第7讲 细胞器之间的协调配合与生物膜系统
[课标要求]
举例说明细胞各部分结构之间相互联系、协调一致,共同执行细胞的各项生命活动。
考点一 细胞器之间的协调配合
1.分泌蛋白
(1)概念:在 合成后,分泌到 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、加工和运输
(1)研究方法——同位素标记法。
将豚鼠的胰腺腺泡细胞放入含 的培养液中培养,检测放射性依次出现的部位。
(2)过程。
提醒 分泌蛋白的合成起始于游离的核糖体,先在游离的核糖体中合成一段肽链,然后这段肽链与核糖体一起转移到粗面内质网上继续其合成过程,并且边合成边转移到内质网腔内。
1.判断正误
(1)(必修1 P51思考·讨论)常见的分泌蛋白包括消化酶、抗体和呼吸酶等。( )
(2)(必修1 P52正文)分泌蛋白的合成与分泌过程:核糖体→高尔基体→内质网→细胞膜。( )
(3)(必修1 P52正文)在分泌蛋白的合成、加工、运输的过程中,内质网起着重要的交通枢纽作用。( )
(4)(必修1 P51科学方法拓展)为追踪胰岛素的合成途径,可用放射性同位素15N标记相应氨基酸进行。( )
2.规范表达
(1)(必修1 P52图38拓展)研究发现,核糖体合成的分泌蛋白有信号序列,而从内质网输出的蛋白质不含信号序列,推测其原因可能是
。
(2)(教材延伸)2013年诺贝尔生理学或医学奖授予了三位科学家,因为他们解开了调控运输物在正确时间投递到细胞中正确位置的分子原理,也就是细胞通过囊泡精确地释放被运输的物质。图甲表示细胞通过形成囊泡运输物质的过程,图乙是图甲的局部放大。不同囊泡介导不同途径的运输。
①研究表明,图甲中的Y囊泡内的“货物”为多种水解酶,这些酶会储存在结构5中,推断结构5是什么 由内质网、高尔基体加工的蛋白质一定是分泌蛋白吗
②图乙中的囊泡能够精确地将细胞“货物”运送到相应位置并分泌到细胞外,据图推测可能的原因是什么 此过程体现了生物膜具有什么功能
用建构模型法分析放射性及膜面积变化
能力1 围绕分泌蛋白的合成和运输过程,考查获取信息的能力
1.(2024·天津模拟)内质网中的结合蛋白(BiP)可与进入内质网的未折叠蛋白的疏水氨基酸残基结合,促进它们重新折叠与装配,完成装配的蛋白质与BiP分离后进入高尔基体。当未折叠蛋白在内质网中积累过多时,与BiP结合的ATF6跨膜蛋白转移到高尔基体被激活,并通过细胞核的相关调控,恢复内质网中的蛋白质稳态。下列相关叙述错误的是( )
[A] 未折叠蛋白在内质网中积累过多会影响细胞的正常代谢
[B] 未折叠蛋白重新折叠与装配时需形成新的氢键或二硫键
[C] ATF6跨膜蛋白运输到高尔基体需通过囊泡转运并消耗能量
[D] 与BiP分离后的蛋白质都具有正常的生物活性
2.(2024·安徽滁州模拟)用含35S标记的氨基酸的培养基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(图甲)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(图乙)。下列分析错误的是( )
[A] 图甲中的a、b、c三条曲线所指的细胞器分别是核糖体、高尔基体、内质网
[B] 与乳腺分泌蛋白的合成与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] 图乙中d、e、f三条曲线所指的膜结构分别是内质网膜、细胞膜、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
考点二 细胞的生物膜系统
1.生物膜系统的组成及特点
提醒 生物膜系统是指细胞内而不是生物体内的全部膜结构,所以口腔黏膜、胃黏膜等不属于生物膜系统。
2.生物膜系统的功能
1.判断正误
(1)(必修1 P52正文)口腔黏膜、小肠黏膜等属于生物膜系统。( )
(2)(必修1 P53与社会的联系)人工合成的膜材料用于治疗尿毒症,利用了膜材料具有选择透过性的特征。( )
2.规范表达
(1)(必修1 P52正文拓展)大肠杆菌 (填“有”或“没有”)生物膜系统,判断的依据是 。
(2)(必修1 P52正文拓展)生物膜在结构上表现出一定的连续性,主要表现在
。(答出两点)
能力2 围绕生物膜系统的组成、结构和功能,考查理解能力
3.(2024·湖北荆州模拟)如图是高等动物细胞内蛋白质合成、加工及定向转运的主要途径示意图,其中a~f表示细胞结构,①~⑧表示生理过程。下列相关叙述错误的是( )
[A] 上图结构中,除a外其他均属于细胞的生物膜系统
[B] 过程①中多个结构a附着于mRNA上,可提高蛋白质合成速率
[C] 生长激素的合成和转运途径是⑤→⑥→⑧
[D] 结构c中的蛋白质均依赖①→④过程转运
4.(2024·河南焦作模拟)分泌蛋白新生肽链的信号肽序列(位于肽链的N端,其末端常称为碱性氨基末端)合成后,可被信号识别颗粒所识别,引起蛋白质合成暂停或减缓;待核糖体及其上的新生肽链转移至内质网上,蛋白质合成又重新恢复。随后,已合成的肽链在信号肽引导下,穿过内质网膜进入内质网腔继续加工,其中信号肽序列将在信号肽酶的作用下被切除(如图)。下列相关叙述错误的是( )
[A] 胰岛素、抗体等蛋白质的形成都需要经过该过程
[B] 高尔基体膜内侧与内质网相连,外侧与细胞膜相连,属于细胞的生物膜系统
[C] 根据信号肽能引导肽链穿过内质网膜可推测其上分布有重要的疏水序列
[D] 分泌蛋白新生肽链的合成始于游离的核糖体,说明附着型核糖体与游离型核糖体在结构和功能上并无本质差异
考向一 从生命观念的角度,考查分泌蛋白的合成过程和生物膜系统的概念
1.(2024·安徽卷,1)真核细胞的质膜、细胞器膜和核膜等共同构成生物膜系统。下列叙述正确的是( )
[A] 液泡膜上的一种载体蛋白只能主动转运一种分子或离子
[B] 水分子主要通过质膜上的水通道蛋白进出肾小管上皮细胞
[C] 根尖分生区细胞的核膜在分裂间期解体,在分裂末期重建
[D] [H]与氧结合生成水并形成ATP的过程发生在线粒体基质和内膜上
2.(2023·浙江6月选考,6)囊泡运输是细胞内重要的运输方式。没有囊泡运输的精确运行,细胞将陷入混乱状态。下列叙述正确的是( )
[A] 囊泡的运输依赖于细胞骨架
[B] 囊泡可来自核糖体、内质网等细胞器
[C] 囊泡与细胞膜的融合依赖于膜的选择透过性
[D] 囊泡将细胞内所有结构形成统一的整体
考向二 从科学思维角度,考查细胞器之间的联系
3.(2024·安徽卷,2)变形虫可通过细胞表面形成临时性细胞突起进行移动和摄食。科研人员用特定荧光物质处理变形虫,发现移动部分的细胞质中聚集有被标记的纤维网架结构,并伴有纤维的消长。下列叙述正确的是( )
[A] 被荧光标记的网架结构属于细胞骨架,与变形虫的形态变化有关
[B] 溶酶体中的水解酶进入细胞质基质,将摄入的食物分解为小分子
[C] 变形虫通过胞吞方式摄取食物,该过程不需要质膜上的蛋白质参与
[D] 变形虫移动过程中,纤维的消长是由于其构成蛋白的不断组装所致
