资源简介

第2课时　细胞器之间的协调配合与细胞的生物膜系统
高中生物学 必修1 分子与细胞 · 学案
班级：________　姓名：________　学号：________
学习目标
1．生命观念：分析分泌蛋白的合成与运输过程，认同生命的动态变化，认同细胞中的结构与功能相统一。
2．科学思维：通过箭头和简单的文字构建分泌蛋白分泌过程，培养通过概括、归纳，建构概念模型的能力。
3．社会责任：通过细胞器之间的分工与合作的学习，体会各团体之间的分工与合作关系，并勇于承担责任。
情境导入
胰岛素是由胰岛B细胞合成的具有降低血糖功能的一种分泌蛋白，可作用于全身的大多数细胞，其合成受到多种信号的影响。判断下列表述是否正确。
(1)胰岛素的多肽链最初是在附着在内质网上的核糖体中合成的。
(2)人体合成的蛋白质都属于分泌蛋白。
(3)核糖体、内质网和高尔基体是胰岛素的合成场所。
(4)胰岛素的合成与分泌过程中，细胞内生物膜系统会发生面积的变化。
(5)大肠杆菌中蛋白质的合成过程也需要生物膜系统的协调。
自主预学
一、细胞器之间的协调配合
1．分泌蛋白
图1　分泌蛋白的概念与实例
2．分泌蛋白的合成、加工、运输和分泌过程
(1)研究方法：同位素标记法。
(2)据图填写标记氨基酸先后出现的位置：核糖体→内质网→囊泡→高尔基体→囊泡→细胞膜→细胞外。
图2　分泌蛋白的合成与分泌过程示意图（同位素标记）
(3)具体过程
图3　分泌蛋白的合成与分泌流程图
(4)提供能量的细胞器：线粒体。
二、细胞的生物膜系统
1．生物膜系统的组成和特点
(1)组成：由核膜、细胞膜、细胞器膜等结构组成。
(2)特点：①各种生物膜的组成成分和结构很相似；②在结构和功能上紧密联系，体现了细胞内各种结构之间的协调与配合。
2．生物膜系统的功能
图4　生物膜系统功能示意图
课堂探究
探究一　分泌蛋白的合成、加工和运输
[教材情境]阅读教材P51“思考·讨论”，结合教材P52图，小组合作交流，讨论以下问题：
1．科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，运用了什么方法？为何要用3H标记亮氨酸？
2．“思考·讨论”中三个时间的实验结果是从同一个细胞中观察到的吗？对实验结果有影响吗？
3．分泌蛋白从合成至分泌到细胞外，依次经过了哪些细胞结构？需要的能量由什么结构提供？结合下图补充模型。
图5　分泌蛋白的合成与分泌过程示意图
4．下图表示分泌蛋白合成与分泌过程中几种细胞结构膜面积的变化，分析①②③分别代表的膜结构，结构①②③之间膜面积的变化是通过什么结构完成的？
图6　分泌蛋白分泌前后内质网、高尔基体、细胞膜的膜面积变化
知识建构　分泌蛋白的合成、加工、运输过程及其去向
图7　真核细胞蛋白质合成与分选转运途径示意图
与分泌蛋白有关的细胞器、细胞结构
图8　分泌蛋白合成与运输相关细胞结构分类图
例题1
图甲是某生物细胞的部分亚显微结构示意图，图乙表示细胞利用3H标记的亮氨酸合成物质3H-X的过程，其中a、b、c、d表示细胞器。下列叙述错误的是(　　)
图9　动物细胞亚显微结构示意图（图甲）
图10　分泌蛋白的合成与分泌过程（图乙）
A．图甲中的④③①⑦分别对应图乙中的a、b、c、d
B．图甲中不含磷脂的细胞器有④⑥，含核酸的细胞器有①④
C．实验中也可以用放射性同位素15N标记亮氨酸来研究分泌蛋白的合成、加工和分泌过程
D．分泌蛋白形成过程中囊泡膜来自b、d，该过程中b的膜面积会减小
方法点拨　“三看法”解读分泌蛋白的合成、加工和运输
图11　分泌蛋白合成分泌过程要点归纳
例题2
如图表示分泌蛋白的合成、加工、运输和分泌过程，下列有关分析正确的是(　　)
图12　分泌蛋白的合成与分泌过程示意图
A．人体内常见的分泌蛋白有抗体、受体和载体蛋白
B．在分泌蛋白形成过程中，高尔基体的膜面积基本不变
C．可用15N或18O标记的氨基酸研究分泌蛋白的合成和运输过程
