生物必修1《分子与细胞》第2节 细胞器之间的分工合作优秀第2课时学案

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1.了解同位素标记法及同位素标记法在生物学研究中的应用。
2.通过学习分泌蛋白合成、加工、分泌过程，理解细胞器的分工合作。
3.通过学习生物膜系统，了解生物膜系统的组成和功能，从系统观的角度理解细胞结构之间的联系。
知识精讲
知识点01 同位素标记法

1.同位素是指质子数相同，中子数不同的同一元素的原子，如16O与18O，12C与14C。
2.同位素标记法是指用物理性质特殊的同位素来标记化学反应中原子的去向。
3.同位素标记法的作用：同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律。
【特别提醒】
同位素并不都具有放射性：具有放射性的，如14C、32P、3H、35S等；不具有放射性的，如15N、18O等。
知识点02 细胞器之间的协调配合

1.分泌蛋白是在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的一类蛋白质叫作，如消化酶、抗体和一部分激素等。科学家研究豚鼠的胰腺腺泡细胞分泌蛋白形成过程时，采用的方法是同位素标记法。
2.分泌蛋白的合成和运输过程：下图中[6]表示某种分泌蛋白。
[6]的合成和运输过程是：在游离的核糖体中以氨基酸为原料开始多肽链的合成→当合成了一段肽链后，肽链会与核糖体一起转移到[⑤]粗面内质网上继续合成→边合成边转移到内质网腔内，→经过加工、折叠，形成具有一定空间结构的蛋白质→[②]囊泡→进入[③]高尔基体对蛋白质进一步修饰加工→[②]囊泡→与细胞膜融合，将蛋白质分泌到细胞外。分泌蛋白的合成、加工、运输的过程中消耗的能量主要由[⑦]线粒体提供。
【易错提示】
①内质网产生的具膜小泡和高尔基体融合成为高尔基体的一部分，高尔基体产生的具膜小泡和细胞膜融合成为细胞膜的一部分。
②高尔基体可完成分泌蛋白的加工，但不能进行蛋白质的合成。高尔基体不能完成分泌蛋白的合成与加工。
③在核糖体上合成的消化酶需要经过内质网和高尔基体的加工才具有生物活性。消化酶在粗面内质网上的核糖体合成后还没有生物活性。

知识点03 细胞的生物膜系统
【特别提醒】
①囊泡是生物膜。视网膜、肠黏膜不是生物膜。
②原核细胞除细胞膜外无其他膜结构，因此没有生物膜系统。
能力拓展
考法01 同位素标记法
放射性同位素标记法在生物化学和分子生物学领域应用极为广泛，它为揭示体内和细胞内理化过程的秘密，阐明生命活动的物质基础起了极其重要的作用。阐明生物体内物质处于不断更新的动态平衡之中，是放射性同位素标记法对生命科学的重大贡献之一。体内存在着很多种物质，究竟它们之间是如何转变的，如果在研究中应用适当的同位素标记物作标记剂分析这些物质中同位素含量的变化，就可以知道它们之间相互转变的关系，还能分辩出谁是前身物，谁是产物 ，分析同位素标记剂存在于物质分子的哪些原子上，可以进一步推断各种物质之间的转变机制。
【典例1】下列有关同位素标记法的叙述，错误的是（ ）
A．同位素标记法可用于示踪物质的运行和变化规律
B．14C、32P、3H、35S、15N、18O都是同位素标记法常用的同位素
C．生物学研究中，同位素标记法常用的同位素都具有放射性
D．研究分泌蛋白的合成和运输可向细胞中注射3H标记的氨基酸
【答案】C
【解析】同位素标记法可用于示踪物质的运行和变化规律，A正确；14C、32P、3H、35S、15N、18O都是同位素标记法常用的同位素，B正确；生物学研究中常用的同位素有的具有放射性，如14C、32P、3H、35S等；有的不具有放射性，如15N、18O等，C错误；研究分泌蛋白，可以将合成蛋白的原料氨基酸进行标记，可以用氢原子的同位素，D正确。

