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第2节第2课时 细胞器之间的协调配合
第3章 细胞的基本结构
第3章 细胞的基本结构
必修一 分子与细胞
我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更为精巧。
——引自翟中和院士等主编的《细胞生物学》
细胞器之间的分工合作
第二课时 细胞器之间的协调配合及细胞生物膜系统
第3章 第2节
目录
一、新课导入
二、任务探究
三、课堂练习
1.理解细胞器是如何分工合作，共同完成细胞的生命活动
2.理解生物膜系统及其功能
学习目标
1.分泌蛋白的概念：有些蛋白质是在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的，这类蛋白质叫作分泌蛋白，如消化酶、抗体和一部分激素等。
有核糖体的内质网
高尔基体
细胞膜内侧的小泡和释放到细胞外的分泌物中
一、细胞器之间的协调配合
【任务一】1. 阅读课本51页思考讨论分泌蛋白的合成和运输，描述分泌蛋白的概念，明确分泌蛋白的分泌过程。
1、分泌蛋白是在哪里合成的？
2、分泌蛋白从合成至分泌到细胞外，经过了哪些细胞器或细胞结构？尝试描述分析蛋白质合成和运输的过程。
3、分泌蛋白合成和分泌的过程中需要能量吗？能量由哪里提供？
一、细胞器之间的协调配合
【任务一】2. 阅读课本51页思考讨论分泌蛋白的合成和运输，思考一下问题。
分泌蛋白是在内质网上的核糖体中合成的。
分泌蛋白从合成至分泌到细胞外,经过了核糖体、内质网、高尔基体和细胞膜等结构。分泌蛋白在核糖体上合成，在内质网内加工，由囊泡运输到高尔基体做进一步的加工，再由囊泡运输到细胞膜，与细胞膜融合，将蛋白质分泌到细胞外。
需要，如核糖体在将氨基酸连接成肽链的过程中就需要能量，囊泡与细胞膜融合将蛋白质分泌到细胞外去的过程也需要能量。这些能量主要是由线粒体通过有氧呼吸提供的。
在同一元素中，质子数相同、中子数不同的原子为同位素，如16O与18O，12C与14C。同位素的物理性质可能有差异，但组成的化合物化学性质相同。用物理性质特殊的同位素来标记化学反应中原子的去向，就是同位素标记法。
同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律。通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清楚化学反应的详细过程。生物学研究中常用的同位素有的具有放射性，如l4C、32P、3H、35s等；有的不具有放射性，是稳定同位素，如15N、18O等。
研究方法：同位素标记法
【任务二】阅读课本51页科学方法，描述同位素标记法。
一、细胞器之间的协调配合
【任务三】阅读课本52页第一段和第二段，利用文字和箭头表示分泌蛋白的合成和分泌过程。
游离核糖体
粗面内质网
高尔基体
细胞膜
转移
多肽
合成
形成一定空间结构的
蛋白质
加工
折叠
进一步
修饰加工
成熟的蛋白质
分泌
分泌蛋白
囊泡
囊泡
线粒体供能
一、细胞器之间的协调配合
二、细胞的生物膜系统
在细胞中，许多细胞器都有膜，如内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等，这些细胞器膜和细胞膜、核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统。这些生物膜的组成成分和结构很相似，在结构和功能上紧密联系，进一步体现了细胞内各种结构之间的协调与配合。
内质网膜与细胞膜、核膜的联系
【任务四】1. 阅读课本52页第三段，明确生物膜系统的组成及其中的联系。
生物膜系统在细胞的生命活动中作用极为重要。
首先，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的作用。
第二，许多重要的化学反应需要酶的参与，广阔的膜面积为多种酶提供了附着位点。
第三，细胞内的生物膜把各种细胞器分隔开，如同一个个小的区室，这样使得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。
二、细胞的生物膜系统
【任务四】2. 阅读课本52页第四段，明确生物膜系统的功能。
二、细胞的生物膜系统
溶酶体中含有多种水解酶，但溶酶体膜却不会被水解。根据这一事实，可以作出多种合理假说，例如，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)不适合酶发挥作用等等。
