
第5講 細胞器之間的分工合作【課標要求】 1.闡明細胞內具有多個相對獨立的結構,擔負著物質運輸、合成與分解、能量轉換和信息傳遞等生命活動。2.舉例說明細胞各部分結構之間相互聯(lián)系、協(xié)調一致,共同執(zhí)行細胞的各項生命活動。3.用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質的流動。
考點一 細胞器之間的分工
1.分離細胞器的方法分離細胞器的方法——差速離心法。主要是采取逐漸提高離心速率分離不同大小顆粒的方法。2.植物細胞的細胞壁(不是植物細胞“系統(tǒng)的邊界”)
提醒:不同生物細胞壁的主要成分不同,植物細胞壁的主要成分是纖維素和果膠,細菌細胞壁的主要成分是肽聚糖,而真菌細胞壁的主要成分是幾丁質。溶菌酶可以水解肽聚糖而不能水解幾丁質,所以溶菌酶能殺死細菌,卻對真菌基本沒作用。
3.細胞器的結構與功能
(1)①線粒體:進行有氧呼吸的主要場所,是細胞的“動力車間”。(注:葡萄糖不可以作為呼吸底物進入線粒體)(2)②葉綠體:能進行光合作用的植物細胞所特有,是“養(yǎng)料制造車間”和“能量轉換站”。(3)③高爾基體:主要是對來自內質網(wǎng)的蛋白質進行加工、分類和包裝的“車間”及“發(fā)送站”。(4)④內質網(wǎng):是蛋白質等大分子物質的合成、加工場所和運輸通道。有些內質網(wǎng)上有核糖體附著,叫粗面內質網(wǎng);有些內質網(wǎng)上不含有核糖體,叫光面內質網(wǎng)。(注:性激素等脂質的合成場所)(5)⑤液泡:內有細胞液,可調節(jié)植物細胞內的環(huán)境,使植物細胞保持堅挺。(注:起源于高爾基體,其中的水解酶由核糖體合成)
(6)⑥溶酶體:細胞內的“消化車間”,分解衰老、損傷的細胞器,吞噬并殺死侵入細胞的細菌或病毒。(7)⑦核糖體:“生產蛋白質的機器”,原核細胞中唯一的細胞器。(8)⑧中心體:與細胞的有絲分裂有關。
(1)結構:由蛋白質纖維組成的網(wǎng)架結構。(2)功能: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、分化以及物質運輸、能量轉化、信息傳遞等生命活動密切相關。
1.線粒體與葉綠體的對比
2.細胞器與細胞分裂的聯(lián)系
3.各種細胞器分類歸納
4.幾點關注(1)顯微結構是指在光學顯微鏡下觀察到的結構,如線粒體、葉綠體、液泡、細胞核、細胞壁等。(2)亞顯微結構是指在電子顯微鏡下才能看到的結構。線粒體內外膜、葉綠體內外膜及類囊體薄膜、核糖體、內質網(wǎng)、高爾基體、中心體、核膜等結構均屬于亞顯微結構。(3)真核細胞中的核糖體有兩類:附著核糖體,主要合成分泌蛋白(如抗體等);游離核糖體,主要合成胞內蛋白質。另外,線粒體、葉綠體中也有一些核糖體,與其自主遺傳有關。(4)內質網(wǎng)有兩類:粗面內質網(wǎng),與分泌蛋白的合成、加工、運輸有關;光面內質網(wǎng),與糖類、脂質(如某些激素)的合成有關。
(5)動物細胞內的高爾基體與分泌物的形成有關,是各種膜成分相互轉化的“樞紐”。植物細胞內的高爾基體與細胞壁的形成有關。(6)液泡中的色素是花青素,與花和果實的顏色有關;葉綠體中的色素是葉綠素等,與光合作用有關。(7)高爾基體主要對來自內質網(wǎng)的蛋白質進行加工、分類和包裝,但不能合成蛋白質。(8)溶酶體中含有大量水解酶,但這些水解酶不是在溶酶體中合成的。
考向1 結合細胞器結構與功能,考查結構與功能觀1.(2021·哈師大附中)下列有關如圖所示四種細胞器的說法,不正確的是( )
A.甲是細胞中合成脂質的場所B.高等動、植物細胞中一般都有乙C.成熟植物細胞中的水主要儲存在丙中D.丁普遍存在于動物細胞和植物細胞中
