2021高考生物人教版一轮教师用书第二单元第6讲　细胞器与生物膜系统

第6讲　细胞器与生物膜系统

考点一　主要细胞器的结构和功能

1.细胞器的分离方法

方法:差速离心法,将细胞膜破坏后,利用高速离心机,在不同的离心速度下将各种细胞器分离开。

2.“八种”常见细胞器的结构及功能

(1)①溶酶体:细胞内的“消化车间”,分解衰老、损伤的细胞器,吞噬并杀死侵入细胞的病菌或病毒。

(2)②中心体:与细胞的有丝分裂有关。

(3)③核糖体:“生产蛋白质的机器”,原核细胞中唯一的细胞器。

(4)④高尔基体:主要是对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装的“车间”及“发送站”。

(5)⑤内质网:细胞内蛋白质合成和加工,以及脂质合成的“车间”。

(6)⑥线粒体:进行有氧呼吸的主要场所,是细胞的“动力车间”。

(7)⑦叶绿体:能进行光合作用的植物细胞所特有,是“养料制造车间”和“能量转换站”。

(8)⑧液泡:内有细胞液,可调节植物细胞内的环境,使植物细胞保持坚挺。

小结:具有双层膜结构的细胞器是叶绿体和线粒体,无膜结构的细胞器是核糖体和中心体。其余四种均为单层膜结构。

3.细胞骨架

(1)存在:真核细胞中。

(2)作用:维持细胞形态、保持细胞内部结构有序性。

(3)结构:由蛋白质纤维组成的网架结构。

[纠误诊断]

(1)叶绿体中构成基粒的类囊体扩展了捕获光能的膜面积。(　√　)

(2)人体细胞的线粒体内膜蛋白质和脂质的比值大于外膜。(　√　)

(3)叶绿体、线粒体和核糖体都含有DNA。(　×　)

提示:核糖体含有rRNA和蛋白质,不含有DNA。

(4)溶酶体合成并储存多种酸性水解酶。(　×　)

提示:溶酶体中的酶是在核糖体上合成的。

(5)核糖体有的附着在高尔基体上。(　×　)

提示:核糖体有的附着在内质网上,不是附着在高尔基体上。

(6)内质网是脂质的合成车间。(　√　)

(7)含中心体的细胞一定是动物细胞。(　×　)

提示:低等植物细胞也含有中心体。

(8)性激素主要是由内质网上的核糖体合成。(　×　)

提示:性激素是在内质网中合成的。

1.比较线粒体和叶绿体

2.多角度分析、比较细胞器

(1)按

(2)按

(3)按

[深度思考]

(1)细胞质基质、线粒体基质和叶绿体基质,同为基质,其成分和功能相同吗?为什么?

提示:不相同,细胞质基质含有多种成分,为生命活动提供了重要的代谢反应场所及所需的物质;线粒体基质中含有多种与有氧呼吸有关的酶,是进行有氧呼吸第二阶段的场所;叶绿体基质是植物进行光合作用暗反应的场所,含有与暗反应有关的酶。

(2)矿工中常见的职业病——硅肺产生的病因是什么?

提示:矿工肺部吸入硅尘后,硅尘被吞噬细胞吞噬,吞噬细胞中的溶酶体缺乏分解硅尘的酶,而硅尘却能破坏溶酶体膜,使其中的水解酶释放出来,破坏细胞结构,使细胞死亡,造成肺功能受损。

(3)溶酶体可水解细胞内损伤的、衰老的细胞器,但对自身的膜不能水解,试推测可能的原因是什么?

