3.2细胞器——系统内的分工合作 课件-2024-2025学年高一上学期人教版（2019）生物必修1

第3章 细胞的基本结构 细胞质基质（胶质状态） 细胞器： 细胞 细胞质内有许多具有一定的形态结构和功能的结构，它们统称为细胞器。 细胞膜——系统的边界 细胞质 细胞核——系统的控制中心 第3章 细胞的基本结构 细胞器之间的分工合作 本节聚焦： 1、细胞内有哪些主要的细胞器？ 2、细胞器是如何分工合作，共同完成细胞的生命活动的？ 3、什么是生物膜系统？它具有什么功能？ 第2节 细胞器——系统内的分工合作 C919飞机是我国研制的新一代大型客机。研制C919飞机需要若干部门分工合作，如整体研发设计、特种材料及工艺技术、机载系统研发、总装制造等部门。 2、细胞中是否也具有多种不同“部门”？这些“部门”也存在类似的分工与合作吗？ 研制大飞机是一个复杂的系统工程，需要 不同部门的合作与配合，缺少任何一个部门都难以完成研制的工作。 细胞是一个更复杂的系统，细胞内分布着诸多的“部门”，它们既有分工又有合作，共同配合完成着生命活动。 这说明细胞的生命活动也是需要多个“部门”和“车间”协调配合完成的。 问题探讨 1、如果缺少其中的某个部门，C919飞机还能制造成功吗？ 细胞质 细胞质基质: 细胞器: 许多化学反应在此进行 线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、核糖体、溶酶体、中心体、液泡等 呈溶胶状，由水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸、多种酶组成 （细胞代谢的主要场所） （细胞质中忙碌不停的、有一定结构的“部门”） 细胞器之间的分工 Division of labor between organelles 细胞核 细胞器之间的分工 Division of labor between organelles 亚显微结构 电子显微镜 （0.2nm） 显微结构 （0.2μm） 光学显微镜 细胞器之间的分工 Division of labor between organelles 亚显微结构 电子显微镜 （0.2nm） 显微结构 （0.2μm） 光学显微镜 1、破坏细胞膜，制成细胞匀浆 2、匀浆放入离心管 3、离心器离心 4、细胞器分离 差速离心法 细胞器之间的分工 Division of labor between organelles 采取逐渐提高离心速率的方法，分离不同大小的颗粒 差速离心法 细胞器之间的分工 Division of labor between organelles 细胞匀浆 低速离心 中速离心 高速离心 大颗粒 较大颗粒 小颗粒 细胞核等 线粒体、溶酶体等 内质网、高尔基体等 更高速离心 更小颗粒 核糖体等 植物细胞亚显微结构模式图 动物细胞亚显微结构模式图 细胞壁 位于植物细胞膜外侧，主要由纤维素和果胶构成，具有全透性，对细胞起支持和保护作用。 3. 细胞器之间的分工 核糖体 是生产蛋白质的机器 （脱水缩合的场所） 所有细胞（真、原核细胞唯一共有的细胞器） 有的附于粗面内质网上，有的游离在细胞质基质中 椭球形粒状小体，无膜结构，由蛋白质和RNA构成 分布： 结构： 功能： 核糖体 大亚基 小亚基 蛋白质 RNA 内质网 是蛋白质等大分子物质的合成、加工场所和运输的通道 真核细胞 由单层膜围成的管状、泡状或扁平囊状结构连接形成的一个内腔相通的管道系统 分布： 结构： 功能： 内质网 粗面内质网： 其上有核糖体附着，主要合成分泌蛋白 光面内质网： 无核糖体附着，主要合成脂质 线粒体 是细胞进行有氧呼吸的主要场所，是细胞的动力车间。细胞生命活动所需的能量，大约95％来自线粒体 真核细胞 双层膜结构 分布： 结构： 功能： 线粒体 外膜 内膜 嵴：增大内膜面积 线粒体基质 （内含DNA、RNA和 与有氧呼吸有关的酶） 细胞种类 肝细胞 心肌细胞 动物冬眠状态下的肝细胞 线粒体数目 950 125000 1350 资 料 讨论1：为什么心肌细胞线粒体数量最多？ 讨论2：冬眠状态下肝细胞的线粒体比常态下的多？ 讨论3：从表中所示数据可以看出线粒体的多少与什么有关？ 细胞新陈代谢的旺盛程度。代谢旺盛部位较多，新生细胞比衰老细胞多 心肌运动量大、不停地收缩，需能量多 冬眠时动物维持生命活动的能量主要靠肝脏，肝脏代谢加强，耗能多 细胞质基质中有与有氧呼吸有关的酶 讨论4：原核生物没有线粒体，它怎么进行有氧呼吸呢？ 