高中浙科版 (2019)第五节 细胞在结构和功能上是一个统一整体教学设计

第五节　细胞在结构和功能上是一个统一整体

一、生物膜系统把细胞各部分结构联系在一起

1．生物膜系统的概念

(1)意义

真核细胞内存在着丰富的膜结构，它们将细胞内部划分成相对独立的区室，保证多种生命活动高效、有序地进行。

(2)特点

这些膜结构又是可以相互转化的，在结构和功能上构成一个统一整体。

(3)组成

细胞膜和包括核膜在内的多种细胞器膜共同构成细胞的生物膜系统。

2．内质网在生物膜系统中的作用

(1)生物膜中，内质网的面积最大，占了整个细胞生物膜的一半左右。

(2)内质网是细胞内除核酸以外一系列重要的生物大分子如蛋白质、脂质和糖类的加工或合成基地。这些生物大分子被合成后可在内质网完整、封闭管道中快速运输。

3．囊泡的形成、移动

(1)囊泡相互转化的基础　由于生物膜具有一定的流动性。

(2)转化的途径

内质网以出芽的形式形成囊泡，囊泡移动到高尔基体并与其融合。高尔基体同样以囊泡的形式与细胞膜融合，成为细胞膜的一部分。细胞膜也可以内陷形成囊泡回到细胞质中。

(3)囊泡的移动的意义

囊泡的移动为多种细胞器的膜质成分提供物质来源，从而实现膜成分的更新。

二、细胞内各结构协调配合，共同执行生命活动

1．分泌蛋白的概念

机体中有一类在细胞内产生，分泌到胞外发挥作用的蛋白质，称为分泌蛋白，如抗体、消化酶和一部分激素。

2．小资料　蛋白质的合成与分泌

(1)实验材料与研究方法

科学家以豚鼠胰腺腺泡细胞为材料，采用放射性同位素示踪的方法，探究胰蛋白酶的合成和分泌路径。

(2)实验过程与实验结果

研究者用3H标记的亮氨酸培养豚鼠胰腺腺泡细胞，然后分别在3 min、17 min和117 min获得细胞，置于特定环境下观察。研究发现，3 min取出的腺泡细胞，被标记的蛋白质出现在附着核糖体的粗面内质网中，17 min时出现在高尔基体中，117 min时出现在靠近细胞膜的囊泡及细胞外。

(3)实验结论

由上述小资料可知，胰蛋白酶的合成和分泌是在多种细胞结构的参与下进行的。首先，氨基酸在核糖体（附着于内质网上）中形成多肽，之后通过内质网的加工和运输，随囊泡转移至高尔基体。随后，高尔基体形成的囊泡包裹着蛋白质向细胞膜移动，将蛋白质分泌至胞外。

进一步研究可知，在光面内质网合成的磷脂和胆固醇同样需要与高尔基体的联系，通过囊泡运入其他细胞器。

3．囊泡运输的机制

(1)生物大分子合成或加工后的去向

许多生物大分子在内质网和高尔基体等细胞器内合成或加工后，不能直接穿过生物膜，而是被包裹在囊泡里，并被运至特定部位。

(2)通过囊泡运输的物质类型

通过囊泡运输的物质主要有两类：一类是囊泡膜上的膜蛋白和脂质等，参与细胞器的组成并完成特定的细胞功能；另一类是囊泡包裹的内含物，如一些激素、酶等，这些物质有的被分泌到细胞外，有的参与细胞内大分子物质的降解等。

(3)影响囊泡运输的因素

一般来说，囊泡运输包括囊泡形成、运输和与特定部位膜的融合，其中囊泡与特定部位膜的融合是囊泡定向运输的关键。整个过程非常复杂，需要多种信号分子和细胞骨架的参与。

4．囊泡运输对细胞在代谢中的作用

细胞在代谢过程中产生的残渣、功能异常的大分子以及衰老的细胞器等，被内质网或其他膜结构形成的囊泡包裹着，与溶酶体融合，进而被消化分解，产生的小分子物质有的被细胞重新利用，有的被排出细胞。