提示:溶酶体膜与其他细胞器膜相比,经过了特殊的修饰,使其不能被水解酶水解。

题型一　主要细胞器的结构和功能

1.(2019·全国Ⅲ卷)下列有关高尔基体、线粒体和叶绿体的叙述,正确的是(　D　)

A.三者都存在于蓝藻中

B.三者都含有DNA

C.三者都是ATP合成的场所

D.三者的膜结构中都含有蛋白质

解析:蓝藻是原核细胞,细胞中无高尔基体、线粒体和叶绿体;高尔基体不含DNA,也不能合成ATP;三者都是有膜结构的细胞器,膜结构中均含有蛋白质。

2.(2019·河北衡水金卷)下列人体细胞内的生命活动,不一定由细胞器承担的是(　B　)

A.杀死侵入细胞的病毒或病菌

B.产生细胞生命活动所需的ATP

C.将氨基酸脱水缩合形成肽链

D.加工、分类和包装来自内质网的蛋白质

解析:杀死侵入细胞的病毒或病菌是溶酶体的功能;细胞生命活动所需的ATP主要由线粒体产生,也可在细胞质基质中产生;将氨基酸脱水缩合形成肽链是核糖体的功能;加工、分类和包装来自内质网的蛋白质是高尔基体的功能。

3.(2019·北京顺义区期末)真核细胞内生物膜围成的多个区室有利于进行多种生命活动,下列叙述中,不正确的是(　C　)

A.线粒体是物质氧化和能量转化的主要场所

B.内质网既参与物质合成,也参与物质运输

C.浆细胞中的高尔基体能进行抗体的合成、加工与运输

D.液泡能调节植物细胞内的环境,保持植物细胞坚挺

解析:有氧呼吸把大分子有机物彻底氧化分解形成无机物,并释放出大量能量,而线粒体是进行有氧呼吸的主要场所;在细胞分泌物合成、加工、运输及分泌过程中,内质网既能参与物质的合成,又能形成囊泡运往高尔基体进行加工;抗体在核糖体中合成,高尔基体参与抗体的加工与运输;液泡中含有细胞液,可以调节植物细胞内的环境,充盈的液泡还可以使植物细胞保持坚挺。

题型二　对细胞亚显微结构的识读

4.(2019·云南曲靖模拟)如图是动物细胞中具膜结构示意图,有关叙述错误的是(　B　)

A.结构①和⑤之间可通过结构④实现膜化学成分的转化

B.结构②中因含核仁而成为细胞代谢和遗传的控制中心

C.结构③中可能含有多种水解酶,它们可参与消化衰老的细胞器

D.结构⑥中含有多种酶,可以催化丙酮酸分解、DNA复制等过程

解析:结构②是细胞代谢和遗传的控制中心的原因是含有染色质。

5.(2019·江苏卷改编)如图为高等动物细胞结构示意图,下列相关叙述不正确的是(　C　)

A.结构①的数量倍增发生于分裂间期的细胞中

B.具有单层生物膜的结构②与细胞分泌活动有关

C.RNA和RNA聚合酶穿过结构③的方向相同

D.④、⑤处的核糖体均由RNA和蛋白质组成

解析:结构①为中心体,在有丝分裂的间期因复制而导致其倍增;结构②为高尔基体,主要对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装的“车间”及“发送站”,与细胞分泌活动有关;结构③是核孔,RNA聚合酶在核糖体中合成后穿过核孔进入细胞核,参与转录过程,而在细胞核中经转录过程形成的RNA穿过核孔进入细胞质,参与翻译过程,可见,两者穿过结构③的方向不同;④、⑤分别为附着在内质网上的核糖体、游离在细胞质基质中的核糖体,核糖体主要由RNA和蛋白质组成。

考点二　细胞器之间的协调配合及生物膜系统

1.细胞的生物膜系统

(1)组成:细胞器膜、细胞膜和核膜等。

(2)功能:

①保证细胞内部环境的相对稳定,在细胞与外部环境进行物质运输、能量转换和信息传递的过程中起着决定性作用。

②为多种酶提供了大量的附着位点,是许多重要化学反应进行的场所。

③分隔各种细胞器,保证细胞生命活动高效、有序地进行。

2.生物膜系统成分和结构上的联系

(1)成分上的联系

①各种生物膜组成成分基本相似:均主要由脂质、蛋白质等组成,都具有一定的流动性,体现了生物膜系统的统一性。

②每种成分所占的比例不同,体现了生物膜系统的差异性。

(2)结构上的联系

3.生物膜系统功能上的联系(以分泌蛋白的合成、运输、分泌为例)

