第3章細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)高中生物必修1分子與細(xì)胞第2節(jié)細(xì)胞器之間的分工合作第2課時(shí)細(xì)胞器之間的協(xié)調(diào)配合一、細(xì)胞器之間的協(xié)調(diào)配合1.分泌蛋白(1)概念:在細(xì)胞內(nèi)合成后,分泌到細(xì)胞外起作用的蛋白質(zhì)。(2)舉例:消化酶、抗體和一部分激素。2.分泌蛋白的合成和運(yùn)輸(1)研究方法:同位素標(biāo)記法。(2)過程及圖解:微思考

用3H標(biāo)記亮氨酸,可以追蹤分泌蛋白的合成與分泌過程。若用3H標(biāo)記脫氧核苷酸、核糖核苷酸、葡萄糖,可追蹤哪些物質(zhì)的合成途徑及合成后的去向?提示:可分別追蹤DNA、RNA、多糖等物質(zhì)的合成途徑及合成后的去向。微判斷1基于對分泌蛋白的合成和運(yùn)輸過程的認(rèn)識,判斷下列表述是否正確。1.分泌蛋白的多肽鏈?zhǔn)紫仁窃谟坞x的核糖體中合成的。()2.胰島素和性激素都屬于分泌蛋白。()3.核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體是分泌蛋白的合成場所。()√××微訓(xùn)練

(2023·廣東學(xué)業(yè)水平考試)下圖表示分泌蛋白的合成和運(yùn)輸過程,①~④為參與該過程的細(xì)胞器。下列標(biāo)注正確的是(

)A.①核糖體

B.②高爾基體C.③葉綠體

D.④內(nèi)質(zhì)網(wǎng)解析:題圖中,①是核糖體,②是內(nèi)質(zhì)網(wǎng),③是線粒體,④是高爾基體。A二、細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)1.概念在細(xì)胞中,許多細(xì)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(xì)胞器膜和細(xì)胞膜、核膜等結(jié)構(gòu),共同構(gòu)成細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)。2.特點(diǎn)(1)各種生物膜的組成成分和結(jié)構(gòu)很相似。(2)在結(jié)構(gòu)和功能上緊密聯(lián)系,進(jìn)一步體現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)各種結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)與配合。3.功能(1)細(xì)胞膜不僅使細(xì)胞具有一個相對穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境,同時(shí)在細(xì)胞與外部環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸、能量轉(zhuǎn)化和信息傳遞的過程中起著決定性的作用。(2)許多重要的化學(xué)反應(yīng)需要酶的參與,廣闊的膜面積為

多種酶提供了附著位點(diǎn)。(3)細(xì)胞內(nèi)的生物膜把各種細(xì)胞器分隔開,如同一個個小的區(qū)室,這樣使得細(xì)胞內(nèi)能夠同時(shí)進(jìn)行多種化學(xué)反應(yīng),而不會互相干擾,保證了細(xì)胞生命活動高效、有序地進(jìn)行。微判斷2基于對細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)的理解,判斷下列表述是否正確。1.原核細(xì)胞具有生物膜系統(tǒng)。()2.細(xì)胞膜把各種細(xì)胞器分隔開,使細(xì)胞內(nèi)部區(qū)域化。()3.細(xì)胞內(nèi)各種生物膜的組成成分和結(jié)構(gòu)完全相同。()4.生物體內(nèi)所有膜都是生物膜。()××××一

