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第7讲　细胞器之间的协调配合与生物膜系统
[课标要求]
举例说明细胞各部分结构之间相互联系、协调一致,共同执行细胞的各项生命活动。
考点一
细胞器之间的协调配合
1.分泌蛋白
(1)概念:在 合成后,分泌到 起作用的蛋白质。
(2)举例:消化酶、抗体和一部分激素等。
2.分泌蛋白的合成、加工和运输
(1)研究方法——同位素标记法。
将豚鼠的胰腺腺泡细胞放入含 的培养液中培养,检测放射性依次出现的部位。
基础知识·整合
细胞内
细胞外
3H标记的亮氨酸
(2)过程。
核糖体
内质网
高尔基体
提醒　分泌蛋白的合成起始于游离的核糖体,先在游离的核糖体中合成一段肽链,然后这段肽链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。
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修1 P51思考·讨论)常见的分泌蛋白包括消化酶、抗体和呼吸酶等。
(　　)
×
【提示】 分泌蛋白是指在细胞内合成后,分泌到细胞外起作用的蛋白质,呼吸酶在胞内发挥作用,不属于分泌蛋白。
(2)(必修1 P52正文)分泌蛋白的合成与分泌过程:核糖体→高尔基体→内质网→细胞膜。(　　)
【提示】 分泌蛋白的合成与分泌过程:核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜。
×
(3)(必修1 P52正文)在分泌蛋白的合成、加工、运输的过程中,内质网起着重要的交通枢纽作用。(　　)
×
【提示】 高尔基体在细胞内囊泡运输中起着交通枢纽作用。
(4)(必修1 P51科学方法拓展)为追踪胰岛素的合成途径,可用放射性同位素15N标记相应氨基酸进行。(　　)
×
【提示】 15N不具有放射性。
2.规范表达
(1)(必修1 P52图3-8拓展)研究发现,核糖体合成的分泌蛋白有信号序列,而从内质网输出的蛋白质不含信号序列,推测其原因可能是
。
分泌蛋白的信号序列
在内质网中被切掉了
(2)(教材延伸)2013年诺贝尔生理学或医学奖授予了三位科学家,因为他们揭开了调控运输物在正确时间投递到细胞中正确位置的分子原理,也就是细胞通过囊泡精确地释放被运输的物质。图甲表示细胞通过形成囊泡运输物质的过程,图乙是图甲的局部放大。不同囊泡介导不同途径的运输。
①研究表明,图甲中的Y囊泡内的“货物”为多种水解酶,这些酶会储存在结构5中,推断结构5是什么 由内质网、高尔基体加工的蛋白质一定是分泌蛋白吗
【提示】 结构5是溶酶体。由内质网、高尔基体加工的蛋白质不一定是分泌蛋白。
②图乙中的囊泡能够精确地将细胞“货物”运送到相应位置并分泌到细胞外,据图推测可能的原因是什么 此过程体现了生物膜具有什么功能
【提示】 囊泡上的蛋白质A和细胞膜上的蛋白质B特异性结合。体现了生物膜具有信息交流的功能。
能力1　围绕分泌蛋白的合成和运输过程,考查获取信息的能力
1.(2022·广东卷,9)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(　　)
A.线粒体、囊泡
B.内质网、细胞外
C.线粒体、细胞质基质
D.内质网、囊泡
D
关键能力·提升
【解析】 分泌蛋白的合成和分泌经过的细胞结构依次是核糖体、内质网、囊泡、高尔基体、囊泡和细胞膜,最后分泌到细胞外。已知酵母菌sec系列基因的突变会影响分泌蛋白的分泌过程,若某突变酵母菌菌株的分泌蛋白最终积累在高尔基体中,则在细胞外检测不到分泌蛋白,还可能检测到分泌蛋白的结构包括内质网、内质网形成的囊泡。
2.(2025·陕晋青宁卷,14)高温胁迫导致植物细胞中错误折叠或未折叠蛋白质在内质网中异常积累,使细胞合成更多的参与蛋白质折叠的分子伴侣蛋白,以恢复内质网中正常的蛋白质合成与加工,此过程称为“未折叠蛋白质应答反应(UPR)”。下列叙述正确的是(　　)