流程图解读:

(1)细胞核(真核细胞):基因的转录,将遗传信息从细胞核传递到细胞质。

(2)核糖体:通过翻译将氨基酸合成多肽。

(3)内质网:对多肽进行初步加工(如盘曲、折叠、糖基化等),形成较成熟的蛋白质,再以囊泡的形式运送至高尔基体。

(4)高尔基体:将多肽再加工为成熟的蛋白质,并以囊泡的形式运输到细胞膜。

(5)细胞膜:通过胞吐作用,将蛋白质分泌到细胞外成为分泌蛋白。

(6)线粒体:提供能量。

[纠误诊断]

(1)蛋白质类激素经囊泡运输分泌到细胞外。(　√　)

(2)造血干细胞中合成的细胞膜蛋白运输的途径可能是高尔基体→核糖体→细胞膜。(　×　)

提示:膜蛋白运输的途径应为核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜。

(3)分泌蛋白先经过高尔基体再经过内质网分泌到细胞外。(　×　)

提示:分泌蛋白先经过内质网,再经过高尔基体分泌到细胞外。

(4)生物膜系统是指生物体内所有膜结构的统称。(　×　)

提示:生物膜系统是细胞膜、细胞器膜和核膜的统称。

(5)生物膜之间通过囊泡运输依赖膜的流动性且不消耗能量。(　×　)

提示:囊泡运输消耗能量。

(6)生物膜之间通过囊泡的转移实现膜成分的更新依赖于生物膜的选择透过性。(　×　)

提示:生物膜之间通过囊泡的转移实现膜成分的更新依赖于生物膜的流动性。

(7)CO2的固定、水的光解、蛋白质的加工均在生物膜上进行。(　×　)

提示:CO2的固定在叶绿体基质中进行。

分泌蛋白的合成、加工和运输过程分析

(1)如图为某激素蛋白的合成与分泌过程示意图(其中物质X代表氨基酸,a、b、c、d、e表示细胞结构),请分析:

①图中a、b、c、d、e依次表示核糖体、内质网、高尔基体、细胞膜和线粒体。

②a、b、c分别担负着怎样的功能?

提示:a的功能为合成蛋白质,b的功能为初步加工蛋白质,c的功能为蛋白质加工、分类、包装及发送。

③图中b、c、d、e(填字母)参与了生物膜系统的构成。

(2)下列图1为豚鼠胰腺细胞中注射3H标记的亮氨酸后,细胞内相关结构放射性的变化。图2为分泌蛋白加工和分泌过程中相关膜面积的变化。

①图1表示放射性元素标记的氨基酸,在不同时间内放射性元素在细胞中先后出现的顺序是什么?

提示:附有核糖体的内质网→高尔基体→分泌小泡。

②图2是以柱状图的形式显示分泌蛋白分泌前后相关结构膜面积的变化,其中①～③依次表示何类“膜”?

提示:①—内质网膜;②—高尔基体膜;③—细胞膜。

名师点拨:“囊泡”的来源、去向及作用

(1)以“囊泡”形式运输(胞吐)的物质举例:

①分泌蛋白类—

②神经递质(由突触前膜释放)。

(2)囊泡的来源及去向举例:

①胞吐:内质网可产生囊泡运往高尔基体,高尔基体可接受内质网发来的囊泡,另一方面可向细胞膜发送囊泡。

②胞吞:细胞膜可向细胞内发送囊泡。

(3)囊泡形成原理:生物膜具有一定的流动性。囊泡运输需要消耗能量。

题型一　生物膜系统的组成、结构和功能

1.(2018·全国Ⅰ卷)生物膜的结构与功能存在密切的联系。下列有关叙述错误的是(　D　)