考法02 细胞器之间的协调配合
1.在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，检测放射性依次出现的部位。放射性最先出现在附着在内质网上的核糖体中，然后依次出现在内质网、高尔基体和细胞膜等结构上。如下图所示：
2.在分泌蛋白的合成、加工、运输过程中，生物膜系统各部分之间协调配合如下图所示：
3.分泌蛋白加工和运输过程中，内质网膜面积减小，高尔基体膜面积基本不变，细胞膜面积相对增大。如下图所示：
【典例2】如图表示细胞中某种生物大分子的合成及运输路线。下列相关叙述正确的是( )
A.该生物大分子可能是抗体或性激素
B.①可能是核糖体也可能是中心体
C.该物质经“②→③→④”的运输过程需要囊泡
D.该物质运输过程体现了生物膜具有选择透过性
【答案】C
【解析】结合图示分析，该生物大分子最可能是分泌蛋白，其中①为核糖体、②为内质网、③为高尔基体，性激素为小分子物质，A错误；中心体无物质合成功能，B错误；该物质从内质网到高尔基体到细胞膜的过程中通过囊泡进行运输，C正确；该物质的运输过程体现了生物膜的流动性，D错误。

考法03 细胞的生物膜系统
1.在化学成分上的联系：各种生物膜组成成分相似，主要由脂质、蛋白质和少量糖类组成，但每种成分所占的比例不同。
2.在结构上的联系：内质网膜与细胞膜、核膜直接相连，内质网膜与高尔基体膜、高尔基体膜与细胞膜间接相连。如下图所示：
【典例3】下列有关细胞的生物膜系统，说法错误的是( )
A.原核细胞有生物膜，但不具有生物膜系统
B.类囊体膜不属于生物膜系统
C.细胞中不同生物膜在成分上是有差别的
D.细胞的生物膜系统之间存在结构和功能上的联系
【答案】B
【解析】原核细胞只有细胞膜一种生物膜，没有细胞器膜和核被膜，不具有生物膜系统，A项正确；类囊体膜也是生物膜，它属于生物膜系统，B项错误；细胞中不同生物膜的功能不同，推测不同生物膜在成分上有差别，C项正确；细胞的生物膜系统之间存在结构和功能上的联系，分泌蛋白的合成、加工和运输过程可以证明，D项正确。

