高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2节 细胞器之间的分工合作第2课时导学案

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一、细胞器之间的协调配合
1．分泌蛋白的概念
在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的一类蛋白质，如消化酶、抗体和一部分激素等。
2．分泌蛋白的合成、加工、运输与分泌过程
(1)研究方法：同位素标记法。
(2)过程
(3)提供能量的细胞器：线粒体。
判断正误
(1)分泌蛋白的合成与分泌过程中，依次经过的细胞器是核糖体—内质网—高尔基体—细胞膜( )
(2)分泌蛋白的合成与分泌过程中直接参与的细胞结构：核糖体、内质网、高尔基体、线粒体、细胞膜( )
(3)与分泌蛋白的合成与分泌有关的膜结构：核糖体、内质网、高尔基体、细胞膜和线粒体( )
答案 (1)× (2)× (3)×
解析 (1)细胞膜不是细胞器。
(2)线粒体间接参与分泌蛋白的合成与分泌过程，起着供能作用。
(3)核糖体无膜结构。
任务一：分泌蛋白的合成及分泌过程
如图是用3H标记的亮氨酸检测豚鼠胰腺腺泡细胞分泌蛋白合成过程的实验过程图解，请分析回答下列问题：
(1)下列蛋白质属于分泌蛋白的有②④(填序号)。
①血红蛋白 ②胰蛋白酶 ③与有氧呼吸有关的酶 ④抗体
(2)经连续取样后，测定标记的氨基酸出现在各细胞器中的情况，结果如图所示。则曲线a、b、c依次代表的细胞器是核糖体、内质网、高尔基体。
(3)如图是该过程中内质网、高尔基体和细胞膜面积的变化曲线，则A、B、C依次代表的结构分别是内质网、细胞膜、高尔基体。
拓展延伸 溶酶体内的水解酶和细胞膜上的蛋白质的合成和加工过程与分泌蛋白相同。
1．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．②→③→④→⑤ B．①→②→③→④
C．①→②→④→⑤ D．①→③→④→⑤
答案 A
解析 题图中①为核膜、②为核糖体、③为内质网、④为高尔基体、⑤为细胞膜。分泌蛋白经过的结构依次为②(核糖体)→③(内质网)→④(高尔基体)→⑤(细胞膜)，故选A。
2．图甲表示胰岛素的合成和分泌过程，图乙表示内质网结构放大图，图丙表示胰岛素合成、分泌过程中内质网、高尔基体及细胞膜的膜面积的变化。结合图示分析，下列说法正确的是( )
A．图乙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，都是通过图甲所示过程合成的
C．图甲中细胞结构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
答案 D
解析 图乙所示的内质网结构为细胞的亚显微结构，可用电子显微镜观察到，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；图甲中细胞结构②为高尔基体，与其他膜间存在间接联系，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。
二、细胞的生物膜系统
1．组成
细胞器膜和细胞膜、核膜等结构。
2．特点
(1)各种生物膜的组成成分和结构很相似。
(2)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
判断正误
(1)原核细胞也有生物膜系统( )
(2)人体内的小肠黏膜、呼吸道黏膜均属于生物膜系统( )
(3)豚鼠胰腺腺泡细胞内的内质网、囊泡、高尔基体均属于生物膜系统( )
答案 (1)× (2)× (3)√
解析 (1)生物膜系统主要针对真核细胞而言，原核细胞的细胞膜也属于生物膜，但是没有核膜及细胞器膜，故原核细胞没有像真核细胞那样复杂的生物膜系统。
(2)生物膜系统是细胞内膜结构的统称，不是生物体内膜结构的统称。
任务二：分析生物膜的成分、结构和功能
1．比较几种生物膜的化学成分，从下表数据可以看出，各种生物膜的化学组成和含量各有什么关系？
提示 化学组成基本相同，含量各不相同。
2．请用文字和箭头解释：内质网是细胞内物质运输通道的原因。
提示
