第3章細胞的基本結(jié)構(gòu)第2節(jié)細胞器之前的分工合作問題探討C919飛機是我國研制的新一代大型客機。研制C919飛機需要若干部門分工合作，如整體研發(fā)設(shè)計、特種材料及工藝技術(shù)、機載系統(tǒng)研發(fā)(包括電纜、導管、發(fā)動機、座椅、座艙設(shè)備等)、總裝制造等部門。討論1.如果缺少其中的某個部門，C919飛機還能制造成功嗎?研制大飛機是一個復雜的系統(tǒng)工程，需要不同部門的分工與合作，缺少任何一個部門都難以完成研制工作。2.細胞中是否也具有多種不同的“部門”?這些“部門”也存在類似的分工與合作嗎?細胞是一個更復雜的系統(tǒng)，細胞內(nèi)分布著諸多的“部門”，它們既有分工又有合作，共同配合完成著生命活動。例如，分泌蛋白質(zhì)的合成中，細胞核是遺傳信息庫，蛋白質(zhì)的合成要在遺傳信息的指導下進行，核糖體是合成蛋白質(zhì)的場所同時內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細胞器也在蛋白質(zhì)合成中起到重要的作用。這說明細胞的生命活動也是需要多個“部門”和“車間”協(xié)調(diào)配合完成的。本節(jié)聚焦細胞內(nèi)有哪些主要的細胞器?細胞器是如何分工合作，共同完成細胞的生命活動的?什么是生物膜系統(tǒng)?它具有什么功能?細胞在生命活動中時刻發(fā)生著物質(zhì)和能量的復雜變化細胞內(nèi)部就像一個繁忙的工廠，在細胞質(zhì)中有許多忙碌不停的“部門”，這些“部門”都有一定的結(jié)構(gòu)，如線粒體葉綠體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、核糖體等，它們統(tǒng)稱為細胞器。細胞質(zhì)中還有呈溶膠狀的細胞質(zhì)基質(zhì)，細胞器就分布在細胞質(zhì)基質(zhì)中。細胞器之間的分工細胞中各種細胞器的形態(tài)、結(jié)構(gòu)不同，在功能上也各有分工(圖3-6)?？茖W方法分離細胞器的方法一差速離心法差速離心主要是采取逐漸提高離心速率分離不同大小顆粒的方法。如在分離細胞中的細胞器時，將細胞膜破壞后，形成由各種細胞器和細胞中其他物質(zhì)組成的勻漿，將勻漿放入離心管中，采取逐漸提高離心速率的方法分離不同大小的細胞器。起始的離心速率較低，讓較大的顆粒沉降到管底，小的顆粒仍然懸浮在上清液中。收集沉淀，改用較高的離心速率離心上清液，將較小的顆粒沉降，以此類推，達到分離不同大小顆粒的目的。細胞質(zhì)中的細胞器并非是漂浮于細胞質(zhì)中的，細胞質(zhì)中有著支持它們的結(jié)構(gòu)——細胞骨架(圖3-7)。細胞骨架是由蛋白質(zhì)纖維組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，維持著細胞的形態(tài)，錨定并支撐著許多細胞器，與細胞運動、分裂、分化以及物質(zhì)運輸、能量轉(zhuǎn)化、信息傳遞等生命活動密切相關(guān)。用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質(zhì)的流動葉肉細胞中的葉綠體，散布于細胞質(zhì)中，呈綠色、扁平的橢球或球形。可以在高倍顯微鏡下觀察它的形態(tài)和分布活細胞中的細胞質(zhì)處于不斷流動的狀態(tài)。觀察細胞質(zhì)的流動，可用細胞質(zhì)基質(zhì)中的葉綠體的運動作為標志。探究·實踐目的要求1.使用高倍顯微鏡觀察葉綠體的形態(tài)和分布。2.觀察細胞質(zhì)的流動，理解細胞質(zhì)的流動是一種生命現(xiàn)象。材料用具蘚類葉(或菠菜葉、番薯葉等)，新鮮的黑藻。顯微鏡，載玻片，蓋玻片，滴管，鑷子，刀片，培養(yǎng)皿，臺燈，鉛筆。方法步驟制作蘚類葉片的臨時裝片并觀察葉綠體的形態(tài)和分布1.用鑷子取一片蘚類的小葉(或者取菠菜葉稍帶些葉肉的下表皮)放入盛有清水的培養(yǎng)皿中。2.往載玻片中央滴一滴清水，用鑷子夾住所取的葉放入水滴中，蓋上蓋玻片。注意:臨時裝片中的葉片不能放干了，要隨時保持有水狀態(tài)。3.先用低倍鏡找到需要觀察的葉綠體，再換用高倍鏡觀察。仔細觀察葉綠體的形態(tài)和分布情況。二、制作黑藻葉片臨時裝片并觀察細胞質(zhì)的流動1.供觀察用的黑藻，事先應放在光照室溫條件下培養(yǎng)。2.