分泌蛋白的合成和運(yùn)輸問題探究科學(xué)家將豚鼠的胰腺腺泡細(xì)胞放入含有3H標(biāo)記的亮氨酸的培養(yǎng)液中培養(yǎng),通過這個標(biāo)記追蹤氨基酸在細(xì)胞中的行蹤。結(jié)果見下表:時(shí)間放射性出現(xiàn)的位置3min后附著有核糖體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中17min后高爾基體中117min后靠近細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)的運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)的囊泡中,以及細(xì)胞外的分泌物中(1)該實(shí)驗(yàn)中使用3H標(biāo)記亮氨酸的依據(jù)是什么?除用3H標(biāo)記亮氨酸外,還可用哪些放射性同位素標(biāo)記氨基酸?提示:氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位,使用同位素標(biāo)記氨基酸可以研究蛋白質(zhì)的合成和加工過程,而氨基酸的組成元素是C、H、O、N,有些氨基酸還含有S,因而可用3H標(biāo)記亮氨酸研究分泌蛋白的合成、加工和運(yùn)輸途徑。除3H外,還可用14C、35S標(biāo)記氨基酸。(2)根據(jù)表中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果推斷,分泌蛋白從合成至分泌到細(xì)胞外經(jīng)過了哪些細(xì)胞結(jié)構(gòu)?嘗試描述分泌蛋白合成和運(yùn)輸?shù)倪^程。提示:分泌蛋白從合成至分泌到細(xì)胞外,依次經(jīng)過了核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、囊泡、高爾基體、囊泡、細(xì)胞膜等結(jié)構(gòu)。分泌蛋白合成和運(yùn)輸?shù)倪^程: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(dāng)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(dá)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(jìn)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(yùn)到細(xì)胞膜,與細(xì)胞膜融合,將蛋白質(zhì)分泌到細(xì)胞外。(3)在分泌蛋白的加工、運(yùn)輸過程中,相關(guān)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的膜面積都發(fā)生了相應(yīng)的變化,請利用直方圖和曲線圖描述這些變化。提示:①直方圖

②曲線圖歸納總結(jié)1.胞內(nèi)蛋白與分泌蛋白的比較比較項(xiàng)目胞內(nèi)蛋白分泌蛋白合成場所核糖體作用場所細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞外實(shí)例血紅蛋白、與有氧呼吸有關(guān)的酶消化酶、抗體、部分激素2.分泌蛋白的合成和運(yùn)輸

上述過程中各種細(xì)胞器的功能不同,各種細(xì)胞器密切合作、協(xié)調(diào)配合完成該生命活動。3.蛋白質(zhì)分泌過程中放射性強(qiáng)度的變化(1)用放射性同位素標(biāo)記氨基酸后,最先檢測到放射性出現(xiàn)在核糖體上,然后依次出現(xiàn)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和細(xì)胞膜等結(jié)構(gòu)上。(2)同位素標(biāo)記法利用物理性質(zhì)特殊的同位素來標(biāo)記化學(xué)反應(yīng)中原子的去向,可以示蹤物質(zhì)的運(yùn)行和變化規(guī)律。典例剖析【例1】

下圖表示分泌蛋白的合成、加工和運(yùn)輸過程,①②③表示細(xì)胞器。下列說法錯誤的是()A.在該過程中,①的膜面積減小,②的膜面積先增大后減小,前后基本不變B.該過程可以說明細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和功能之間具有密切的聯(lián)系C.蛋白質(zhì)的加工發(fā)生在①②中D.圖中過程在原核細(xì)胞中也可以進(jìn)行D解析:題圖中①②③分別是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和線粒體。題圖所示過程在原核細(xì)胞中是無法進(jìn)行的,因?yàn)樵思?xì)胞中除核糖體外,沒有其他細(xì)胞器,D項(xiàng)錯誤。學(xué)以致用1.用含有35S標(biāo)記的氨基酸的培養(yǎng)液培養(yǎng)動物細(xì)胞,該細(xì)胞能合成并分泌一種含35S的蛋白質(zhì)。35S在細(xì)胞各結(jié)構(gòu)間移動時(shí)不經(jīng)過(

)A.核糖體 B.線粒體C.內(nèi)質(zhì)網(wǎng) D.囊泡答案:B解析:分泌蛋白的合成、加工和運(yùn)輸不經(jīng)過線粒體,線粒體只是為該過程提供能量。2.用35S標(biāo)記一定量的氨基酸,研究胰島素的合成和分泌過程。測得與胰島素的合成和分泌密切相關(guān)的三種細(xì)胞器上放射性強(qiáng)度的變化曲線如下圖所示。下列敘述錯誤的是(