3．请总结：生物膜系统在结构和功能上分别有什么联系？
提示 在结构上可以相互转化，在功能上协调配合，共同完成细胞内的生命活动。
3．下列有关生物膜系统的叙述，错误的是( )
A．原核细胞不具有生物膜系统
B．生物膜系统由具膜的细胞器构成
C．生物膜系统在细胞与外部环境进行物质运输、能量转化、信息传递过程中起决定性作用
D．生物膜上可进行多种生物化学反应
答案 B
解析 生物膜系统是由细胞膜、细胞器膜、核膜等共同构成的，原核生物没有核膜和各种细胞器膜，不具有生物膜系统，A正确，B错误。
4．下列结构属于生物膜系统的是( )
①线粒体膜 ②囊泡 ③细胞壁 ④溶酶体膜 ⑤核糖体 ⑥核膜
A．②③④⑤⑥ B．②③④⑥
C．④⑥ D．①②④⑥
答案 D
解析 生物膜系统由内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等细胞器的膜和核膜、细胞膜等结构共同构成。线粒体膜、溶酶体膜和核膜属于生物膜系统；囊泡来源于内质网膜或高尔基体膜，属于生物膜系统；细胞壁不属于生物膜系统；核糖体无膜结构，故选①②④⑥，D正确。
题组一 细胞器之间的协调配合
1．用同位素标记法研究分泌蛋白的合成、分泌过程，下列标记处理最合理的是 ( )
A．在唾液腺细胞中注入14C标记的氨基酸
B．在性腺细胞中注入14C标记的氨基酸
C．在胰腺细胞中注入3H标记的脱氧核苷酸
D．在口腔上皮细胞中注入3H标记的氨基酸
答案 A
解析 唾液腺细胞能合成、分泌唾液淀粉酶，唾液淀粉酶属于分泌蛋白，合成过程需要氨基酸，A正确；性腺细胞合成性激素，不能合成分泌蛋白，B错误；脱氧核苷酸是合成DNA的原料，C错误；口腔上皮细胞不能合成分泌蛋白，D错误。
2．(2022·江苏常州高一月考)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表。下列叙述不正确的是( )
A.形成分泌蛋白的多肽最早在核糖体内合成
B．高尔基体膜向内与内质网膜相连，向外与细胞膜相连
C．高尔基体具有转运分泌蛋白的作用
D．靠近细胞膜的囊泡可由高尔基体形成
答案 B
解析 内质网膜向内与核膜相连，向外与细胞膜相连，高尔基体膜与内质网膜不直接相连，B错误。
3．胰岛素分子含有两条肽链。胰岛B细胞合成胰岛素的过程如下：
①在游离的核糖体上合成前胰岛素原的起始肽段→②前胰岛素原中的起始肽段连同核糖体一起转移到粗面内质网→③在其上继续合成肽链并切掉起始肽段、形成具有一定空间结构的胰岛素原并转移到高尔基体→④在高尔基体中切除中间一段肽链，形成由2条肽链组成的胰岛素并分泌到细胞外。下列有关叙述不正确的是( )
A．上述过程所需能量主要来自线粒体
B．内质网、高尔基体、细胞膜之间通过囊泡联系
C．高尔基体对肽链的加工消耗了水分子
D．胰岛素分子含有前胰岛素原中的起始肽段
答案 D
解析 根据题意可知，在粗面内质网中切掉了起始肽段，因此胰岛素分子中不含有前胰岛素原中的起始肽段，D错误。
4．如图是某动物细胞中分泌蛋白合成、运输和分泌的示意图，下列叙述错误的是( )
A．分泌蛋白在结构①上合成的过程中有水产生
B．结构②能对来自结构③的蛋白质进行加工、分类和包装
C．结构④与细胞膜融合后，分泌蛋白被分泌到细胞外
D．线粒体能为分泌蛋白的合成、运输和分泌提供能量
答案 B
解析 结构③(高尔基体)能对来自结构②(内质网)的蛋白质进行加工、分类和包装，B错误。
5．(2022·安徽合肥高一月考)细胞中某分泌蛋白合成和分泌前后三种生物膜的膜面积变化情况如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A．a、b、c分别表示核糖体膜、内质网膜、高尔基体膜
B．a所在的细胞器是细胞内物质运输的枢纽
C．多肽链的合成发生在b所在的细胞器中
D．分泌蛋白合成旺盛的细胞中图示膜转化速率更快
答案 D
解析 核糖体没有膜结构，a、b、c分别表示内质网膜、高尔基体膜、细胞膜，A错误；b所在的细胞器高尔基体是细胞内物质运输的枢纽，B错误；b为高尔基体，多肽链合成的场所是核糖体，C错误。
题组二 细胞的生物膜系统
