人教版（2019）生物必修1教案：3-2 第2课时细胞器之间的协调配合和细胞的生物膜系统

第3章 细胞的基本结构
第2节 细胞器之间的分工合作
第2课时 细胞器之间的协调配合和细胞的生物膜系统
素养导引
1.生命观念:运用结构与功能观和系统观,分析生物膜之间的联系。
2.科学思维:阐明细胞各部分通过分工合作,共同完成某项生理活动。
3.科学探究:结合分泌蛋白的研究过程,体会同位素标记法在科学探究中的应用。
4.社会责任:关注人工合成膜材料的研究进展及在医疗方面的应用。
一、细胞器之间的协调配合
1.分泌蛋白:
(1)概念:在细胞内合成后,分泌到细胞外起作用的蛋白质。
(2)举例:消化酶、抗体和一部分激素等。
2.分泌蛋白的合成与运输:
(1)研究方法:同位素标记法。
(2)分泌蛋白合成和分泌的过程。
[思考]　用3H标记亮氨酸,可以追踪分泌蛋白的合成与分泌过程。若用3H标记脱氧核苷酸、核糖核苷酸、葡萄糖,可追踪哪些物质的合成途径及合成后的去向
提示:分别追踪DNA、RNA、多糖等物质的合成途径及合成后的去向。
二、细胞的生物膜系统
1.组成:细胞膜、细胞器膜和核膜等结构。
2.特点:
(1)组成成分和结构:很相似。
(2)结构和功能:紧密联系。
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附着位点,有利于许多重要化学反应的进行。
(3)生物膜把各种细胞器分隔开,使细胞内能够同时进行多种化学反应,而不会互相干扰,保证了细胞生命活动高效、有序地进行。
[思考]　中心体和核糖体属于细胞的生物膜系统吗 为什么
提示:不属于。中心体和核糖体是不具有膜结构的细胞器。
【走进生活】
　血液透析膜是一种人工合成的膜材料,当病人血液流经人工肾时,血液透析膜就能把病人血液中的代谢废物透析掉,让干净的血液返回病人体内。结合所学知识判断:
1.人工膜与生物膜相似,具有选择透过性。 (√)
2.人工膜可能由一层磷脂分子构成基本支架。 (×)
分析:人工膜模拟的是生物膜,与生物膜在结构上具有相似性,都由两层磷脂分子构成基本支架。
学习任务一:细胞器之间的协调配合
1.分泌蛋白和胞内蛋白:
项目 分泌蛋白 胞内蛋白(溶酶体蛋白、质膜蛋白除外)
合成场所 先在细胞质基质中的核糖体上合成,然后转移到内质网上继续合成 游离的核糖体
作用场所 细胞外 细胞内
实例 消化酶、抗体、部分激素等 呼吸酶、血红蛋白等
2.分泌蛋白的合成、加工、运输过程:
(1)参与该过程的细胞器和结构:核糖体、内质网、高尔基体、线粒体和细胞膜。其中不具有膜结构的细胞器是核糖体,属于细胞结构,但不属于细胞器的为细胞膜。
(2)各种膜面积的变化:
图甲和图乙分别以曲线图和直方图形式表示在分泌蛋白加工、运输过程中,内质网膜面积减小,高尔基体膜面积基本不变,细胞膜面积相对增大。
(3)蛋白质分泌过程中放射性强度变化:
①用放射性同位素标记氨基酸后,最先检测到放射性出现在核糖体上,然后依次出现在粗面内质网、高尔基体和细胞膜等结构上。
②同位素标记法利用物理性质特殊的同位素来标记化学反应中原子的去向,可以追踪物质的运行和变化规律。
　　　　　　　【拓展归纳】
“三看法”解读分泌蛋白的合成、加工和运输
【学习加点料】
教材开发:P51【思考·讨论】拓展
分泌蛋白从合成至分泌到细胞外,经历了哪些细胞结构 若追踪的是结构蛋白,放射性可能出现在细胞膜上吗
提示:经历了核糖体、内质网、高尔基体、细胞膜;可能,因为细胞膜上有蛋白质。
【典题例析】
　(2022·德州高一检测)接种卡介苗经过一段时间后,血液中就会出现结核杆菌抗体①,这种抗体的基本结构单位和细胞合成及加工抗体的细胞器②依次是 (　　)
A.氨基酸、核糖体、内质网、高尔基体、线粒体
B.葡萄糖、核糖体、内质网、高尔基体
C.氨基酸、核糖体、内质网、高尔基体
D.核苷酸、核糖体、内质网、高尔基体、线粒体
[解题思维]
提取关键点 ①血液中就会出现结核杆菌抗体②合成及加工抗体的细胞器