將黑藻從水中取出，用鑷子從新鮮枝上取一片幼嫩的小葉，將小葉放在載玻片的水滴中，蓋上蓋玻片。3.先用低倍鏡找到黑藻葉肉細胞，然后換用高倍鏡觀察。注意觀察葉綠體隨著細胞質(zhì)流動的情況，仔細看看每個細胞中細胞質(zhì)流動的方向是否一致。討論1.葉綠體的形態(tài)和分布，與葉綠體的功能有什么關(guān)系?葉綠體的形態(tài)和分布有利于接受光照，進行光合作用，例如，葉綠體大多呈橢球形，在不同光照條件下會改變方向。在弱光下，葉綠體以其橢球體的正面朝向光源，在強光下，葉綠體以其橢球體的側(cè)面朝向光源。這使得葉綠體在弱光下能接受較多的光照，在強光下能避免葉綠體被灼傷。又如，葉片細胞的柵欄組織(接近上表皮)中的葉綠體較海綿組織(接近下表皮)中的多，這使得葉片的葉綠體能夠接收更多的光照進行光合作用。2.植物細胞的細胞質(zhì)處于不斷流動的狀態(tài)，這對于活細胞完成生命活動有什么意義?細胞質(zhì)是細胞代謝的主要場所。細胞質(zhì)中含有細胞代謝所需要原料、代謝所需的酶和細胞器等。細胞質(zhì)的流動，為細胞內(nèi)物質(zhì)運輸和結(jié)構(gòu)移動創(chuàng)造了條件，從而保障了細胞生命活動的正常進行。細胞器之間的協(xié)調(diào)配合細胞中有許多條“生產(chǎn)線”。每一條“生產(chǎn)線”都需要若干細胞器的相互配合。分泌蛋白的合成和運輸就是個例子。討論·思考分泌蛋白的合成和運輸有些蛋白質(zhì)是在細胞內(nèi)合成后，分泌到細胞外起作用的，這類蛋白質(zhì)叫作分泌蛋白，如消化酶、抗體和一部分激素等?？茖W家在研究分泌蛋白的合成和分泌時，做過這樣一個實驗。他們向豚鼠的胰腺腺泡細胞中注射3H標記的亮氨酸，3min后，帶有放射性標記的物質(zhì)出現(xiàn)在附著有核糖體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中;17min后，出現(xiàn)在高爾基體中。117min后，出現(xiàn)在靠近細胞膜內(nèi)側(cè)的運輸?shù)鞍踪|(zhì)的囊泡中，以及釋放到細胞外的分泌物中。討論1.分泌蛋白是在哪里合成的?分泌蛋白是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中合成的。2.分泌蛋白從合成至分泌到細胞外經(jīng)過了哪些細胞器或細胞結(jié)構(gòu)?嘗試描述分泌蛋白合成和運輸?shù)倪^程。分泌蛋白從合成至分泌到細胞外,經(jīng)過了核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和細胞膜等結(jié)構(gòu)。分泌蛋白在核糖體上合成，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)加工，由囊泡運輸?shù)礁郀柣w做進一步的加工，再由囊泡運輸?shù)郊毎ぃc細胞膜融合，將蛋白質(zhì)分泌到細胞外。3.分泌蛋白合成和分泌的過程中需要能量嗎?能量由哪里提供?需要，如核糖體在將氨基酸連接成肽鏈的過程中就需要能量，囊泡與細胞膜融合將蛋白質(zhì)分泌到細胞外去的過程也需要能量。這些能量主要是由線粒體通過有氧呼吸提供的?？茖W方法同位素標記法在同一元素中，質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的原子為同位素，如14O與18O,

12C與14C。同位素的物理性質(zhì)可能有差異，但組成的化合物化學性質(zhì)相同。用物理性質(zhì)特殊的同位素來標記化學反應中原子的去向，就是同位素標記法?？茖W方法同位素標記法同位素標記可用于示蹤物質(zhì)的運行和變化規(guī)律通過追蹤同位素標記的化合物，可以弄清楚化學反應的詳細過程。生物學研究中常用的同位素有的具有放射性，如14C、3P、3H、3S等，有的不具有放射性，是穩(wěn)定同位素，如15N、18O等。分泌蛋白的合成過程大致是:首先，在游離的核糖體中以氨基酸為原料開始多肽鏈的合成。當合成了一段肽鏈后，這段肽鏈會與核糖體一起轉(zhuǎn)移到粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上繼續(xù)其合成過程并且邊合成邊轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，再經(jīng)過加工、折疊，形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜鼓出形成囊泡，包裹著蛋白質(zhì)離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到達高爾基體，與高爾基體膜融合，囊泡膜成為高爾基體膜的一部分。