D．囊泡与细胞膜的融合过程不需要蛋白质的参与，但需要消耗能量
探究二　生物膜系统内各种膜的联系与协调
[材料情境]细胞中不同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，体现了细胞内各结构的协调和配合。下图为细胞中生物膜系统的概念图，C～F为具膜细胞器(C、D均为双层膜结构)，①②代表分泌蛋白的转移途径。
图13　真核细胞生物膜系统的组成及相互联系
图14　细胞生物膜系统的组成与功能
1．A、B结构的名称和未能在图中表示出来的具膜细胞器分别是什么？
2．图中C、D生物膜的功能差别较大，从组成成分方面分析，其原因是什么？
3．在分泌蛋白的合成和加工过程中，蛋白质由E→F→B都需要通过什么进行运输？F的膜面积基本不变的原因是什么？
4．若该分泌蛋白为胰岛素，其与肝细胞膜上的受体结合，引起肝细胞的生理活动发生变化，此过程体现了细胞膜的什么功能？
知识建构　生物膜系统的联系
图15　生物膜在化学组成上的联系
图16　生物膜系统的结构与功能联系示意图
探究三　信号肽假说
信号肽假说认为，在分泌蛋白的合成过程中，游离的核糖体最初合成的一段氨基酸序列作为信号序列，被位于细胞质基质中的信号识别颗粒(SRP)识别，并引导核糖体附着于内质网上，继续蛋白质的合成，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。过程如图所示。
图17　SRP介导的蛋白质共翻译内质网转运过程示意图
题号 能力考查 素养考查
(1) 信息获取与加工能力 生命观念
(2) 逻辑推理与论证能力 生命观念
(3) 思维建模能力 科学思维
(4) 辩证思维能力 科学思维
(1)信号肽假说认为，分泌蛋白首先在______________上起始合成，当多肽链延伸一段序列后，肽链一端的__________与信号识别颗粒(SRP)结合，SRP通过与内质网上的DP结合，将核糖体—新生肽引导至内质网。
(2)进入内质网的多肽，在内质网中折叠成为具有一定____________的蛋白质，输出的蛋白质并不包含信号序列，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)切除信号肽时断裂的是________，切除信号肽后的肽链会通过囊泡运送到高尔基体，高尔基体的作用是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(4)从内质网腔输出的胰岛素并不包含____________(填物质)，若该物质异常，会导致胰岛素不能正常分泌出细胞，其原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
分层训练
【基础巩固练】　考点一　分泌蛋白的合成
1．抗体是浆细胞合成的分泌蛋白，其合成与分泌过程如图所示。下列有关分析错误的是(　　)
图18　抗体（分泌蛋白）的合成与分泌过程
A．血红蛋白的合成和运输与图中过程类似
B．④在物质的囊泡运输方面起交通枢纽作用
C．抗体分泌过程中，④的膜面积相对稳定
D．①与③直接相连，体现了生物膜在结构和功能上的紧密联系
2．图甲表示分泌蛋白的形成过程，其中a、b、c分别代表不同的细胞器，物质X表示构成分泌蛋白的基本单位，图乙表示该过程中部分结构的膜面积变化。下列相关叙述正确的是(　　)
图19　分泌蛋白合成分泌过程及膜面积变化
A．图甲中的a、b、c分别是核糖体、内质网和细胞膜
B．图乙说明高尔基体与内质网和细胞膜之间无相互转换
C．图甲中构成分泌蛋白的物质X最多有21种，a上合成的产物可能没有生物活性
D．图甲、图乙所示变化能体现生物膜具有选择透过性
3．细胞膜上的单羧酸转运蛋白(MCT)可转运乳酸、丙酮酸、短链脂肪酸等单羧酸，其肽段分为两种类型，即跨膜的肽段(甲)和膜两侧的肽段(乙)，如图所示。下列叙述正确的是(　　)