转化知识点 分泌蛋白合成场所和加工场所
排除障碍点 线粒体提供能量,不参与抗体的合成及加工
【解析】选C。抗体的化学本质是蛋白质,其基本组成单位是氨基酸;抗体是一种分泌蛋白,合成分泌蛋白的细胞器是核糖体,加工分泌蛋白的细胞器是内质网、高尔基体,线粒体只是提供能量,不对蛋白质进行加工。
[借题发挥]　与抗体合成和分泌直接相关的细胞结构有哪些
提示:核糖体、内质网、高尔基体、细胞膜和线粒体。
【即学即练】
1.(2022·海淀区高一检测)核糖体合成的分泌蛋白,经高尔基体加工后与高尔基体膜内表面的受体结合,启动囊泡的形成,以便于分泌蛋白的运输和分泌。下列分析错误的是 (　　)
A.内质网通过囊泡将蛋白质运输到高尔基体进行进一步加工
B.高尔基体中堆积蛋白质可能影响细胞内继续合成、加工该种蛋白质
C.囊泡与靶膜的结合依赖于信号分子与膜上的受体相互识别
D.分泌蛋白的合成与游离核糖体无关
【解析】选D。内质网通过囊泡将蛋白质运输到高尔基体进行进一步加工,A正确;高尔基体能加工来自内质网的蛋白质,高尔基体中堆积蛋白质可能影响细胞内继续合成、加工该种蛋白质,B正确;囊泡与靶膜的结合依赖于信号分子与膜上的受体相互识别,只有二者相互识别并特异性结合后方可实现囊泡和靶膜的融合,C正确;合成分泌蛋白时,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,D错误。
2.用35S标记一定量的氨基酸,研究胰岛素的合成和分泌过程。测得与之密切相关的三种细胞器上放射性强度的变化曲线,如图所示。下列叙述不正确的是 (　　)
A.图中a曲线对应的细胞器是核糖体
B.图中b、c属于细胞中的生物膜系统
C.图中a、b、c都具有蛋白质加工功能
D.35S被细胞排出需要通过细胞膜完成
【解析】选C。分泌蛋白合成、分泌依次经过的结构为:核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜,根据放射性强度中,a、b、c顺次出现高峰,判断a是核糖体,b是内质网,c是高尔基体。由以上分析可知,图中a曲线对应的细胞器是核糖体,A正确;b是内质网,c是高尔基体,两者都含单层膜结构,因此都属于生物膜系统,B正确;a为核糖体,是合成蛋白质的场所,但不能对蛋白质进行加工,C错误;囊泡转运到细胞膜,与细胞膜融合,将35S标记的胰岛素分泌到细胞外,D正确。
3.(2021·宿州高一检测)组成生物体的蛋白质大多数是在细胞质中的核糖体上合成的,各种蛋白质合成之后要分别运送到细胞中的不同部位,以保证细胞生命活动的正常进行。如图表示分泌蛋白的合成、加工和运输过程,①②③表示细胞器,a、b、c表示某些过程。下列叙述中错误的是 (　　)
A. 胃蛋白酶、血红素都属于分泌蛋白
B.a表示脱水缩合过程,b、c表示蛋白质的加工及运输过程
C.①②③分别是内质网、高尔基体和线粒体
D.该过程可以体现细胞器之间既有分工又密切合作
【解析】选A。胃蛋白酶属于分泌蛋白,血红素是胞内蛋白,A错误;a表示氨基酸脱水缩合形成多肽,b表示内质网对肽链进行加工,形成较成熟的蛋白质,c表示高尔基体对蛋白质进一步加工及运输过程,B正确;由图可知,①②③分别是内质网、高尔基体和线粒体,C正确;分泌蛋白合成过程可以说明细胞器的结构和功能之间具有密切的联系,D正确。
学习任务二:细胞的生物膜系统
1.各种生物膜在化学组成上的联系:
2.各种生物膜在结构和功能上的联系:
(1)各种生物膜在结构上大致相同,都是由磷脂双分子层构成基本支架,蛋白质分子分布其中,都具有一定的流动性。
(2)在结构上具有一定的连续性,如图所示:
(3)在功能上的联系:在分泌蛋白的合成、加工、运输、分泌过程中,各细胞器之间协调配合。
[思考探究]　比较几种生物膜的化学成分,回答下列问题:
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
从上表数据可以看出,各种生物膜的化学组成和含量各有什么关系