解析:分析題圖可知,甲為光面內質網(wǎng),是細胞中脂質合成的場所,A項正確;乙為高爾基體,在高等動植物細胞中一般都有,B項正確;丙為大液泡,成熟植物細胞中的水主要儲存在大液泡中,C項正確;丁為中心體,主要存在于動物細胞和某些低等植物細胞中,D項錯誤。
2.(2022·深圳)細胞是生物體進行生命活動的基本單位,下列關于細胞的物質組成及其結構的敘述,錯誤的是( )A.植物細胞液中的蔗糖可以調節(jié)植物細胞的滲透壓B.肝細胞中的糖原可水解為葡萄糖C.溶酶體合成的多種水解酶可以分解衰老、損傷的細胞器D.細胞骨架由蛋白質纖維組成,與物質運輸?shù)然顒佑嘘P
解析:溶酶體不能合成酶,水解酶是在核糖體上合成,C項錯誤。
考向2 結合細胞器的識別及功能,考查科學思維3.(2022·河北承德)下圖為動、植物細胞亞顯微結構模式圖,下列有關該圖的敘述正確的是( )
A.植物細胞都不具有的結構是aB.胰島B細胞合成胰島素的場所是cC.細胞在清水中不會漲破,是因為有結構iD.圖的下半部分可用來表示紫色洋蔥鱗片葉表皮細胞的結構
解析:中心體存在于動物細胞和某些低等植物細胞中,高等植物細胞不含中心體,A項錯誤;胰島素的化學本質是蛋白質,胰島B細胞合成胰島素的場所是核糖體,B項錯誤;紫色的洋蔥鱗片葉表皮細胞無葉綠體,因此該圖的下半部分不能用來表示紫色洋蔥鱗片葉表皮細胞的結構,D項錯誤。
考點二 細胞器之間的協(xié)調配合與細胞的生物膜系統(tǒng)
1.細胞器之間的協(xié)調配合(1)分泌蛋白:在細胞內合成后,分泌到細胞外起作用的蛋白質,如消化酶、抗體和一部分激素等。(細胞中的蛋白質都是在核糖體上合成的,并都起始于細胞質基質中游離的核糖體)(2)分泌蛋白的合成和運輸。①研究方法——同位素標記法。在豚鼠的胰腺腺泡細胞中注射3H標記的亮氨酸,檢測放射性依次出現(xiàn)的部位。
注:a.核糖體:在游離的核糖體中以氨基酸為原料合成一段肽鏈,這段肽鏈會與核糖體一起轉移到粗面內質網(wǎng)上繼續(xù)其合成過程,并且邊合成邊轉移到內質網(wǎng)腔內。b.內質網(wǎng):將肽鏈進行加工、折疊,形成具有一定空間結構的蛋白質,并運輸。c.高爾基體:進一步修飾加工蛋白質,并運輸?shù)鞍踪|,起交通樞紐作用。d.線粒體:為蛋白質的合成、加工、運輸提供能量。e.細胞膜(不屬于細胞器):囊泡與細胞膜融合,將蛋白質分泌到細胞外。f.運輸?shù)姆较颍汉颂求w→內質網(wǎng)→高爾基體→細胞膜。
2.生物膜系統(tǒng)(1)概念:細胞器膜和細胞膜、核膜等結構,共同構成細胞的生物膜系統(tǒng)。注:生物膜系統(tǒng)是指細胞內而不是生物體內的全部膜結構,所以視網(wǎng)膜、小腸黏膜、口腔黏膜、胃黏膜等不屬于細胞內的生物膜系統(tǒng);原核生物和病毒等無生物膜系統(tǒng)。(2)功能。
1.分泌蛋白和胞內蛋白
2.生物膜之間的協(xié)調配合(1)在成分上的聯(lián)系。①相似性:各種生物膜都主要由脂質和蛋白質組成。②差異性:每種成分所占的比例不同,功能越復雜的生物膜,其蛋白質的種類和數(shù)量就越多。(2)在結構上的聯(lián)系。a.各種生物膜在結構上大致相同,都是由磷脂雙分子層構成基本支架,蛋白質分子分布其中,大都具有流動性。b.在結構上具有一定的連續(xù)性,如圖所示:
(3)在功能上的聯(lián)系。
3.分泌蛋白分泌過程中放射性同位素及膜面積變化圖示
圖甲表示分泌蛋白合成及分泌過程中膜面積的變化;圖乙表示放射性顆粒在不同結構出現(xiàn)的先后順序;圖丙表示不同細胞器中放射性強度的變化。據(jù)圖分析,圖甲中A、B、C三條曲線所指代的膜結構分別是內質網(wǎng)膜、細胞膜、高爾基體膜;圖乙中1、2所指代的細胞器是內質網(wǎng)、高爾基體;圖丙中a、b、c所代表的細胞器分別為核糖體、內質網(wǎng)、高爾基體。