分层提分
题组A 基础过关练
1.下列物质不属于分泌蛋白的是( )
A.唾液淀粉酶 B.胰岛素 C.抗体 D.血红蛋白
1.【答案】D
【解析】血红蛋白存在于红细胞中，不属于分泌蛋白。
2.下列结构中不属于生物膜系统的是（ ）
A.细胞膜 B.核膜 C.溶酶体膜 D.中心体膜
2.【答案】D
【解析】组成生物膜系统的是细胞膜、核膜和细胞中具有膜的细胞器。中心体没有膜结构，不属于生物膜系统。
3.下列关于细胞结构和功能的叙述，正确的是( )
A.有内质网的细胞不一定是真核细胞
B.有中心体的细胞一定是动物细胞
C.有高尔基体的细胞不一定有分泌功能
D.有核糖体的细胞合成的蛋白质一定是分泌蛋白
3.【答案】C
【解析】有内质网的细胞一定是真核细胞，原核细胞没有内质网；有中心体的细胞可能是低等植物细胞，也可能是动物细胞；高尔基体普遍存在于高等动、植物细胞中，无论细胞有无分泌功能；有核糖体的细胞合成的蛋白质不一定是分泌蛋白。
4.科学家用含3H标记的亮氨酸的培养液培养豚鼠的胰腺腺泡细胞，下表为在腺泡细胞几种结构中最早检测到放射性的时间统计表。下列叙述正确的是( )
A.形成分泌蛋白的多肽最早在粗面内质网内合成
B.高尔基体膜向内与内质网膜相连,向外与细胞膜相连
C.高尔基体具有合成分泌蛋白的作用
D.靠近细胞膜的囊泡可由高尔基体形成
4.【答案】D
【解析】形成分泌蛋白的多肽最早在核糖体上合成，高尔基体并不直接与内质网和细胞膜相连，而是通过囊泡间接相连，在形成分泌蛋白时对蛋白质进行分类、包装等。
5.下列有关细胞的生物膜系统的说法,正确的是( )
A.细胞膜、叶绿体的内膜与外膜、内质网膜以及小肠黏膜都属于生物膜系统
B.所有的酶都在生物膜上，没有生物膜生物就无法进行各种代谢活动
C.生物膜的组成成分和结构都是一样的，在结构和功能上紧密联系
D.细胞内的生物膜把各种细胞器分隔开，使细胞内的化学反应不会互相干扰
5.【答案】D
【解析】小肠黏膜不属于细胞的生物膜系统，有些酶分布在细胞质基质中；生物膜的组成成分基本相同，但是含量存在一定差异；生物膜使细胞内区室化，从而使细胞内的多种化学反应不会互相干扰。
6.研究表明细胞膜、内质网膜和高尔基体膜中具有一些相同的蛋白质，而且这类蛋白质在细胞膜中含量较少，在内质网中含量较多，在高尔基体中含量介于两者之间。据此可说明( )
A.细胞膜是由内质网直接转化而来的
B.同一细胞中不同生物膜的成分、结构相同
C.高尔基体能够对蛋白质进行合成
D.生物膜在结构上具有统一性和差异性
6.【答案】D
【解析】根据题意，相同的蛋白质在内质网、高尔基体和细胞膜中都有，说明生物膜在结构上具有统一性，但它们蛋白质的含量不同，说明生物膜在结构上具有差异性。
题组B 能力提升练
7.高尔基体具有极性，靠近细胞核的一面称为形成面，接近细胞膜的一面称为成熟面。从形成面到成熟面，膜的厚度和化学成分逐渐发生改变。下列叙述正确的是( )
A.形成面更似核膜，成熟面更似内质网膜
B.形成面更似内质网膜，成熟面更似细胞膜
C.形成面更似核膜，成熟面更似细胞膜
D.形成面更似内质网膜，成熟面更似核膜
7.【答案】B
【解析】高尔基体具有对来自内质网的蛋白质进行加工、分类、包装及发送的作用。在分泌蛋白的合成、分泌过程中，内质网通过出芽形式形成囊泡，运输到高尔基体的形成面，通过膜融合将未成熟的蛋白质送入到高尔基体内，经过高尔基体的进一步加工、分类后，在其成熟面以出芽的形式形成成熟的囊泡，运输到细胞膜，再分泌到细胞外。因此，高尔基体的形成面更似内质网膜，成熟面更似细胞膜。
8．下列有关生物膜系统的叙述，错误的是（ ）
A．磷脂双分子层是生物膜的基本支架
B．各种生物膜之间在结构和功能上紧密联系
C．小肠黏膜是生物膜系统的一部分
D．原核生物有生物膜，无生物膜系统
8.【答案】C
【解析】磷脂双分子层构成了生物膜的基本骨架，A正确；各种生物膜之间在结构和功能上紧密联系，进一步体现了细胞内各种结构之间的协调与配合，B正确；生物膜系统包括细胞膜、细胞器膜与核膜，而小肠黏膜属于消化道内的膜，其不属于生物膜系统，C错误；原核生物有细胞膜，无核膜和各种细胞器膜，故其有生物膜，无生物膜系统，D正确。
9.在动物细胞中，一些蛋白合成后被分泌到细胞外起作用，如胰岛B细胞分泌胰岛素通过血液运输到靶细胞降低血糖浓度，这些蛋白被统称为分泌蛋白。下面与分泌蛋白合成或运输无关的细胞器是( )
A.核糖体 B.中心体 C.高尔基体 D.内质网
9.【答案】B
【解析】分泌蛋白的合成发生在核糖体，在核糖体合成后进入内质网，经内质网初步加工后经囊泡运输到高尔基体进一步修饰加工后以囊泡形式运输到细胞膜，囊泡和细胞膜融合把分泌蛋白释放到细胞外。核糖体、内质网和高尔基体都与分泌蛋白合成或运输有关，中心体与分泌蛋白合成或运输无关。
10．如图表示用含3H标记的氨基酸培养液培养某细胞过程中蛋白质的合成和分泌示意图，则该细胞中出现 3H的部位依次为( )
A.⑤→③→②→④→⑤ B.⑤→②→③→④→⑤
C.⑤→①→②→④→⑤ D.⑤→①→③→④→⑤
10.【答案】B
【解析】①是核膜，②是核糖体，③是内质网，④是高尔基体，⑤是细胞膜。3H标记的氨基酸要首先由培养液经细胞膜进入细胞，在核糖体脱水缩合，然后依次进入内质网和高尔基体，高尔基体出芽产生的囊泡与细胞膜融合分泌到细胞外。
11.下图表示几种细胞器的模式简图,据图回答下面的问题。

