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第三章 细胞的基本结构
第2节 细胞器之间的分工合作
学习目标
学习目标
1、举例说出几种主要细胞器的功能;
2、简述生物膜系统的组成与功能；
3、制作临时装片，使用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动；
4、用系统分析细胞中部分与整体、结构与功能的统一性。
显微结构
光学显微镜(高倍显微镜）
一、细胞的基本结构
亚显微结构
电子显微镜
一、细胞的基本结构
细胞的基本结构
(1)显微结构
用光学显微镜观察到的细胞内部构造,称为细胞的显微结构。
细胞中的显微结构：
线粒体、叶绿体、液泡、染色体、细胞壁
1、显微结构与亚显微结构
一、细胞的基本结构
1、显微结构与亚显微结构
在电子显微镜下观察到的细胞结构称为亚显微结构
(2)亚显微结构
线粒体
叶绿体
内质网
高尔基体
溶酶体
——动植物细胞亚显微结构模式图
细胞结构总览
核糖体
内质网
线粒体
高尔基体
细胞壁
细胞膜
细胞核
核膜
核仁
液泡
叶绿体
细胞膜
细胞核
核膜
核仁
中心体
溶酶体
二、细胞器结构与功能的研究方法
分离细胞器的方法：
差速离心法
差速离心法主要是采用逐渐提高离心速率分离不同大小颗粒的方法。
二、细胞器结构与功能的研究方法
分离细胞器的方法：
差速离心法
细胞
破坏细胞膜
不同细胞器颗粒的质量不同，利用不同离心速率，先在较小速率条件下使较大的颗粒沉降到管底，再逐步提高离心速率，使颗粒从大到小依次沉淀
原理
过程
细胞匀浆
低速
中速
高速
大颗粒
较大颗粒
小颗粒
细胞核
线粒体、溶酶体
内质网、高尔基体
超高速
更小颗粒
核糖体
三、“八种”细胞器的结构与功能
1.线粒体
大多数呈椭球状或短棒状。
外膜：
内膜：
光滑
（磷脂所占比例大）
向内腔折叠形成“嵴”
(蛋白质所占比例大)
(3)功能：
(4)分布：
(1)形态：
(2)结构
增加了内膜的表面积，有利于酶的附着
双层膜：
线粒体基质：
有氧呼吸的酶、
少量DNA、RNA、核糖体
普遍存在于动植物细胞中。
—“动力车间”
为半自主性细胞器
哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫体细胞、原核细胞等无线粒体。
1.线粒体
—“动力车间”
为半自主性细胞器
(1)原核生物没有线粒体，能进行有氧呼吸吗？
(2)哺乳动物成熟红细胞没有线粒体，能进行有氧呼吸吗？
很多原核细胞都可以进行有氧呼吸，其场所在细胞质基质和细胞膜上。(细胞质基质和细胞膜上有与有氧呼吸有关的酶。)
因为哺乳动物成熟红细胞内没有线粒体，而且细胞内也没有有氧呼吸的酶，因此，只能进行无氧呼吸。
1.线粒体
—“动力车间”
为半自主性细胞器
线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，能够提供细胞生命活动需要的能量。
鸟类飞翔、运动员运动需要大量的能量，新生细胞的生命活动比衰老细胞、病变细胞旺盛，所以飞翔鸟类胸肌细胞中、运动员肌细胞、新生细胞中的线粒体数目多。
2.叶绿体
(3)功能：
(4)分布：
(1)形态：
(2)结构
大多数呈扁平的椭球状或球状。
双层膜：
叶绿体基质：
均光滑
类囊体膜上有色素和酶
(增大膜面积)
光合作用相关的酶、DNA、RNA、核糖体
基粒：
类囊体堆叠形成基粒
为半自主性细胞器
绿色植物(绿色部分，含有色素)能进行光合作用的细胞
(根细胞和表皮细胞无叶绿体)。
—“养料制造车间”和“能量转换站”
2.叶绿体
—“养料制造车间”和“能量转换站”
为半自主性细胞器
只有有叶绿体的生物才能进行光合作用吗？
如：蓝细菌含有藻蓝素和叶绿素及相关酶。
有些原核生物含有光合色素和光合作用的酶，也可以进行光合作用。
比较线粒体与叶绿体
线粒体 叶绿体
形态
分布
结构
增大膜面积方式
短棒状、椭球状等
在动植物细胞中普遍存在
扁平的椭球形或球形