高尔基体 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 真核细胞 由单层膜构成的扁平囊状结构,内腔不相通 分布： 结构： 功能： 高尔基体 与植物细胞壁的形成有关 扁平膜囊 囊泡 （多个、大小不一） 叶绿体 是绿色植物能进行光合作用的细胞含有的细胞器，是植物细胞的养料制造车间和能量转换站 绿色植物的部分细胞(植物根部细胞不含叶绿体) 扁平的椭球形或球形，双层膜结构 分布： 结构： 功能： 叶绿体 外膜 内膜 叶绿体基质(内含DNA、RNA和与光合作用有关的酶) 细胞器之间的分工 Division of labor between organelles 叶绿体分布 植物根部细胞不含叶绿体 叶肉细胞 幼嫩的茎 保卫细胞 （下表皮） …等部位，呈现绿色的部位 液泡 内有细胞液，含糖类、无机盐、色素和蛋白质等，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。 主要存在于成熟的植物细胞。 单层膜结构，囊泡状。 分布： 结构： 功能： 液泡 （并非植物细胞特有，并非所有植物细胞都有液泡） 细胞质 液泡 与代谢产物贮存有关，花、果等颜色有关 细胞器之间的分工 Division of labor between organelles 液泡 （分生区）细胞呈方形，排列紧密。细胞分裂能力强，因此细胞核较大，拥有大量线粒体、内质网、高尔基体和核糖体，没有液泡。 （根冠）细胞不能分裂，死亡后由分生区补充，没有液泡。 （伸长区）细胞呈长条形，能够吸水，少数细胞能分裂。有较小的液泡。 （根毛区/成熟区）不能分裂，死亡后由伸长区补充，主要吸收水分和无机盐，有较大的液泡。 中心体 与细胞的有丝分裂有关 存在于动物细胞和低等植物细胞中 无膜，由两个相互垂直排列的中心粒及周围物质组成 分布： 结构： 功能： 中心体 中心粒 溶酶体 是细胞的消化车间，内含多种水解酶，能分解衰老、损伤的细胞器，吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌。 主要分布于动物细胞中。 单层膜围绕成的囊泡状结构。 分布： 结构： 功能： 溶酶体 水解酶 找错误 细胞器之间的分工 Division of labor between organelles A与动物细胞的有丝分裂有关 B进行光合作用的场所 C蛋白质的加工和发送 D合成蛋白质的场所 E为细胞生命活动提供能量 F分解衰老、损伤的细胞器 G蛋白质的合成和加工以及脂质合成的场所 H储存物质，使植物细胞坚挺 识别连线 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ 细胞器之间的分工 Division of labor between organelles 成分 含DNA的细胞器 含RNA的细胞器： 含色素的细胞器 结构 无膜的细胞器 单膜的细胞器 双膜的细胞器 中心体、核糖体 液泡、内质网、高尔基体、溶酶体 线粒体、叶绿体 线粒体、叶绿体 线粒体、叶绿体、核糖体 叶绿体、液泡 总结： 细胞器之间的分工 Division of labor between organelles 真、原核细胞及动、植物细胞的判断方法 有无细胞核 无 有 原核细胞 真核细胞 有 无 有无细胞壁 植物细胞 动物细胞 有 无 有无中心体 低等植物 高等植物 你认为细胞中的各种细胞器是随意漂浮在细胞质中的吗？ 细胞器之间的分工 Division of labor between organelles 1、组成： 细胞骨架 （2）与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转换、信息传递等生命活动密切相关 （1）维持细胞形态、锚定并支撑着许多细胞器 2、功能： 蛋白质纤维 实验：用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动 1、实验原理： 叶肉细胞中的叶绿体散布于细胞质中，呈绿色扁平的椭球或球形，可以在高倍显微镜下观察它的形态和分布。 活细胞中的细胞质处于不断流动的状态。观察细胞质的流动，可用细胞质基质中的叶绿体的流动作为标志。 实验 （1）观察叶绿体 （2）观察细胞质的流动 选材 藓类叶 菠菜叶或番薯叶稍带些叶肉的下表皮 新鲜的黑藻 原因 叶片很薄，仅有一两层叶肉细胞，可以取整个小叶直接制片 细胞排列疏松，易撕取；含叶绿体数目少，且个体大； 黑藻幼嫩的小叶扁平，只有一层细胞，可直接制片观察 2、实验材料： 菠菜叶 番薯叶 黑藻叶 苔藓叶 3.