（1）能进行光合作用的细胞器是[ ] 。
（2）细胞生命活动所需的能量,大约有95%来自[ ] 。
（3）[ ] 是细胞内蛋白质合成、加工的场所和运输通道。
（4）对蛋白质进行加工、分类和包装的“车间”及“发送站”是[ ] 。
11.【答案】（1）C 叶绿体
（2）A 线粒体
（3）D 内质网
（4）B 高尔基体
【解析】题图中A为线粒体，B为高尔基体，C为叶绿体，D为内质网。
（1）能进行光合作用的细胞器是叶绿体。
（2）细胞生命活动所需的能量,大约有95%来自线粒体。
（3）内质网是细胞内蛋白质合成、加工的场所和运输通道。
（4）对蛋白质进行加工、分类和包装的“车间”及“发送站”是高尔基体。
12.回答下面的问题：
12.【答案】（1）对蛋白质进行加工修饰 （2）脂质和蛋白质
【解析】（1）在分泌蛋白的合成和分泌过程中，高尔基体对来自内质网的蛋白质进行加工修饰后，“出芽”形成囊泡，最终将蛋白质分泌到细胞外。
（2）生物膜的主要成分是脂质和蛋白质。

题组C 培优拔尖练
13.（2016·海南）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
13.【答案】C
【解析】分泌蛋白在细胞内的核糖体合成，A正确；分泌蛋白的合成和运输所需要的能量主要由线粒体提供，B正确；分泌蛋白经内质网加工后通过囊泡转移到高尔基体进一步加工，并通过囊泡与细胞膜融合分泌到细胞外，C错误；分泌蛋白从细胞内排出时，高尔基体形成的囊泡的膜可与细胞膜融合，将分泌蛋白释放到细胞外，D正确。
14.（2020·山东卷）经内质网加工的蛋白质进入高尔基体后，S酶会在其中的某些蛋白质上形成M6P标志。具有该标志的蛋白质能被高尔基体膜上的M6P受体识别，经高尔基体膜包裹形成囊泡，在囊泡逐渐转化为溶酶体的过程中，带有M6P标志的蛋白质转化为溶酶体酶；不能发生此识别过程的蛋白质经囊泡运往细胞膜。下列说法错误的是
A.M6P标志的形成过程体现了S酶的专一性
B.附着在内质网上的核糖体参与溶酶体酶的合成
C.S酶功能丧失的细胞中，衰老和损伤的细胞器会在细胞内积累
D.M6P受体基因缺陷的细胞中，带有M6P标志的蛋白质会聚集在高尔基体内
14.【答案】D
【解析】溶酶体内的酶是水解酶类，推测不是任何蛋白质都可进入溶酶体，体现S酶有专一性，另根据题意“S酶会在其中的某些蛋白质上形成M6P标志”，也可推断S酶具有专一性，A正确；溶酶体内的酶是水解酶类，本质是蛋白质，需到高尔基体重加工形成，因此推断是内质网上的核糖体中经翻译过程合成，B正确；S酶功能丧失的细胞中，溶酶体中缺乏水解酶，分解损伤细胞器功能缺失，B正确； M6P受体基因缺陷的细胞中，带有M6P标志的蛋白质不能进入高尔基体，或依据题意“不能发生此识别过程的蛋白质经囊泡运往细胞膜”，都可以确认D错误。
15.（2020·江苏卷）下列关于真核细胞的结构与功能的叙述，正确的是（ ）
A．根据细胞代谢需要，线粒体可在细胞质基质中移动和增殖