A.错误折叠或未折叠蛋白质被转运至高尔基体降解
B.合成新的分子伴侣所需能量全部由线粒体提供
C.UPR过程需要细胞核、核糖体和内质网的协作
D.阻碍UPR可增强植物对高温胁迫的耐受性
C
【解析】 错误折叠或未折叠蛋白质的降解需要蛋白水解酶的参与,对于植物细胞而言,液泡具有类似动物细胞溶酶体的功能,可以对这些蛋白质进行降解;合成新的分子伴侣所需的能量由细胞质基质和线粒体共同提供,而非全部由线粒体提供;UPR过程中,分子伴侣蛋白的合成需细胞核控制基因表达(转录)、核糖体合成蛋白质、内质网进行加工,三者协作完成;阻碍UPR会导致内质网功能无法恢复,加剧高温胁迫对细胞的损伤,降低植物对高温胁迫的耐受性。
考点二
细胞的生物膜系统
1.生物膜系统的组成及特点
核膜
基础知识·整合
细胞器膜
组成成分和结构
结
提醒　生物膜系统是指细胞内而不是生物体内的全部膜结构,所以口腔黏膜、胃黏膜等不属于生物膜系统。
构和功能
2.生物膜系统的功能
物质运输
能量转化
酶
高效、有
信息传递
序地进行
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修1 P52正文)口腔黏膜、小肠黏膜等属于生物膜系统。(　　)
×
【提示】 生物膜系统由细胞膜、核膜以及细胞器膜等共同组成,口腔黏膜、小肠黏膜不属于生物膜系统。
(2)(必修1 P53与社会的联系)人工合成的膜材料用于治疗尿毒症,利用了膜材料具有选择透过性的特征。(　　)
√
2.规范表达
(1)(必修1 P52正文拓展)大肠杆菌 (填“有”或“没有”)生物膜系统,判断的依据是 。
(2)(必修1 P52正文拓展)生物膜在结构上表现出一定的连续性,主要表现在
。(答出两点)
没有
大肠杆菌只有细胞膜,没有细胞器膜、核膜等膜结构
内质网膜可与细胞膜、核膜直接相连,高尔基体膜与细胞膜、内质网膜通过囊泡间接联系
能力2　围绕生物膜系统的组成、结构和功能,考查理解能力
3.(2025·佛山月考)下列关于生物膜系统的说法,正确的是(　　)
A.原核生物具有生物膜系统
B.生物膜系统各组分的组成成分和结构很相似
C.生物膜系统由具有膜结构的细胞器构成
D.生物膜系统中的所有膜结构的功能均相同
B
关键能力·提升
【解析】 由于原核生物的细胞没有核膜,也没有内质网、高尔基体和线粒体等复杂的细胞器膜结构,因此原核生物没有生物膜系统;生物膜系统各组分的组成成分和结构很相似;生物膜系统由细胞器膜、细胞膜以及核膜等结构共同构成;不同的生物膜功能不同,例如线粒体内膜参与有氧呼吸的相关反应等。
4.(2024·江苏卷,2)图中①~④表示人体细胞的不同结构。下列相关叙述错误的是(　　)
A.①~④构成细胞完整的生物膜系统
B.溶酶体能清除衰老或损伤的①②③
C.③的膜具有一定的流动性
D.④转运分泌蛋白与细胞骨架密切相关
A
【解析】 完整的生物膜系统包括细胞膜、核膜和细胞器膜等,而题图中①是线粒体,②是内质网,③是高尔基体,④是囊泡,故①~④不能构成细胞完整的生物膜系统;溶酶体能够清除衰老、损伤的细胞器,所以能够清除衰老或损伤的①②③;③高尔基体能够产生囊泡,故其膜具有一定的流动性;细胞骨架与物质运输有关,所以④囊泡转运分泌蛋白与细胞骨架密切相关。
热点情境1
信号识别与囊泡运输
[情境链接]
蛋白质在游离的核糖体合成开始后,需要分选与转运到特定的功能位点,其分选途径大致分为两条:一条为后翻译转运途径,蛋白质在游离核糖体上完成翻译后进行转运;另一条为共翻译转运途径,即蛋白质合成在游离核糖体上起始之后,由信号肽和与之结合的信号识别颗粒(SRP)引导转移至粗面内质网,然后新生肽边合成边转入粗面内质网腔或定位在内质网膜上,经转运囊泡运到高尔基体加工、包装再分选至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外。