)A.圖中曲線a對應(yīng)的細(xì)胞器是核糖體B.圖中曲線b、c代表的細(xì)胞器屬于細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)C.圖中曲線a、b、c代表的細(xì)胞器都具有蛋白質(zhì)加工功能D.35S被細(xì)胞排出需要通過細(xì)胞膜完成C解析:分泌蛋白合成、分泌依次經(jīng)過的結(jié)構(gòu)為核糖體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→細(xì)胞膜。根據(jù)放射性出現(xiàn)的先后順序可判斷,曲線a代表核糖體,曲線b代表內(nèi)質(zhì)網(wǎng),曲線c代表高爾基體。核糖體是合成蛋白質(zhì)的場所,但不能對蛋白質(zhì)進(jìn)行加工。二

細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)問題探究下圖為細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)概念圖,據(jù)圖回答下列問題。(1)a、b、c是構(gòu)成生物膜系統(tǒng)的三大類膜,它們分別是什么?提示:a是核膜,b是細(xì)胞器膜,c是細(xì)胞膜。(2)用含放射性同位素標(biāo)記的氨基酸的培養(yǎng)液培養(yǎng)細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)放射性依次出現(xiàn)在f→g→h→g→c,則f、g、h分別是哪種膜結(jié)構(gòu)?提示:f是內(nèi)質(zhì)網(wǎng),g是囊泡,h是高爾基體。(3)分泌蛋白合成及分泌過程中形成的囊泡的膜是生物膜嗎?視網(wǎng)膜、腸黏膜是生物膜嗎?提示:囊泡的膜是生物膜。視網(wǎng)膜、腸黏膜不是生物膜。(4)結(jié)合所學(xué)知識,總結(jié)生物膜系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上分別有什么聯(lián)系?提示:生物膜系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上可以相互轉(zhuǎn)化,在功能上協(xié)調(diào)配合,共同完成細(xì)胞內(nèi)的生命活動。歸納總結(jié)1.建構(gòu)細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)概念模型2.生物膜間的聯(lián)系(1)生物膜在化學(xué)組成上的聯(lián)系:①相似性:各種生物膜在組成成分的種類上基本相同,都主要由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成。②差異性:各種生物膜在組成成分的含量上有顯著差異,這與不同生物膜功能的復(fù)雜程度有關(guān),功能越復(fù)雜的生物膜中,蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多。(2)生物膜在結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系:各種生物膜的組成成分和結(jié)構(gòu)相似,可直接或間接地相互轉(zhuǎn)化,如下圖所示。(3)生物膜在功能上的聯(lián)系:各種生物膜在功能上既有明確分工,又相互配合、協(xié)調(diào)工作。典例剖析【例2】科學(xué)家以豚鼠胰腺為實(shí)驗(yàn)材料,研究了水解酶的合成、加工及分泌途徑。用含3H標(biāo)記的亮氨酸培養(yǎng)豚鼠胰腺的腺泡細(xì)胞,然后通過電鏡放射自顯影技術(shù)進(jìn)行計(jì)時(shí)追蹤。模式圖甲、乙、丙、丁是與該水解酶合成及加工有關(guān)的細(xì)胞器。下列相關(guān)敘述錯誤的是(

)A.除了用3H標(biāo)記亮氨酸外,還可以用14C標(biāo)記B.丁在細(xì)胞內(nèi)的囊泡運(yùn)輸中起著重要的交通樞紐作用C.游離的乙合成一段肽鏈后,這段肽鏈會與乙一起轉(zhuǎn)移到丁上D.觀察到依次被3H標(biāo)記的細(xì)胞器是乙、丁、丙,此過程主要由甲提供能量答案:B解析:14C是放射性同位素,因此除了用3H標(biāo)記亮氨酸外,還可以用14C標(biāo)記。丁為內(nèi)質(zhì)網(wǎng),丙為高爾基體,高爾基體在囊泡運(yùn)輸中起著重要的交通樞紐作用。學(xué)以致用3.下列有關(guān)生物膜系統(tǒng)的說法,正確的是(