图20　跨膜转运蛋白（MCT）结构模式图
A．甲具有亲水性，而乙具有疏水性
B．MCT至少含有一个氨基与一个羧基
C．MCT由内质网合成，经高尔基体加工、运输
D．MCT运输的底物比较广泛，所以其运输不具有专一性
考点二　生物膜系统
4．囊泡运输是细胞内重要的运输方式。没有囊泡运输的精确运行，细胞将陷入混乱状态。下列叙述正确的是(　　)
A．囊泡运输可依赖于细胞中的蛋白质纤维
B．囊泡可来自细胞膜、内质网、高尔基体等细胞器
C．囊泡将细胞内所有生物膜连成统一整体
D．囊泡与细胞膜的融合依赖于生物膜的功能特性
5．如图表示细胞中多种具膜结构之间的联系。下列相关叙述正确的是(　　)
图21　生物膜系统的结构联系示意图
A．分泌功能较强的细胞中结构M和N的数量较多
B．结构M为内质网，是细胞内具有双层膜的网状结构
C．结构N的膜表面可以附着一定量的核糖体
D．鸡成熟的红细胞不含M和N
6．下图表示细胞生物膜系统的部分组成在结构与功能上的联系。COPⅠ、COPⅡ是具膜小泡，可以介导蛋白质在甲与乙之间的运输。下列相关叙述错误的是(　　)
图22　细胞囊泡运输与分泌、胞吞过程示意图
A．溶酶体起源于内质网，除图中功能外，还可分解衰老的细胞器
B．细胞吞噬细菌和分泌蛋白质都体现了细胞膜具有一定的流动性
C．溶酶体中的酶最初在核糖体上合成
D．COPⅠ可以帮助偶然掺入乙中的某些蛋白质回收到甲中
7．内质网具有严格的质量控制系统，只有正确折叠的蛋白质才会经囊泡运往高尔基体。未完成折叠或错误折叠的蛋白质会在内质网中积累，当超过控制限度时，会引起未折叠蛋白质应答反应(UPR)。下列说法正确的是(　　)
A．UPR能够降低内质网膜的流动性，减少囊泡的形成
B．UPR能激活内质网中相关的蛋白质降解系统，水解错误折叠的蛋白质
C．UPR能够增强核糖体合成蛋白质的功能，防止内质网中蛋白质的进一步积累
D．成熟蛋白质运出高尔基体后的运输路线是相同的
8．溶酶体内含多种水解酶，有溶解或消化的功能。M6P分选途径是形成溶酶体的重要途径之一，具有M6P标志的蛋白质能被M6P受体识别，进而被包裹形成溶酶体。细胞中溶酶体的形成过程如图所示。回答下列问题：
图23　溶酶体酶的M6P分选转运途径
(1)高尔基体的顺面区(cis膜囊)和反面区(TGN)在蛋白质的合成分泌过程中发挥不同的作用，其中对蛋白质进行分选的是____________。
(2)具有M6P标志的溶酶体酶前体能被M6P受体识别，M6P标志过程是______________________，cis膜囊中没有被M6P标志的蛋白质的去向是__________。
(3)TGN上的M6P受体蛋白能够识别溶酶体酶前体的M6P信号并与之结合，体现了生物膜具有__________的功能；错误运往细胞外的溶酶体酶能通过________________________________________，这是溶酶体形成的另一条途径。
(4)溶酶体酶前体糖链的合成起始于____________，M6P标志的形成在________中。
(5)细胞的分泌蛋白的合成、加工、运输和分泌过程是多种细胞器和细胞结构共同参与完成的，请用文字和箭头写出直接参与这个的结构：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
参考答案
情境导入　判断题
(1)×　胰岛素的多肽链最初是在游离的核糖体上合成的。
(2)×　只有分泌到细胞外发挥作用的才是分泌蛋白。
(3)×　胰岛素的合成场所是核糖体。
(4)√
(5)×　大肠杆菌是原核生物，没有生物膜系统。
课堂探究　探究一　分泌蛋白的合成、加工和运输
1．同位素标记法。亮氨酸是必需氨基酸，细胞不能合成，用3H标记亮氨酸，实验结果不受细胞自身氨基酸的影响。
2．不是。制作装片后细胞已经死亡。不影响实验结果的科学性。
