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新人教版 高一 必修1 分子与细胞
第3章 细胞的基本结构
3.2 细胞器之间的分工与合作（第二课时）
核心素养目标
①科学思维：准确描述分泌蛋白的合成和运输过程，说明细胞各部分结构既分工又合作，共同执行细胞的各项生命活动。
②生命观念：明确细胞的生物膜系统的范围、联系及作用，形成结构和功能相适应的观念。
③科学探究：能够与他人合作探究，与他人展开交流讨论；运用科学术语精确阐明小组讨论结果，并展开交流。
④社会责任：了解生物膜的研究对于生活的影响，形成积极运用生物学的知识和方法造福人类的态度和价值观。
Division of labor and cooperation between organelles
细胞器之间的分工与合作
新教材中关于分泌蛋白的合成表述为：“分泌蛋白的合成过程大致是：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。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，并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。”而原教材的表述为：“分泌蛋白最初是在内质网上的核糖体中由氨基酸形成肽链，肽链进入内质网进行加工，形成有一定空间结构的蛋白质。”新教材的表述与原教材相比，更加详细、准确，具体说明了核糖体的两种状况（游离状态和附着在内质网上），澄清了只有附着在内质网上的核糖体才能合成蛋白质的错误概念，同时对内质网的作用描述更加准确：加工、折叠，形成具有一定空间结构的蛋白质。
教材更新的地方
Division of labor and cooperation between organelles
细胞器之间的分工与合作
二、细胞器之间的协调配合
细胞中有许多条”生产线”。每一条“生产线”都需要若干细胞器相互配合。
实例一：分泌蛋白的合成和运输
Division of labor and cooperation between organelles
细胞器之间的分工与合作
Division of labor and cooperation between organelles
细胞器之间的分工与合作
1.分泌蛋白：在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的蛋白质。例如消化酶、抗体和一部分激素。
细胞器之间的协调配合——分泌蛋白的合成与运输
胃腺
肝脏
胰腺
唾液腺
肠腺
抗体
部分激素
（多肽及蛋白质类激素）
如：
胰岛素、
胰高血糖素。
细胞器之间的协调配合——分泌蛋白的合成与运输
四类常见的分泌蛋白
消化腺（如唾液腺、胃腺、肠腺等）细胞合成并分泌的消化酶
T 细胞合成并分泌的淋巴因子
浆细胞合成并分泌的抗体
下丘脑、垂体、胸腺、胰岛等合成的相关激素，如生长激素、胰岛素等
1.分泌蛋白：在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的蛋白质。例如消化酶、抗体和一部分激素。
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胞内蛋白
分泌蛋白
合成场所
作用场所
实例
游离核糖体
呼吸酶、血红蛋白
细胞内
附着型核糖体
消化酶、抗体、部分激素
细胞外
1、下列不属于分泌蛋白的是（ ）
A、胰岛素 B、抗体
C、有氧呼吸酶 D、唾液淀粉酶
C
胞内蛋白：在核糖体上合成，不需要运输到细胞膜外，只在细胞内起作用。如呼吸酶、DNA聚合酶、DNA解旋酶、RNA聚合酶等
细胞器之间的协调配合——分泌蛋白的合成与运输
细胞器之间的协调配合——分泌蛋白的合成与运输
荧光标记
研究方法：同位素标记法
同位素概念：在同一元素中，质子数相同、中子数不同的原子为同位素。如： 12C与14C，16O与18O，3H与1H；14N与15N，31P与32P，32S与35S等
12c
6个质子+6个中子
14c
6个质子+6个中子
细胞器之间的协调配合——分泌蛋白的合成与运输
Division of labor and cooperation between organelles
细胞器之间的分工与合作
研究方法：同位素标记法
同位素的物理性质可能有差异，但组成化合物的化学性质相同。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。
同位素标记法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。
氢的同位素 有三种，即氕、氘、氚。氕、氘是稳定的同位素，而氚具有放射性，因而可以通过探测器进行追踪。
细胞器之间的协调配合——分泌蛋白的合成与运输
下面是利用小球藻进行光合作用实验的示意图
O2
18O2
同位素标记法(同位素示踪法)
A物质和B物质的相对分子质量比是：_____________.