方法步骤： 在洁净的载玻片中央滴一滴清水 低倍镜下找到叶片细胞 高倍镜下观察叶绿体的形态和分布 制作藓类（菠菜）叶片临时装片 观察 用镊子取一片藓类的小叶(或取菠菜叶稍带叶肉的下表皮)放入盛有清水的培养皿中 放入水滴中盖上盖玻片 观察叶绿体的形态和分布 原理、选材、步骤、结果、结论 注意：1、实验过程中的临时装片要始终保持有水状态，目的是为了防止叶绿体失水。如果叶绿体失水，叶绿体就缩成一团，无法观察叶绿体的形态和分布。 2、根细胞没有叶绿体 3、为什么要取菠菜叶下表皮而不是上表皮？（下表皮是背阳面，带海绵组织，叶绿体较大且数目少，便于观察） 3.方法步骤： 观察细胞质的流动 在载玻片中央滴一滴清水 低倍镜下找到黑藻叶肉细胞 高倍镜细胞内的叶绿体随细胞质的流动情况 制作黑藻叶 片临时装片 观察 将黑藻先放在光照、室温条件下培养 取新鲜幼嫩的小叶， 放入水滴中盖上盖玻片 原理、选材、步骤、结果、结论 注意：1选取黑藻叶片观察胞质环流时，最好选用叶脉附近的细胞，所观察到的细胞质流动的现象最明显 2、加速黑藻细胞的胞质环流速度有三个方法：光照、提高盛放黑藻的水温（20-25摄氏度）、切伤一小部分叶片 3、细胞质流动与新陈代谢有密切关系，呼吸越旺盛，细胞质流动越快，反之，则越慢。细胞质流动可朝一个方向，也可朝不同的方向。这时细胞器随细胞质基质一起运动，并非只是细胞质的运动。 3.方法步骤： 观察细胞质的流动 在载玻片中央滴一滴清水 低倍镜下找到黑藻叶肉细胞 高倍镜细胞内的叶绿体随细胞质的流动情况 制作黑藻叶 片临时装片 观察 将黑藻先放在光照、室温条件下培养 取新鲜幼嫩的小叶， 放入水滴中盖上盖玻片 1、叶绿体的形态和分布,与叶绿体的功能有什么关系? 2、植物细胞的细胞质处于不断流动的状态，这对于活细胞完成生命活动有什么意义? 叶绿体的形态和分布有利于接受光照，进行光合作用。例如，叶绿体大多呈椭球形，在不同光照条件下会改变方向。在弱光下，叶绿体以其椭球体的正面朝向光源，能接受较多的光照；在强光下，叶绿体以其椭球体的侧面朝向光源，避免叶绿体被灼伤。 细胞质是细胞代谢的主要场所。细胞质中含有细胞代谢所需要原料、代谢所需的催化剂酶、细胞器等物质和结构。细胞质的流动，为细胞内物质运输创造了条件，从而保障了细胞生命活动的正常进行。 讨论： 细胞器之间的协调配合 Coordination between organelles 胞内蛋白 分泌蛋白 作用场所 实例 呼吸酶、血红蛋白 细胞内 消化酶、抗体、部分激素 细胞外 分泌蛋白的合成与运输 有些蛋白质是在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的，这类蛋白质叫作分泌蛋白，如消化酶、抗体和一部分激素等。 蛋白质的合成场所：核糖体 研究方法—同位素标记法 ①同一元素中，质子数相同、中子数不同的原子互为同位素，如16O、18O，12C与14C。 ②稳定同位素是指原子核结构稳定，不会发生衰变的同位素，如15N、18O 等； ③放射性同位素是指原子核不稳定会发生衰变，发出α射线、β射线或γ射线的同位素，如14C、32P、3H、35S等。 12C 14C 用物理性质特殊的同位素来标记化学反应中原子的去向，就是同位素标记法 细胞器之间的协调配合 Coordination between organelles ① 选择同位素3H标记的亮氨酸 ② 将实验细胞放入含有3H-亮氨酸的培养液中短时间培养（3 min） ③ 随后将细胞转入不含3H-亮氨酸的培养液中继续培养。 ④ 不同的时间、多次取样，制备组织切片，利用同位素标记法，追踪被标记亮氨酸的转移路径。 3 min 17min 117min 细胞器之间的协调配合 Coordination between organelles 分泌蛋白的形成与运输 思考·讨论 同位素标记法 同位素示踪技术 3 min 17min 117min 1. 根据所学知识，猜想为什么选用亮氨酸作为同位素3H的标记物？ 亮氨酸是必需氨基酸，必须从环境中获取，所以可以先通过人工标记氨基酸，再由细胞主动吸收，进而追踪其去向。 2. 分泌蛋白是在哪里合成的？ 分泌蛋白是在内质网上的核糖体中合成的。 3 min 17min 117min 3. 分泌蛋白从合成至分泌到细胞外，经过了哪些细胞器或细胞结构？ 尝试描述分泌蛋白合成和运输的过程 核糖体→内质网→囊泡→高尔基体→囊泡→细胞膜 2.分泌蛋白合成和分泌的过程中需要能量吗？能量由哪里提供？ 需要能量，主要是由线粒体通过有氧呼吸提供。 分泌蛋白的合成和运输 核糖体 氨基酸形成肽链 内质网 加工、折叠形成一定空间的蛋白质 高尔基体 进一步修饰加工 细胞膜 囊泡与细胞膜融合 细胞外 转移 囊泡 囊泡 分泌 供能 线粒体 整个过程需要核糖体、内质网、高尔基体、线粒体等细胞器参与，体现了细胞器之间的分工与合作。 