
【主干知識梳理】一、細胞器之間的協(xié)調(diào)配合1.分泌蛋白的概念及實例(1)概念:在 合成后,分泌到 起作用的一類蛋白質(zhì)。(2)實例: 、 和一部分激素。
2.分泌蛋白合成和分泌的過程用3H標(biāo)記亮氨酸,探究分泌蛋白在細胞中的合成、運輸與分泌途徑。如圖中箭頭所示: (1)分泌蛋白首先在游離的 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 上繼續(xù)其合成過程,再運輸?shù)? 進行再加工,最后經(jīng) 分泌到細胞外。(2)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)將多肽鏈加工、折疊成具有一定 的蛋白質(zhì),高爾基體對來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)做進一步的 。
(3)分泌蛋白由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體、由高爾基體到細胞膜是以 的形式運輸?shù)摹?4)分泌蛋白的合成、加工和運輸都需要 提供能量。二、細胞的生物膜系統(tǒng)1.組成:核膜、細胞膜、 等結(jié)構(gòu)。2.特點(1)各種生物膜的 和 很相似。(2)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 。
3.功能(1)細胞膜不僅使細胞具有一個相對穩(wěn)定的 ,同時在細胞與外部環(huán)境進行 、能量轉(zhuǎn)化和 的過程中起著決定性作用。(2)廣闊的膜面積為 提供了大量的附著位點,有利于許多化學(xué)反應(yīng)的進行。(3)細胞內(nèi)的生物膜把 分隔開,使細胞內(nèi)能夠同時進行多種 ,保證了細胞生命活動高效、有序地進行。
【教材微點發(fā)掘】1.如圖為人體內(nèi)某種細胞物質(zhì)的合成和運輸過程(參見教材第51頁《思考·討論》),膜外顆粒狀物質(zhì)為抗體(一種蛋白質(zhì))。請據(jù)圖回答:(1)抗體首先在[③] 上合成,加工分泌的過程是③→ → __→⑥→⑦(填標(biāo)號)。(2)有人把膜結(jié)構(gòu)組成中的[⑥] 比喻為深海中的潛艇,在細胞中穿梭往來,繁忙地運輸著“貨物”,而[④] 在其中起重要的交通樞紐作用。(3)分泌蛋白分泌前后,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的面積會減小,高爾基體膜的面積保持穩(wěn)定,細胞膜的面積會增大。那么分泌細胞中這三種膜的面積如何保持平衡?提示:細胞膜與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜之間可以直接轉(zhuǎn)化,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和高爾基體膜之間可以通過囊泡膜間接轉(zhuǎn)化。
2.結(jié)合教材第53頁“圖3-9 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與細胞膜、核膜的聯(lián)系”回答下列問題:(1)結(jié)合上圖,用箭頭表示出三種生物膜在結(jié)構(gòu)上的直接聯(lián)系_____________。
(2)分析內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜和細胞膜在結(jié)構(gòu)上是如何間接聯(lián)系的,并說明在功能上有何關(guān)系。①間接聯(lián)系:______________________________________________________。②功能關(guān)系:______________________________________________________。提示:①通過形成囊泡發(fā)生結(jié)構(gòu)上的間接聯(lián)系?、诠δ茈m然不同,但需要相互協(xié)調(diào),共同完成某項生理過程,如分泌蛋白的加工和運輸過程
教材問題提示《思考·討論》之分泌蛋白的合成和運輸(教材第51頁)1.分泌蛋白是在核糖體中合成的。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?,與細胞膜融合,將蛋白質(zhì)分泌到細胞外。3.需要能量,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。
新知探究(一) 分泌蛋白的合成和分泌【探究·深化】[問題驅(qū)動] 1.分泌蛋白是指在細胞內(nèi)合成后,分泌到細胞外起作用的蛋白質(zhì)。下列屬于分泌蛋白的是 。(填序號)①血紅蛋白 ②胰蛋白酶?、塾醒鹾粑嘘P(guān)的酶 ④抗體?、菪约に亍、抟葝u素?、咝Q絲蛋白
2.下圖是分泌蛋白的合成、加工和運輸圖解,據(jù)圖回答有關(guān)問題:(1)請根據(jù)分泌蛋白的合成、加工和運輸過程,判斷圖中甲~戊的名稱。提示:甲~戊分別是核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、細胞膜和線粒體。