A.叶绿体的类囊体膜上存在催化ATP合成的酶

B.溶酶体膜破裂后释放出的酶会造成细胞结构的破坏

C.细胞的核膜是双层膜结构,核孔是物质进出细胞核的通道

D.线粒体DNA位于线粒体外膜上,编码参与呼吸作用的酶

解析:叶绿体的类囊体膜上可进行光反应合成ATP,所以其上存在催化ATP合成的酶;溶酶体中含有多种水解酶,能分解衰老、损伤的细胞器,溶酶体膜破裂后水解酶释放出来,会破坏部分细胞结构;细胞的核膜是双层膜结构,其上的核孔是大分子物质进出细胞核的通道;线粒体DNA位于线粒体中,而不是线粒体外膜上,可编码参与呼吸作用的酶。

2.(2019·河北衡水中学二调)下列有关生物膜的叙述,不正确的是(　A　)

A.小肠黏膜、内质网膜和核膜都是生物膜

B.小球藻类囊体薄膜上附着光合色素,有利于光反应的进行

C.细胞膜上附着ATP水解酶,有利于主动吸收某些营养物质

D.线粒体内膜上附着与细胞呼吸有关的酶,有利于[H]的彻底氧化

解析:小肠黏膜不是生物膜;小球藻是真核生物,光合色素分布于类囊体薄膜上;细胞膜上附着的ATP水解酶有利于催化ATP水解,主动运输消耗的能量直接来自ATP的水解;在有氧呼吸中,[H]的彻底氧化发生在有氧呼吸第三阶段,其场所是线粒体内膜,因此线粒体内膜上附着有与有氧呼吸第三阶段有关的酶。

题型二　细胞器之间的协调配合

3.如图为胰岛素的合成与分泌过程示意图,a～d表示细胞器。下列说法正确的是(　B　)

A.胰岛素在胰岛A细胞的核糖体上合成

B.细胞器b、c对胰岛素进行加工、分类和包装

C.葡萄糖在d的内膜上氧化分解提供能量

D.胰岛素的两条肽链间通过脱水缩合形成的肽键连接

解析:胰岛素在胰岛B细胞的核糖体上合成;细胞器b、c分别为内质网和高尔基体,对分泌蛋白进行加工、分类和包装;d为线粒体,葡萄糖在细胞质基质中被分解为丙酮酸,释放能量,线粒体并不能直接利用葡萄糖;肽键是由氨基酸脱水缩合而成,因此存在于肽链中,不同肽链之间通常通过二硫键或氢键连接。

4.(2019·广东七校联考)细胞自噬是依赖溶酶体对细胞内受损、异常的蛋白质和衰老的细胞器进行降解的过程。被溶酶体降解后的产物,如果是对细胞有用的物质,细胞可以再利用,废物则被排出细胞外(部分过程见下图)。回答下列问题:

(1)细胞内衰老的线粒体可在自噬体内被降解,该过程利用了溶酶体中的　　　　　　酶。若利用同位素标记法验证“自噬体中的酶来自高尔基体”,则实验现象应为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)研究表明,若抑制肝癌发展期大鼠的细胞自噬,其肿瘤的体积和数量都比没有抑制细胞自噬的对照组小,说明在肝癌发展期,细胞自噬会　　　　　(填“促进”或“抑制”)肿瘤的发生,结合图中自噬过程,推测其原因可能是　  　　　　　　　　　。 

解析:(1)溶酶体内部含有多种水解酶,能分解衰老、损伤的细胞器。若利用同位素标记法验证“自噬体中的酶来自高尔基体”,可先用放射性同位素标记氨基酸,追踪放射性的移动途径,可发现被放射性标记的氨基酸依次出现在高尔基体、溶酶体、自噬体中。

