第3节 细胞核的结构和功能
基础过关练
题组一 细胞核的功能
1.科学家已知伞藻的伞帽形态主要由假根中的细胞核控制,并用伞形帽和菊花形帽两种伞藻进行了一个嫁接实验,如图表示其中的一组。对此实验的有关分析错误的是( )
A.本实验中的另一组应该将乙的伞柄移植到甲的假根上
B.由本实验可以推测伞帽的形态可能主要与假根有关
C.若要进一步验证细胞核的功能,还应进行核移植实验
D.本实验表明伞柄和假根中都有细胞质,但帽形由细胞核控制
2.为探究细胞核的功能,科学家进行了下列实验(如图)。
实验①:用头发将蝾螈的受精卵横缢为有核和无核的两半,中间只有很少的细胞质相连,结果无核的一半(a)停止分裂,有核的一半(b)能继续分裂。
实验②:b部分分裂到16~32个细胞时,将一个细胞核挤入不能分裂的a部分,结果a部分开始分裂、分化,进而发育成胚胎。
下列叙述中不正确的是( )
A.实验①中,a部分属于实验组,b部分属于对照组
B.实验②中a部分的操作与实验①中的a形成对照
C.实验结果可以说明细胞核与细胞的分裂、分化有关
D.实验还能说明细胞核是遗传信息库,是代谢和遗传的控制中心
题组二 细胞核的结构
3.下列关于染色体的叙述中,不正确的是( )
A.染色体和染色质是同样的物质在不同时期的两种形态
B.严格地说,只有在细胞分裂时才出现染色体
C.蓝细菌在进行细胞分裂时也能形成染色体
D.染色质是遗传物质的主要载体,只存在于细胞核内
4.如图是细胞核的结构模式图,回答下列问题:
(1)膜结构①可以把核内物质与细胞质分开,它共含有 层磷脂分子;能与 (填一种细胞器)膜直接相连,反映了生物膜在结构上的联系。
(2)图中结构②是极细的丝状物,称为 ,主要成分是 。
(3)结构③ 与某种 的合成以及 的形成有关。因此,蛋白质分泌旺盛的细胞,结构③的体积一般较大。
(4)研究发现,通常代谢越旺盛的细胞,核膜上④ 的数量越多。据此推测,出现这一现象是因为结构④能够 。
能力提升练
题组 细胞核的结构与功能
1.为了研究细胞核的作用,一位生物学家研究了100个细胞,他把每个细胞都分成含细胞核和不含细胞核两个部分,然后把这些细胞放在同样的条件下培养,结果如表。下列有关叙述正确的是( )
时间/天 1 2 3 4 5 6
细胞无核部分的存活个数 81 62 20 0 0 0
细胞有核部分的存活个数 79 78 77 74 67 65
A.培养一天后无核部分的存活个数比有核部分存活个数多,说明去除细胞核有利于细胞的生存
B.细胞有核部分仍存在一定的死亡率,是细胞的正常死亡或实验操作对细胞伤害所致
C.该实验缺乏对照组,实验数据不可靠,需要再准备100个完整细胞统计存活率
D.实验可说明细胞核是细胞代谢的中心
2.亲核蛋白是在细胞核内发挥作用的一类蛋白质,具有头部和尾部。科学家为研究亲核蛋白进入细胞核的机制,进行了如表所示实验。下列分析不合理的是( )
组别 A B C
实验 操作 放射性标记亲核蛋白 分离得到亲核蛋白的头部,并进行放射性标记 分离得到亲核蛋白的尾部,并进行放射性标记
分别注入细胞质中,一段时间后检测细胞核中的放射性
实验 结果 + - +
注:“+”表示有放射性,“-”表示无放射性。
A.本实验不能用15N进行标记
B.细胞核对于吸收的物质具有选择性
C.亲核蛋白的头部是进入细胞核的关键
D.亲核蛋白可能是通过核孔进入细胞核的
3.核孔复合物(NPC)结构是细胞核的重要结构,科研人员解析了来自非洲爪蟾NPC的近原子分辨率结构,取得了突破性进展,通过电镜观察到NPC附着并稳定融合在细胞核膜高度弯曲的部分。下列相关叙述正确的是( )
A.附着NPC的核膜为双层膜结构,且可以与高尔基体膜相连