4.(2021·湖北卷,1)在真核细胞中,由细胞膜、核膜以及各种细胞器膜等共同构成生物膜系统。下列叙述错误的是( )
[A] 葡萄糖的有氧呼吸过程中,水的生成发生在线粒体外膜
[B] 细胞膜上参与主动运输的ATP酶是一种跨膜蛋白
[C] 溶酶体膜蛋白高度糖基化可保护自身不被酶水解
[D] 叶绿体的类囊体膜上分布着光合色素和蛋白质
热点情境1 信号识别与囊泡运输
[情境链接]
蛋白质在游离的核糖体合成开始后,需要分选与转运到特定的功能位点,其分选途径大致分为两条:一条为后翻译转运途径,蛋白质在游离核糖体上完成翻译后进行转运;另一条为共翻译转运途径,即蛋白质合成在游离核糖体上起始之后,由信号肽和与之结合的信号识别颗粒(SRP)引导转移至粗面内质网,然后新生肽边合成边转入粗面内质网腔或定位在内质网膜上,经转运囊泡运到高尔基体加工、包装再分选至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外。
(1)核糖体与内质网之间的识别。
信号肽假说认为,经典的蛋白分泌可通过内质网—高尔基体途径进行,可分为①~⑧个阶段如图1所示。新生肽一端的信号肽与信号识别颗粒(SRP)结合,SRP通过与内质网上的SRP受体(DP)结合,将核糖体—新生肽引导至内质网。新生肽链通过易位子进入内质网腔中进行初步加工之后,SRP脱离,肽链继续合成,结束后其信号肽被切除,核糖体脱落。肽链在内质网中加工后被转运到高尔基体,最后经细胞膜分泌到细胞外。
(2)内质网和高尔基体之间的识别。
细胞内部产生的蛋白质被包裹于膜泡形成囊泡,囊泡被分成披网格蛋白小泡、COPⅠ被膜小泡以及COPⅡ被膜小泡三种类型。三种囊泡介导不同途径的运输(图2),其中COPⅠ被膜小泡以及COPⅡ被膜小泡的识别和运输过程如图3所示:驻留在内质网的可溶性蛋白的羧基端有KDEL序列,如果该蛋白被意外地包装进入转运膜泡,就会从内质网逃逸到高尔基体,此时高尔基体顺面膜囊区的KDEL受体就会识别并结合KDEL序列,将它们回收到内质网。
(3)受体介导的囊泡运输。
囊泡运输是一种高度有组织的定向运输,各类囊泡之所以能够被准确地运到靶细胞器或靶细胞,主要是因为靶细胞器或靶细胞上具有特殊的膜标志蛋白,囊泡通过与特殊的膜标志蛋白的相互识别,进行囊泡运输。
[典型例题]
(2024·浙江1月选考,12)浆细胞合成抗体分子时,先合成的一段肽链(信号肽)与细胞质中的信号识别颗粒(SRP)结合,肽链合成暂时停止。待SRP与内质网上SRP受体结合后,核糖体附着到内质网膜上,将已合成的多肽链经由 SRP受体内的通道送入内质网腔,继续翻译直至完成整个多肽链的合成并分泌到细胞外。下列叙述正确的是( )
[A] SRP 与信号肽的识别与结合具有特异性
[B] SRP受体缺陷的细胞无法合成多肽链
[C] 核糖体和内质网之间通过囊泡转移多肽链
[D] 生长激素和性激素均通过此途径合成并分泌
[迁移应用]
1.(2024·山东青岛调研)在起始密码子后,有一段RNA区域可编码疏水性氨基酸序列,该序列被称为信号肽。信号肽一般位于分泌蛋白的N端(肽链游离的氨基端),通常由15~30个氨基酸组成。它负责把蛋白质引导到具膜结构的细胞器内,此过程如图所示。下列相关叙述错误的是( )
[A] 信号肽可指引核糖体由细胞质基质移向内质网
[B] 信号肽是转录的产物,发挥完作用即被信号肽酶剪切
[C] 信号肽能特异性地识别相关细胞器膜上的受体并与之相结合
[D] 核糖体在细胞内可循环使用,以保证蛋白质供应
2.(2024·四川成都月考)多肽链进入内质网加工后,有些被运送到细胞其他部位称为运出蛋白,有些留在内质网称为驻留蛋白。驻留蛋白的羧基端有一段特殊的四肽序列(KDEL),如果该蛋白被意外地包装进入转运囊泡,就会从内质网逃逸到高尔基体,高尔基体膜内侧的KDEL受体就会识别并结合KDEL,将它们回收到内质网。下列说法错误的是( )
[A] 多肽链与核糖体一起转移到内质网上完成合成后,再加工形成有功能的蛋白
[B] 驻留蛋白可能参与运出蛋白的折叠与组装
[C] 高尔基体膜通过转运囊泡转化为内质网膜,依赖于膜的流动性
[D] 内质网膜、转运囊泡膜、高尔基体膜内侧都含有KDEL受体
3.(2024·安徽芜湖检测)高尔基体膜上的RS受体特异性识别并结合含有短肽序列RS的蛋白质,以出芽的形式形成囊泡,通过囊泡运输的方式将错误转运到高尔基体的该类蛋白运回内质网并释放。RS受体与RS的结合能力随pH升高而减弱。下列说法错误的是( )
[A] 消化酶和抗体不属于该类蛋白
[B] 该类蛋白运回内质网的过程消耗ATP
[C] 高尔基体内RS受体所在区域的pH比内质网的pH高
[D] RS功能的缺失可能会使高尔基体内该类蛋白的含量增加
第7讲 细胞器之间的协调配合与生物膜系统
考点一 细胞器之间的协调配合
必备知识·梳理
1.(1)细胞内 细胞外
2.(1)3H标记的亮氨酸 (2)核糖体 内质网 高尔基体
深挖教材
1.(1)× 分泌蛋白是指在细胞内合成后,分泌到细胞外起作用的蛋白质,呼吸酶在胞内发挥作用,不属于分泌蛋白。
(2)× 分泌蛋白的合成与分泌过程:核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜。
(3)× 高尔基体在细胞内囊泡运输中起着交通枢纽作用。
(4)× 15N不具有放射性。
2.(1)分泌蛋白的信号序列在内质网中被切掉了
(2)①结构5是溶酶体。由内质网、高尔基体加工的蛋白质不一定是分泌蛋白。
②囊泡上的蛋白质A和细胞膜上的蛋白质B特异性结合。体现了生物膜具有信息交流的功能。
关键能力·提升
能力1
1.D 未折叠蛋白在内质网中积累过多,说明正常蛋白质的合成受阻,因而会影响细胞的正常代谢;蛋白质空间结构的形成涉及二硫键和氢键的形成,据此可推测,未折叠蛋白重新折叠与装配时需形成新的氢键或二硫键等;内质网的ATF6跨膜蛋白需要借助囊泡运输到高尔基体,该过程消耗能量;与BiP分离后的蛋白质需要进入高尔基体继续加工或修饰,形成具有正常生物活性的蛋白质。
2.A 分泌蛋白首先在核糖体上合成,再依次经过内质网和高尔基体的加工,最后经细胞膜分泌到细胞外,在此过程中,由线粒体提供能量。分泌蛋白经内质网初步加工后,由内质网膜鼓出形成囊泡,包裹着蛋白质离开内质网,到达高尔基体,囊泡与高尔基体膜融合。蛋白质经高尔基体进一步加工后,再由高尔基体膜形成包裹着蛋白质的囊泡,转运到细胞膜并与之融合。因此,分泌蛋白分泌过程中,内质网膜面积相对减小,细胞膜膜面积相对增大,高尔基体膜面积先增大后减小,最后基本不变。
考点二 细胞的生物膜系统
必备知识·梳理
1.核膜 细胞器膜 组成成分和结构 结构和功能
2.物质运输 能量转化 信息传递 酶 高效、有序地进行
深挖教材
1.(1)× 生物膜系统由细胞膜、核膜以及细胞器膜等共同组成,口腔黏膜、小肠黏膜不属于生物膜系统。
(2)√
2.(1)没有 大肠杆菌只有细胞膜,没有细胞器膜、核膜等膜结构 (2)内质网膜可与细胞膜、核膜直接相连,高尔基体膜与细胞膜、内质网膜通过囊泡间接联系
关键能力·提升
能力2