3．依次经过a(核糖体)、b(内质网)、c(高尔基体)、d(细胞膜)，由e(线粒体)提供能量。
4．①内质网、②高尔基体、③细胞膜；通过囊泡完成膜面积的变化。
例题1
答案：C
【解析】图甲中的④③①⑦分别为核糖体、内质网、线粒体、高尔基体，分别对应图乙中的a、b、c、d，A正确；④为核糖体，⑥为中心体，均不含磷脂，含核酸的细胞器有①线粒体、④核糖体，B正确；15N不具有放射性，不能用15N标记亮氨酸研究分泌蛋白，C错误；分泌蛋白形成过程中囊泡膜来自b(内质网)、d(高尔基体)，b的膜面积会减小，D正确。
例题2
答案：B
【解析】分泌蛋白在细胞内合成、分泌到细胞外起作用，抗体属于分泌蛋白，受体和载体蛋白位于膜上，不属于分泌蛋白，A错误；整个过程中内质网形成囊泡与高尔基体融合，高尔基体再形成囊泡与细胞膜融合，高尔基体的膜面积基本不变，B正确；15N和18O不具有放射性，通常用3H标记的氨基酸，C错误；囊泡与细胞膜融合需要蛋白质的识别作用，D错误。
课堂探究　探究二　生物膜系统内各种膜的联系与协调
1．A是核膜，B是细胞膜。未能在图中表示出来的具膜细胞器有溶酶体、液泡。
2．由于C、D生物膜所含蛋白质的种类和数量不同，因此二者功能差别较大。
3．通过囊泡进行运输。F(高尔基体)先接受来自内质网的囊泡，膜面积变大，然后又通过囊泡运输到细胞膜，膜面积变小，因此膜面积基本不变。
4．体现了细胞膜具有信息交流的功能。
探究三　信号肽假说
(1)游离的核糖体　信号序列
(2)空间结构　信号序列在内质网中被切除(或被酶水解)
(3)肽键　对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装
(4)信号序列　胰岛素为分泌蛋白，信号序列发生异常(信号序列与SRP不能正常结合)导致多肽链不能进入内质网腔加工，未正常加工的胰岛素不能被分泌出细胞
分层训练
1．A
【解析】血红蛋白是胞内蛋白，抗体是分泌蛋白，其合成和运输与图中过程不同，A错误；高尔基体是囊泡运输的交通枢纽，B正确；分泌过程中高尔基体膜面积相对稳定，C正确；细胞核与内质网直接相连，体现生物膜在结构、功能上的紧密联系，D正确。
2．C
【解析】a、b、c分别是核糖体、内质网和高尔基体，A错误；高尔基体与内质网和细胞膜之间存在膜转换，B错误；组成人体蛋白质的氨基酸最多21种，核糖体上合成的多肽可能无生物活性，C正确；分泌蛋白运输依赖生物膜的流动性，D错误。
3．B
【解析】甲是跨膜肽段，具有疏水性，乙是膜两侧的肽段，具有亲水性，A错误；MCT至少含一个氨基和一个羧基，B正确；MCT由核糖体合成，经内质网、高尔基体加工运输，C错误；MCT运输仍具有专一性，D错误。
4．A
【解析】囊泡运输可依赖细胞骨架(蛋白质纤维)，A正确；细胞膜不属于细胞器，B错误；囊泡不能将所有生物膜连成整体，如内质网膜和核膜可直接相连，C错误；囊泡与细胞膜融合依赖生物膜的流动性(结构特点)，D错误。
5．A
【解析】M与核膜相连，M为内质网、N为高尔基体，分泌功能强的细胞中二者数量较多，A正确；内质网为单层膜网状结构，B错误；高尔基体膜表面一般不附着核糖体，C错误；鸡不属于哺乳动物，其成熟红细胞含内质网和高尔基体，D错误。
6．A
【解析】溶酶体起源于高尔基体，A错误；细胞吞噬和分泌蛋白都依赖细胞膜的流动性，B正确；溶酶体中的酶最初在核糖体上合成，C正确；COPⅠ帮助将掺入乙中的蛋白质回收到甲中，D正确。
7．B
【解析】UPR抑制核糖体合成蛋白质，减少内质网中蛋白质积累，A错误、C错误；UPR激活相关蛋白质降解系统，水解错误折叠的蛋白质，B正确；成熟蛋白质运出高尔基体后的路线不一定相同，D错误。
8．(1)反面区(TGN)　(2)溶酶体酶前体被磷酸化　排出细胞　(3)信息交流　与细胞膜上的M6P受体结合，被回收到前溶酶体中　(4)内质网　高尔基体　(5)核糖体→内质网→囊泡→高尔基体→囊泡→细胞膜

展开更多......

收起↑