提示:化学组成基本相同,含量各不相同。
【学习加点料】
　思维易错:分泌蛋白合成及分泌过程中形成的囊泡的膜是否属于生物膜系统 视网膜、肠黏膜是否属于生物膜系统
提示:囊泡属于生物膜系统。视网膜、肠黏膜不属于生物膜系统。
【典题例析】
　细胞内有三种膜是可以通过囊泡相互转变的,这三种膜是 (　　)
A.核膜、高尔基体膜、线粒体膜
B.内质网膜、高尔基体膜、液泡膜
C.内质网膜、高尔基体膜、细胞膜
D.高尔基体膜、溶酶体膜、线粒体膜
[解题思维]
提取关键点 可以通过囊泡相互转变
转化知识点 生物膜之间的联系
排除障碍点 核膜与内质网膜直接相连,内质网膜与细胞膜直接相连
【解析】选C。核膜不能通过囊泡与高尔基体膜相互转变,A错误;液泡膜不能通过囊泡与高尔基体膜相互转变,B错误;内质网膜、高尔基体膜、细胞膜能通过囊泡相互转变,C正确;溶酶体膜、线粒体膜不能通过囊泡相互转变,D错误。
【即学即练】
1.下列有关生物膜系统的叙述,正确的是 (　　)
A.细胞膜、膀胱膜等都属于细胞的生物膜系统
B.所有的酶都附着在生物膜上
C.分泌蛋白合成和运输过程中,内质网膜面积减小,细胞膜的面积增大
D.生物膜的组成成分和结构都是一样的
【解析】选C。细胞膜、细胞器膜和核膜等都属于细胞的生物膜系统,膀胱膜不属于生物膜系统,A错误;生物体内的消化酶没有附着在生物膜上,B错误;分泌蛋白合成和运输过程中,内质网膜形成的囊泡与高尔基体膜融合而导致膜面积减小,细胞膜接受来自高尔基体的囊泡而导致膜面积增大,C正确;生物膜的组成成分基本相同,结构相似,D错误。
2.细胞膜、核膜及细胞器膜等统称为生物膜。下列关于生物膜的叙述,错误的是 (　　)
①各种生物膜的化学组成和结构完全相同
②各种细胞器膜在结构上都是各自独立的
③细胞膜在细胞与环境之间进行物质运输、能量转化、信息传递的过程中起重要作用
④生物膜把细胞质分隔成多个微小的结构,使多种化学反应同时进行,而互不干扰
⑤细胞内广阔的膜面积为酶提供大量的附着位点,为多种化学反应的进行提供条件
A.②④ B.②③
C.③⑤ D.①②
【解析】选D。①各种生物膜的化学组成和结构相似,①错误;②内质网内连核膜,外连细胞膜,说明生物膜在结构上并不是独立的,②错误;③细胞膜在细胞与环境之间进行物质运输、能量转化、信息传递的过程中起重要作用,③正确;④生物膜把细胞质分隔成多个微小的结构,使多种化学反应同时进行,而互不干扰,④正确;⑤细胞内广阔的膜面积为酶提供了大量的附着位点,为多种化学反应的进行提供了条件,⑤正确。综上分析可知,D符合题意。
　　　蚕的丝腺细胞在5龄的初期主要是细胞本身增大,这时细胞质中的核糖体多为游离型的,而内质网很贫乏。但到5龄的后半期,腺细胞开始大量产生丝心蛋白,核糖体都与内质网结合,形成发达的粗面内质网。
探究:
(1)结合信息分析,5龄初期,核糖体多为游离型的原因是什么
(2)结合信息分析,5龄的后半期,形成发达的粗面内质网的原因是什么
(3)与丝心蛋白形成有关的细胞器有哪些
【解析】(1)5龄初期,细胞自身在生长,合成的胞内蛋白用于细胞自身,故游离的核糖体较多。
(2)5龄后半期,产生丝心蛋白,此时形成发达的粗面内质网,因为丝心蛋白属于分泌蛋白,粗面内质网参与分泌蛋白的合成与加工。
(3)与分泌蛋白形成有关的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体和线粒体。
答案:(1)合成的蛋白质用于细胞自身的生长
(2)丝心蛋白属于分泌蛋白,粗面内质网参与分泌蛋白的合成与加工
(3)核糖体、内质网、高尔基体和线粒体
【关键能力·素养发展】
情境载体 情境类型为生活、学习和实践情境,突出与生活的联系
关键能力　↓信息转化 ①核糖体的类型
②不同蛋白质的合成场所③分泌蛋白的形成
学科素养 培养生命观念中的结构与功能观、科学思维中的分析与比较等素养
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