3.D 题图结构中,a为核糖体、b为细胞核、c为线粒体、d为内质网、e为高尔基体、f为细胞膜,除a没有膜结构外,其他均由生物膜构成,都属于细胞的生物膜系统;过程①表示翻译,在翻译过程中多个核糖体附着于mRNA上,形成多聚核糖体,可提高细胞内蛋白质的合成速率;生长激素的化学本质是蛋白质,属于分泌蛋白,其合成和转运途径是⑤→⑥→⑧;c(线粒体)内的蛋白质,可以来源于核基因控制合成,即依赖①→④过程转运,也可以来源于自身DNA的转录和翻译。
4.B 胰岛素、抗体等蛋白质都是分泌蛋白,都需要经过题图的合成和分泌过程;高尔基体膜是独立的,内质网膜向内连接核膜,向外连接细胞膜;生物膜的基本支架是磷脂双分子层,内部是磷脂分子的疏水端,信号肽能引导新合成的肽链穿膜进入内质网腔,可推测信号肽的主要功能区是一小段疏水序列,类似于脂溶性小分子的穿膜运输方式;分泌蛋白开始时是在游离的核糖体上合成的,当信号肽被信号识别颗粒识别后,核糖体才被带到内质网上,变为附着型核糖体,所以附着型核糖体与游离型核糖体在结构和功能上并无本质差异。
研练真题·感悟高考
考向一
1.B 液泡膜上的一种载体蛋白能转运一种或一类分子或离子;根尖分生区细胞的核膜在分裂前期解体,在分裂末期重建;[H]与氧结合生成水并形成ATP的过程发生在线粒体内膜上。
2.A 细胞骨架是细胞内由蛋白质纤维组成的网架结构,与物质运输等活动有关,囊泡运输依赖于细胞骨架;核糖体是无膜细胞器,不能产生囊泡;囊泡与细胞膜的融合依赖于膜的结构特性,即具有一定的流动性;囊泡只能在具有生物膜的细胞结构中相互转化,并不能将细胞内所有结构形成统一的整体。
考向二
3.A 细胞骨架对细胞形态的维持有重要作用,锚定并支撑着许多细胞器,所以被荧光标记的网架结构属于细胞骨架,与变形虫的形态变化有关;摄入的食物进入溶酶体中,被溶酶体中的水解酶分解为小分子;变形虫通过胞吞方式摄取食物,该过程需要质膜上的蛋白质进行识别;变形虫移动过程中,纤维的消长是由于其构成蛋白的不断组装与去组装所致。
4.A 葡萄糖的有氧呼吸过程中,水的生成发生在有氧呼吸第三阶段,场所是线粒体内膜;真核细胞的细胞膜上参与主动运输的ATP酶是一种跨膜蛋白,该类蛋白发挥作用时可催化ATP水解,为跨膜运输提供能量;溶酶体内有多种水解酶,能溶解衰老、损伤的细胞器,溶酶体膜蛋白高度糖基化可保护自身不被酶水解;叶绿体的类囊体膜是光反应的场所,其上分布着光合色素和蛋白质(酶等),利于光反应进行。
热点情境1 信号识别与囊泡运输
[典型例题]
A 细胞内信号分子的识别与结合具有特异性,所以SRP与信号肽的识别与结合具有特异性;SRP受体缺陷的细胞可以合成部分多肽链,如呼吸酶等;核糖体和内质网之间通过SRP受体内的通道转移多肽链,同时核糖体是无膜细胞器,不能形成囊泡;生长激素通过题述途径合成并分泌,性激素属于固醇,不通过该途径合成并分泌。
[迁移应用]
1.B 根据题图可知,信号肽负责把蛋白质从核糖体上引导到具膜结构的细胞器(内质网)内;由题意可知,信号肽是短肽物质,因此信号肽是翻译的产物;信号肽能被内质网上的受体蛋白特异性识别,并与之相结合;由题图可知,核糖体可以在细胞内循环使用,以保证蛋白质供应。
2.D 通过题干信息可知,转运囊泡膜内侧及内质网膜上没有KDEL受体。
3.C 消化酶和抗体属于分泌蛋白,题中该类蛋白为错误运输到高尔基体上的蛋白质,故消化酶和抗体不属于该类蛋白;该类蛋白经囊泡运输需要消耗能量;RS受体与RS的结合能力随pH升高而减弱,因此高尔基体内RS受体所在区域的pH比内质网的pH低;RS功能缺失会使该类蛋白的回收异常,不能运回内质网,在高尔基体内积累,含量增加。(共75张PPT)
第7讲
细胞器之间的
协调配合与生物膜系统
[课标要求]
举例说明细胞各部分结构之间相互联系、协调一致,共同执行细胞的各项生命活动。
细胞器之间的协调配合
考点一
1.分泌蛋白
(1)概念:在 合成后,分泌到 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、加工和运输
(1)研究方法——同位素标记法。
将豚鼠的胰腺腺泡细胞放入含 的培养液中培养,检测放射性依次出现的部位。
细胞内
细胞外
3H标记的亮氨酸
(2)过程。
核糖体
内质网
高尔基体
提醒 分泌蛋白的合成起始于游离的核糖体,先在游离的核糖体中合成一段肽链,然后这段肽链与核糖体一起转移到粗面内质网上继续其合成过程,并且边合成边转移到内质网腔内。
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修1 P51思考·讨论)常见的分泌蛋白包括消化酶、抗体和呼吸酶等。
( )
×
【提示】 分泌蛋白是指在细胞内合成后,分泌到细胞外起作用的蛋白质,呼吸酶在胞内发挥作用,不属于分泌蛋白。
(2)(必修1 P52正文)分泌蛋白的合成与分泌过程:核糖体→高尔基体→内质
网→细胞膜。( )
×
【提示】 分泌蛋白的合成与分泌过程:核糖体→内质网→高尔基体→
细胞膜。
(3)(必修1 P52正文)在分泌蛋白的合成、加工、运输的过程中,内质网起着重要的交通枢纽作用。( )
×
【提示】 高尔基体在细胞内囊泡运输中起着交通枢纽作用。
(4)(必修1 P51科学方法拓展)为追踪胰岛素的合成途径,可用放射性同位素15N标记相应氨基酸进行。( )
×
【提示】 15N不具有放射性。
2.规范表达
(1)(必修1 P52图3-8拓展)研究发现,核糖体合成的分泌蛋白有信号序列,而从内质网输出的蛋白质不含信号序列,推测其原因可能是
。
分泌蛋白的
信号序列在内质网中被切掉了
(2)(教材延伸)2013年诺贝尔生理学或医学奖授予了三位科学家,因为他们解开了调控运输物在正确时间投递到细胞中正确位置的分子原理,也就是细胞通过囊泡精确地释放被运输的物质。图甲表示细胞通过形成囊泡运输物质的过程,图乙是图甲的局部放大。不同囊泡介导不同途径的运输。
①研究表明,图甲中的Y囊泡内的“货物”为多种水解酶,这些酶会储存在结构5中,推断结构5是什么 由内质网、高尔基体加工的蛋白质一定是分泌蛋白吗
【提示】 结构5是溶酶体。由内质网、高尔基体加工的蛋白质不一定是分泌蛋白。
②图乙中的囊泡能够精确地将细胞“货物”运送到相应位置并分泌到细胞外,据图推测可能的原因是什么 此过程体现了生物膜具有什么功能
【提示】 囊泡上的蛋白质A和细胞膜上的蛋白质B特异性结合。体现了生物膜具有信息交流的功能。
用建构模型法分析放射性及膜面积变化
能力1 围绕分泌蛋白的合成和运输过程,考查获取信息的能力
1.(2024·天津模拟)内质网中的结合蛋白(BiP)可与进入内质网的未折叠蛋白的疏水氨基酸残基结合,促进它们重新折叠与装配,完成装配的蛋白质与BiP分离后进入高尔基体。当未折叠蛋白在内质网中积累过多时,与BiP结合的ATF6跨膜蛋白转移到高尔基体被激活,并通过细胞核的相关调控,恢复内质网中的蛋白质稳态。下列相关叙述错误的是( )
[A] 未折叠蛋白在内质网中积累过多会影响细胞的正常代谢
[B] 未折叠蛋白重新折叠与装配时需形成新的氢键或二硫键
[C] ATF6跨膜蛋白运输到高尔基体需通过囊泡转运并消耗能量
[D] 与BiP分离后的蛋白质都具有正常的生物活性
D