(2)如果氨基酸被放射性同位素標(biāo)記,在甲~戊中是否都能檢測到放射性? 提示:不是。線粒體僅為該過程提供能量,放射性不會在線粒體中出現(xiàn)。(3)歸納總結(jié)與分泌蛋白形成相關(guān)的細胞器、細胞結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)。提示:細胞器:核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體。細胞結(jié)構(gòu):核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體、細胞膜。膜結(jié)構(gòu):內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、細胞膜、線粒體。
[重難點撥] “三看法”透析分泌蛋白的合成、加工和運輸(1)“一看”與分泌蛋白形成有關(guān)的細胞器:核糖體(蛋白質(zhì)的裝配機器)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(加工車間)、高爾基體(進一步加工包裝)和線粒體(提供能量)。(2)“二看”標(biāo)記氨基酸出現(xiàn)的先后順序:核糖體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→囊泡→高爾基體→囊泡→細胞膜(→胞外),如圖1。
(3)“三看”膜面積變化的結(jié)果:內(nèi)質(zhì)網(wǎng)面積縮小,細胞膜面積增大,如圖2和圖3。
【典題·例析】[典例] 用35S標(biāo)記一定量的氨基酸,并用來培養(yǎng)哺乳動物的乳腺細胞,測得核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體上放射性強度的變化曲線(圖甲)以及在此過程中高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、細胞膜膜面積的變化曲線(圖乙)。下列分析錯誤的是( )
A.圖甲中的a、b、c三條曲線所指代的細胞器分別是核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體B.與乳腺分泌蛋白的合成和分泌密切相關(guān)的具膜細胞器是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和線粒體C.圖乙中d、e、f三條曲線所指代的膜結(jié)構(gòu)分別是細胞膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜D.35S在細胞各個結(jié)構(gòu)間移動的先后順序是核糖體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→細胞膜
[解析] 蛋白質(zhì)在核糖體上合成后進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進行初步加工,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)再以囊泡的形式將蛋白質(zhì)運送到高爾基體,導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜面積減少,由此可知 d 為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜;囊泡與高爾基體融合導(dǎo)致高爾基體膜面積增加,被進一步加工的蛋白質(zhì)再以囊泡的形式從高爾基體運送到細胞膜,導(dǎo)致高爾基體膜面積減少,則f為高爾基體膜;囊泡與細胞膜融合導(dǎo)致細胞膜面積增加,因此膜面積增加的 e 為細胞膜。故選C。[答案] C
[延伸思考](1)本題中放射性35S最后出現(xiàn)在哪個細胞器中?提示:高爾基體。(2)本題中含放射性的乳蛋白合成過程中,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的面積有何變化?提示:內(nèi)質(zhì)網(wǎng)由于分泌囊泡到高爾基體,短時間內(nèi)膜面積會減小。
【應(yīng)用·體驗】1.下列有關(guān)分泌蛋白的敘述,錯誤的是 ( )A.分泌蛋白在細胞內(nèi)的合成需要核糖體的參與B.線粒體能為分泌蛋白的合成和運輸提供能量C.分泌蛋白先經(jīng)過高爾基體再經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分泌到細胞外D.分泌蛋白從細胞內(nèi)排出時,囊泡的膜可與細胞膜融合解析:分泌蛋白在核糖體上合成,然后依次經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、細胞膜排出細胞,在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、細胞膜之間以囊泡的形式進行轉(zhuǎn)移。該過程需要線粒體提供能量。故選C。答案:C
2.圖甲表示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)放大圖,圖乙表示胰島素的合成和分泌過程,圖丙表示胰島素合成和分泌過程中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體及細胞膜面積的變化。請結(jié)合圖示回答下列問題:
(1)圖甲屬于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的________(填“顯微”或“亞顯微”)結(jié)構(gòu)模式圖。(2)圖乙中的結(jié)構(gòu)②的名稱為________,其在動物細胞中的功能主要包括______________________________________________________________________。(3)圖丙中的曲線________代表圖乙①的變化。d、e、f代表的膜結(jié)構(gòu)中,通過囊泡轉(zhuǎn)化的是________________________________________________________。
解析:(1)從圖甲中可清晰看到核糖體,因此圖示結(jié)構(gòu)屬于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的亞顯微結(jié)構(gòu)。(2)②之后直接是細胞膜,因此②是高爾基體。高爾基體在動物細胞中的主要功能是對蛋白質(zhì)進行加工、分類、包裝、轉(zhuǎn)運。(3)在蛋白質(zhì)的分泌過程中,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜面積是減小(產(chǎn)生囊泡)的,高爾基體的膜面積先增大后減小(接受囊泡,產(chǎn)生囊泡),細胞膜的膜面積是增大(接受囊泡)的。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體(d和f)之間、高爾基體與細胞膜(f和e)之間是通過囊泡轉(zhuǎn)化的。答案:(1)亞顯微 (2)高爾基體 對蛋白質(zhì)加工、分類、包裝、轉(zhuǎn)運 (3)d d和f,f和e
新知探究(二) 細胞的生物膜系統(tǒng)【探究·深化】[問題驅(qū)動] 1.結(jié)合下面幾種生物膜的化學(xué)成分,分析以下問題
(1)相似性:各種生物膜在組成成分 上基本相同,都主要由 _____________組成。(2)差異性:各種生物膜在組成成分的 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, 的種類和數(shù)量越多。
2.結(jié)合圖解分析細胞內(nèi)各種膜結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系(1)該圖解說明各種生物膜在結(jié)構(gòu)上 ,其間接聯(lián)系是以 的形式實現(xiàn)的。(2)在功能上的聯(lián)系:在分泌蛋白合成、加工、運輸、分泌等過程中,各細胞器之間 。
[重難點撥] 1.構(gòu)建細胞的生物膜系統(tǒng)概念模型
2.用系統(tǒng)的觀點理解細胞是一個統(tǒng)一的整體細胞的系統(tǒng)性不僅體現(xiàn)在各結(jié)構(gòu)的分工與合作,還體現(xiàn)在細胞中存在著骨架系統(tǒng)、膜系統(tǒng)等子系統(tǒng)。細胞通過各部分之間的分工及各組合間的協(xié)調(diào)配合形成一個有機的整體。
【典題·例析】[典例1] (2020·大慶實驗中學(xué)期中)下列對生物膜系統(tǒng)的敘述,正確的是( )A.各種生物膜在結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成上完全相同B.線粒體、葉綠體、核糖體等都屬于生物膜系統(tǒng)C.生物膜把細胞質(zhì)分為多個微小的結(jié)構(gòu),使多種化學(xué)反應(yīng)同時進行,互不干擾D.細胞膜是由磷脂分子、蛋白質(zhì)分子和糖類等物質(zhì)組成的雙層膜結(jié)構(gòu)
[解析] 各種生物膜的化學(xué)組成相似,基本結(jié)構(gòu)相同,A錯誤;在細胞中,許多細胞器都有膜,如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等,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)。核糖體為無膜結(jié)構(gòu),不屬于生物膜系統(tǒng)的組成,B錯誤;細胞膜是單層膜結(jié)構(gòu),D錯誤。[答案] C
[典例2] 下面為細胞的生物膜系統(tǒng)概念圖,據(jù)圖判斷下列敘述正確的是( )A.圖中a、c分別是指細胞膜、具膜細胞器B.若d是葉綠體,則存在于所有植物細胞中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)和高爾基體
[解析]生物膜包括核膜、細胞膜和各種細胞器膜等,細胞膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和高爾基體膜在分泌蛋白的加工、運輸和分泌中具有重要作用,據(jù)此可知,a是核膜,b是細胞器膜,c是細胞膜。并不是所有的植物細胞中都有葉綠體。線粒體有外膜和內(nèi)膜。性激素在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成,據(jù)此可判斷f是內(nèi)質(zhì)網(wǎng),h是高爾基體,g是具膜小泡(囊泡)。故選D。[答案] D
易錯提醒正確認識生物膜系統(tǒng)的范圍(1)生物膜系統(tǒng)主要針對真核細胞而言,是細胞內(nèi)生物膜的統(tǒng)稱,屬于細胞水平的范疇,而生物體內(nèi)的有些膜,如視網(wǎng)膜、腸黏膜等,不屬于生物膜。(2)原核細胞的細胞膜也屬于生物膜,但其沒有核膜及細胞器膜,故原核細胞沒有像真核細胞那樣復(fù)雜的生物膜系統(tǒng)。