三、生物膜系统使细胞在结构和功能上成为一个统一的整体

1．生物膜系统大大提高了细胞内物质运输的效率，加强了各组分间的交流。

2．由生物膜形成的各区室使细胞具有相对独立的空间，保证了细胞各项生命活动高效、有序地进行。

3．细胞内广阔的膜面积为多种酶提供了附着位点，为多种化学反应顺利进行提供了有利条件。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．常见的分泌蛋白包括消化酶、抗体和呼吸酶等。 (　　)

2．分泌蛋白的合成与分泌过程：核糖体→高尔基体→内质网→细胞膜。

  (　　)

3．内质网膜向内与核膜连接，向外与细胞膜连接。 (　　)

4．生物膜系统由具膜结构的细胞器构成。 (　　)

5．内质网是细胞内生物分子如葡萄糖、氨基酸和核苷酸的合成基地。

  (　　)

6．细胞核与细胞质及细胞膜的紧密联系，大大提高了物质交换的效率。

  (　　)

提示：1.×　呼吸酶是胞内酶。

2．×　核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜。

3．√

4．×　细胞膜和包括核膜在内的多种细胞器膜共同构成细胞的生物膜系统。

5．×　内质网是细胞内生物大分子如蛋白质、脂质和糖类的加工或合成基地。

6．√

　生物膜系统

1．生物膜系统组成、功能的整合

2．区分与生物膜有关的两个“≠”

(1)生物膜≠生物体内的膜

生物膜系统主要针对真核细胞而言，指细胞内生物膜的统称，属于细胞水平的范畴，而生物体内的有些膜，如视网膜、肠黏膜等，不属于生物膜。

(2)膜结构≠细胞器

①细胞的膜结构指细胞膜、核膜、细胞器膜等具有生物膜的结构。

②细胞器和膜结构均属于细胞结构的一部分。

合作探究：1.生物膜系统的概念辨析

结合生物膜系统的概念，判断下列哪些属于生物膜系统，判断的依据是什么？

①核膜　②液泡膜　③细胞膜　④小肠黏膜　⑤高尔基体形成的囊泡

属于生物膜系统的是： _________________________________________。

判断依据： __________________________________________________。

提示：①②③⑤　生物膜系统由核膜、细胞膜和细胞器膜组成，内质网、高尔基体形成的囊泡都属于细胞器膜。小肠黏膜不是一层生物膜，而是一层上皮组织

2．生物膜在结构和功能上的联系

(1)结合上图，用箭头表示出三种生物膜在结构上的直接联系。

提示：核膜内质网细胞膜

(2)分析内质网膜、高尔基体膜和细胞膜在结构上是如何间接联系的，并说明在功能上有何关系。

①间接联系： _________________________________________________。

②功能关系： _________________________________________________。

提示：①通过形成囊泡发生结构上的联系　②功能虽然不同，但需要相互协调，共同完成某项生理过程，如分泌蛋白的加工和运输过程

1．下列结构中不属于生物膜系统的是(　　)

A．细胞膜　　 B．核膜

C．溶酶体的膜 D．中心体

D　[细胞膜、核膜和细胞器的膜共同构成细胞的生物膜系统。中心体是不具有膜结构的细胞器，不属于生物膜系统。]

2．下列有关生物膜的叙述，错误的是(　　)

A．各种生物膜的化学组成和结构完全相同

B．不同的细胞器或细胞结构的生物膜之间是可以相互转化的

C．生物膜的研究已经深入分子水平

D．细胞内的生物膜既各司其职，又相互协作，共同完成细胞的生命活动

    A　[各种生物膜的化学组成和结构很相似，并非完全相同。不同的生物膜可以相互转化；研究发现，生物膜主要由蛋白质和脂质构成，即研究已深入分子水平；细胞内的生物膜在结构和功能上紧密联系，体现了各结构之间的协调配合。]