【解析】 未折叠蛋白在内质网中积累过多,说明正常蛋白质的合成受阻,因而会影响细胞的正常代谢;蛋白质空间结构的形成涉及二硫键和氢键的形成,据此可推测,未折叠蛋白重新折叠与装配时需形成新的氢键或二硫键等;内质网的ATF6跨膜蛋白需要借助囊泡运输到高尔基体,该过程消耗能量;与BiP分离后的蛋白质需要进入高尔基体继续加工或修饰,形成具有正常生物活性的蛋白质。
2.(2024·安徽滁州模拟)用含35S标记的氨基酸的培养基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(图甲)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(图乙)。下列分析错误的是( )
[A] 图甲中的a、b、c三条曲线所指的细胞器分别是核糖体、高尔基体、内质网
[B] 与乳腺分泌蛋白的合成与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] 图乙中d、e、f三条曲线所指的膜结构分别是内质网膜、细胞膜、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
A
【解析】 分泌蛋白首先在核糖体上合成,再依次经过内质网和高尔基体的加工,最后经细胞膜分泌到细胞外,在此过程中,由线粒体提供能量。分泌蛋白经内质网初步加工后,由内质网膜鼓出形成囊泡,包裹着蛋白质离开内质网,到达高尔基体,囊泡与高尔基体膜融合。蛋白质经高尔基体进一步加工后,再由高尔基体膜形成包裹着蛋白质的囊泡,转运到细胞膜并与之融合。因此,分泌蛋白分泌过程中,内质网膜面积相对减小,细胞膜膜面积相对增大,高尔基体膜面积先增大后减小,最后基本不变。
考点二
细胞的生物膜系统
1.生物膜系统的组成及特点
提醒 生物膜系统是指细胞内而不是生物体内的全部膜结构,所以口腔黏膜、胃黏膜等不属于生物膜系统。
核膜
细胞器膜
组成成分和结构
结构和功能
2.生物膜系统的功能
物质运输
能量转化
信息传递
酶
高效、
有序地进行
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修1 P52正文)口腔黏膜、小肠黏膜等属于生物膜系统。( )
×
【提示】 生物膜系统由细胞膜、核膜以及细胞器膜等共同组成,口腔黏膜、小肠黏膜不属于生物膜系统。
(2)(必修1 P53与社会的联系)人工合成的膜材料用于治疗尿毒症,利用了膜材料具有选择透过性的特征。( )
√
2.规范表达
(1)(必修1 P52正文拓展)大肠杆菌 (填“有”或“没有”)生物膜系统,判断的依据是 。
(2)(必修1 P52正文拓展)生物膜在结构上表现出一定的连续性,主要表现在
。(答出两点)
没有
大肠杆菌只有细胞膜,没有细胞器膜、核膜等膜结构
内质网膜可与细胞膜、核膜直接相连,高尔基体膜与细胞膜、内质网膜通过
囊泡间接联系
能力2 围绕生物膜系统的组成、结构和功能,考查理解能力
3.(2024·湖北荆州模拟)如图是高等动物细胞内蛋白质合成、加工及定向转运的主要途径示意图,其中a~f表示细胞结构,①~⑧表示生理过程。下列相关叙述错误的是
( )
[A] 上图结构中,除a外其他均属于细胞的生物膜系统
[B] 过程①中多个结构a附着于mRNA上,可提高蛋
白质合成速率
[C] 生长激素的合成和转运途径是⑤→⑥→⑧
[D] 结构c中的蛋白质均依赖①→④过程转运
D
【解析】 题图结构中,a为核糖体、b为细胞核、c为线粒体、d为内质网、e为高尔基体、f为细胞膜,除a没有膜结构外,其他均由生物膜构成,都属于细胞的生物膜系统;过程①表示翻译,在翻译过程中多个核糖体附着于mRNA上,形成多聚核糖体,可提高细胞内蛋白质的合成速率;生长激素的化学本质是蛋白质,属于分泌蛋白,其合成和转运途径是⑤→⑥→⑧;c(线粒体)内的蛋白质,可以来源于核基因控制合成,即依赖①→④过程转运,也可以来源于自身DNA的转录和翻译。
4.(2024·河南焦作模拟)分泌蛋白新生肽链的信号肽序列(位于肽链的N端,其末端常称为碱性氨基末端)合成后,可被信号识别颗粒所识别,引起蛋白质合成暂停或减缓;待核糖体及其上的新生肽链转移至内质网上,蛋白质合成又重新恢复。随后,已合成的肽链在信号肽引导下,穿过内质网膜进入内质网腔继续加工,其中信号肽序列将在
信号肽酶的作用下被切除(如图)。下列相关叙述错误的是( )
[A] 胰岛素、抗体等蛋白质的形成都需要经过该过程
[B] 高尔基体膜内侧与内质网相连,外侧与细胞膜相连,属于细胞的生物膜系统
[C] 根据信号肽能引导肽链穿过内质网膜可推测其上分布有重要的疏水序列
[D] 分泌蛋白新生肽链的合成始于游离的核糖体,说明附着型核糖体与游离型核糖体在结构和功能上并无本质差异
B
【解析】 胰岛素、抗体等蛋白质都是分泌蛋白,都需要经过题图的合成和分泌过程;高尔基体膜是独立的,内质网膜向内连接核膜,向外连接细胞膜;生物膜的基本支架是磷脂双分子层,内部是磷脂分子的疏水端,信号肽能引导新合成的肽链穿膜进入内质网腔,可推测信号肽的主要功能区是一小段疏水序列,类似于脂溶性小分子的穿膜运输方式;分泌蛋白开始时是在游离的核糖体上合成的,当信号肽被信号识别颗粒识别后,核糖体才被带到内质网上,变为附着型核糖体,所以附着型核糖体与游离型核糖体在结构和功能上并无本质差异。
考向一 从生命观念的角度,考查分泌蛋白的合成过程和生物膜系统的概念
1.(2024·安徽卷,1)真核细胞的质膜、细胞器膜和核膜等共同构成生物膜系统。下列叙述正确的是( )
[A] 液泡膜上的一种载体蛋白只能主动转运一种分子或离子
[B] 水分子主要通过质膜上的水通道蛋白进出肾小管上皮细胞
[C] 根尖分生区细胞的核膜在分裂间期解体,在分裂末期重建
[D] [H]与氧结合生成水并形成ATP的过程发生在线粒体基质和内膜上
研练真题·感悟高考
B
【解析】 液泡膜上的一种载体蛋白能转运一种或一类分子或离子;根尖分生区细胞的核膜在分裂前期解体,在分裂末期重建;[H]与氧结合生成水并形成ATP的过程发生在线粒体内膜上。
2.(2023·浙江6月选考,6)囊泡运输是细胞内重要的运输方式。没有囊泡运输的精确运行,细胞将陷入混乱状态。下列叙述正确的是( )
[A] 囊泡的运输依赖于细胞骨架
[B] 囊泡可来自核糖体、内质网等细胞器
[C] 囊泡与细胞膜的融合依赖于膜的选择透过性
[D] 囊泡将细胞内所有结构形成统一的整体
A
【解析】 细胞骨架是细胞内由蛋白质纤维组成的网架结构,与物质运输等活动有关,囊泡运输依赖于细胞骨架;核糖体是无膜细胞器,不能产生囊泡;囊泡与细胞膜的融合依赖于膜的结构特性,即具有一定的流动性;囊泡只能在具有生物膜的细胞结构中相互转化,并不能将细胞内所有结构形成统一的整体。
考向二 从科学思维角度,考查细胞器之间的联系
3.(2024·安徽卷,2)变形虫可通过细胞表面形成临时性细胞突起进行移动和摄食。科研人员用特定荧光物质处理变形虫,发现移动部分的细胞质中聚集有被标记的纤维网架结构,并伴有纤维的消长。下列叙述正确的是( )
[A] 被荧光标记的网架结构属于细胞骨架,与变形虫的形态变化有关