8：9
实验结论：___________________________________________。
光合作用产生的氧气中的氧来自H2O而不是CO2
研究方法：同位素标记法
实验材料：在豚鼠的胰腺腺泡细胞中注射被3H标记的亮氨酸
细胞器之间的协调配合——分泌蛋白的合成与运输
实验过程与结果：
3H标记的亮氨酸
豚鼠胰腺的腺泡细胞
注射
观察细胞中放射性标记物先后出现的部位。
附着有核糖体的内质网上。
高尔基体
细胞膜附近的囊泡及细胞外
细胞器之间的协调配合——分泌蛋白的合成与运输
问题讨论：
问①：写出分泌蛋白合成与运输过程的流程图（即相应结构上合成的相应物质）。
分泌蛋白的合成过程
内质网
高尔基体
细胞膜
囊泡
加工
修饰
成熟的蛋白质
分泌蛋白
盘曲折叠
附着型核糖体
囊泡
线粒体（供能）
有一定空间结构的蛋白质
多肽
脱水缩合
氨基酸
直接进入
囊泡与细胞膜融合
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细胞器之间的分工与合作
分泌蛋白合成与运输的过程
游离核糖体
1.合成一小段肽链
3.合成完整肽链
2.移动
4.初步加工
5.形成囊泡
6.再加工
7.形成囊泡
粗面内质网
高尔基体
细胞膜
8.分泌
细胞外
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细胞器之间的分工与合作
问②：分泌蛋白在哪里合成的呢？
问③：分泌蛋白合成和分泌，需要的能量由哪里提供？
核糖体是分泌蛋白的合成场所。
线粒体供能。需要能量，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。
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细胞器之间的分工与合作
与分泌蛋白合成与运输有关的细胞器：
与分泌蛋白合成与运输直接有关（经过）的细胞器：
与分泌蛋白合成与运输有关的细胞结构：
与分泌蛋白加工与运输有关的细胞器：
核糖体、内质网、高尔基体、线粒体
核糖体、内质网、高尔基体
核糖体、内质网、高尔基体、线粒体、细胞膜、囊泡
内质网、高尔基体
问④：尝试描述分泌蛋白的合成和运输的过程。归纳总结与分泌蛋白形成有关的细胞器、细胞结构和膜结构。
细胞器：核糖体、内质网、高尔基体、线粒体
膜结构:内质网、高尔基体、细胞膜、线粒体
细胞结构：核糖体、内质网、高尔基体、线粒体、细胞膜
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细胞器之间的分工与合作
在分泌蛋白的合成、加工、运输的过程中，需要消耗能量。这些能量主要来自线粒体。
在细胞内，许多由膜构成的囊泡就像深海中的潜艇，在细胞中穿梭往来，繁忙地运输着“货物”，而高尔基体在其中起着重要的交通枢纽作用。
①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。
②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，并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。
③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，与高尔基体膜融合，囊泡膜成为高尔基体膜的一部分。
④高尔基体还能对蛋白质做进一步的修饰加工，然后由高尔基体膜形成包裹着蛋白质的囊泡。囊泡转运到细胞膜，与细胞膜融合，将蛋白质分泌到细胞外（图3-8）。
内质网的膜面积_____
减少
综合比较：高尔基体的膜面积__________
细胞膜的膜面积_____
①
②
③
④
基本不变
增加
问⑤：在分泌蛋白合成与运输的过程中，内质网、高尔基体、细胞膜的膜面积是如何变化的？
分泌蛋白合成过程中膜面积变化
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分泌蛋白合成过程中膜面积变化
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细胞器之间的分工与合作
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“三看法”透析分泌蛋白的合成、加工和运输
(1)“一看”与分泌蛋白形成有关的细胞器：核糖体(蛋白质的装配机器)、内质网(加工车间)、高尔基体(进一步加工包装)和线粒体(提供能量)。(2)“二看”标记氨基酸出现的先后顺序：核糖体→内质网→囊泡→高尔基体→囊泡→细胞膜(→胞外)，如图1。
(3)“三看”膜面积变化的结果：内质网面积缩小，细胞膜面积增大，如图2和图3。
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三、细胞的生物膜系统
1、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配合。
①真核生物才具有生物膜系统
②原核生物没有生物膜系统，但是具有生物膜(细胞膜)
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各种生物膜在结构上的联系
成分上的联系
①相似性：各种生物膜都主要由磷脂和蛋白质组成。
②差异性：各种成分所占的比例不同，功能越复杂的生物膜，其蛋白质的种类和数量就越多。
三、细胞的生物膜系统
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结构上的联系
①各种生物膜在结构上大致相似，都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。
生物膜的基本结构：流动镶嵌模型
a.磷脂双分子层——基本骨架
b.蛋白质分子分布在磷脂双分子层中
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内质网
直接联系
囊泡
出芽
融合
间接联系
囊泡
细胞膜
核膜
高尔基体
双层膜，细胞核的边界膜
单层膜、细胞的边界膜
结构上的联系
①各种生物膜在结构上大致相似，都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。