　细胞内各结构协调配合

1．图解法解读分泌蛋白的合成与运输过程

上述过程中各种细胞器的功能各不相同，依靠各种细胞器之间的密切合作、协调配合完成该生命活动。

2．分泌蛋白的合成与运输曲线模型解读

(1)甲图表示用放射性元素标记某种氨基酸，追踪不同时间放射性元素在细胞器中的分布情况，依据放射性元素出现的先后顺序判断，a为核糖体、b为内质网、c为高尔基体。

(2)乙图表示一定时间内，细胞结构的膜面积随时间变化，d的膜面积减少，e的膜面积增加，f的膜面积先增加后减少，可判断d为内质网、e为细胞膜、f为高尔基体。

(3)丙图表示前后两个时间点，细胞结构膜面积变化对比。前后比较发现，g的膜面积减少、h的膜面积基本不变、i的膜面积增加，可判断g为内质网、h为高尔基体、i为细胞膜。

合作探究：1.分泌蛋白的判断

①血红蛋白　②抗体　③消化酶　④呼吸酶　⑤性激素

⑥胰岛素

(1)属于分泌蛋白的有哪些？

提示：②③⑥

(2)判断分泌蛋白的依据是什么？

提示：由附着在内质网上的核糖体合成，并且分泌到细胞外起作用。

2．分泌蛋白的合成和运输

(1)图中甲、乙、丙、丁和戊分别是______________、_____________、_____________、_____________和____________。

(2)乙的作用是________________，然后以囊泡的形式将物质运至丙，丙的作用是________________。然后丙也是以囊泡的形式将物质运至丁，分泌到细胞外。乙和丙之间、丙和丁之间可以以囊泡的形式运输物质，说明了________________。

提示：(1)核糖体　内质网　高尔基体　细胞膜　线粒体

(2)对分泌蛋白进行初步加工和运输　对分泌蛋白进行进一步加工　生物膜具有一定的流动性

1．下列与胃蛋白酶的合成和分泌有关的叙述中，错误的是(　　)

A．细胞核为胃蛋白酶的合成提供遗传信息

B．核糖体为胃蛋白酶的合成提供场所

C．高尔基体与胃蛋白酶的合成和加工有关

D．线粒体为胃蛋白酶的合成和分泌提供能量

C　[胃蛋白酶的化学本质是蛋白质，由细胞核内的相关基因控制合成，A项正确；核糖体是细胞内合成蛋白质的场所，B项正确；胃蛋白酶属于分泌蛋白，其合成与分泌过程需要依次经核糖体合成、内质网和高尔基体加工、线粒体提供能量，故C项错误、D项正确。]

2．图甲表示内质网结构放大图，图乙表示胰岛素的合成和分泌过程，图丙表示胰岛素合成分泌过程中内质网、高尔基体及细胞膜膜面积的变化。结合图示分析下列说法正确的是(　　)

A．图甲所示的内质网结构图，能够在高倍显微镜下观察到

B．细胞内与细胞呼吸有关的酶，都是通过图乙所示过程合成的

C．图乙中细胞结构①②④的膜之间存在直接联系

D．图丙中f代表高尔基体膜面积的变化

D　[图甲所示的内质网结构为亚显微结构，需用电子显微镜观察，A错误；细胞内与细胞呼吸有关的酶为胞内酶，不属于分泌蛋白，B错误；图乙中细胞结构②为高尔基体，与其他膜之间存在间接联系，C错误；据图丙分析可知，图丙中f膜面积最终几乎不变，代表高尔基体膜面积的变化，D正确。]

“三看法”解读分泌蛋白的合成、加工、运输

[课堂小结]

1．细胞的生物膜系统指的是(　　)

A．由细胞膜、核膜以及细胞器膜等结构，共同构成的膜系统

B．由内质网、高尔基体和核膜形成的具有特定功能的结构

C．全部的细胞膜

D．细胞膜和核膜

A　[生物膜系统是由细胞膜、核膜以及由膜围成的细胞器形成的膜系统，A正确；内质网、高尔基体和核膜只是细胞生物膜系统的一部分，B错误；细胞生物膜系统包括细胞膜、核膜和各种细胞器膜，C错误；细胞膜和核膜只是细胞生物膜系统的一部分，D错误。]