主要存在于植物的叶肉细胞
内膜向内腔折叠形成嵴
类囊体堆叠形成基粒
比较线粒体与叶绿体
线粒体 叶绿体
成分
功能
相同点
①与有氧呼吸有关的酶
（内膜、基质）
②少量DNA、RNA（基质）
①光合色素（基粒）
②与光合作用有关的酶
（基粒、基质）
③少量DNA、RNA（基质）
有氧呼吸的主要场所
光合作用的场所
①都有双层膜; ②含有少量DNA和RNA; ③与能量转换有关；④都有基质
3.内质网
(1)分布
(2)结构
(4)功能
(3)类型
膜面积最大的细胞器
由膜围成的管状、泡状或扁平囊状结构，
最终连接成一个连续的内腔相同的膜性管道系统。
单层膜
粗面内质网：附着有核糖体
光面内质网：未附着核糖体
主要与分泌蛋白的的运输、加工有关
主要与脂质、糖类合成有关
蛋白质等大分子物质的合成、加工场所和运输通道。
合成代谢旺盛的细胞中，内质网比较发达。
存在于动植物等真核细胞，
外连细胞膜，内连核膜。
4.高尔基体
(1)分布
(2)结构
(3)功能
存在于动植物等真核细胞。
由单层膜形成的囊泡和扁平囊状结构，内腔不相通
电镜下的高尔基体
5.溶酶体
(1)分布
(2)结构
(3)功能
主要分布在动物细胞
单层膜，圆球形，起源于高尔基体，内含多种水解酶
—“消化车间”
注意：水解酶不是溶酶体合成的，是核糖体中合成，运输到高尔基体，再由高尔基体运输到溶酶体中。
被溶酶体分解后的产物去向：
对细胞有用的物质留在细胞内重复利用；
废物则被排出细胞外
5.溶酶体
—“消化车间”
(3)功能
蝌蚪尾巴消失的生理原因：
细胞内的溶酶体破裂，释放出水解酶，将细胞自溶掉。
(1)少量溶酶体酶泄漏到细胞质基质中，并不会引起细胞的损伤，为什么？
细胞质基质中的pH为7.0，在这种环境中溶酶体酶的活性很低。
pH=7.2
细胞质基质
0.05-0.5
肺部吸入硅尘(SiO2)后，硅尘被吞噬细胞吞噬，吞噬细胞中的溶酶体缺乏分解硅尘的酶，而硅尘却能破坏溶酶体膜，使其中的水解酶释放出来，破坏细胞结构，使细胞死亡，最终导致肺的功能受损。
(2)矽肺，是尘肺中最为常见的一种类型，是由于长期吸入大量游离二氧化硅粉尘所引起，以肺部广泛的结节性纤维化为主的疾病。造成硅肺的原因是什么？
(3)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
(4)新宰的畜、禽，如果马上把肉做熟了吃，肉老而口味不好，过一段时间
再煮，肉反而鲜嫩。这可能与肌细胞内哪一种细胞器的作用有关？
①溶酶体膜与其他细胞器膜相比，经过了特殊的修饰，使其不能被
水解酶水解；
②溶酶体内的酶只有在酸性条件下才能发挥作用，而溶酶体膜介于酸性和中性环境之间且不断地运动着，分解它们的酶难以起作用。
与溶酶体有关。新宰的动物肉过一段时，细胞内的溶酶体破裂，
释放其中的水解酶，其中把蛋白质水解成小的短肽。
(1)分布
(2)结构
主要存在于植物细胞
单层膜
内有细胞液，含糖类、无机盐、色素和蛋白质等
6.液泡
(3)功能
①调节植物细胞内的环境，使细胞保持一定的渗透压
②充盈的液泡使植物细胞保持坚挺
植物细胞在生长过程中液泡数量由多变少，最后合并成一个大液泡，所以成熟的植物细胞具有大液泡，而分裂旺盛的细胞（如分生组织）不具有明显液泡，另外真菌细胞中也含有液泡。
7.核糖体
(1)分布
(2)结构
(3)功能
(3)类型
广泛分布于真核细胞、原核细胞
无膜结构，蛋白质+rRNA（大亚基和小亚基）
游离在细胞质基质中：
附着在内质网或核膜上：
主要合成分泌蛋白，也可以合成溶酶体内和细胞膜上的蛋白质。
合成胞内蛋白
（血红蛋白、呼吸氧化酶、载体）
生产蛋白质的机器。
氨基酸发生脱水缩合形成肽链
—“生产蛋白质的机器”
原核细胞唯一的细胞器
8.中心体
(1)分布
(2)结构
(3)功能
动物与低等植物细胞中
无膜结构，由两个互相垂直的中心粒及其周围物质构成；
与细胞有丝分裂有关。
主要成分是蛋白质
【归纳总结】
从不同角度分析归纳各种细胞器
结构
双层膜 单层膜 无膜
线粒体
叶绿体