a.直接联系
核外膜-内质网膜-细胞膜
内质网膜-线粒体膜
b.间接联系(通过囊泡)
内质网膜-高尔基体膜-细胞膜
内质网膜-高尔基体膜-溶酶体膜
结构上的联系
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功能上的联系
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2、生物膜系统的功能
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、能量转换和信息传递的过程中起着决定性作用。（细胞膜的三大功能）
第二，许多重要的化学反应都在生物膜上进行，这些化学反应需要酶的参与，广阔的膜面积为多种酶提供了大量的附着位点。（提供酶的附着位点）
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，这样就使得细胞内能够同时进行多种化学反应，而不会互相千扰，保证了细胞生命活动高效、有序地进行。（细胞内部区室化）
核膜
细胞器膜
细胞膜
叶绿体膜
线粒体膜
内质网膜
囊泡
囊泡
高尔基体膜
内膜
外膜
类囊体膜
内膜
外膜
多角度比较各种细胞器（可不讲）
按分布
植物特有的细胞器
叶绿体、液泡
动物和低等植物特有的细胞器
中心体
按成分
含DNA的细胞器
叶绿体、线粒体
含RNA的细胞器
叶绿体、线粒体、核糖体
含色素的细胞器
叶绿体、液泡
按功能
能产生ATP的细胞器
叶绿体、线粒体
能产水的细胞器
叶绿体、线粒体、核糖体、
高尔基体
能自主复制的细胞器
叶绿体、线粒体、中心体
医学上采用透析型人工肾替代病变的肾行使功能。其中起关键作用的血液透析膜就是一种人工合成的膜材料。
与社会的联系
生物膜研究在现实生活的应用
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透析型人工肾的原理
起关键作用的是人工合成的一种膜材：血液透析膜。
通过血液和透析液在透析膜内外两侧的相对流动，尿毒症病人血中的小分子物质如肌酐、尿素、尿酸、钾等向透析液内扩散，透析液内的钠、氯等离子和血中浓度相同，所以，膜内外仍保持平衡，透析液内的碱基、钙离子等则向血中扩散，从而达到清除毒素，纠正电解质紊乱和酸中毒的目的。
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细胞器之间的分工与合作
探究·实践 用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动
1、实验目的
①使用高倍显微镜观察活细胞中叶绿体的形态和分布。
②使用高倍显微镜观察细胞质的流动，理解细胞质的流动是一种生命现象。
③使用高倍显微镜观察活细胞中叶绿体的形态和分布。
探究·实践 用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动
2、实验原理
①叶绿体的观察（直接观察）
叶绿体呈绿色、扁平的椭球形或球形,不需要染色,制片后在高倍显微镜下观察它的形态和分布
②细胞质流动的观察（以叶绿体的运动为标志）
活细胞中的细胞质处于不断流动的状态。观察细胞质的流动，可用细胞质基质中的叶绿体的运动作为标志。
探究·实践 用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动
①制作藓类的临时装片观察叶绿体的形态和分布
3、方法步骤：
②制作黑藻叶片临时装片并观察细胞质流动
将黑藻事先放在光照、室温条件下培养。用镊子取黑藻叶片放在载玻片的水滴中，盖上盖玻片。先用低倍镜找到黑藻的叶肉细胞，然后换上高倍镜观察。注意叶绿体随细胞质的流动方向。
黑藻幼嫩的小叶扁平，只有一层细胞，可直接制片观察。
探究·实践 用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动
藓类或黑藻叶片薄,且含水量高。
①为什么藓类或黒藻叶片可直接制成临时装片
靠近下表皮的叶为海绵组织，叶绿体大而排列疏松，便于观察；
带叶肉是因为表皮细胞不含叶绿体。
②为什么要取菠菜叶稍带些叶肉下表皮？
保持有水状态以保证叶绿体的正常形态,并能悬浮在细胞质基质中,否则,细胞失水收缩,将影响叶绿体形态的观察。保持有水分，有利于活细胞的新陈代谢。
③为什么要将玻片放入水滴中？
探究·实践 用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动
4、实验结果
①叶绿体呈扁平椭球形或球形，深绿色，随细胞质流动，自身也可转动。
②每个细胞中细胞质流动的方向是一致的,其流动方式为环流式。
③有时可发现, 在不同光照下可以改变方向，强光下侧面对着光源，弱光下以最大的面对着光源，在暗处无规律，这样有利于接受更多的阳光进行光合作用,又不至于被强光灼伤。
黒藻细胞叶绿体形态分布与细胞质流动模式图
问：叶绿体的形态和分布，与叶绿体的功能有什么关系？
讨论：
叶绿体呈扁平的椭球形，多分布靠近细胞壁附近，有利于接受更多的阳光。
探究·实践 用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动
细胞质流动的意义：细胞质是细胞代谢的主要场所。细胞质中含有细胞代谢所需要原料、代谢所需的酶和细胞器等。细胞质的流动,为细胞内物质运输和结构移动创造了条件,从而保障了细胞生命活动的正常进行。
探究·实践 用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动
思考：植物细胞的细胞质处于不断流动的状态，这对于活细胞完成生命活动有什么意义？
常考的特殊细胞小总结
①根尖分生区细胞无叶绿体和大液泡。
②叶肉细胞、保卫细胞含叶绿体，但表皮细胞不含叶绿体。
③肾小管、心肌、肝脏等部位的细胞因代谢旺盛，线粒体含量较多;肠腺等些合成消化酶或蛋白质类激素的细胞中核糖体、高尔基体含量较多。
④蛔虫的体细胞和哺乳动物成熟的红细胞无线粒体，只进行无氧呼吸，且哺乳动物成熟的红细胞无细胞核，不再进行分裂，是提取细胞膜的首选材料。
⑤原核细胞只有核糖体，无其他细胞器，无核膜和核仁。

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