B．细胞质基质、线粒体基质和叶绿体基质所含核酸的种类相同
C．人体未分化的细胞中内质网非常发达，而胰腺外分泌细胞中则较少
D．高尔基体与分泌蛋白的合成、加工、包装和膜泡运输紧密相关
15.【答案】A
【解析】线粒体是细胞的“动力车间”，根据细胞代谢的需要，线粒体可以在细胞质基质中移动和增殖，A正确；细胞质基质中含有RNA，不含DNA，而线粒体基质和叶绿体基质中含有DNA和RNA，所含核酸种类不同，B不正确；内质网是蛋白质等大分子物质合成、加工的场所和运输通道，在未分化的细胞中数量较少，而胰腺外分泌细胞由于能合成并分泌含消化酶的胰液，细胞中的内质网数量较多，C不正确；分泌蛋白是在附着在内质网上的核糖体上合成的，高尔基体与分泌蛋白的加工、包装和膜泡运输紧密相关，D不正确。
16.（2018·全国Ⅲ卷）回答下列与蛋白质相关的问题：
（1）生物体中组成蛋白质的基本单位是 ，在细胞中合成蛋白质时，肽键是在 这一细胞器上形成的。合成的蛋白质中有些是分泌蛋白，如 （填“胃蛋白酶”“逆转录酶”或“酪氨酸酶”）。分泌蛋白从合成至分泌到细胞外，需要经过高尔基体，此过程中高尔基体的功能是 。
（2）通常，细胞内具有正常生物学功能的蛋白质要有正确的氨基酸序列和 结构，某些物理或化学因素可以导致蛋白质变性。通常，变性的蛋白质易被蛋白酶水解，原因是 。
16.【答案】（1）氨基酸 核糖体 胃蛋白酶
对来自内质网的分泌蛋白进行加工、分类、包装和转运
（2）空间 变性蛋白质的空间结构变得伸展、松散，更容易被水解
【解析】（1）生物体中组成蛋白质的基本单位是氨基酸；细胞中合成蛋白质时，在核糖体上mRNA的密码子翻译成氨基酸，氨基酸之间脱水缩合形成肽键；胃蛋白酶是胞外酶属于分泌蛋白、逆转录酶和酪氨酸酶属于胞内酶；分泌蛋白从合成至分泌到细胞外还需要内质网加工，再经过高尔基体的进一步加工、分类、包装，最后形成分泌小泡转运至细胞膜，通过胞吐的方式分泌出去。
（2）细胞内的蛋白质都有特定的的氨基酸数目、种类和排列序列以及由肽链盘曲、折叠形成的一定的空间结构；某些物理或化学因素可以使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，肽键暴露，易与蛋白酶接触，使蛋白质被水解。

1.组成
由细胞膜、核膜、具膜细胞器的膜共同构成。
2.特点
各种生物膜的组成成分和结构相似，在结构和功能上紧密联系，进一步体现了细胞内各种结构之间的协调与配合。
3.功能
①使细胞具有一个相对稳定的内部环境，同时在细胞与外部环境进行物质运输、能量转化和信息传递的过程中起着决定性的作用。
②广阔的膜面积为多种酶提供了附着位点。
③把各种细胞器分隔开，使得细胞内能够同时进行多种化学反应，而不会互相干扰，保证了细胞生命活动高效、有序地进行。
细胞结构
附着有核糖体的内质网
高尔基体
靠近细胞膜的囊泡
时间/min
3
17
117
结构名称
高尔基体
功能
。
膜的主要成分
。
功能举例
参与豚鼠胰腺腺泡细胞分泌蛋白的形成过程