液泡
内质网
高尔基体
溶酶体
核糖体
中心体
【归纳总结】
从不同角度分析归纳各种细胞器
成分
①含有少量DNA的细胞器：
②含有色素的细胞器：
③含有RNA的细胞器：
④含有蛋白质的细胞器：
⑤含有磷脂的细胞器：
线粒体、叶绿体。
叶绿体、液泡。
线粒体、叶绿体、核糖体。
线粒体、叶绿体、高尔基体、内质网、
液泡、溶酶体、核糖体、中心体。
线粒体、叶绿体、高尔基体、内质网、液泡、
溶酶体。
【归纳总结】
从不同角度分析归纳各种细胞器
分布
分
布 动、植物都有
植物特有
动物和低等植物特有
核糖体、内质网、高尔基体、
线粒体
叶绿体、液泡
中心体
①哺乳动物成熟的红细胞：
没有细胞核和各种细胞器；
②肠道中成熟蛔虫的体细胞：
没有线粒体，只能进行无氧呼吸；
③具有分裂能力或代谢旺盛的细胞(包括癌细胞)：
核糖体、线粒体的数量较多
④分泌腺细胞：
高尔基体的数量较多；
⑤原核细胞：
只有核糖体一种细胞器。
【归纳总结】
从不同角度分析归纳各种细胞器
细胞结构与功能中的“一定”与“不一定”
【归纳总结】
(1)能进行光合作用的生物 有叶绿体。
(2)能进行有氧呼吸的生物 有线粒体，
但真核生物的有氧呼吸 主要发生在线粒体中。
(3)真核细胞光合作用 发生在叶绿体中，
(4)一切生物，其蛋白质合成场所 是核糖体。
不一定
不一定
一定
一定
一定
（如：蓝细菌）
（如：好氧型细菌，主要在细胞膜上进行）
细胞结构与功能中的“一定”与“不一定”
【归纳总结】
(5)有中心体的细胞 是动物细胞，但 不是高等植物细胞。
(6)在真核生物中，经高尔基体加工分泌的物质 为分泌蛋白，
但分泌蛋白 经高尔基体加工。
不一定
一定
不一定
一定
(7)没有叶绿体的细胞 就是动物细胞。
(8)没有大液泡的细胞 就是动物细胞。
不一定
不一定
（如：植物根尖细胞不含叶绿体）
（如：植物根尖分生区细胞没有大液泡）
当堂检测
线粒体
动物细胞的亚显微结构
核糖体
粗面内质网
中心体
高尔基体
光面内质网
①
②
③
④
⑤
⑥
当堂检测
植物细胞亚显微模式图
①
②
③
④
粗面内质网
光面内质网
⑦
叶绿体
液泡
⑤
⑥
高尔基体
核糖体
线粒体
当堂检测
当堂检测
B
B
A
当堂检测
细胞器 蛋白质(%) 脂质(%) 核酸(%)
X 67 20 微量
Y 59 40 0
Z 61 0 39
D
小结
细胞质中的细胞器并非悬浮于细胞质中，细胞质中有支持它们的结构——细胞骨架。
细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构。
四、细胞骨架
1、维持细胞形态，锚定并支撑许多细胞器；
功能：
2、与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转化、信息传递等生命活动密切相关。
五、细胞质的组成
细胞质内具一定功能的结构。
细胞质
细胞质基质:
细胞器:
细胞骨架:
蛋白质纤维组成的网架结构。
呈溶胶状，
由水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸、多种酶组成
细胞代谢的主要场所
线粒体、叶绿体、
内质网、高尔基体、液泡、溶酶体
核糖体、中心体等
六、实验：用高倍显微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。
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。
六、实验：用高倍显微观察叶绿体和细胞质的流动
3.实验材料
材料易得，叶片薄，尤其是含有的叶绿体应少，且大而清晰。
实验 观察叶绿体 观察细胞质的流动
选材 藓类叶 菠菜叶或番薯叶稍带些叶肉的下表皮 新鲜的黑藻
原因 叶片很薄，仅有_______叶肉细胞， ①细胞排列疏松，易撕取；②含叶绿体数目 ，且个体___ 黑藻幼嫩的小叶扁平，只有一层细胞
一两层
少
大
黑藻幼嫩的小叶扁平，只有一层细胞，可直接制片观察。