[B] 溶酶体中的水解酶进入细胞质基质,将摄入的食物分解为小分子
[C] 变形虫通过胞吞方式摄取食物,该过程不需要质膜上的蛋白质参与
[D] 变形虫移动过程中,纤维的消长是由于其构成蛋白的不断组装所致
A
【解析】 细胞骨架对细胞形态的维持有重要作用,锚定并支撑着许多细胞器,所以被荧光标记的网架结构属于细胞骨架,与变形虫的形态变化有关;摄入的食物进入溶酶体中,被溶酶体中的水解酶分解为小分子;变形虫通过胞吞方式摄取食物,该过程需要质膜上的蛋白质进行识别;变形虫移动过程中,纤维的消长是由于其构成蛋白的不断组装与去组装所致。
4.(2021·湖北卷,1)在真核细胞中,由细胞膜、核膜以及各种细胞器膜等共同构成生物膜系统。下列叙述错误的是( )
[A] 葡萄糖的有氧呼吸过程中,水的生成发生在线粒体外膜
[B] 细胞膜上参与主动运输的ATP酶是一种跨膜蛋白
[C] 溶酶体膜蛋白高度糖基化可保护自身不被酶水解
[D] 叶绿体的类囊体膜上分布着光合色素和蛋白质
A
【解析】 葡萄糖的有氧呼吸过程中,水的生成发生在有氧呼吸第三阶段,场所是线粒体内膜;真核细胞的细胞膜上参与主动运输的ATP酶是一种跨膜蛋白,该类蛋白发挥作用时可催化ATP水解,为跨膜运输提供能量;溶酶体内有多种水解酶,能溶解衰老、损伤的细胞器,溶酶体膜蛋白高度糖基化可保护自身不被酶水解;叶绿体的类囊体膜是光反应的场所,其上分布着光合色素和蛋白质(酶等),利于光反应进行。
热点情境1
信号识别与囊泡运输
[情境链接]
蛋白质在游离的核糖体合成开始后,需要分选与转运到特定的功能位点,其分选途径大致分为两条:一条为后翻译转运途径,蛋白质在游离核糖体上完成翻译后进行转运;另一条为共翻译转运途径,即蛋白质合成在游离核糖体上起始之后,由信号肽和与之结合的信号识别颗粒(SRP)引导转移至粗面内质网,然后新生肽边合成边转入粗面内质网腔或定位在内质网膜上,经转运囊泡运到高尔基体加工、包装再分选至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外。
(1)核糖体与内质网之间的识别。
信号肽假说认为,经典的蛋白分泌可通过内质网—高尔基体途径进行,可分为①~⑧个阶段如图1所示。新生肽一端的信号肽与信号识别颗粒(SRP)结合,SRP通过与内质网上的SRP受体(DP)结合,将核糖体—新生肽引导至内质网。新生肽链通过易位子进入内质网腔中进行初步加工之后,SRP脱离,肽链继续合成,结束后其信号肽被切除,核糖体脱落。肽链在内质网中加工后被转运到高尔基体,最后经细胞膜分泌到细胞外。
(2)内质网和高尔基体之间的识别。
细胞内部产生的蛋白质被包裹于膜泡形成囊泡,囊泡被分成披网格蛋白小泡、COPⅠ被膜小泡以及COPⅡ被膜小泡三种类型。三种囊泡介导不同途径的运输(图2),其中COPⅠ被膜小泡以及COPⅡ被膜小泡的识别和运输过程如图3所示:驻留在内质网的可溶性蛋白的羧基端有KDEL序列,如果该蛋白被意外地包装进入转运膜泡,就会从内质网逃逸到高尔基体,此时高尔基体顺面膜囊区的KDEL受体就会识别并结合KDEL序列,将它们回收到内质网。
(3)受体介导的囊泡运输。
囊泡运输是一种高度有组织的定向运输,各类囊泡之所以能够被准确地运到靶细胞器或靶细胞,主要是因为靶细胞器或靶细胞上具有特殊的膜标志蛋白,囊泡通过与特殊的膜标志蛋白的相互识别,进行囊泡运输。
[典型例题]
(2024·浙江1月选考,12)浆细胞合成抗体分子时,先合成的一段肽链(信号肽)与细胞质中的信号识别颗粒(SRP)结合,肽链合成暂时停止。待SRP与内质网上SRP受体结合后,核糖体附着到内质网膜上,将已合成的多肽链经由 SRP受体内的通道送入内质网腔,继续翻译直至完成整个多肽链的合成并分泌到细胞外。下列叙述正确的是( )
[A] SRP 与信号肽的识别与结合具有特异性
[B] SRP受体缺陷的细胞无法合成多肽链
[C] 核糖体和内质网之间通过囊泡转移多肽链
[D] 生长激素和性激素均通过此途径合成并分泌
A
【解析】 细胞内信号分子的识别与结合具有特异性,所以SRP与信号肽的识别与结合具有特异性;SRP受体缺陷的细胞可以合成部分多肽链,如呼吸酶等;核糖体和内质网之间通过SRP受体内的通道转移多肽链,同时核糖体是无膜细胞器,不能形成囊泡;生长激素通过此途径合成并分泌,性激素属于固醇,不通过该途径合成并分泌。
思维建模
[迁移应用]
1.(2024·山东青岛调研)在起始密码子后,有一段RNA区域可编码疏水性氨基酸序列,该序列被称为信号肽。信号肽一般位于分泌蛋白的N端(肽链游离的氨基端),通常由15~
30个氨基酸组成。它负责把蛋白质引导到具膜结构的细胞器内,此过程如图所示。下列相关叙述错误的是( )
[A] 信号肽可指引核糖体由细胞质基质移向内质网
[B] 信号肽是转录的产物,发挥完作用即被信号肽酶剪切
[C] 信号肽能特异性地识别相关细胞器膜上的受体并与之相结合
[D] 核糖体在细胞内可循环使用,以保证蛋白质供应
B
【解析】 根据题图可知,信号肽负责把蛋白质从核糖体上引导到具膜结构的细胞器(内质网)内;由题意可知,信号肽是短肽物质,因此信号肽是翻译的产物;信号肽能被内质网上的受体蛋白特异性识别,并与之相结合;由题图可知,核糖体可以在细胞内循环使用,以保证蛋白质供应。
2.(2024·四川成都月考)多肽链进入内质网加工后,有些被运送到细胞其他部位称为运出蛋白,有些留在内质网称为驻留蛋白。驻留蛋白的羧基端有一段特殊的四肽序列(KDEL),如果该蛋白被意外地包装进入转运囊泡,就会从内质网逃逸到高尔基体,高尔基体膜内侧的KDEL受体就会识别并结合KDEL,将它们回收到内质网。下列说法错误的是( )
[A] 多肽链与核糖体一起转移到内质网上完成合成后,再加工形成有功能的蛋白
[B] 驻留蛋白可能参与运出蛋白的折叠与组装
[C] 高尔基体膜通过转运囊泡转化为内质网膜,依赖于膜的流动性
[D] 内质网膜、转运囊泡膜、高尔基体膜内侧都含有KDEL受体
D
【解析】 通过题干信息可知,转运囊泡膜内侧及内质网膜上没有KDEL受体。
3.(2024·安徽芜湖检测)高尔基体膜上的RS受体特异性识别并结合含有短肽序列RS的蛋白质,以出芽的形式形成囊泡,通过囊泡运输的方式将错误转运到高尔基体的该类蛋白运回内质网并释放。RS受体与RS的结合能力随pH升高而减弱。下列说法错误的是( )
[A] 消化酶和抗体不属于该类蛋白
[B] 该类蛋白运回内质网的过程消耗ATP
[C] 高尔基体内RS受体所在区域的pH比内质网的pH高
[D] RS功能的缺失可能会使高尔基体内该类蛋白的含量增加
C
【解析】 消化酶和抗体属于分泌蛋白,题中该类蛋白为错误运输到高尔基体上的蛋白质,故消化酶和抗体不属于该类蛋白;该类蛋白经囊泡运输需要消耗能量;RS受体与RS的结合能力随pH升高而减弱,因此高尔基体内RS受体所在区域的pH比内质网的pH低;RS功能缺失会使该类蛋白的回收异常,不能运回内质网,在高尔基体内积累,含量增加。
(时间:30分钟 满分:36分)
基础强化练
选择题:1~6题,每题2分。
1.(生物膜系统|2025·肇庆期中)生物膜是当前分子生物学和细胞生物学中一个十分活跃的研究领域。生物膜在能量转换、物质运输、信息传递等方面具有重要作用。下列关于生物膜的叙述错误的是( )
[A] 细胞膜上的糖被与细胞表面的识别等功能有关
[B] 蓝细菌的细胞膜是细胞边界,其与核膜及细胞器膜等构成了生物膜系统
[C] 神经递质与突触后膜上的受体结合体现了细胞膜的信息交流功能
[D] 光合作用暗反应阶段和有氧呼吸的第一、第二阶段均不在生物膜上进行
B
【解析】 蓝细菌是原核生物,没有细胞核和各种具膜的细胞器,没有生物膜系统;光合作用暗反应阶段是在叶绿体基质中进行,有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中进行,有氧呼吸的第二阶段在线粒体基质中进行,均不在生物膜上进行。
2.(细胞器之间的协调配合|2024·太原模拟)定位在内质网腔的可溶性蛋白
(如蛋白二硫键异构酶)均具有一段典型的KDEL信号序列,高尔基体膜上的KDEL受体可识别并结合该信号序列,介导这些逃逸到高尔基体的蛋白质再次回到内质网的过程。下列说法错误的是( )
[A] 抗体、葡萄糖转运蛋白不含有KDEL信号序列
[B] 蛋白二硫键异构酶可能参与内质网中多肽链的初步加工
[C] 逃逸的蛋白质在高尔基体中通过出芽产生囊泡,被运回内质网
[D] 形成溶酶体的囊泡中可以检测到含有KDEL信号序列的蛋白质
D
【解析】 抗体和葡萄糖转运蛋白不是定位在内质网腔内,故不含有KDEL信号序列;蛋白二硫键异构酶是定位在内质网腔的可溶性蛋白,内质网的功能是对多肽链进行初步加工;蛋白质为大分子物质,因此逃逸的蛋白质在高尔基体中通过出芽产生囊泡,被运回内质网;定位在内质网腔的可溶性蛋白均具有KDEL信号序列,而溶酶体来源于高尔基体,不含有KDEL信号序列。
3.(生物膜系统|2025·衡阳月考)图1表示某细胞在电子显微镜视野下的亚显微结构示意图,
1~7表示细胞结构;图2表示该细胞的甲、乙、丙三种细胞器中三种有机物的含量。下列说法错误的是( )
[A] 图1中4、5、6的细胞器中的膜结构构成了生物膜系统
[B] 图2中的丙是真核细胞和原核细胞共有的唯一细胞器
[C] 破伤风杆菌没有图1细胞中的3、4、5、6、7结构,不能进行有氧呼吸
[D] 分泌蛋白利用囊泡运输过程中,通常由细胞骨架提供运输轨道
A
【解析】 生物膜系统是由细胞器膜、细胞膜和核膜等结构共同构成,图1中4内质网、5高尔基体、6线粒体的膜结构不能构成生物膜系统;丙含有蛋白质、核酸,不含脂质,说明没有膜结构,故丙为核糖体,真核细胞和原核细胞中共有的唯一细胞器是核糖体,故图2中的丙是真核细胞和原核细胞共有的唯一细胞器;破伤风杆菌是原核生物,代谢类型是厌氧型,原核生物中只含有唯一的一种细胞器核糖体,不具有线粒体、内质网、高尔基体等结构;分泌蛋白利用囊泡运输过程中,通常由细胞骨架提供运输轨道。
4.(新情境·非经典分泌途径|2024·贵阳一模)研究发现,真核生物中有部分外分泌蛋白(统称为M蛋白)并不依赖内质网—高尔基体途径(经典分泌途径),称为非经典分泌途径,如图所示。下列说法错误的是( )
[A] M蛋白可以不通过胞吐的方式进行跨膜运输
[B] 经典分泌途径的蛋白质的合成始于内质网上的核糖体
[C] 通过溶酶体分泌的M蛋白的合成场所是核糖体
[D] M蛋白不依赖内质网—高尔基体仍可能折叠成一定的空间结构
B
【解析】 由题图可知,M蛋白可以不通过胞吐的方式(如直接跨膜)进行跨膜运输;经典分泌途径的蛋白质的合成始于细胞质中游离的核糖体;所有蛋白质的合成场所均是核糖体;由题意可知,M蛋白并不依赖内质网—高尔基体途径,即其不依赖内质网—高尔基体仍可能折叠成一定的空间结构。
5.(细胞器之间的协调配合|2024·漳州一模)内质网具有严格的质量控制系统(ERQC), 该系统确保只有正确折叠、修饰的成熟蛋白质才会通过分拣过程, 并被不同囊泡捕获,未完成折叠或错误折叠的蛋白质不会被运出细胞。下列说法正确的是( )
[A] 成熟蛋白质出高尔基体后的运输路线是相同的
[B] 内质网、囊泡等结构中含有能识别不同蛋白质的成分
[C] ERQC 可以直接检测核糖体所合成的肽链的氨基酸序列是否正确
[D] 组成核糖体的蛋白质错误折叠后在内质网中积累过多,可能阻碍细胞代谢
B
【解析】 成熟蛋白质出高尔基体后会被不同囊泡运往不同部位发挥作用;由题意可知,内质网和囊泡可以识别不同类型的蛋白质,因此其中存在具有能识别不同蛋白质的成分;分析题意,该系统只能检测蛋白质是否被正确加工,而不能检测多肽链中的氨基酸排列顺序是否正确;粗面内质网上附着有核糖体,组成核糖体的蛋白质错误折叠后并不会出现在内质网中。
6.(细胞器之间的协调配合|2024·福建三模)过氧化物酶体是真核细胞中的一种单层膜细胞器,其经分裂可形成两个过氧化物酶体。该细胞器中含有多种酶,植物种子萌发时过氧化物酶体能降解储存在种子中的脂肪酸。下列有关叙述错误的是( )
[A] 过氧化物酶体在细胞内由细胞骨架锚定并支撑着
[B] 过氧化物酶体的分裂体现了生物膜的流动性
[C] 过氧化物酶体和溶酶体中的酶在游离核糖体上合成
[D] 花生和芝麻等油料作物种子中过氧化物酶体受损会影响其萌发
C
【解析】 细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构,细胞骨架可以维持细胞形态,锚定并支撑着许多细胞器;过氧化物酶体是真核细胞中的一种单层膜细胞器,其经分裂可形成两个过氧化物酶体,说明过氧化物酶体的分裂能体现生物膜的流动性;过氧化物酶体和溶酶体中酶的化学本质都是蛋白质,由二者的形成过程可知,其合成首先在游离的核糖体上,然后转移至内质网继续合成;花生、芝麻等油料作物种子中过氧化物酶体受损,会影响过氧化物酶体降解储存在种子中的脂肪酸,从而影响种子的萌发。
选择题:7~9题,每题4分。
7.(新情境·信号肽假说|2024·南宁模拟)信号肽假说认为:编码分泌蛋白的mRNA在翻译时,首先合成一段称为信号肽的特殊多肽链,核糖体通过信号肽的作用附着到内质网并合成分泌蛋白(如图所示)。下列有关叙述错误的是( )
[A] 信号肽能引导新生肽链通过蛋白质转导
通道进入内质网腔内
[B] 信号肽序列在信号肽酶的作用下被切除
[C] 消化酶、抗体、性激素的产生都需经历该过程
[D] 游离态的核糖体可转化为附着态的核糖体
C
能力提升练
【解析】 消化酶、抗体都属于分泌蛋白,它们的合成经过题图过程,而性激素属于脂质,不是蛋白质,其合成与题图过程不同。
8.(细胞器之间的协调配合|2024·深圳模拟)图甲表示分泌蛋白的形成过程,其中a、b、c分别代表不同的细胞器,图乙表示该过程中部分结构的膜面积变化。下列相关叙述错误的是( )
[A] 图甲中的a、b、c分别是核糖体、内质网和高尔基体
[B] 图甲中构成分泌蛋白的物质X最多有21种,b的产物没有生物活性
[C] 图乙说明内质网、高尔基体和细胞膜之间没有相互转换
[D] 图甲、图乙所示变化都能体现生物膜具有流动性
C