考向1 結合細胞器之間的協(xié)調與配合,考查生命觀念1.(2021·八省聯(lián)考河北卷)內質網(wǎng)合成的分泌蛋白,經(jīng)高爾基體加工后,與高爾基體膜內表面受體結合,啟動囊泡形成。細胞內某基因發(fā)生突變,導致高爾基體中分泌蛋白堆積,不能發(fā)送到胞外。據(jù)此推測該基因編碼蛋白的功能不可能是( )A.推動囊泡運輸B.啟動高爾基體出芽C.參與分泌蛋白共價修飾D.參與分泌蛋白構象最終形成
解析:因為內質網(wǎng)可正常運送蛋白質到高爾基體,所以該基因編碼的蛋白質不可能與囊泡運輸有關,A項錯誤;該基因突變后,高爾基體中分泌蛋白堆積,不能發(fā)送到胞外,說明該基因可能與分沁蛋白的加工有關,未加工好就沒法運出高爾基體。也可能與高爾基體形成囊泡有關,所以B項、C項、D項正確。
2.(2022·廣東大灣區(qū)聯(lián)合模擬)細胞內的囊泡能夠附著在細胞骨架上定向轉移。下圖是正常酵母菌和兩種突變型酵母菌的蛋白質分泌途徑,據(jù)圖分析有關敘述不合理的是( )
A.分泌突變體甲的內質網(wǎng)中積累了大量具有生物活性的蛋白質B.分泌突變體乙可能伴隨著高爾基體的膨大C.分泌蛋白的合成和分泌需要核糖體、內質網(wǎng)、高爾基體和線粒體的參與D.將突變型酵母菌與正常酵母菌進行基因比對,可研究囊泡定向運輸?shù)姆肿訖C制
解析:由圖觀察可知,分泌突變體甲由于內質網(wǎng)異常,導致蛋白質堆積在內質網(wǎng),但因分泌蛋白需要經(jīng)過高爾基體的加工、修飾后才具有活性,所以堆積在內質網(wǎng)中的蛋白質不具有活性,A項錯誤;由圖觀察可知,分泌突變體乙由于高爾基體異常,導致蛋白質在高爾基體堆積,從而造成高爾基體膨大,B項正確;分泌蛋白的合成和分泌需要核糖體、內質網(wǎng)、高爾基體和線粒體的參與,C項正確;將突變型酵母菌與正常酵母菌進行基因比對,可從DNA水平研究囊泡定向運輸?shù)姆肿訖C制,D項正確。
考向2 結合生物膜系統(tǒng)的組成和功能,考查科學探究能力3.(2022·廣州一模)支原體感染引起的傳染性尿道炎較難治愈。下圖是支原體細胞結構示意圖,相關敘述正確的是( )
A.支原體通過有絲分裂而增殖B.細胞膜和核糖體構成支原體的生物膜系統(tǒng)C.在mRNA合成的同時就會有多個核糖體結合到mRNA上D.青霉素能抑制細胞壁的形成,可用于治療支原體感染引起的疾病
解析:有絲分裂是真核細胞增殖的方式,支原體屬于原核細胞,原核細胞通過二分裂進行增殖,A項錯誤;核糖體沒有膜結構,不屬于生物膜系統(tǒng),因此支原體沒有生物膜系統(tǒng),B項錯誤;在mRNA合成的同時就會有多個核糖體結合到mRNA上,這樣加快了蛋白質合成的速度,C項正確;圖中可以看出,支原體沒有細胞壁,因此青霉素對支原體不起作用,D項錯誤。
考點三 實驗:用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質的流動
1.實驗原理(1)高等綠色植物的葉綠體主要存在于葉肉細胞中,葉綠體一般是綠色的,扁平的橢球形或球形,可以用顯微鏡直接觀察它的形態(tài)、分布。(2)活細胞中的細胞質處于不斷流動的狀態(tài)。觀察細胞質的流動,可用細胞質基質中的葉綠體的運動作為標志。
2.實驗步驟(1)觀察葉綠體。
(2)觀察細胞質的流動。
2.實驗注意事項(1)葉綠體在細胞內可隨細胞質的流動而流動,同時受光照強度的影響。葉綠體在弱光下以最大面積朝向光源,在強光下則以側面或頂面朝向光源。實驗觀察時可適當調整光照強度和方向以便于觀察。(2)在觀察細胞質流動時,事先把黑藻放在光照、室溫條件下培養(yǎng),其目的是促進細胞質流動。若觀察時細胞質不流動或者流動速度較慢,可采取的措施是適度光照、適當加溫、切傷葉片。(3)細胞質流動與新陳代謝有密切關系,呼吸越旺盛,細胞質流動越快,反之,則越慢。