B.NPC保证了蛋白质、RNA、DNA等大分子自由进出细胞核
C.非洲爪蟾NPC数目、分布与细胞代谢强度有关
D.哺乳动物成熟红细胞中的NPC数量较少,因此细胞代谢较弱
4.(不定项)肿瘤细胞的无限增殖和抗药性的产生与核DNA有关。某种新型的抗肿瘤药物可通过作用于核DNA抑制肿瘤细胞的恶性增殖,逆转肿瘤细胞的耐药性。该药物分子进入细胞核的过程如下图,据图分析下列说法错误的是( )
A.肿瘤细胞核内储存着遗传信息,是细胞的控制中心
B.由图可知药物分子进入细胞有2种途径,依赖膜的流动性和选择透过性
C.该药物分子可通过核孔进入细胞核并积累,体现核孔对物质进出的选择性
D.增加药物分子在细胞质中的停留时间,有利于发挥该抗肿瘤药物的作用效果
答案与分层梯度式解析
第3节 细胞核的结构和功能
基础过关练
1.D 由题图可知,题图所示实验是将甲的伞柄移植到乙的假根上,则另一组应该将乙的伞柄移植到甲的假根上,形成相互对照,A正确;该实验中新长出的伞帽与提供假根的伞藻的伞帽形态一致,推测伞帽的形态主要与假根有关,但不能排除假根中其他物质的作用,若要进一步验证细胞核的功能,还应进行核移植实验,B、C正确,D错误。
2.D 实验①中,a部分(无核)属于实验组(进行了实验操作“将核挤出”),而b部分(有核,“自然状态”)属于对照组,A正确;实验②中a部分的操作(挤入了核)与实验①中a部分(无核)形成前后自身对照,B正确;实验中无核部分停止分裂,挤入核后开始分裂、分化,说明细胞核与细胞的分裂、分化有关,但不能说明细胞核是遗传信息库、是代谢和遗传的控制中心,C正确,D错误。
3.C 蓝细菌是原核生物,其裸露的环状DNA位于拟核,拟核区域不能形成染色体,C错误;染色质(体)主要由DNA和蛋白质组成,是遗传物质的主要载体,只存在于细胞核内,原核生物、线粒体、叶绿体中的DNA不与蛋白质结合形成染色质(体),D正确。
4.答案 (1)4 内质网 (2)染色质 DNA和蛋白质 (3)核仁 RNA 核糖体 (4)核孔 实现核质之间频繁的物质交换和信息交流
解析 (1)①核膜是双层膜,共含有4层磷脂分子(2层磷脂双分子层)。核膜与内质网膜直接相连。(2)染色体和染色质是同一物质在细胞不同时期的两种存在状态,结构②染色质是极细的丝状物,染色体是染色质高度螺旋化缩短变粗后的结构。
能力提升练
1.B 2.C 3.C 4.D
1.B 长时间来看,无核部分存活时间短,存活数量少,因此不能说明去除细胞核有利于细胞的生存,A错误。细胞有核部分培养1天后的死亡数据可能与细胞本身的差异、细胞正常死亡、实验操作对细胞的伤害等有关,B正确。题述实验设置有核部分作为对照组,100个细胞实验数量较多,实验偶然性小,数据可靠,C错误。细胞核是细胞代谢的控制中心,且根据实验不能得出细胞核是细胞代谢中心的结论,D错误。
易错分析 (1)细胞核并不是细胞代谢的中心,而是细胞代谢的控制中心,细胞代谢的主要场所是细胞质。
(2)细胞核与细胞质是“相互依存”的关系。
2.C 对题干信息转化及分析如下:
15N为稳定同位素,不具有放射性,因此不能用15N对亲核蛋白进行标记,A合理;放射性标记的头部没有进入细胞核,放射性标记的尾部进入细胞核,说明细胞核对吸收的物质具有选择性,亲核蛋白的尾部是进入细胞核的关键,B合理,C不合理;亲核蛋白是大分子物质,可能是通过核孔进入细胞核的,D合理。
3.C 核膜为双层膜结构,且可与内质网膜相连,A错误;NPC对进出细胞核的物质具有选择性,如核内的DNA一般不能通过NPC出细胞核,B错误;核孔复合物(NPC)可实现核质之间频繁的物质交换和信息交流,NPC的数目及分布与细胞代谢强度有关,C正确;哺乳动物成熟红细胞没有细胞核,因此不含NPC,D错误。