(2)分析题干,结合图中信息可知,细胞自噬过程中被溶酶体降解后的产物,如果是对细胞有用的物质,细胞可以再利用,满足细胞代谢的需要,特别是对于癌细胞这样代谢旺盛的细胞,细胞自噬对其增殖和生长是有利的,自噬过程的降解产物可以作为癌细胞代谢的原料,所以在肝癌发展期,细胞自噬会促进肿瘤的发生。

答案:(1)水解　用放射性同位素标记氨基酸,被放射性标记的氨基酸(物质)依次出现在高尔基体、溶酶体、自噬体中

(2)促进　癌细胞可利用自噬过程的降解产物作为自身细胞代谢的原料,以满足其持续增殖和生长的需要

考点三　实验:用高倍镜观察叶绿体和线粒体

1.实验原理

(1)叶绿体呈绿色,不需染色,制片后直接观察。

(2)线粒体呈无色,用健那绿染液染成蓝绿色后制片观察。

2.实验步骤

(1)观察叶绿体

低倍显微镜下找到叶片细胞

高倍显微镜下观察叶绿体的形态和分布

(2)观察线粒体

低倍显微镜下找到口腔上皮细胞

高倍显微镜下观察线粒体的形态和分布

3.实验结果和结论

(1)叶绿体呈绿色、扁平的椭球形或球形,散布于细胞质中。

(2)线粒体被染成蓝绿色,细胞质接近无色。

观察叶绿体和线粒体的四点提醒

(1)观察叶绿体时,临时装片中的材料要随时保持有水状态,否则细胞失水皱缩,将影响对叶绿体形态的观察。

(2)用健那绿染液染色时,不需要破坏细胞,因为健那绿染液是将活细胞中线粒体染色的专一性染料,可使活细胞中的线粒体呈现蓝绿色,而细胞质接近无色。

(3)由于高等植物叶肉细胞中既含有叶绿体又含有线粒体,所以观察线粒体时不宜选用植物叶肉细胞,否则叶绿体的颜色会影响线粒体的观察。

(4)制作观察线粒体的临时装片时,是滴一滴健那绿染液在载玻片中央,而不是滴一滴生理盐水。

题型　实验操作和观察结果

1.下列关于“用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体”实验的说法不正确的是(　C　)

A.健那绿染液是一种活细胞染料,几乎不损伤细胞

B.在高倍显微镜下,可看到绿色、扁平的椭球形或球形的叶绿体

C.健那绿染液可将细胞质染成蓝绿色

D.藓类叶片可直接制作装片观察叶绿体

解析:健那绿染液是活细胞染料,可将线粒体染成蓝绿色,而细胞质则几乎无色;在高倍显微镜下可以观察到叶绿体呈绿色、扁平的椭球形或球形;藓类叶片很薄,可直接用于制作临时装片。

2.(2019·广东广州模拟)下列关于“用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体”的实验,说法不正确的是(　C　)

A.细胞在实验过程中要始终保持活性

B.选用含叶绿体少而大的细胞来观察

C.高倍镜下,可看到叶绿体内部有许多基粒

D.在高倍镜下可以看到被健那绿染成蓝绿色的线粒体

解析:叶绿体的基粒在电子显微镜下才能看到。

 [构建知识网络]

[强化思维表达]

1.叶绿体、线粒体和细胞核都含有DNA和RNA,都能进行DNA的复制和转录,叶绿体和线粒体还能进行翻译过程,产生部分自身需要的蛋白质。

2.核糖体:由蛋白质和rRNA组成,是蛋白质(肽链)的合成场所。

3.中心体:由相互垂直的两个中心粒组成,与动物细胞和低等植物细胞的分裂有关。

4.内质网:脂质的合成,蛋白质的初加工。

5.高尔基体:蛋白质的再加工、分类和包装,植物细胞壁的形成。

6.溶酶体:含有多种水解酶,能分解衰老、损伤的细胞器,吞噬并杀死侵入细胞的病毒或病菌。

7.分泌蛋白运输的方向:核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜。