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(共66张PPT)
第6讲　细胞器与生物膜系统
素养目标
考点一 主要细胞器的结构和功能
夯实基础 精研教材
1.细胞质组成
细胞质基质
2.细胞器
(1)细胞器的分离方法——差速离心法
①将细胞膜破坏,形成由　 　　　　　　　　　　　组成的匀浆。
②将匀浆放入离心管中,采取　　　　　　　　的方法分离不同大小的细胞器。
各种细胞器和细胞中其他物质
逐渐提高离心速率
(2)细胞器的结构和功能
①双层膜结构的细胞器
(线粒体 葡萄糖不可以进入线粒体)
　　　
有氧呼吸
叶绿体　
②单层膜结构的细胞器
水解酶
细胞器
病毒或细菌
蛋白质
运输
通道
加工、分类和包装
细胞壁
③无膜结构的细胞器
中心粒
线粒体和叶绿体
生产蛋白质
有丝分裂
3.细胞骨架
(1)结构:由　　　　　　　　　　组成的网架结构。
(2)功能:维持着　　　　　　　　　　,锚定并支撑着许多细胞器,与细胞运动、　　　　　　　　以及物质运输、　　　　　　　　、信息传递等生命活动密切相关。
蛋白质纤维
细胞的形态
分裂、分化　
能量转化
4.细胞壁
纤维素
果胶
高尔基体
支持
全透性
教材深挖
1.(必修1 P47科学方法)根据你对细胞器大小和结构的认识,在细胞膜被破坏后,将细胞匀浆放入离心管中,逐渐提高离心速率,判断线粒体、叶绿体和核糖体沉降的先后顺序:
　。
2.(必修1 P53概念检测4改编)心肌细胞比腹肌细胞有更多的线粒体,原因是
　。
最先沉降的是叶绿体,随后是线粒体,最后是核糖体
心肌细胞收缩需要大量的能量,线粒体是供应能量的“动力车间”,所以心肌细胞中线粒体数量较多
易错排查
1.线粒体内膜含有丰富的酶,是有氧呼吸生成CO2的场所。(2023·湖南卷)
(　　)
2.受损细胞器中的蛋白质、核酸可被溶酶体降解。(2022·河北卷)(　　)
3.葡萄糖在线粒体中分解释放大量能量。(　　)
4.线粒体膜上存在运输葡萄糖的蛋白质。(　　)
5.酵母菌和白细胞都有细胞骨架。(　　)
6.有氧呼吸过程中,水的生成发生在线粒体外膜。(　　)
×
√
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√
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思维探究 考教衔接
1.(根据2021·福建卷情境设计)运动可促进机体产生更多新的线粒体,加速受损、衰老、非功能线粒体的特异性消化降解,维持线粒体数量、质量及功能的完整性,保证运动刺激后机体不同部位对能量的需求。
(1)题干中“受损、衰老、非功能线粒体的特异性消化降解”主要依赖的细胞器是　　　　　　。
(2)运动可促进机体产生更多新的线粒体,保证运动刺激后机体不同部位对能量的需求,体现出线粒体中存在　　　　　　　　,线粒体在不同部位的分布数量不同,体现了　　　　　　　　　　　　　　　的生命观念。
溶酶体
能量代谢
结构与功能相适应
2.(根据2007·江苏卷、2021·重庆卷情境设计)下面是关于溶酶体(一类含多种水解酶、具有单层膜的囊状细胞器)发生过程和“消化”功能的示意图。
(1)b是刚形成的溶酶体,它起源于细胞器　　　　　　　　。溶酶体内酶的合成部位是　　　　　　。
高尔基体
核糖体
(2)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。
(3)人体细胞溶酶体内较高的H+浓度(pH为5.0左右)保证了溶酶体的正常功能。溶酶体破裂后,水解酶泄漏到细胞质基质后活性　　　　(填“上升”“下降”或“不变”),原因是　　　 　　　　　　　　　。
(4)细胞　　　(填“能”或“不能”)利用被溶酶体分解后产生的物质。
溶酶体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。
下降
pH改变影响了酶的空间结构
能
透析重难 精准突破
1.线粒体和叶绿体
的比较
2.多角度归纳各种细胞器
考法练透 素养提升
考法一　细胞器的结构和功能分析
1.(2025·广东模拟)线粒体和叶绿体都是与能量转化有关的细胞器。在精细胞形成精子的过程中,细胞的很多结构退化消失,但仍保留了大量线粒体。为了避免基因通过花粉外溢造成污染,科学家将外源抗虫基因整合到烟草的叶绿体DNA中,获得了能产生抗虫蛋白的转基因烟草。下列有关叙述错误的是(　)
A.精子中保留大量的线粒体,对动物通过有性生殖繁育后代具有积极的意义
B.外源基因需要穿过叶绿体的外膜和内膜才能与叶绿体DNA结合
C.将转基因烟草的花粉授给普通烟草,产生的后代也能抗虫
D.叶肉细胞中有多个叶绿体,有利于增加外源抗虫蛋白的含量
C
解析 精子中保留大量的线粒体可以为精子的游动提供能量,对动物通过有性生殖繁育后代具有积极的意义,A项正确;叶绿体是具有双层膜结构的细胞器,外源基因需要穿过叶绿体的内膜和外膜才能与叶绿体DNA结合,B项正确;花粉细胞中通常不存在叶绿体,所以将转基因烟草的花粉授给普通烟草,产生的后代不能抗虫,C项错误;叶肉细胞中有多个叶绿体,则叶绿体转化获得的抗虫基因数量多,其表达量远高于核转化的水平,有利于增加外源抗虫蛋白的含量,D项正确。
2.(2024·湖南衡阳三模)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(　　)
图1
图2
A.图1中细胞器4、5、6中的膜结构构成了生物膜系统
B.图2中的丙可能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6结构
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和细胞膜、核膜等结构共同构成的,图1中4表示内质网,5表示高尔基体,6表示线粒体,所以细胞器4、5、6中的膜结构属于生物膜系统的一部分,A项错误;丙含有蛋白质、核酸,不含脂质,说明没有膜结构,则丙可能为核糖体,真核细胞和原核细胞共同具有的唯一细胞器是核糖体,故图2中的丙可能是真核细胞和原核细胞共有的唯一细胞器,B项正确;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,即破伤风杆菌没有图1细胞中的6线粒体,C项正确;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,D项正确。
考法二　细胞骨架的组成和功能
3.(2024·安徽卷)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,该过程不需要细胞膜上的蛋白质参与
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
A
解析 细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构,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,A项正确;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,B项错误;变形虫通过胞吞方式摄取食物,该过程需要细胞膜上的蛋白质进行识别,C项错误;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,D项错误。
4.(2024·重庆模拟预测)细胞骨架是指真核细胞中由微管、微丝及中间纤维等蛋白质纤维组成的网架结构,这些网架结构一方面为细胞内某些细胞器提供附着位点,另一方面通过膜骨架与细胞膜相连,参与维持细胞的形态并协助细胞完成多种生理功能。下列有关叙述错误的是(　　)
A.细胞内的“膜流”现象与细胞骨架有关
B.锚定在细胞骨架上的部分细胞器具有生物膜
C.HIV和酵母菌中不都能观察到细胞骨架结构
D.与细胞骨架相连接的膜骨架是由纤维素交错连接而成的
D
解析 膜流是指由于囊泡运输,真核细胞的生物膜在各个具膜细胞器及细胞膜之间的常态性转移,而细胞骨架与细胞内的物质运输密切相关,故细胞内的“膜流”现象与细胞骨架有关,A项正确;真核细胞的细胞器除核糖体、中心体之外均具有生物膜,B项正确;HIV属于病毒,没有细胞结构,因此没有细胞骨架结构,而酵母菌属于真核生物,具有细胞骨架结构,C项正确;与细胞骨架相连接的膜骨架是细胞膜胞质侧与膜蛋白相连、由纤维蛋白组成的网架结构,纤维素则是植物细胞壁的主要组成成分,D项错误。
考点二 实验:用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动
夯实基础 精研教材
1.实验原理
叶绿体
2.实验步骤
(1)观察叶绿体
清水
形态和分布情况
(2)观察细胞质流动
3.实验材料分析
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,仅有一两层叶肉细胞,叶绿体较大,无需加工可直接制片 细胞排列疏松,易撕取;含叶绿体数目少,且个体大 黑藻幼嫩的小叶扁平,只有一层细胞,存在叶绿体,易观察
教材深挖
1.观察叶绿体时,临时装片中的材料要随时保持有水状态的原因是
　。2.为了保证观察细胞质流动实验的成功,应采取什么方法加快黑藻细胞的流动速度
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,否则细胞失水皱缩,将影响对叶绿体形态的观察
a.进行光照,温度在25 ℃左右,即在阳光下或灯光下放置15~20 min;b.提高盛放黑藻的水温,可加入热水,将水温调至25 ℃;c.直接切伤一部分叶片。
易错排查
1.黑藻的叶肉细胞含有叶绿体,不含线粒体。(　　)
2.在高倍显微镜下,可看到藓类叶肉细胞中呈绿色、扁平的椭球或球形的叶绿体。(　　)
3.观察细胞中叶绿体时,最好选取叶绿体数量多而体积小的生物材料,更便于观察。(　　)
4.藓类叶片可直接制成临时装片从而观察叶绿体。(　　)
5.观察植物细胞的细胞质流动实验不宜选用洋葱表皮细胞。(　　)
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考法练透 素养提升
(2024·湖南卷)以黑藻为材料探究影响细胞质流动速率的因素,实验结果表明新叶、老叶不同区域的细胞质流动速率不同,且新叶比老叶每个对应区域的细胞质流动速率都高。下列叙述错误的是(　　)
A.该实验的自变量包括黑藻叶龄及同一叶片的不同区域
B.细胞内结合水与自由水的比值越高,细胞质流动速率越快
C.材料的新鲜程度、适宜的温度和光照强度是实验成功的关键
D.细胞质中叶绿体的运动速率可作为细胞质流动速率的指标
B
解析 根据题意分析,该实验的自变量有黑藻叶龄、同一叶片的不同区域,A项正确;通常来说,细胞内自由水所占的比例越大,细胞的代谢就越旺盛,因此,细胞内自由水与结合水的比值越高,细胞质流动速率越快,B项错误;选择新鲜的叶片,在适宜的温度和光照强度下,黑藻细胞质的流动速率较快,实验容易取得成功,C项正确;观察细胞质的流动时,常以细胞质基质中叶绿体的运动作为标志,D项正确。
考点三 细胞器之间的协调配合与生物膜系统
夯实基础 精研教材
1.细胞器之间的协调配合
(1)分泌蛋白:指在细胞内合成后,分泌到　　　　　　起作用的蛋白质,
如　　　　　　　　　　　　　　　　等。
(2)研究手段——放射性同位素标记法
将豚鼠的胰腺腺泡细胞放入含有　　　　　　　　　　　的培养液中培养,检测放射性依次出现的部位。
细胞外
消化酶、抗体和一部分激素
3H标记的亮氨酸
(3)过程
流程图解读。
①　　　　(真核细胞):基因的转录,将遗传信息从细胞核传递到细胞质。
②　　　　　　:通过翻译将氨基酸合成多肽。
③　　　　　　:对多肽进行初步加工(如盘曲、折叠、糖基化等),形成较成熟的蛋白质,再以囊泡的形式运送至高尔基体。
④　　　　　　:将较成熟蛋白质加工为成熟的蛋白质,并以囊泡的方式运输到细胞膜。
⑤　　　　　　:通过胞吐作用,将蛋白质分泌到细胞外成为分泌蛋白。
⑥　　　　　　:提供能量。
细胞核
核糖体　
内质网
高尔基体
细胞膜
线粒体
2.细胞的生物膜系统
(1)生物膜系统的
组成和功能
信息传递
酶
(2)各种生物膜之间的联系
①在成分上的联系
②在结构上的联系
在结构上具有一定的连续性,如图所示:
脂质和蛋白质
蛋白质
内质网膜
细胞膜
教材深挖
1.(必修1 P52图3-8)从蛋白质结构方面分析,胰岛素在核糖体上合成后还不具有降低血糖的生理作用,原因是
　 。
在核糖体上合成的只是具有一定氨基酸排列顺序的多肽链,还需要内质网和高尔基体加工成具有一定空间结构的成熟蛋白质,胰岛素才具有降低血糖的生理作用
2.(必修1 P52正文拓展)过氧化物酶体和溶酶体都是由单层膜构成的细胞器,都对细胞起重要的保护作用。过氧化物酶体和溶酶体中的酶只能在过氧化物酶体和溶酶体内部发挥作用,这体现了生物膜系统的功能之一是
　。
3.(必修1 P53与社会的联系)肾功能发生障碍时,目前常用的治疗方法是采用透析型人工肾替代病变的肾行使功能,人工肾利用了细胞膜的　　　　　　　。
将细胞分隔成若干个小的区室,使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能高效、有序地进行
选择透过性
易错排查
1.哺乳动物成熟红细胞的细胞膜与高尔基体膜之间具有膜融合现象。(2023·海南卷)(　　)
2.人体未分化的细胞中内质网非常发达,而胰腺外分泌细胞中则较少。(　)
3.细胞膜、高尔基体、中心体都属于生物膜系统。(　　)
4.囊泡在细胞中穿梭往来,繁忙地运输着“货物”,其中起重要交通枢纽作用的是内质网。(　　)
5.生物膜之间通过囊泡的转移实现膜成分的更新,依赖于生物膜的选择透过性。 (　　)
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思维探究 考教衔接
1.分泌蛋白的合成、加工和分选
(根据2015·江苏卷、2022·广东卷情境设计)图1为真核细胞结构及细胞内物质运输的示意图。
图1
图2
(1)用35S标记一定量的氨基酸并注射到该细胞中,则在蛋白质合成并分泌的过程中,放射性同位素出现的顺序是　　 　　　　　　　　　　　　　　;在此过程中,高尔基体、内质网和细胞膜膜面积的变化曲线如图2所示,图2中d、e、f三条曲线所指代的膜结构分别是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)在蛋白质合成、分泌过程中,囊泡可来源于　　　　　　　　　　　,这个过程体现了生物膜的　　　　　　(结构特点)。
(3)酵母菌sec系列基因的突变会影响分泌蛋白的分泌过程,某突变酵母菌菌株的分泌蛋白最终积累在高尔基体中。此外,还可能检测到分泌蛋白的场所是　　　　　　　　　　　。若在培养液中添加呼吸抑制剂,正常酵母菌也能出现蛋白质堆积在内质网和高尔基体中的现象,原因是
　　 　　　　　。
核糖体→内质网→囊泡→高尔基体→囊泡→细胞膜
内质网膜、细胞膜、高尔基体膜
内质网、高尔基体
流动性
内质网、囊泡
分泌蛋白的合成、加工、运输、分泌需要细胞呼吸提供能量
2.生物膜系统
生物膜上的某些蛋白质不仅是膜的组成成分,还具有催化、物质运输、能量转换、接收和传递信息的功能,下面表示三种生物膜。图1表示
　　　　　　;图2表示　　　　;图3表示　　　　　　　　　。
线粒体内膜
细胞膜
叶绿体的类囊体膜
考法练透 素养提升
考法一　分泌蛋白的合成、加工与囊泡运输
1.(2025·八省联考内蒙古卷)乳铁蛋白是一种分泌型糖蛋白,由一条多肽链折叠形成具有叶状空间结构的蛋白质分子,能携带Fe3+共同进入细胞。下列叙述错误的是(　　)
A.分泌到胞外的乳铁蛋白被用来形成糖被参与信息传递
B.乳铁蛋白携带Fe3+进入细胞的过程需要消耗能量
C.乳铁蛋白加工的场所是内质网和高尔基体
D.乳铁蛋白多肽链形成的叶状结构存在氢键的作用
A
解析 乳铁蛋白是一种分泌型糖蛋白,能携带Fe3+共同进入细胞,说明乳铁蛋白不是用来形成糖被参与信息传递,而是起到运输作用,A项错误;乳铁蛋白为大分子物质,进入细胞的方式为胞吞,因此乳铁蛋白携带Fe3+进入细胞的过程需要消耗能量,B项正确;乳铁蛋白是一种分泌型糖蛋白,其加工的场所是内质网和高尔基体,C项正确;乳铁蛋白是一种分泌型糖蛋白,由一条多肽链折叠形成具有叶状空间结构的蛋白质分子,叶状结构得以形成是氢键作用的结果,D项正确。