4.D 1处的药物分子通过形成囊泡的形式进入细胞,2处的药物分子穿过细胞膜进入细胞,因此药物分子进入细胞依赖膜的流动性和选择透过性,B正确。药物分子在细胞质中停留时间延长,被降解的概率也会增大,不利于药物在细胞核的积累并发挥作用,D错误。
归纳总结 (1)代谢旺盛的细胞中,核孔数量多、核仁大。
(2)核仁与细胞中核糖体的形成有关。原核细胞无核仁,其核糖体的形成与核仁无关。
1(共20张PPT)
第3节 细胞核的结构和功能
必备知识 清单破
知识点 1 细胞核的功能
实验名称 实验过程及结果 实验结论
美西螈核 移植实验 美西螈皮肤颜色的遗传是由
细胞核控制的
蝾螈受精卵 横缢实验 细胞核控制着细胞的分裂和
分化
变形虫 切割实验 细胞核是细胞生命活动的控
制中心
伞藻嫁接实 验、伞藻核 移植实验 新长出的伞帽都与提供细胞
核的伞藻的伞帽相同 生物体形态结构的建成与细
胞核有关
总结 细胞核控制着细胞的代谢和遗传(细胞核不是细胞代谢的中
心,细胞代谢的主要场所是细胞质)
1.细胞核的结构示意图
2.染色质和染色体的关系:同一物质在细胞不同时期的两种存在状态。
知识点 2 细胞核的结构
染色质 染色体
特别提醒
(1)核孔主要是蛋白质、RNA等大分子物质进出细胞核的通道;小分子物质可通过核膜或核
孔进出细胞核;细胞核中的DNA不能通过核孔进入细胞质。
(2)核孔的数量、核仁的大小与细胞代谢强度有关,如代谢旺盛、蛋白质合成量大的细胞,核
孔数多、核仁大。
(3)细胞核中的遗传物质分布在染色体(染色质)上,而不是核仁中。
1.模型的形式:物理模型(以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征)、概念模型和数学
模型等。
2.举例:真核细胞的三维结构模型属于物理模型。
知识点 3 科学方法——建构模型
知识辨析
1.伞藻嫁接实验证明了生物体形态结构的建成与细胞核有关,是否正确
不正确。伞藻嫁接实验只能证明伞帽的形状与假根有关,伞藻假根中同时含有细胞核和细
胞质,再进行伞藻核移植实验才能排除假根中其他物质对实验结果的影响,才能证明细胞核
的功能。
2.染色体是细胞核中容易被碱性染料染成深色的物质,严格地说,只有在细胞分裂时才出现染
色体。线粒体和叶绿体中的DNA、蓝细菌拟核DNA都不能形成染色体,是否正确
正确。线粒体和叶绿体中的DNA、蓝细菌拟核DNA都未与蛋白质结合形成染色质(体)。
3.核孔允许蛋白质、RNA等自由出入细胞核,实现核质间频繁的物质交换和信息交流,是否
正确
不正确。核孔对物质的进出具有选择性,RNA一般通过核孔出核,蛋白质一般通过核孔进核。
提示
提示
提示
4.真核细胞一般有1个细胞核,极少数细胞无细胞核,有些细胞有2个及2个以上的细胞核,是否
正确
正确。高等植物成熟的筛管细胞和哺乳动物成熟的红细胞等无细胞核,双小核草履虫等具有2个细胞核,人的骨骼肌细胞中细胞核可多达数百个。
提示
关于真核细胞中叶绿体、线粒体的起源,目前学术界较为认可的是“内共生假说”,其
内容可大致用下图表示:
学科素养 情境破
情境探究
素养 科学思维——“内共生假说”解释真核细胞的进化过程
问题1 根据该假说推测,真核细胞内的核膜、内质网膜在成分和结构上与细胞膜有何关系
核膜、内质网膜等由细胞膜内折而来,它们在结构和成分上具有很大的相似性。
问题2 被“内吞”的原核生物的细胞在结构上具有什么特点
都具有细胞膜,细胞内都有核糖体、DNA和RNA等。
问题3 根据该假说推测线粒体和叶绿体的膜层数、内部结构。
线粒体、叶绿体都具有两层膜,内部都具有核糖体、DNA和RNA。从内膜开始,线粒