2．下列与内质网有关的叙述中，不恰当的是(　　)

A．是维持细胞形态的重要支架

B．提供核糖体附着的支架

C．参与细胞内某些代谢反应

D．扩展膜面积，有利于酶的附着

A　[维持细胞形态重要支架是细胞骨架，A错误；提供核糖体附着的支架，B正确；参与细胞内脂质的合成，C正确；扩展膜面积，有利于酶的附着，D正确。]

3．下列有关分泌蛋白的叙述，错误的是(　　)

A．分泌蛋白在细胞内的合成需要核糖体的参与

B．线粒体能为分泌蛋白的合成和运输提供能量

C．分泌蛋白先经过高尔基体再经过内质网分泌到细胞外

D．分泌蛋白从细胞内排出时，囊泡的膜可与细胞膜融合

C　[分泌蛋白在核糖体上合成，然后依次经过内质网、高尔基体、细胞膜排出细胞外，在内质网、高尔基体、细胞膜之间以囊泡的形式进行转移。该过程需要线粒体提供能量。]

4．“囊泡”在细胞中来回穿梭，囊泡上的蛋白质会与目标细胞膜上的特定蛋白质发生结合，从而让囊泡可以在正确的位置上释放其所运载的特殊“分子货物”。下列有关囊泡运输的叙述，错误的是(　　)

A．可形成囊泡的细胞结构有内质网、高尔基体和细胞膜

B．通过囊泡运输的“分子货物”都是大分子物质，且需要消耗能量

C．分泌蛋白从细胞内排出细胞外的过程中，实现了细胞膜成分的更新

D．通过囊泡实现物质的定向运输依赖于蛋白质之间的特异性识别和结合

B　[可形成囊泡的细胞结构有内质网、高尔基体和细胞膜，A正确；通过囊泡运输的“分子货物”需要消耗能量，不一定都是生物大分子，例如有些小分子神经递质也是通过囊泡运输的，B错误；分泌蛋白从细胞内排出细胞外的过程中，囊泡膜与细胞膜融合，实现了细胞膜成分的更新，C正确；通过囊泡实现物质的定向运输依赖于蛋白质之间的特异性识别和结合，D正确。]

5．用35S标记一定量的氨基酸，并用来培养哺乳动物的乳腺细胞，测得核糖体、内质网、高尔基体上放射性强度的变化曲线(图甲)以及在此过程中高尔基体、内质网、细胞膜膜面积的变化曲线(图乙)，请回答下列问题：

(1)请判断图甲中的a、b、c曲线所代表的细胞器依次是________________。高尔基体在此过程中所起的作用是__________。

(2)请判断图乙中的d、e、f曲线所代表的生物膜所属的细胞结构依次是________________。

(3)导致曲线f先增加后减少的原因：______________________________

_______________________________________________________________。

解析：(1)根据分析，图甲中的a、b、c曲线所代表的细胞器依次分别是核糖体、内质网、高尔基体。高尔基体在此过程中所起的作用是对来自内质网的蛋白质做进一步的修饰加工，然后形成包裹着蛋白质的囊泡。(2)根据分析，图乙中的d、e、f曲线所代表的生物膜所属的细胞结构依次分别是：内质网、细胞膜、高尔基体。(3)导致曲线f先增加后减少的原因是：内质网以囊泡的形式将蛋白质运送到高尔基体，囊泡与高尔基体膜融合导致高尔基体膜面积增加；被进一步修饰加工的蛋白质，再以囊泡的形式从高尔基体运送到细胞膜，导致高尔基体膜面积减少。

答案：(1)核糖体、内质网、高尔基体　高尔基体对来自内质网的蛋白质做进一步的修饰加工，然后形成包裹着蛋白质的囊泡　(2)内质网、细胞膜、高尔基体　(3)内质网以囊泡的形式将蛋白质运送到高尔基体，囊泡与高尔基体膜融合导致高尔基体膜面积增加；高尔基体进一步修饰加工蛋白质，再以囊泡的形式从高尔基体运送到细胞膜，又导致高尔基体膜面积减少