶体,自噬体与溶酶体融合的过程体现了膜的流动性。(3)当营养缺乏时,细胞的自噬作用会加快,从而能够满足自身物质和能量的需求。
答案:(1)核糖体　蛋白质和RNA　(2)溶酶体　流动性　(3)加快
细胞器 形态与特点 功能
内质网 单层膜,由一系列片状的膜囊和管状的腔组成。构成了细胞内庞大的物质运输通道 ①光面内质网:运输蛋白质和合成脂质的重要场所; ②粗面内质网:有核糖体颗粒附着,加工、运输蛋白质
核糖体 由RNA和蛋白质构成,是一种无膜的细胞器。核糖体有两种存在形式,合成的蛋白质功能有所不同 合成蛋白质的场所。游离于细胞溶胶的核糖体合成的蛋白质,通常用于细胞自身或构成自身结构,附着于粗面内质网等结构的核糖体合成的蛋白质,被运输至胞外或细胞的其他部位
高尔基体 单层膜;由一系列扁平膜囊和大小不一的囊泡构成 ①对由内质网运入的蛋白质进行加工、分类、包装和运输; ②植物细胞中,合成果胶物质,参与细胞壁的构建
溶酶体 单层膜的具膜小泡,含水解酶 消化细胞从外界吞入的颗粒、自身衰老的细胞器和碎片
线粒体 光学显微镜下,一般呈颗粒状或短杆状,具双层膜 细胞能量代谢中心,是需氧呼吸的主要场所。线粒体基质中具有DNA、RNA和核糖体,能合成一部分自身所需的蛋白质
基础达标练
1.(2022·绿谷联盟高一月考)蝌蚪变态发育成青蛙的过程中,尾部细胞逐渐解体,尾部消失,与这种现象关系最密切的细胞器是(　A　)
A.溶酶体 B.高尔基体
C.线粒体 D.内质网
解析:蝌蚪发育成青蛙的过程中,由于尾部细胞的逐渐解体使尾部消失,这与溶酶体中含有多种水解酶密切相关。
2.承担着真核细胞物质运输的任务,能将蛋白质送到细胞内其他部位或发送到细胞外的细胞器是(　A　)
A.高尔基体 B.内质网 C.核糖体 D.线粒体
解析:高尔基体主要对来自内质网的蛋白质进行加工、分类、包装和运输,即高尔基体承担着真核细胞物质运输的任务,能将蛋白质送到细胞内的其他部位或发送到细胞外。
3.(2022·北斗联盟高一期中)细胞虽小,但功能复杂,各结构都有其独特作用。下列相关说法错误的是(　A　)
A.细胞壁控制物质进出细胞是植物细胞的边界
B.蛋白质是在核糖体上合成的
C.线粒体是细胞需氧呼吸的主要场所
D.肝细胞光面内质网有解毒功能
解析:细胞的边界是细胞膜,而不是细胞壁,细胞壁不具有控制物质进出细胞的能力。
4.下列关于内质网的叙述,错误的是(　D　)
A.可以合成类固醇激素
B.可与核膜相连
C.有些附着核糖体
D.断裂后形成溶酶体
解析:一些内分泌细胞的光面内质网可以合成类固醇激素;内质网可与细胞膜和核膜相连;粗面内质网上附着核糖体;溶酶体是由高尔基体断裂形成的。
5.(2022·浙江三校高一联考)细胞器具有特定的形态、结构和功能,在细胞生命活动中发挥着重要作用,已知降解DNA和RNA的水解酶是一种蛋白质。下列细胞的生命活动不是由单层膜的细胞器完成的是(　A　)
A.合成降解DNA和RNA的水解酶
B.合成构建生物膜的磷脂和胆固醇
C.消化细胞自身产生的碎片
D.合成构建细胞壁的果胶物质
解析:合成降解DNA和RNA的水解酶是一种蛋白质,故其合成场所是核糖体,无膜结构;合成构建生物膜的磷脂和胆固醇的是内质网,单层膜结构;消化细胞自身产生的碎片的是溶酶体,单层膜结构;合成构建细胞壁的果胶物质的是高尔基体,单层膜结构。
6.(2022·浙江三校高一联考)结构与功能相适应是生物学的基本
观点,下列有关叙述错误的是(　C　)
A.蛋白质合成旺盛的细胞中核糖体的数量明显增加
B.心肌细胞线粒体的数量比腹肌细胞多
C.大量合成胃蛋白酶的胃腺细胞中光面内质网发达
D.唾液腺细胞比汗腺细胞中高尔基体数量多
解析:蛋白质合成的场所是核糖体,蛋白质合成旺盛的细胞中核糖体的数量明显增加;线粒体是需氧呼吸的主要场所,一般在新陈代谢旺盛的细胞中数目较多,心肌细胞比腹肌细胞代谢旺盛,因此心肌细胞中的线粒体数量比腹肌细胞的多;胃蛋白酶为分泌蛋白,是在附着在内质网上的核糖体上合成的,蛋白质进入内质网加工,所以胃腺细胞中粗面内质网发达;唾液腺细胞能够合成唾液淀粉酶,而汗腺分泌的是汗液,高尔基体与分泌蛋白的形成有关,唾液腺细胞中的高尔基体数量一般比汗腺细胞多。