体和叶绿体相当于一个原核细胞。
提示
提示
提示
讲解分析
利用“内共生假说”记忆叶绿体、线粒体的结构和功能
线粒体 叶绿体
结构简图
功能 有氧呼吸的主要场所 光合作用的场所
特点 ①可以自我复制,内部可进行部分蛋白质的合成过程,是“半自主性细胞
器”; ②从内膜开始,线粒体和叶绿体相当于一个原核细胞 典例呈现
例题 “内共生假说”认为线粒体起源于始祖细胞对好氧细菌的吞噬和共生。某种抗生素对
细菌核糖体有损伤作用,大量摄入会危害人体,根据内共生假说可推测,该种抗生素最有可能
危害人类细胞的 ( )
A.线粒体 B.内质网
C.细胞质核糖体 D.中心体
A
解题思路
蛋白质合成过程又称翻译,是核糖体利用mRNA上信息进行氨基酸脱水缩合的生理过
程。根据翻译与蛋白质转运的时间关系可将细胞中蛋白质分选途径分成两类:翻译后转运和
共翻译转运,如图所示。
情境探究
素养2 生命观念——真核细胞蛋白质分选途径
问题1 图右侧(黑色序号)代表翻译后转运途径,这些蛋白质有什么特点
翻译后转运蛋白质属于非分泌蛋白,在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成。
问题2 与存在于线粒体、叶绿体、过氧化物酶体以及细胞核中的翻译后转运蛋白质相比,存
在于细胞质基质的胞质可溶性蛋白质在结构上有什么区别
与线粒体、叶绿体、过氧化物酶体以及细胞核中的翻译后转运蛋白质相比,存在于细
胞质基质的胞质可溶性蛋白质不含靶向序列。
问题3 图左侧(红色序号)代表共翻译转运途径,在游离核糖体合成的内质网定向信号序列可
以被内质网上的受体(SRP)识别,据此分析共翻译转运蛋白质的分选途径。
共翻译转运蛋白质在细胞质基质游离核糖体上起始合成,然后在信号肽及SRP的引导
下转移至粗面内质网并完成蛋白质合成→通过囊泡转运至高尔基体→经高尔基体进一步修
饰加工,以膜泡运输方式分选至细胞外、质膜或溶酶体。
提示
提示
提示
讲解分析
蛋白质转运类型
膜泡运输 蛋白质通过不同类型的转运膜泡,从粗面内质网合成部位转运至高尔基体,进而分选转运至细胞的不同部位;膜泡运输涉及供体膜出芽形成不同的转运膜泡、膜泡运输以及膜泡与靶膜的融合等过程
蛋白质的 跨膜转运 主要指翻译后转运途径中,在细胞质基质核糖体上完成合成的多肽链,在不同靶向信号序列指导下,依不同的机制转运到线粒体、叶绿体或过氧化物酶体等结构中
选择性 门控转运 在细胞质基质中合成的蛋白质,通过核孔复合体在核质间双向选择性地完成核输入或核输出
细胞质基质中蛋白质的转运 与细胞骨架系统密切相关,但由于细胞质基质的组织结构尚不清楚,因此对其中的蛋白质转运方式了解甚少(上述几种转运类型也涉及蛋白质在细胞质基质中的转运)
典例呈现
例题 如图为某动物细胞内部分蛋白质合成、加工及转运的示意图,下列相关叙述错误的是
( )
B
A.高尔基体对其加工的蛋白质先进行分类再转运至细胞的不同部位
B.核糖体合成的多肽通过囊泡运输到内质网腔内进行加工
C.内质网膜、高尔基体膜及囊泡膜都属于生物膜系统
D.膜蛋白的形成需经内质网和高尔基体的加工
解题思路 高尔基体对其加工的蛋白质先进行分类包装后,再转运至细胞的不同部位(细胞
膜上、细胞外或溶酶体中),A正确;游离的核糖体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,且边合成边
转移到内质网腔内,再经过加工、折叠,形成具有一定空间结构的蛋白质,这一过程没有囊泡
运输,B错误;囊泡膜与细胞膜、核膜和细胞器膜等共同构成了细胞的生物膜系统,C正确;据
图分析可知,膜蛋白在核糖体上合成后,需要经过内质网和高尔基体的加工,D正确。