因含有大量叶绿体而呈黑色。
(1)制作藓类叶片(菠菜)临时装片并观察叶绿体的形态和分布
用镊子取一片藓类的小叶(或取菠菜叶稍带叶肉的下表皮)
放入盛有清水的培养皿中。
取材
在洁净的载玻片中央滴一滴清水，从新鲜枝上取幼嫩小叶放入水滴中，盖上盖玻片(保持有水状态——要保持细胞的活性。以保证叶绿体的正常形态,并能悬浮在细胞质基质中)。
制片
观察
低倍镜下找到叶片细胞；
高倍镜下观察叶绿体的形态和分布。
4.实验步骤
4.实验步骤
(二)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。
取材
用镊子取黑藻叶片放在载玻片的水滴中，盖上盖玻片。
制片
观察
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的情况，仔细看看每个细胞中细胞质流动方向是否一致。
大多围绕中央液泡进行环形流动
5.实验结果
叶绿体呈绿色、随细胞质流动，自身也可转动。
同一个细胞中细胞质流动方向是一致的。
6.实验成功关键点
(1)实验过程中的临时装片要始终保持有水状态，避免细胞的活性受到影响。
(2)加速细胞质流动的三种方法
①进行光照，即在阳光或灯光下放置15～20分钟。
②提高盛放黑藻的水温，可加入热水将水温调至25 ℃左右。
③切伤一小部分叶片，因为切口处细胞内的一些物质向外扩散加快，
由于保护性适应，伤口周围细胞代谢加快，细胞质流动加快。
1.叶绿体的形态和分布，与叶绿体的功能有什么关系
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、细胞器等物质和结构。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。
叶绿体的形态和分布有利于接受光照，进行光合作用。
例如，叶绿体大多呈椭球形，在不同光照条件下会改变方向。
2.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
六、实验：用高倍显微观察叶绿体和细胞质的流动
B
当堂检测
A.可以直接用苔藓叶片做成装片观察
B.高倍镜下可以观察到不同细胞中叶绿体的运动方向相同
C.细胞质的实际流动方向是顺时针流动
D.用菠菜叶进行实验，应撕取上表皮制作装片
A
当堂检测
细胞内由许多条“生产线”。每一条“生产线”都需要若干细胞器的相互配合。
分泌蛋白的合成和运输就是一个例子
七、分泌蛋白的合成和运输
1.胞内蛋白与分泌蛋白
(1)分泌蛋白：
有些蛋白质是在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的，这类蛋白质叫做分泌蛋白，如消化酶、抗体和一部分激素。
胰岛素
抗体
唾液淀粉酶
(2)胞内蛋白：
在细胞内合成后，在细胞内起作用的蛋白质。
如血红蛋白、与有氧呼吸有关的酶等
请阅读Ｐ51-53思考·讨论，以小组为单位回答下列问题:
1.科学家运用什么方法研究分泌蛋白的分泌过程？
2.分泌蛋白最初是在哪里合成的？原料是什么？这种化学反应叫什么？
3.分泌蛋白从合成至分泌到细胞外，依次经过了哪些细胞器或细胞结构？
尝试描述分泌蛋白的合成和运输过程。
4.分泌蛋白合成和运输过程需要能量吗？能量由哪里提供？
七、分泌蛋白的合成和运输
七、分泌蛋白的合成和运输
2.研究方法
同位素标记法
同位素：质子数相同、中子数不同的原子，如1H、2H、3H、16O与18O，12C与14C。
同位素的物理性质有差异，组成的化合物化学性质相同
同位素标记法：利用物理性质特殊的同位素标记反应中原子的去向。
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14C、32P、3H、35S 等；有的不具有放射性，是稳定同位素，如15N、18O 等。
七、分泌蛋白的合成和运输
3.实验材料
豚鼠胰腺腺泡细胞
（能分泌胰液，胰液含有消化酶）
产生大量的分泌蛋白，取材容易，易于观察