7.下列关于吞噬细胞中内质网的叙述,正确的是(　B　)
A.细胞内的多种蛋白质在内质网膜内合成
B.内质网为酶提供附着位点,有利于生化反应的进行
C.内质网具有双层膜结构,有利于细胞内物质的运输
D.内质网中可能含有少量的DNA和RNA
解析:蛋白质的合成场所为核糖体;内质网膜面积比较大,为酶提供附着位点,有利于生化反应的进行;内质网具有单层膜结构,有利于细胞内物质的运输;内质网中不含DNA和RNA。
8.高尔基体是真核细胞中一类具有重要功能的细胞器。下列叙述错误的是(　B　)
A.高尔基体在动、植物细胞中的功能有差异
B.高尔基体与细胞内的氨基酸脱水缩合有关
C.在大肠杆菌细胞壁的形成过程中,无高尔基体的参与
D.用14C标记的葡萄糖培养去细胞壁的植物细胞,细胞内含14C量最多的细胞器可能是高尔基体
解析:高尔基体在动、植物细胞中的功能不同,在植物细胞中与细胞壁的形成和蛋白质的分泌有关,在动物细胞中与蛋白质的分泌有关;
核糖体与细胞内的氨基酸脱水缩合有关;大肠杆菌没有高尔基体;
高尔基体与植物细胞壁的形成有关,所以细胞内含14C最多的结构
最可能是高尔基体。
9.瘦肉精是一种可以用来提高瘦肉率的药物,其作用机理是抑制脂质合成、催化脂质降解、促进蛋白质合成,实现对蛋白质的加工、分类、包装和再分配。据此推测,瘦肉精对细胞器的作用最可能是(　A　)
A.使内质网的活动减弱,核糖体的活动加强
B.使内质网的活动加强,核糖体的活动减弱
C.使溶酶体的活动加强,线粒体的活动减弱
D.使溶酶体的活动减弱,线粒体的活动增强
解析:分析题意,瘦肉精作用机理是抑制脂质合成、催化脂质降解、
促进蛋白质合成,蛋白质的合成场所是核糖体,因此核糖体的活动
加强;脂质是在内质网上合成的,而瘦肉精能够抑制脂质合成,因此
某些内质网的活动减弱。
10.(2022·浙江三校高二联考)如图是溶酶体发生过程和“消化”
功能的示意图,其中b为刚形成的溶酶体,e为包裹着衰老细胞器d的小泡。下列叙述错误的是(　C　)
A.据图可判断c、d分别为内质网和线粒体
B.b和e融合成f的过程反映了生物膜具有流动性
C.b中含有多种水解酶,这些酶的合成场所是a
D.图中所有膜结构的基本骨架均为磷脂双分子层
解析:由图判断a是高尔基体,c是内质网,d是线粒体;b与e融合成f,
反映了生物膜具有流动性,也证明了组成各种膜的成分有相似性;b是溶酶体,其中含有多种水解酶,由于这些水解酶的化学本质是蛋白质,因此,这些酶的合成场所是核糖体;图中所有膜结构均为生物膜,构成这些膜结构的基本骨架均为磷脂双分子层。
11.阅读下面两段材料,回答下列问题。
材料1　研究发现,真核细胞的核糖体有两种存在形式,一种是附着在内质网上,另一种是游离在细胞溶胶中。附着在内质网上的核糖体合成的多肽需要经内质网和高尔基体加工成为成熟蛋白,并最终进入溶酶体、成为膜蛋白或分泌到细胞外;游离的核糖体合成的多肽在细胞溶胶中加工成为成熟蛋白,可进入线粒体、叶绿体和细胞核等结构。
材料2　附有核糖体的内质网表面粗糙,称为粗面内质网;没有核糖体附着的内质网表面光滑,称为光面内质网。
(1)核糖体是生产蛋白质的机器,氨基酸在核糖体中经　　　　形成肽链,肽链在内质网中经加工形成具有一定空间结构的蛋白质。
(2)膜蛋白主要指生物膜上的蛋白质,常见有　　　　　　　　　　　(列举两种)。
(3)合成后分泌到细胞外的蛋白质,称为分泌蛋白。分泌蛋白的合成和运输过程中,内质网出芽形成的囊泡与高尔基体膜融合的过程反映了生物膜在结构上具有　　　　　　　　　　 　　的特点。该细胞分泌的蛋白质在人体内被运输到靶细胞时,与靶细胞膜上的特异性受体结合,引起靶细胞的生理活动发生变化,此过程体现了细胞膜具有　　　　　　　的功能。
(4)性激素的化学本质是固醇,推测性激素是由细胞的　　　合成的。
解析:(1)核糖体是生产蛋白质的机器,氨基酸在核糖体中经脱水缩合形成肽链,肽链在内质网中经加工形成具有一定空间结构的蛋白质。
(2)膜蛋白主要指细胞膜、核膜或细胞器膜上的蛋白质,常见有受体(糖蛋白)和转运蛋白等。