6．(2022·山东夏津第一中学高一期末)幽门螺杆菌(Hp)感染是胃癌发生的主要因素之一。Hp能够在胃液中生存的原因是其能够产生脲酶(化学本质为蛋白质)，该种酶能分解胃液中少量的尿素产生氨，在幽门螺杆菌周围形成一片“氨云”，中和胃酸，保护其不被胃酸杀灭。下列说法错误的是( )
A．Hp不具有生物膜系统
B．该脲酶的适宜作用条件可能为酸性
C．该脲酶的合成场所一定在核糖体
D．该脲酶需要内质网、高尔基体加工，最终以胞吐的形式分泌到细胞外
答案 D
解析 幽门螺杆菌是一种原核生物，不具有内质网、高尔基体等细胞器，D错误。
7．下列有关生物膜系统的说法，正确的是( )
A．细胞膜、叶绿体的内膜与外膜、内质网膜与小肠黏膜等都属于生物膜系统
B．合成蛋白质类激素的分泌细胞的内质网一般比较发达
C．各种生物膜的组成成分和结构完全一致，在结构和功能上有一定的联系
D．枯草杆菌也具有生物膜系统，否则就不能进行正常的生命活动
答案 B
解析 细胞器膜和细胞膜、核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统，小肠黏膜不属于生物膜系统，A错误；内质网是蛋白质等大分子物质的合成、加工场所和运输通道，所以合成蛋白质类激素的分泌细胞的内质网一般比较发达，B正确；各种生物膜的组成成分和结构很相似，在结构和功能上有一定的联系，C错误；枯草杆菌为原核生物，没有细胞器膜和核膜，因此不具有生物膜系统，D错误。
8．如图所示，图中功能多、联系广的细胞结构a是指( )
A．高尔基体膜 B．叶绿体膜
C．内质网膜 D．液泡膜
答案 C
解析 内质网与细胞膜和核膜相连；在需能旺盛的细胞中，还与线粒体膜相连；内质网膜形成囊泡，与高尔基体膜间接相连，故a是内质网膜，b是高尔基体膜。
9．(2023·辽宁大连高一检测)如图为某动物细胞内部分蛋白质合成及转运的示意图。据图分析，下列有关叙述正确的是( )
A．内质网对其加工的蛋白质先进行分类再转运至细胞的不同部位
B．附着型核糖体(附着在内质网上的核糖体)合成的多肽通过囊泡运输到内质网加工
C．细胞膜上的糖蛋白的形成经内质网和高尔基体的加工
D．分泌蛋白合成及转运的过程中内质网膜面积减少，高尔基体膜面积最终增加
答案 C
解析 高尔基体对其加工的蛋白质先进行分类再转运至细胞的不同部位，A错误；附着型核糖体合成的多肽是在信号肽的引导下进入内质网腔进行粗加工(这一过程没有囊泡运输)，内质网将该蛋白质通过囊泡运输到高尔基体进行再加工、分类和包装，B错误；分泌蛋白合成及转运的过程中内质网膜面积减少，高尔基体膜面积基本不变，D错误。
10．高尔基体的顺面和反面分别称为CGN区和TGN区，CGN接受由内质网合成的物质转入中间膜囊进一步修饰加工，TGN区参与溶酶体酶等蛋白质的分类和包装。如图是发生在TGN区的3条分选途径。下列说法错误的是( )
A．调节型分泌往往受到细胞外界信号分子的影响
B．溶酶体酶的合成、包装和分选都与高尔基体有关
C．调节型分泌和组成型分泌途径均会使高尔基体的膜面积暂时减小
D．溶酶体由高尔基体TGN区出芽产生，其形成说明生物膜具有流动性
答案 B
解析 由题图可知，在信号分子作用下，调节型分泌才能正常进行，因此调节型分泌往往受到细胞外界信号分子的影响，A正确；溶酶体酶的化学本质是蛋白质，合成场所是核糖体，其包装和分选都与高尔基体有关，B错误；调节型分泌和组成型分泌途径均以囊泡与高尔基体脱离，会使高尔基体的膜面积暂时减小，C正确。
11．囊泡是真核细胞内的膜性结构，可在细胞内不同具膜细胞器之间进行物质运输，其形成一般包括出芽、锚定和融合等过程。下列相关叙述正确的是( )
A．细胞内的囊泡只来源于内质网和高尔基体
B．囊泡的膜含有磷脂、蛋白质和核酸等成分
C．囊泡锚定至特定的细胞器，需要生物膜蛋白的相互识别
D．囊泡的出芽和融合体现了生物膜的组成成分完全相同
答案 C
解析 细胞内的囊泡可以来源于内质网和高尔基体，也可以来源于细胞膜，A错误；囊泡的膜不含核酸，B错误；囊泡的出芽和融合体现了生物膜具有流动性，生物膜的组成成分相似，D错误。
12．有实验表明细胞膜、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，在内质网膜中含量较多，在高尔基体膜中的含量介于二者之间。据此判断，下列相关叙述正确的是( )
A．这类蛋白质的分布说明细胞膜是由内质网膜直接转化而来