(1)核糖体与内质网之间的识别。
信号肽假说认为,经典的蛋白分泌可通过内质网—高尔基体途径进行,可分为①~⑧个阶段如图1所示。新生肽一端的信号肽与信号识别颗粒(SRP)结合,SRP通过与内质网上的SRP受体(DP)结合,将核糖体—新生肽引导至内质网。新生肽链通过易位子进入内质网腔中进行初步加工之后,SRP脱离,肽链继续合成,结束后其信号肽被切除,核糖体脱落。肽链在内质网中加工后被转运到高尔基体,最后经细胞膜分泌到细胞外。
(2)内质网和高尔基体之间的识别。
细胞内部产生的蛋白质被包裹于膜泡形成囊泡,囊泡被分成披网格蛋白小泡、COPⅠ被膜小泡以及COPⅡ被膜小泡三种类型。三种囊泡介导不同途径的运输(图2),其中COPⅠ被膜小泡以及COPⅡ被膜小泡的识别和运输过程如图3所示:驻留在内质网的可溶性蛋白的羧基端有KDEL序列,如果该蛋白被意外地包装进入转运膜泡,就会从内质网逃逸到高尔基体,此时高尔基体顺面膜囊区的KDEL受体就会识别并结合KDEL序列,将它们回收到内质网。
(3)受体介导的囊泡运输。
囊泡运输是一种高度有组织的定向运输,各类囊泡之所以能够被准确地运到靶细胞器或靶细胞,主要是因为靶细胞器或靶细胞上具有特殊的膜标志蛋白,囊泡通过与特殊的膜标志蛋白的相互识别,进行囊泡运输。
[迁移应用]
1.(2025·广州期末)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】 细胞内信号分子的识别与结合具有特异性,所以SRP与信号肽的识别与结合具有特异性;SRP受体缺陷的细胞可以合成部分多肽链,如呼吸酶等;核糖体和内质网之间通过SRP受体内的通道转移多肽链,同时核糖体是无膜细胞器,不能形成囊泡;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。
2.(2025·梅州模拟)在起始密码子后,有一段RNA区域可编码疏水性氨基酸序列,该序列被称为信号肽。信号肽一般位于分泌蛋白的N端(肽链游离的氨基端),通常由15~30个氨基酸组成。它负责把蛋白质引导到具膜结构的细胞器内,此过程如图所示。下列相关叙述错误的是(　　)
A.信号肽可指引核糖体由细胞质基质移向内质网
B.信号肽是转录的产物,发挥完作用即被信号肽酶剪切
C.信号肽能特异性地识别相关细胞器膜上的受体并与之相结合
D.核糖体在细胞内可循环使用,以保证蛋白质供应
B
【解析】 根据题图可知,信号肽负责把蛋白质从核糖体上引导到具膜结构的细胞器(内质网)内;由题意可知,信号肽是短肽物质,因此信号肽是翻译的产物;信号肽能被内质网上的受体蛋白特异性识别,并与之相结合;由题图可知,核糖体可以在细胞内循环使用,以保证蛋白质供应。
3.(2025·汕头模拟)高尔基体膜上的RS受体特异性识别并结合含有短肽序列RS的蛋白质,以出芽的形式形成囊泡,通过囊泡运输的方式将错误转运到高尔基体的该类蛋白运回内质网并释放。RS受体与RS的结合能力随pH升高而减弱。下列说法错误的是(　　)
A.消化酶和抗体不属于该类蛋白
B.该类蛋白运回内质网的过程消耗ATP
C.高尔基体内RS受体所在区域的pH比内质网的pH高
D.RS功能的缺失可能会使高尔基体内该类蛋白的含量增加
C
【解析】 消化酶和抗体属于分泌蛋白,题中该类蛋白为错误运输到高尔基体上的蛋白质,故消化酶和抗体不属于该类蛋白;该类蛋白经囊泡运输需要消耗能量;RS受体与RS的结合能力随pH升高而减弱,因此高尔基体内RS受体所在区域的pH比内质网的pH低;RS功能缺失会使该类蛋白的回收异常,不能运回内质网,在高尔基体内积累,含量增加。

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