【應(yīng)用·體驗】1.細胞內(nèi)不同膜結(jié)構(gòu)之間互相轉(zhuǎn)化,以“囊泡”方式進行的是( )①核膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜?、诟郀柣w膜和細胞膜③內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和高爾基體膜 ④細胞膜和線粒體膜A.②③ B.②④C.③④ D.①②解析:細胞內(nèi)的膜結(jié)構(gòu)之間可直接或間接相互聯(lián)系。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜可以直接與細胞膜和核膜相連;有的細胞的細胞膜可以直接與線粒體膜相連;內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過形成囊泡與高爾基體膜相連;高爾基體通過形成囊泡再與細胞膜相連。故選A。答案:A
2.如圖為小腸細胞結(jié)構(gòu)示意圖,請回答下列問題。(1)圖中具有雙層膜結(jié)構(gòu)的細胞器是_____(填名稱)。圖中屬于生物膜系統(tǒng)的細胞器是______(填名稱)。(2)在分泌蛋白合成與分泌時,先后有哪些細胞結(jié)構(gòu)直接參與此過程______________________________________________(請用名稱和箭頭表示)。
(3)③結(jié)構(gòu)的作用是_________________________________________________。①和②之間通過________(填“直接”或“間接”)相連的方式相互轉(zhuǎn)化。解析:(1)細胞中具有雙層膜結(jié)構(gòu)的細胞器包括線粒體和葉綠體,因為圖示細胞為動物細胞,所以只是線粒體。(2)分泌蛋白合成與分泌的流程:核糖體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→細胞膜。(3)③處的細胞膜曲折變形,增大了膜面積。①和②之間的聯(lián)系是直接相連,因此它們之間可以直接轉(zhuǎn)化。答案:(1)線粒體 線粒體、高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(2)核糖體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→細胞膜(3)擴大細胞膜的面積 直接
科學(xué)思維——同位素標(biāo)記法及其應(yīng)用(一)同位素及其特點在同一元素中,質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的原子為同位素,如16O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(xué)性質(zhì)相同。(二)同位素標(biāo)記法1.原理: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,就是同位素標(biāo)記法。
2.同位素標(biāo)記法的一般研究過程
3.同位素標(biāo)記法的應(yīng)用(1)標(biāo)記某元素,追蹤其轉(zhuǎn)移途徑,如用18O分別標(biāo)記CO2和H2O中的O探究光合作用中產(chǎn)生的O2來源于水。(2)標(biāo)記特征元素,探究化合物的作用,如分別標(biāo)記噬菌體的DNA和蛋白質(zhì),證明DNA是其遺傳物質(zhì)。(3)標(biāo)記特征化合物,探究詳細的生理過程,研究生物學(xué)原理,如同位素標(biāo)記分泌蛋白的合成和運輸過程。
【素養(yǎng)評價】1.如圖表示用含3H標(biāo)記的氨基酸培養(yǎng)液培養(yǎng)某細胞過程中蛋白質(zhì)的合成和分泌示意圖,則該細胞中出現(xiàn)3H的部位依次為( )A.②→③→④→⑤ B.①→②→③→④C.①→②→④→⑤ D.①→③→④→⑤
解析:分泌蛋白合成和分泌經(jīng)過的結(jié)構(gòu)依次為核糖體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→細胞膜。題圖示中①為核膜,②為核糖體,③為內(nèi)質(zhì)網(wǎng),④為高爾基體,⑤為細胞膜。故選A。答案:A
2.科學(xué)家用含3H標(biāo)記的亮氨酸的培養(yǎng)液培養(yǎng)豚鼠的胰腺腺泡細胞,下表為在腺泡細胞幾種結(jié)構(gòu)中最早檢測到放射性的時間表。下列敘述正確的是( )A.形成分泌蛋白的多肽最早在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)合成B.高爾基體膜向內(nèi)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜相連,向外與細胞膜相連C.高爾基體具有運輸分泌蛋白的作用D.分泌蛋白合成過程中不需要能量
解析:分泌蛋白是指分泌到細胞外的蛋白質(zhì),其合成路徑可以表示為:核糖體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→囊泡→高爾基體→囊泡→細胞膜,按照次序存在時間差;高爾基體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和細胞膜之間以囊泡的形式相聯(lián)系,而并非直接相連;分泌蛋白合成過程中主要由線粒體提供能量。故選C。答案:C
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