B．这类蛋白质的分布说明同一细胞中不同生物膜的成分、结构相同
C．这类蛋白质的分布说明高尔基体能够对蛋白质进行加工
D．这类蛋白质的分布说明生物膜在结构上具有统一性和差异性
答案 D
13．如图表示细胞的生物膜系统的部分组成在结构与功能上的联系。COP Ⅰ、COP Ⅱ 是具膜小泡，可以介导蛋白质在甲与乙之间的运输。请据图分析，下列说法不正确的是( )
A．由图可知，甲代表内质网，乙代表高尔基体
B．溶酶体能吞噬并杀死侵入细胞的细菌
C．囊泡与细胞膜的融合体现了生物膜在结构上的间接联系
D．COPⅡ可以帮助偶然掺入到乙中的某些蛋白质回收到甲中
答案 D
解析 由题图可知，COPⅠ可以帮助偶然掺入到乙中的某些蛋白质回收到甲中，D错误。
14．1958年，乔治·埃米尔·帕拉德及其同事设计并完成了探究分泌蛋白在豚鼠胰腺腺泡细胞内合成、运输和分泌的经典实验。回答下列问题：
(1)实验中，乔治·埃米尔·帕拉德及其同事采用________________等技术，通过探究3H标记的亮氨酸转移路径，证实了分泌蛋白合成、运输及分泌的途径。
(2)科学家将一小块胰腺组织放入含3H标记的亮氨酸的培养液中________(填“短暂”或“长时”)培养，在此期间放射性标记物被活细胞摄取，并掺入到________(细胞器)上正在合成的多肽链中。组织内的放射性同位素可使感光乳剂曝光，固定组织后在显微镜下便可发现细胞中含放射性的位点，这一技术使研究者能确定________________在细胞内的位置。
(3)科学家先将(2)中培养的胰腺组织进行________________处理，然后再转入________________的培养液中继续培养。实验结果如图所示，随着追踪时间的变化，放射性颗粒数的百分比在不同细胞结构上有规律的变化，据此推测，分泌蛋白的合成、运输、分泌途径是__________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案 (1)(放射性)同位素标记法 (2)短暂 核糖体
放射性标记物质 (3)洗去放射性标记物 不含放射性标记物 附有核糖体的内质网→高尔基体→囊泡
15．(2023·江苏南通高一期末)科学家推测，在分泌蛋白的合成过程中，游离核糖体最初合成的一段氨基酸序列作为信号序列，被位于细胞质基质中的信号识别颗粒(SRP)识别，并引导核糖体附着于内质网上，继续蛋白质的合成，这就是信号肽假说，如图所示。
科学家构建了体外的反应体系，证明了该假说。实验分组及结果见下表。
注：“＋”和“－”分别代表反应体系中存在或不存在该结构。
(1)折叠的蛋白质经内质网后，会被依次运往____________(细胞器)、细胞膜，最终分泌至细胞外发挥作用，这一过程依赖于生物膜的________________。
(2)对比组别2和3的结果，结合图中信息可知，只有结合了信号序列的SRP 与内质网上的________识别并结合后，肽链的延伸才会继续。
(3)结合图中信息，解释组别1中合成的肽链比正常肽链多一段的原因：_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
综合实验结果说明内质网具有________________的功能。
(4)根据信号肽假说，请你推理分析：
①组别2中的肽链________(填“含有”或“不含有”)信号序列。
②假设在合成新生肽阶段就切除了信号序列，游离的核糖体________(填“能”或“不能”)附着于内质网上。
答案 (1)高尔基体 流动性 (2)DP(SRP受体)
(3)信号序列不能被SRP识别，无法引导核糖体附着至内质网上，信号序列不能被切除 加工蛋白质
(4)①含有 ②不能生物膜
蛋白质(%)
脂质(%)
糖类(%)
人红细胞膜
49
43
8
大鼠肝细胞核膜
59
35
2.9
内质网膜
67
33
含量很少
线粒体外膜
52
48
含量很少
线粒体内膜
76
24
含量很少
细胞结构
附有核糖体的内质网
高尔基体
靠近细胞膜的囊泡
时间/min
3
17
117
实验组别
核糖体
信号识别颗粒(SRP)
内质网
实验结果
1
＋
－
－
合成的肽链比正常肽链多一段
2
＋
＋
－
合成的肽链比正常肽链少一段
3
＋
＋
＋
合成的肽链与正常肽链一致