含3H标记的亮氨酸的培养液
豚鼠的胰腺腺泡细胞
培养
蛋白质的合成和运输过程
追踪
(观察细胞中放射性标记物先后出现位置)
七、分泌蛋白的合成和运输
4.分泌蛋白的形成与运输过程
3min
17min
117min
放射性标记物
出现的先后顺序：
高尔基体
细胞膜附近的囊泡及细胞外
附着有核糖体的内质网上
七、分泌蛋白的合成和运输
七、分泌蛋白的合成和运输
七、分泌蛋白的合成和运输
线粒体（提供能量）
用放射性元素3H标记亮氨酸，追踪不同时间放射性元素在细胞器中的分布情况，放射性元素在细胞器出现的先后顺序是什么？
_______→ _______ → _______ → ________ → ____→ ______→细胞外
核糖体
内质网
囊泡
高尔基体
囊泡
细胞膜
核糖体
内质网
高尔基体
细胞器中放射性强度
时间
0
核糖体、内质网、高尔基体、线粒体
内质网膜、高尔基体膜、线粒体膜、细胞膜　　
核糖体、内质网、高尔基体、线粒体、细胞膜
核糖体、内质网、高尔基体、细胞膜
内质网、高尔基体、细胞膜
核糖体、内质网、高尔基体
内质网、高尔基体
(2)与分泌蛋白合成、分泌有关的细胞结构：
(4)分泌蛋白合成、分泌依次经过的细胞结构：
(1)与分泌蛋白合成和运输有关的细胞器：
(3)与分泌蛋白合成运输的有关膜结构：
(5)分泌蛋白合成、分泌依次经过的具有膜的细胞结构：
(6)分泌蛋白合成、分泌依次经过的细胞器：
(7)分泌蛋白合成、分泌依次经过的具有膜的细胞器：
在分泌蛋白的形成过程，思考在该过程中所涉及到的细胞器膜面积如何变化？
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
在分泌蛋白的形成过程，思考在该过程中所涉及到的细胞器膜面积如何变化？
膜
面
积
时间
O
曲线图
内质网膜
高尔基体膜
细胞膜
直方图
前
后
时间
O
膜
面
积
内质网膜
高尔基体膜
细胞膜
进入不同部位的蛋白质具有不同的路引。路引通常是一段特定的氨基酸序列或蛋白质加工过程中打上的标签。
包裹蛋白质的囊泡沿着细胞骨架移向目的地。
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“资物”，而高尔基体在其中起着重要的交通枢纽作用。
当堂检测
②④⑥
八、生物膜系统
细胞膜
核膜
生物膜系统
细胞器膜
原核生物和病毒也有生物膜系统
（原核生物虽然有生物膜，但没有核膜和具膜的细胞器，病毒无任何膜结构，因此原核生物和病毒均没有生物膜系统。）
人体内的小肠黏膜、呼吸道黏膜均属于生物膜系统
（生物膜系统是细胞内膜结构的统称，不是生物体内膜结构的统称）
八、生物膜系统
X
X
1.生物膜之间的联系
八、生物膜系统
生物膜的组成成分和结构相似，在结构和功能上紧密联系。
（1）各种膜在化学组成上的联系
化学组成上：在 上基本相同；
在 上有显著差异。
（2）各种膜在结构上的联系
膜的结构上：由 构成基本支架，
分布其中，都具有膜的两大特点。
（流动性、选择透过性）
组成成分
蛋白质种类和数量
磷脂双分子层
蛋白质分子
核膜
内质网膜
细胞膜
①结构上密切联系
1.生物膜之间的联系
（3）生物膜系统在结构和功能上密切联系
a.直接联系(通过膜相连)
核外膜--内质网膜--细胞膜
b.间接联系(通过囊泡)
内质网膜-高尔基体膜-细胞膜
1.生物膜之间的联系
（3）生物膜系统在结构和功能上密切联系
②功能上密切联系
分泌蛋白的合成与运输
2.生物膜系统的功能
八、生物膜系统
（1）维持相对稳定的内部环境；
物质运输
能量转化
信息传递
（2）酶的附着位点
（3）分隔、内部区域化
细胞内能够同时进行多种化学反应，保证了细胞生命活动高效、有序地进行。
3.与社会的联系
八、生物膜系统
当堂检测
a是核膜；b是细胞器膜；c是细胞膜。
内质网膜、囊泡膜、高尔基体膜。
当堂检测
B
当堂检测
D

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