【解析】 与分泌蛋白合成和分泌有关的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体,因此图甲中的a、b、c分别是核糖体、内质网和高尔基体;图甲中构成分泌蛋白的物质X为氨基酸,氨基酸最多有21种,b是内质网,对核糖体合成的肽链进行初加工,需经高尔基体进一步加工后才能有活性,故b的产物没有生物活性;
在分泌蛋白合成和分泌过程中,内质网膜以出芽形式形成囊泡并与高尔基体膜融合,高尔基体膜以出芽形式形成囊泡并与细胞膜融合,故该过程中内质网膜面积减小,高尔基体膜面积基本不变,细胞膜面积增大,因此内质网、高尔基体和细胞膜之间有相互转换;图甲、图乙所示变化都能体现生物膜具有流动性。
9.(细胞器之间的协调配合|2024·商洛模拟)高尔基体对损伤的神经细胞膜有修补作用,
Src蛋白分布于高尔基体等处,参与细胞内信号转导。氧化应激是中枢神经系统损伤后产生的继发性损伤之一,科研人员使用H2O2构建氧化应激神经元模型并进行了相关实验,结果如图。下列说法错误的是( )
[A] 高尔基体可对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装
[B] 高尔基体可能通过形成囊泡来修补损伤神经元的细胞膜
[C] H2O2处理能影响神经元的正常功能,并使高尔基体平均长度增加
[D] 注射SA激活神经元中的Src蛋白可加大氧化应激引起的继发性损伤
D
【解析】 高尔基体可对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装,并通过囊泡运往细胞膜;高尔基体可能通过形成囊泡,并与细胞膜融合,来修补损伤神经元的细胞膜;由①②对比可知,H2O2处理能影响神经元的正常功能,并使高尔基体平均长度增加;由③结果可知,注射SA激活神经元中的Src蛋白能够修复氧化应激引起的损伤。
10.(12分)(生物膜系统|2024·北京模拟)生物膜系统在细胞的生命活动中作用极为重要。如图表示某动物细胞的部分结构及生物膜系统在结构和功能上的联系,①~⑤代表相关的细胞器。据图回答下列问题。
(1)细胞的生物膜系统主要由 、 和 构成。
细胞膜
细胞器膜
核膜
【解析】 (1)生物膜系统包括细胞器膜、细胞膜、核膜等结构。
(2)图中不具有膜结构的细胞器是 (填序号),具有双层膜结构的细胞器是 (填序号)。细胞中的溶酶体被称为“消化车间”,它不仅能吞噬侵入细胞的细菌和病毒,还能分解 。
②⑤
④
衰老和损伤的细胞器
【解析】 (2)②(核糖体)由RNA和蛋白质构成,不含有膜结构,⑤(中心体)的化学本质是蛋白质,不含有膜结构。④线粒体是具有双层膜结构的细胞器。溶酶体被称为“消化车间”,它不仅能吞噬侵入细胞的细菌和病毒,还能分解衰老和损伤的细胞器。
(3)在细胞中,分泌蛋白在 (填序号)上合成多肽,在 (填序号)上形成具有一定空间结构的蛋白质。在分泌蛋白的合成、运输和分泌过程中, (填序号)起到重要的交通枢纽作用,该过程体现了生物膜具有
的特点。
②
①
③
一定的流动性
【解析】 (3)分泌蛋白合成与分泌过程:在游离的②(核糖体)合成多肽→当合成了一段肽链后,①(粗面内质网)进行粗加工,经加工、折叠→内质网“出芽”形成囊泡,包裹着蛋白质离开内质网→到达③(高尔基体)进行再加工形成成熟的蛋白质→高尔基体“出芽”形成囊泡→细胞膜。在分泌蛋白的合成、运输和分泌过程中,③(高尔基体)起到重要的交通枢纽作用,该过程体现了生物膜具有一定的流动性的结构特点。第7讲 细胞器之间的协调配合与生物膜系统
(时间:30分钟 满分:36分)
基础强化练
选择题:1~6题,每题2分。
1.(生物膜系统|2025·肇庆期中)生物膜是当前分子生物学和细胞生物学中一个十分活跃的研究领域。生物膜在能量转换、物质运输、信息传递等方面具有重要作用。下列关于生物膜的叙述错误的是( )
[A] 细胞膜上的糖被与细胞表面的识别等功能有关
[B] 蓝细菌的细胞膜是细胞边界,其与核膜及细胞器膜等构成了生物膜系统
[C] 神经递质与突触后膜上的受体结合体现了细胞膜的信息交流功能
[D] 光合作用暗反应阶段和有氧呼吸的第一、第二阶段均不在生物膜上进行
2.(细胞器之间的协调配合|2024·太原模拟)定位在内质网腔的可溶性蛋白(如蛋白二硫键异构酶)均具有一段典型的KDEL信号序列,高尔基体膜上的KDEL受体可识别并结合该信号序列,介导这些逃逸到高尔基体的蛋白质再次回到内质网的过程。下列说法错误的是( )
[A] 抗体、葡萄糖转运蛋白不含有KDEL信号序列
[B] 蛋白二硫键异构酶可能参与内质网中多肽链的初步加工
[C] 逃逸的蛋白质在高尔基体中通过出芽产生囊泡,被运回内质网
[D] 形成溶酶体的囊泡中可以检测到含有KDEL信号序列的蛋白质
3.(生物膜系统|2025·衡阳月考)图1表示某细胞在电子显微镜视野下的亚显微结构示意图,1~7表示细胞结构;图2表示该细胞的甲、乙、丙三种细胞器中三种有机物的含量。下列说法错误的是( )
[A] 图1中4、5、6的细胞器中的膜结构构成了生物膜系统
[B] 图2中的丙是真核细胞和原核细胞共有的唯一细胞器
[C] 破伤风杆菌没有图1细胞中的3、4、5、6、7结构,不能进行有氧呼吸
[D] 分泌蛋白利用囊泡运输过程中,通常由细胞骨架提供运输轨道
4.(新情境·非经典分泌途径|2024·贵阳一模)研究发现,真核生物中有部分外分泌蛋白(统称为M蛋白)并不依赖内质网—高尔基体途径(经典分泌途径),称为非经典分泌途径,如图所示。下列说法错误的是( )
[A] M蛋白可以不通过胞吐的方式进行跨膜运输
[B] 经典分泌途径的蛋白质的合成始于内质网上的核糖体
[C] 通过溶酶体分泌的M蛋白的合成场所是核糖体
[D] M蛋白不依赖内质网—高尔基体仍可能折叠成一定的空间结构
5.(细胞器之间的协调配合|2024·漳州一模)内质网具有严格的质量控制系统(ERQC), 该系统确保只有正确折叠、修饰的成熟蛋白质才会通过分拣过程, 并被不同囊泡捕获,未完成折叠或错误折叠的蛋白质不会被运出细胞。下列说法正确的是( )
[A] 成熟蛋白质出高尔基体后的运输路线是相同的
[B] 内质网、囊泡等结构中含有能识别不同蛋白质的成分
[C] ERQC 可以直接检测核糖体所合成的肽链的氨基酸序列是否正确
[D] 组成核糖体的蛋白质错误折叠后在内质网中积累过多,可能阻碍细胞代谢
6.(细胞器之间的协调配合|2024·福建三模)过氧化物酶体是真核细胞中的一种单层膜细胞器,其经分裂可形成两个过氧化物酶体。该细胞器中含有多种酶,植物种子萌发时过氧化物酶体能降解储存在种子中的脂肪酸。下列有关叙述错误的是( )
[A] 过氧化物酶体在细胞内由细胞骨架锚定并支撑着
[B] 过氧化物酶体的分裂体现了生物膜的流动性
[C] 过氧化物酶体和溶酶体中的酶在游离核糖体上合成
[D] 花生和芝麻等油料作物种子中过氧化物酶体受损会影响其萌发
能力提升练
选择题:7~9题,每题4分。
7.(新情境·信号肽假说|2024·南宁模拟)信号肽假说认为:编码分泌蛋白的mRNA在翻译时,首先合成一段称为信号肽的特殊多肽链,核糖体通过信号肽的作用附着到内质网并合成分泌蛋白(如图所示)。下列有关叙述错误的是( )