)A.細(xì)胞膜、葉綠體的內(nèi)膜與外膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與小腸黏膜均屬于生物膜系統(tǒng)B.所有的酶都在生物膜上,沒有生物膜,生物就無法進(jìn)行各種代謝活動C.生物膜的組成成分和結(jié)構(gòu)都是一樣的,在結(jié)構(gòu)和功能上緊密聯(lián)系D.細(xì)胞內(nèi)的生物膜把各種細(xì)胞器分隔開,使細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)不會相互干擾答案:D解析:小腸黏膜不是生物膜,A項(xiàng)錯誤。有的酶附著在膜上,有的酶游離在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中,B項(xiàng)錯誤。生物膜的組成成分和結(jié)構(gòu)相似,但不完全相同,C項(xiàng)錯誤。細(xì)胞內(nèi)的生物膜把各種細(xì)胞器分隔開,使得細(xì)胞內(nèi)能夠同時(shí)進(jìn)行多種化學(xué)反應(yīng),而不會相互干擾,D項(xiàng)正確。1.下列關(guān)于細(xì)胞內(nèi)生物膜在結(jié)構(gòu)上具有一定連續(xù)性的敘述,錯誤的是(

)A.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過“出芽”的方式形成囊泡,囊泡與高爾基體膜融合B.細(xì)胞質(zhì)中囊泡與核糖體膜融合C.細(xì)胞膜向內(nèi)凹陷形成囊泡,離開細(xì)胞膜回到細(xì)胞質(zhì)中D.高爾基體膜形成的囊泡離開高爾基體膜與細(xì)胞膜融合答案:B2.下圖表示某分泌蛋白的合成、加工和運(yùn)輸過程,①②③表示細(xì)胞器,a、b、c、d表示過程。下列說法錯誤的是(

)A.物質(zhì)X可能是細(xì)胞呼吸酶B.磷脂總量最多的細(xì)胞器是①C.③有兩層生物膜D.d過程體現(xiàn)了細(xì)胞膜具有流動性的特點(diǎn)答案:A解析:物質(zhì)X是分泌蛋白,而細(xì)胞呼吸酶是胞內(nèi)蛋白,故物質(zhì)X不可能是細(xì)胞呼吸酶。3.下圖中功能多、聯(lián)系廣的細(xì)胞結(jié)構(gòu)a是指(

)A.高爾基體膜

B.葉綠體膜C.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜

D.液泡膜答案:C解析:內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向內(nèi)連接外層核膜,向外連接細(xì)胞膜;在需能旺盛的細(xì)胞中,還與線粒體膜相連;內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜可形成囊泡,與高爾基體膜間接聯(lián)系,故a是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜,b是高爾基體膜。4.下面為細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)的概念圖,據(jù)圖判斷下列敘述正確的是(

)A.圖中a、c分別是指細(xì)胞膜、細(xì)胞器膜B.若d是葉綠體,則m、n一定是外膜和內(nèi)膜C.圖中p一定是線粒體的內(nèi)膜D.圖中的f和h分別是指內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和高爾基體膜答案:D解析:性激素屬于脂質(zhì),是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的,由此可確定f是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜,結(jié)合分泌蛋白合成、加工、運(yùn)輸過程可確定g是囊泡膜,h是高爾基體膜,c是細(xì)胞膜,d和e分別是葉綠體膜、線粒體膜(或線粒體膜、葉綠體膜),b是細(xì)胞器膜,a是核膜;葉綠體的膜結(jié)構(gòu)有外膜、內(nèi)膜和類囊體膜。5.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了囊泡準(zhǔn)確轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的調(diào)控機(jī)制。下圖表示細(xì)胞的局部亞顯微結(jié)構(gòu)和功能模式圖,①~⑥表示細(xì)胞結(jié)構(gòu)。請回答下列問題。(1)結(jié)構(gòu)②為

,其內(nèi)含有多種水解酶。

(2)若圖中形成的囊泡內(nèi)物質(zhì)為分泌蛋白,該過程可以描述為: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(dāng)合成了一段肽鏈后,這段肽鏈會與核糖體一起轉(zhuǎn)移到