在细胞内，许多由膜构成的囊泡就像深海中的潜艇，在细胞中穿梭往来，繁忙地运输着“货物”，而高尔基体在其中起着重要的交通枢纽作用。 分泌蛋白合成和分泌过程中内质网、高尔基体、细胞膜的膜面积变化是怎样的？ 【思考】 细胞器之间的协调配合 Coordination between organelles 内质网的膜面积_____ 减少 综合比较：高尔基体的膜面积__________ 细胞膜的膜面积_____ ① ② ③ ④ 基本不变 增加 分泌蛋白合成过程中膜面积的变化 分泌蛋白合成过程中膜面积的变化 内质网膜面积减少，高尔基体基本不变，细胞膜面积增大 细胞的生物膜系统 Biomembrane system 细胞的生物膜系统 细胞器膜（包括内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等）和细胞膜、核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统。 细胞的生物膜系统 Biomembrane system 细胞的生物膜系统 细胞器膜（包括内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等）和细胞膜、核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统。 思考：视网膜、肠粘膜是生物膜吗？ 不是 辨析：原核生物有生物膜（ ） 原核生物有生物膜系统（ ） √ × 这些生物膜的_______和_____很相似，在_____和____上紧密联系，进一步体现了细胞内各种结构之间的协调配合。 各生物膜之间的关系 组成成分 结构 结构 功能 （1）组成成分上的联系 　　①相似性：各种生物膜都主要由 组成； 　　②差异性：各种成分所占的比例不同，与不同生物膜功能的复杂程度有关——功能越复杂的生物膜，其 就越多； 磷脂和蛋白质 蛋白质的种类和数量 （2）结构上的联系 　　①各种生物膜在结构上大致相似，都由 构成基本支架，蛋白质分子分布其中，都具有一定的流动性； 磷脂双分子层 细胞的生物膜系统 Biomembrane system 　 细胞内的生物膜在结构上具有一定的连续性 （双层膜） （单层膜） （单层膜） 细胞的生物膜系统 Biomembrane system 内质网膜 生物膜在结构上的联系 直接联系 囊泡 鼓出 融合 间接联系 囊泡 细胞膜 核膜 高尔基体膜 直接联系 　　各种生物膜在功能上既有明确的分工，又互相配合、协调工作，如分泌蛋白的合成、加工、运输的过程，体现了生物膜在功能上的相互联系； 生物膜在功能上的联系 细胞的生物膜系统 Biomembrane system 细胞的生物膜系统 Biomembrane system 1、细胞膜使细胞具有一个相对稳定的内部环境。在物质运输，能量转换及信息传递中起决定性作用。 　2、广阔的膜面积，为多种酶提供附着位点，使各种化学反应有序进行。 　3、细胞内的生物膜把各种细胞器分隔开，使各种化学反应能同时进行而不互相干扰。保证细胞生命活动高效有序地进行。 生物膜系统的功能 与社会的联系 人工合成的膜材料已用于疾病的治疗 透析型人工肾替代病变的肾，血液透析膜就是人工合成的膜材料。 下图是关于细胞生物膜系统的概念图，请指出各字母所代表的细胞结构： 细胞生物膜系统 a b c d e f h g h g m n p q 进行光合作用 有氧呼吸主要场所 能分解衰老、损伤的细胞器 加工蛋白质、合成脂质 细胞膜 细胞器膜 核膜 叶绿体膜 线粒体膜 溶酶体膜 内质网膜 囊泡膜 高尔基体膜 囊泡膜 学习小结 Learning summary 课堂巩固 Consolidation in class 1、根据下面的表格判断下列说法中正确的是( ) A.具有双层膜结构的细胞器有①、③、⑦ B.不含膜结构的细胞器有②、⑤、⑥ C.发菜细胞中有②、③、⑤三种细胞器 D.花生细胞中脂质的合成与④有关 D ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 线粒体 核糖体 叶绿体 内质网 中心体 高尔基体 溶酶体 课堂巩固 Consolidation in class 2、如图表示分泌蛋白的合成、加工和运输过程，①②③表示细胞器，a、b、c表示某些过程。下列说法错误的是( ) A.①②③分别是内质网、高尔基体和线粒体 B.该过程可以说明细胞器的结构和功能之间具有密切的联系 C.a表示脱水缩合过程，b、c表示蛋白质的加工及运输过程 D.图解中的过程在原核细胞中也可以进行 D $$