[A] 信号肽能引导新生肽链通过蛋白质转导通道进入内质网腔内
[B] 信号肽序列在信号肽酶的作用下被切除
[C] 消化酶、抗体、性激素的产生都需经历该过程
[D] 游离态的核糖体可转化为附着态的核糖体
8.(细胞器之间的协调配合|2024·深圳模拟)图甲表示分泌蛋白的形成过程,其中a、b、c分别代表不同的细胞器,图乙表示该过程中部分结构的膜面积变化。下列相关叙述错误的是( )
[A] 图甲中的a、b、c分别是核糖体、内质网和高尔基体
[B] 图甲中构成分泌蛋白的物质X最多有21种,b的产物没有生物活性
[C] 图乙说明内质网、高尔基体和细胞膜之间没有相互转换
[D] 图甲、图乙所示变化都能体现生物膜具有流动性
9.(细胞器之间的协调配合|2024·商洛模拟)高尔基体对损伤的神经细胞膜有修补作用,Src蛋白分布于高尔基体等处,参与细胞内信号转导。氧化应激是中枢神经系统损伤后产生的继发性损伤之一,科研人员使用H2O2构建氧化应激神经元模型并进行了相关实验,结果如图。下列说法错误的是( )
[A] 高尔基体可对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装
[B] 高尔基体可能通过形成囊泡来修补损伤神经元的细胞膜
[C] H2O2处理能影响神经元的正常功能,并使高尔基体平均长度增加
[D] 注射SA激活神经元中的Src蛋白可加大氧化应激引起的继发性损伤
10.(12分)(生物膜系统|2024·北京模拟)生物膜系统在细胞的生命活动中作用极为重要。如图表示某动物细胞的部分结构及生物膜系统在结构和功能上的联系,①~⑤代表相关的细胞器。据图回答下列问题。
(1)细胞的生物膜系统主要由 、 和 构成。
(2)图中不具有膜结构的细胞器是 (填序号),具有双层膜结构的细胞器是 (填序号)。细胞中的溶酶体被称为“消化车间”,它不仅能吞噬侵入细胞的细菌和病毒,还能分解 。
(3)在细胞中,分泌蛋白在 (填序号)上合成多肽,在 (填序号)上形成具有一定空间结构的蛋白质。在分泌蛋白的合成、运输和分泌过程中, (填序号)起到重要的交通枢纽作用,该过程体现了生物膜具有 的特点。
第7讲 细胞器之间的协调配合与生物膜系统
1.B 蓝细菌是原核生物,没有细胞核和各种具膜的细胞器,没有生物膜系统;光合作用暗反应阶段是在叶绿体基质中进行,有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中进行,有氧呼吸的第二阶段在线粒体基质中进行,均不在生物膜上进行。
2.D 抗体和葡萄糖转运蛋白不是定位在内质网腔内,故不含有KDEL信号序列;蛋白二硫键异构酶是定位在内质网腔的可溶性蛋白,内质网的功能是对多肽链进行初步加工;蛋白质为大分子物质,因此逃逸的蛋白质在高尔基体中通过出芽产生囊泡,被运回内质网;定位在内质网腔的可溶性蛋白均具有KDEL信号序列,而溶酶体来源于高尔基体,不含有KDEL信号序列。
3.A 生物膜系统是由细胞器膜、细胞膜和核膜等结构共同构成,图1中4内质网、5高尔基体、6线粒体的膜结构不能构成生物膜系统;丙含有蛋白质、核酸,不含脂质,说明没有膜结构,故丙为核糖体,真核细胞和原核细胞中共有的唯一细胞器是核糖体,故图2中的丙是真核细胞和原核细胞共有的唯一细胞器;破伤风杆菌是原核生物,代谢类型是厌氧型,原核生物中只含有唯一的一种细胞器核糖体,不具有线粒体、内质网、高尔基体等结构;分泌蛋白利用囊泡运输过程中,通常由细胞骨架提供运输轨道。
4.B 由题图可知,M蛋白可以不通过胞吐的方式(如直接跨膜)进行跨膜运输;经典分泌途径的蛋白质的合成始于细胞质中游离的核糖体;所有蛋白质的合成场所均是核糖体;由题意可知,M蛋白并不依赖内质网—高尔基体途径,即其不依赖内质网—高尔基体仍可能折叠成一定的空间结构。
5.B 成熟蛋白质出高尔基体后会被不同囊泡运往不同部位发挥作用;由题意可知,内质网和囊泡可以识别不同类型的蛋白质,因此其中存在具有能识别不同蛋白质的成分;分析题意,该系统只能检测蛋白质是否被正确加工,而不能检测多肽链中的氨基酸排列顺序是否正确;粗面内质网上附着有核糖体,组成核糖体的蛋白质错误折叠后并不会出现在内质网中。
6.C 细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构,细胞骨架可以维持细胞形态,锚定并支撑着许多细胞器;过氧化物酶体是真核细胞中的一种单层膜细胞器,其经分裂可形成两个过氧化物酶体,说明过氧化物酶体的分裂能体现生物膜的流动性;过氧化物酶体和溶酶体中酶的化学本质都是蛋白质,由二者的形成过程可知,其合成首先在游离的核糖体上,然后转移至内质网继续合成;花生、芝麻等油料作物种子中过氧化物酶体受损,会影响过氧化物酶体降解储存在种子中的脂肪酸,从而影响种子的萌发。
7.C 消化酶、抗体都属于分泌蛋白,它们的合成经过题图过程,而性激素属于脂质,不是蛋白质,其合成与题图过程不同。
8.C 与分泌蛋白合成和分泌有关的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体,因此图甲中的a、b、c分别是核糖体、内质网和高尔基体;图甲中构成分泌蛋白的物质X为氨基酸,氨基酸最多有21种,b是内质网,对核糖体合成的肽链进行初加工,需经高尔基体进一步加工后才能有活性,故b的产物没有生物活性;在分泌蛋白合成和分泌过程中,内质网膜以出芽形式形成囊泡并与高尔基体膜融合,高尔基体膜以出芽形式形成囊泡并与细胞膜融合,故该过程中内质网膜面积减小,高尔基体膜面积基本不变,细胞膜面积增大,因此内质网、高尔基体和细胞膜之间有相互转换;图甲、图乙所示变化都能体现生物膜具有流动性。
9.D 高尔基体可对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装,并通过囊泡运往细胞膜;高尔基体可能通过形成囊泡,并与细胞膜融合,来修补损伤神经元的细胞膜;由①②对比可知,H2O2处理能影响神经元的正常功能,并使高尔基体平均长度增加;由③结果可知,注射SA激活神经元中的Src蛋白能够修复氧化应激引起的损伤。
10.【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)细胞膜 细胞器膜 核膜
(2)②⑤(2分) ④ 衰老和损伤的细胞器(2分)
(3)② ① ③ 一定的流动性
【解析】 (1)生物膜系统包括细胞器膜、细胞膜、核膜等结构。(2)②(核糖体)由RNA和蛋白质构成,不含有膜结构,⑤(中心体)的化学本质是蛋白质,不含有膜结构。④线粒体是具有双层膜结构的细胞器。溶酶体被称为“消化车间”,它不仅能吞噬侵入细胞的细菌和病毒,还能分解衰老和损伤的细胞器。(3)分泌蛋白合成与分泌过程:在游离的②(核糖体)合成多肽→当合成了一段肽链后,①(粗面内质网)进行粗加工,经加工、折叠→内质网“出芽”形成囊泡,包裹着蛋白质离开内质网→到达③(高尔基体)进行再加工形成成熟的蛋白质→高尔基体“出芽”形成囊泡→细胞膜。在分泌蛋白的合成、运输和分泌过程中,③(高尔基体)起到重要的交通枢纽作用,该过程体现了生物膜具有一定的流动性的结构特点。