【任务五】思考：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分解？尝试提出一种假说，解释这种现象。如有可能，通过查阅资料验证你的假说。
拓展应用
一、细胞器之间的分工
（1）分离细胞器最常用的方法：差速离心。
（2）细胞器的结构和功能（八种细胞器）
二、用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动
（1）实验原理、材料
（2）实验步骤
三、细胞器之间的协调配合
（1）同位素标记
（2）分泌蛋白合成和分泌的过程
四、生物膜系统
（1）概念
（2）作用
课堂小结
课堂练习
1. (2023·江苏省·月考试卷)科学家用离心技术分离得到了有核糖体结合的微粒体，即膜结合核糖体，其核糖体上最初合成的多肽链含有信号肽（SP）以及信号识别颗粒（SRP）。研究发现，SRP与SP结合是引导新合成的多肽链进入内质网腔进行加工的前提，经囊泡包裹离开内质网的蛋白质均不含SP，此时的蛋白质一般无活性。下列相关推测正确的是（ ）
A. 微粒体中的膜是高尔基体膜结构的一部分
B. 细胞中每个基因都有控制SP合成的脱氧核苷酸序列
C. SP合成缺陷的浆细胞中，抗体会在内质网腔中聚集
D. 内质网腔中含有能够在特定位点催化肽键水解的酶
课堂练习
【分析】分泌蛋白先在游离的核糖体合成，形成一段多肽链后，信号识别颗粒（SRP）识别信号，再与内质网上信号识别受体DP结合，将核糖体-新生肽引导至内质网，SRP脱离，信号引导肽链进入内质网，形成折叠的蛋白质，随后，核糖体脱落。
【详解】A、分析题意，微粒体上有核糖体结合，其核糖体上最初合成的多肽链含有信号肽（SP）以及信号识别颗粒（SRP），且两者结合能引导多肽链进入内质网，据此推测微粒体中的膜是内质网膜结构的一部分，A错误；
B、基因是有遗传效应的核酸片段，信号肽（SP）是由控制“信号肽”（SP）合成的脱氧核苷酸序列合成的，所以分泌蛋白基因中有控制SP合成的脱氧核苷酸序列，细胞中每个基因不一定都有控制SP合成的脱氧核苷酸序列，如配子或减数第二次分裂的细胞等，B错误；
C、SRP与SP结合可引导新合成的多肽链进入内质网腔进行加工，SP合成缺陷的细胞中，不会合成SP，因此不会进入内质网中，C错误；
D、经囊泡包裹离开内质网的蛋白质上均不含“信号肽”，说明在内质网腔内“信号肽”被切除，进而说明内质网腔内含有能在特定位点催化肽键水解的有机物（酶），D正确。
故选D。
课堂练习
2. 2023·浙江省·期中考试)下图为真核细胞结构及细胞内物质转运的示意图，请回答下列问题：
(1)该细胞属于___________（填“植物”或“动物”）细胞，作出该判断的理由是图中细胞含有结构___________（填序号）。原核细胞与图中细胞相比，最主要的区别是___________。
(2)结构①的主要成分是蛋白质和___________。若其合成的一条多肽链由141个氨基酸组成，则该多肽链含有___________个肽键。
(3)囊泡是一种细胞结构，但由于其结构不固定，因而不能称之为细胞器。图中所示结构中，能产生囊泡的细胞器是___________（填序号）。细胞内部囊泡运输体系体现了生物膜系统在___________上的紧密联系。
(4)若合成的蛋白质为丙酮酸脱氢酶，推测该酶将被转运到___________（填序号）发挥作用。
课堂练习
【解析】
（1）图甲b结构，即类囊体薄膜上含有光合色素和催化光反应的酶，因而可作为光反应的场所，分离其中的光合色素时，应注意滤纸条上的滤液细线要高于层析液的液面，否则会导致滤液细线中的色素溶解，无法得到色素带，滤纸条上最宽的色素带为叶绿素a，呈现蓝绿色，说明叶绿体色素中含量最多的是叶绿素a。
（2）参与光合作用的很多分子都含有氮。叶绿素是由氮与镁离子（Mg2+）参与组成的环式结构，能够吸收光能，从而驱动光反应中合成ATP和NADPH，即图中的②和④两种物质的合成以及水的分解；在金鱼藻体内，CO2转变为有机物的途径称为卡尔文循环，这属于光合作用的暗反应过程。
（3）结合实验结果可知，本实验的自变量是灯泡与烧杯的距离（光照强度），即实验中的可变因素，随着可变因素而发生变化的因素为因变量，即气泡产生的速率，根据曲线乙可知：本实验的结论是在一定范围内，随着光照强度的增强光合速率增强（或者在一定范围内，随着灯泡与烧杯距离的增加气泡产生速率加快）。
（4）当灯泡与烧杯的距离在15~45cm之间，气泡产生速率代表“净光合速率”，这里的氧气是释放到外界的氧气，已经有一部分用于呼吸作用消耗了，因此这里气泡产生的速率代表的是净光合速率，当灯泡与烧杯的距离小于60cm时，随着光照强度的增加（逐渐缩短灯泡与烧杯的距离），光合速率逐渐增强，说明此时限制光合速率的主要因素是光照强度。