考向 觀察葉綠體和細胞質的流動,考查科學探究能力1.(2021·福建莆田)下列與“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質的流動”實驗有關的表述正確的是( )A.用幼根作實驗材料可觀察到葉綠體但其細胞質不流動B.若高倍顯微鏡下細胞質流動方向是逆時針的,則細胞中細胞質流動方向是逆時針C.細胞質流動的速度與環(huán)境溫度的變化無關D.細胞質流動的速度與該細胞新陳代謝的強度無關
解析:幼根細胞中無葉綠體,幼根細胞的細胞質也是流動的,A項錯誤;由于顯微鏡呈現(xiàn)的是倒立的虛像,如果高倍鏡下細胞質流動方向是逆時針的,則細胞中細胞質流動方向應是逆時針,B項正確;細胞質流動的速度與環(huán)境溫度的變化有關,在一定的范圍內,環(huán)境溫度越高,細胞質流動的速度越快,C項錯誤;細胞質流動的速度與該細胞新陳代謝的強度有關,新陳代謝越強,細胞質流動的速度越快,D項錯誤。
2.(2021·山東濟南)某研究小組以苔蘚為實驗材料觀察細胞質的流動,顯微鏡下觀察到葉綠體的運動方向如圖箭頭所示,下列有關敘述正確的是( )A.可以直接用苔蘚葉片做成裝片觀察B.高倍鏡下可以觀察到葉綠體有兩層膜C.細胞質的實際流動方向是順時針流動D.用菠菜葉進行實驗,應撕取上表皮制作裝片
解析:苔蘚葉片由單層細胞構成,因此可以直接用苔蘚葉片做成裝片觀察,A項正確;葉綠體的雙層膜結構屬于亞顯微結構,在光學顯微鏡下觀察不到,B項錯誤;顯微鏡下觀察到的是上下、左右都顛倒的像,因此觀察到的細胞質流動方向與實際流動方向是一致的,即細胞質的流動方向是逆時針,C項錯誤;用菠菜葉進行實驗,應撕取帶有葉肉細胞的下表皮制作裝片,D項錯誤。
高考真題體驗 1.(2022·廣東卷)將正常線粒體各部分分離,結果見下圖。含有線粒體DNA的是( )
A.① B.②C.③ D.④
解析:線粒體DNA分布于線粒體基質,故將正常線粒體各部分分離后,線粒體DNA應該位于線粒體基質③中,C項正確。
2.(2022·浙江卷)動物細胞中某消化酶的合成、加工與分泌的部分過程如圖所示。下列敘述正確的是( )
A.光面內質網(wǎng)是合成該酶的場所B.核糖體能形成包裹該酶的小泡C.高爾基體具有分揀和轉運該酶的作用D.該酶的分泌通過細胞的胞吞作用實現(xiàn)
解析:光面內質網(wǎng)是脂質合成的場所,消化酶是分泌蛋白,合成場所是粗面內質網(wǎng)(附著在粗面內質網(wǎng)上的核糖體),A項錯誤;核糖體無膜結構,不能形成小泡包裹該酶,B項錯誤;高爾基體能對蛋白質進行加工、分類、包裝、發(fā)送,具有分揀和轉運消化酶等分泌蛋白的作用,C項正確;該酶的分泌通過細胞的胞吐作用實現(xiàn),D項錯誤。
3.(2022·山東卷)液泡膜蛋白TOM2A的合成過程與分泌蛋白相同,該蛋白影響煙草花葉病毒(TMV)核酸復制酶的活性。與易感病煙草品種相比,煙草品種TI203中TOM2A的編碼序列缺失2個堿基對,被TMV侵染后,易感病煙草品種有感病癥狀,TI203無感病癥狀。下列說法錯誤的是( )A.TOM2A的合成需要游離核糖體B.TI203中TOM2A基因表達的蛋白與易感病煙草品種中的不同C.TMV核酸復制酶可催化TMV核糖核酸的合成D.TMV侵染后,TI203中的TMV數(shù)量比易感病煙草品種中的多
解析:TOM2A最初是在游離的核糖體中以氨基酸為原料開始多肽鏈的合成,A項正確;由題干信息可知,品種TI203發(fā)生了基因突變,所以兩個品種TOM2A基因表達的蛋白不同,B項正確;煙草花葉病毒(TMV)的遺傳物質是RNA,所以其核酸復制酶可催化TMV的RNA(核糖核酸)的合成,C項正確;TMV侵染后,TI203品種無感病癥狀,也就是葉片上沒有出現(xiàn)花斑,推測是TI203感染的TMV數(shù)量比易感病煙草品種中的少,D項錯誤。
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