高爾基體還能對蛋白質(zhì)做進一步的修飾加工，然后由高爾基體膜形成包裹著蛋白質(zhì)的囊泡。囊泡轉(zhuǎn)運到細胞膜,與細胞膜融合，將蛋白質(zhì)分泌到細胞外(圖3-8)。在分泌蛋白的合成、加工、運輸?shù)倪^程中，需要消耗能量。這些能量主要來自線粒體。在細胞內(nèi)，許多由膜構(gòu)成的囊泡就像深海中的潛艇，在細胞中穿梭往來，繁忙地運輸著“貨物”，而高爾基體在其中起著重要的交通樞紐作用。點擊視頻查看囊泡怎樣把正確的貨物運送到正確的地方細胞的生物膜系統(tǒng)在細胞中，許多細胞器都有膜，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體、葉綠體、溶酶體等,這些細胞器膜和細胞膜、核膜等結(jié)構(gòu)，共同構(gòu)成細胞的生物膜系統(tǒng)。這些生物膜的組成成分和結(jié)構(gòu)很相似，在結(jié)構(gòu)和功能上緊密聯(lián)系，進一步體現(xiàn)了細胞內(nèi)各種結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)與配合。生物膜系統(tǒng)在細胞的生命活動中作用極為重要。首先，細胞膜不僅使細胞具有一個相對穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境，同時在細胞與外部環(huán)境進行物質(zhì)運輸、能量轉(zhuǎn)化和信息傳遞的過程中起著決定性的作用。第二，許多重要的化學反應需要酶的參與，廣闊的膜面積為多種酶提供了附著位點。第三，細胞內(nèi)的生物膜把各種細胞器分隔開，如同一個個小的區(qū)室，這樣使得細胞內(nèi)能夠同時進行多種化學反應，而不會互相干擾，保證了細胞生命活動高效、有序地進行(圖3-9)。與社會的聯(lián)系人工合成的膜材料已用于疾病的治療。例如，當腎功能發(fā)生障礙時，由于代謝廢物不能排出，病人會出現(xiàn)水腫、尿毒癥。目前常用的治療方法，是采用透析型人工腎替代病變的腎行使功能，其中起關(guān)鍵作用的血液透析膜就是一種人工合成的膜材料。當病人的血液流經(jīng)人工腎時，血液透析膜就能把病人血液中的代謝廢物透析掉，讓干凈的血液返回病人體內(nèi)。點擊視頻查看透析簡易示意練習與應用1.基于對細胞器的理解，判斷下列相關(guān)表述是否正確。成。(1)細胞質(zhì)由細胞質(zhì)基質(zhì)和細胞器兩部分組（）(2)生物膜系統(tǒng)由具膜結(jié)構(gòu)的細胞器構(gòu)成（）一、概念檢測2.基于對動植物細胞結(jié)構(gòu)的比較，可以判斷水稻葉肉細胞和人口腔上皮細胞都有的細胞器是A.高爾基體B.葉綠體C.液泡D.中心體3.在唾液腺細胞中，參與合成并分泌唾液淀粉酶的細胞器有A.線粒體、中心體、高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)B.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核糖體、葉綠體、高爾基體C.核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體D.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核糖體、高爾基體、中心體4.在成人體內(nèi)，心肌細胞中的數(shù)量顯著多于腹肌細胞中數(shù)量的細胞器是A.核糖體C.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)B.線粒體D.高爾基體5.找出下圖中的錯誤，并在圖中改正上圖是動物細胞的亞顯微結(jié)構(gòu)圖，細胞右下方的葉綠體應該去掉；圖中標注的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體反了，應該對調(diào)圖中標注的染色質(zhì)應改為核仁，下圖為成熟植物細胞的亞顯微結(jié)構(gòu)圖。圖中標注的核糖體是中心粒,高等植物細胞中不含有中心粒，應該去掉；圖中標注的核仁應改為葉綠體