2.(2024·浙江卷)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与内质网上的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 SRP参与抗体等分泌蛋白的合成,呼吸酶等胞内蛋白的合成无需SRP参与,所以SRP与信号肽的识别与结合具有特异性,A项正确;SRP受体缺陷的细胞可以合成部分多肽链,如呼吸酶等,B项错误;核糖体和内质网之间通过SRP受体内的通道转移多肽链,核糖体是无膜细胞器,不能形成囊泡,C项错误;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,D项错误。
考法二　生物膜与细胞的生物膜系统
3.(2024·安徽卷)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
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,A项错误;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,B项正确;根尖分生区细胞的核膜在分裂前期解体,在分裂末期重建,C项错误;[H]与氧结合生成水并形成ATP的过程发生在线粒体内膜上,D项错误。
4.(2024·山东青岛三模)真核细胞中的生物膜把各种细胞器分隔开来,如同一个个小的区室。各区室之间物质的输送通常是以膜泡运输方式进行。下列说法错误的是(　　)
A.内质网膜会形成囊泡,把合成的蛋白质包裹起来,移向高尔基体并与之融合
B.在动物细胞、真菌细胞中,高尔基体可以断裂产生由膜包被的小泡形成溶酶体
C.植物有丝分裂时,核膜解体形成的小泡会聚集到赤道板位置形成新的细胞壁
D.成熟植物细胞中的大液泡是由分散的小液泡逐渐融合发展形成的
C
解析 内质网膜会形成囊泡,把合成的蛋白质包裹起来,移向高尔基体并与之融合,A项正确;高尔基体能加工蛋白质,由高尔基体断裂形成的、由单位膜包被的小泡,称为溶酶体,B项正确;植物细胞有丝分裂末期,赤道板位置出现一个细胞板,细胞板向四周延伸形成新的细胞壁,而植物细胞壁的形成与高尔基体有关,因此赤道板附近聚集的小泡是由高尔基体形成的,C项错误;植物细胞中的大液泡是由分散的小液泡逐渐合并发展而来的,D项正确。
聚焦表达 回扣落实
1.(原因分析类)如果将新屠宰的家畜、家禽的肉做熟了吃,口感会比较老,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 请利用所学生物学知识解释其原因。
与溶酶体的作用有关。细胞死亡后,溶酶体膜破裂,其内各种水解酶释放出来,分解细胞中的蛋白质等物质,此时畜、禽肉烹饪后更鲜嫩,这个过程需要一定的时间。
2.(原因分析类)溶酶体是含有消化酶的细胞器,能够分解多余或者损伤的细胞器、食物颗粒和细胞吞噬的病毒及细菌。例如,阿米巴原虫吞食食物并用小泡将其包裹后,溶酶体就会与食物泡融合并释放酶,对食物进行消化。请解释蝌蚪在发育成蛙的过程中,蝌蚪尾巴的细胞消失的原因:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
3.(原因分析类)线粒体内膜上的蛋白质种类和数量都比外膜高,请从结构与功能观角度分析原因:
　。
在溶酶体的作用下,细胞发生凋亡
功能复杂的膜中,蛋白质的种类和数量多,有氧呼吸的第三阶段在线粒体内膜上进行
4.(科学方法类)为了研究细胞器的功能,某同学将正常叶片置于适量的溶液中,用组织捣碎机破碎细胞,再用差速离心法分离细胞器。
(1)该实验所用溶液的pH和渗透压应满足的条件是
　 。
(2)离心沉淀出细胞核后,上清液在适宜条件下能将葡萄糖彻底氧化分解,原因是此上清液中含有　　　　　　　　　　　。
(3)将分离得到的叶绿体悬浮在适宜溶液中,照光后有氧气释放;如果在该适宜溶液中将叶绿体外表的双层膜破裂后再照光,　　　(填“有”或“没有”)氧气释放,原因是
　 　。
pH应与细胞质基质的相同,渗透压应与细胞内的相同
细胞质基质组分和线粒体
有
类囊体薄膜是H2O分解释放O2的场所,叶绿体的双层膜破裂不影响类囊体薄膜的功能

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