课堂练习
3. (2023·广东省·期末考试)图1是某真核生物部分细胞结构模型，图2为人体细胞内部分蛋白的合成及转运的示意图。请回答下列问题：
(1)图1中细胞是_______（“动物”或“植物”）细胞，理由是_______________。
(2)采用某方法破坏了图1中细胞核的结构，一段时间后，该细胞中物质运输、合成等代谢出现异常，这现象说明了___________________________。
(3)图2细胞膜上的膜蛋白的形成经过_______________________的加工；溶酶体蛋白合成的场所是___________________。
(4)图2分泌蛋白经细胞膜分泌到细胞外体现了生物膜结构特点是___________________，从细胞的结构和功能分析，该过程说明了_______________________________。
课堂练习
【解析】
【分析】图1为植物细胞结构模式图，图2为蛋白质合成与运输的过程。细胞内部就像一个繁忙的工厂，在细胞质中有许多忙碌不停的“部门”，这些“部门”都有一定的结构，如线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、溶酶体、核糖体等，它们统称为细胞器。
【详解】（1）分析图1可知，该细胞含有液泡和细胞壁结构且无中心体，而动物细胞无液泡、无细胞壁且有中心体，由此可判断该细胞为植物细胞。
（2）破坏细胞核后，细胞中物质运输、合成等细胞代谢活动出现异常，说明细胞核是细胞代谢的控制中心。
（3）核糖体是合成蛋白质场所，内质网能对蛋白质进行粗加工，高尔基体能对粗加工的蛋白质进行再加工形成成熟的蛋白质，据此可知细胞膜上的膜蛋白的形成经过内质网和高尔基体的加工，最终形成具有一定功能的蛋白质。蛋白质的合成场所为核糖体，故溶酶体蛋白合成的场所是核糖体。
（4）图2分泌蛋白经细胞膜分泌到细胞外的方式为胞吐，体现了生物膜结构特点是流动性。分泌蛋白合成与分泌过程：核糖体合成蛋白质→内质网进行粗加工→高尔基体进行再加工→细胞膜，整个过程还需要线粒体提供能量，因此，从细胞的结构和功能分析，该过程说明了细胞内各种结构之间的协调与配合。
课堂练习
4. (2023·陕西省·期末考试)真核细胞内的不同囊泡介导着不同途径的运输，下图甲表示细胞通过囊泡运输物质的过程，图乙是图甲的局部放大。图中①~⑤表示不同的细胞结构，请回答下列问题。
(1)图甲中的囊泡X能将细胞器[③]______内的物质转移至细胞器[④]______中，以进行进一步的加工和折叠。这表明囊泡X的膜与细胞器③④的膜在______上大体相同，故囊泡膜可与细胞膜、细胞器膜和核膜等共同构成细胞的______。
(2)图甲中，若③→X→④这一过程运输的是分泌蛋白，则该蛋白最初在___________合成（“游离核糖体”、“内质网上核糖体”）。囊泡Y包裹着“货物”转运至细胞器[⑤]______，“货物”将储存在其中，用于水解衰老的细胞结构或入侵的病菌。
(3)从图乙可以看出，囊泡能精确地将细胞“货物”运送到细胞膜，据图推测其原因是囊泡膜上的______可以和细胞膜上的______特异性识别并结合，此过程体现了细胞膜具有______的功能。
(4)根据上述分析，囊泡X和Y的膜差异主要在于______。
课堂练习
【分析】
本题主要考查的是细胞结构和功能的相关知识，意在考查学生对基础知识的理解掌握，难度适中。
【解答】
根据细胞各结构的形态可以判断：①～④分别为细胞核、细胞质基质、内质网、高尔基体。⑤来源于高尔基体，可以与细胞胞吞形成的襄泡结合，应为溶酶体。图乙显示，囊泡上的蛋白A与细胞膜上的蛋白B结合，使囊泡中的物质在特定位置释放出去。
（1）甲图中囊泡X由内质网经“出芽”形成，到达④高尔基体并与之融合成为其一部分。这表明囊泡X的膜与细胞器③内质网和④高尔基体的膜在成分上大体相同，故囊泡膜可与细胞膜、细胞器膜和核膜等共同构成细胞的生物膜系统。
（2）图甲中，若③→X→④这一过程运输的是分泌蛋白，则该蛋白最初在游离核糖体合成。图甲中的囊泡Y包裹着“货物”转运至细胞器[⑤]溶酶体，“货物”将储存在其中，用于水解衰老的细胞结构或入侵的病菌。
（3）由乙图可知，囊泡能精确地将细胞“货物”运送并分泌到细胞外，其原因是囊泡上的蛋白A与细胞膜上的蛋白B特异性结合，此过程体现了细胞膜具有控制物质进出细胞和信息交流的功能。
（4）囊泡X和Y其功能不同，原因是构成膜的蛋白质不同。

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