(3)分泌蛋白的合成和运输过程中,内质网出芽形成的囊泡与高尔基体膜融合的过程反映了生物膜具有一定的流动性特点,细胞分泌的蛋白质在人体内被运输到靶细胞时,与靶细胞膜上的特异性受体结合,引起靶细胞的生理活动发生变化,此过程体现了细胞膜具有信息交流的功能。
(4)性激素的化学本质是固醇,推测性激素是由细胞的光面内质网合成的。
答案:(1)脱水缩合
(2)受体(糖蛋白)和转运蛋白
(3)一定的流动性　信息交流
(4)(光面)内质网
12.某科学家在研究线粒体时,统计了某种动物部分细胞中线粒体的数量(见下表,已知表中所列细胞的代谢强度不同),分析回答下列
问题。
肝细胞 肾皮质 细胞 平滑肌 细胞 心肌 细胞 动物冬眠状态 下的肝细胞
950个 400个 260个 12 500个 1 350个
(1)心肌细胞的线粒体数量最多,这是因为
　。
(2)动物冬眠状态下的肝细胞中的线粒体比在常态下多,推测可能的原因是　 。
(3)从表中所示数据可以看出线粒体的多少与　　　　　　有关。
解析:(1)由表中数据可知,心肌细胞内的线粒体最多,心脏需要时刻不停地收缩和舒张,为血液循环提供动力,因此其需要的能量最多,线粒体的数量也就最多。(2)冬眠时动物的热量主要来源于动物肝细胞的代谢,所以冬眠时动物的肝细胞线粒体数量比常态下多。(3)从表中所示数据可以看出线粒体的多少与组织细胞的代谢强度有关,线粒体越多的细胞代谢越强,线粒体越少的细胞代谢越弱。
答案:(1)心肌细胞活动强度最大,需要的能量最多
(2)冬眠时动物的热量主要来源于动物肝细胞的代谢
(3)细胞代谢强度
综合提升练
13.(2022·浙江三校高一联考)红细胞在蒸馏水中会吸水膨胀,如图表示从鸡的血液中制备核糖体的大致过程,对该过程的叙述错误的是(　B　)
A.步骤①加入14C氨基酸的目的是为了在步骤⑤中检测核糖体
B.步骤①加入14C氨基酸的时间越长,效果越好
C.步骤②的目的是破坏细胞膜
D.步骤③得到的上清液中含有核糖体
解析:核糖体可以利用氨基酸合成多肽链,因此在步骤①加入14C氨基酸可以出现在核糖体上从而使其带上放射性便于检测;核糖体利用氨基酸合成多肽后,多肽会离开核糖体,步骤①时间过长则核糖体的放射性可能会下降;步骤②加入蒸馏水让红细胞吸水涨破,破坏细胞膜,使内部的细胞器流出;由③到④的过程是取出上清液进一步离心,
最终得到核糖体,因此推断③得到的上清液中含有核糖体。
14.(2022·嘉兴高一期末)2021年5月《自然》的一篇文章中提到线粒体分裂的新发现,当线粒体出现一些异常,线粒体会在分裂过程中,把末端的一部分分裂出去,顺便把“异常”带走(如图所示)。下列
叙述正确的是(　D　)
A.线粒体通过图示分裂方式可以增加其数目
B.线粒体分裂的过程体现了生物膜的选择透过性
C.图示结构说明线粒体是细胞能量代谢的中心
D.线粒体分裂出现的“异常”部分可能会被溶酶体水解清除
解析:图示过程是线粒体由“异常”变为正常线粒体的过程,其数目没有增加,即线粒体不能通过图示分裂方式增加其数目;线粒体分裂的过程存在膜的缢裂,体现了生物膜的流动性;线粒体是细胞能量代谢的中心,但题图不能说明该功能;溶酶体是细胞中的消化车间,线粒体分裂出现的“异常”部分可能会通过溶酶体的作用被水解清除。
15.如图表示细胞通过形成的囊泡向细胞外运输蛋白质C的过程,
该囊泡是由高尔基体形成的。请回答下列问题。
(1)囊泡膜的主要成分是　　　　　　　　　,蛋白质A、B、C的分子结构和功能　　　　(填“相同”或“不相同”)。
(2)图中的囊泡能够精确地将细胞内的“货物”运送并分泌到细胞外,据图推测其可能的原因是
　,
此过程体现了膜蛋白具有　　　　的功能。
解析:(1)囊泡膜也属于生物膜,其主要成分是蛋白质和脂质(或蛋白质和磷脂)。通过图示可知,蛋白质A、B、C功能不同,故它们的分子结构也不相同。(2)由图可知,由于囊泡上的蛋白质A和细胞膜上的蛋白质B特异性结合,所以囊泡能够精确地将细胞内的“货物”运送并分泌到细胞外,此过程体现了膜蛋白具有识别的功能。
答案:(1)蛋白质和脂质(或蛋白质和磷脂)　不相同
(2)囊泡上的蛋白质A和细胞膜上的蛋白质B特异性结合　识别