2.5 细胞在结构和功能上是一个统一整体-【精彩三年】2024-2025学年高中生物必修1课程探究与巩固Word教参（浙科版2019）

第五节　细胞在结构和功能上是一个统一整体 课程目标 知能目标 素养目标 1.掌握生物膜系统的概念和生物膜之间的相互关联性 2．简述生物膜系统的结构和功能 3．能够说出分泌蛋白的合成、加工、分泌过程，掌握细胞器之间的相互关联性 1.生命观念——通过对分泌蛋白合成、加工和运输的学习，建立部分与整体的生物学观点 2．科学思维——通过构建数学模型和物理模型，加深对分泌蛋白合成、加工和运输等相关过程的理解 3．科学探究——运用同位素标记等方法巧妙设计实验方案，探究生命活动的过程与规律 (见学生用书P44)　 　 知识点一　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：__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．生物膜系统之间的联系 小思考：原核细胞有没有生物膜系统？ 【答案】没有。因为原核细胞只有细胞膜，没有核膜及多种细胞器膜。 知识点二　细胞内各结构协调配合，共同执行生命活动 1．分泌蛋白的概念及实例 (1)概念：在__细胞内__合成后，分泌到__胞外__发挥作用的一类蛋白质。 (2)实例：__消化酶__、__抗体__和一部分激素，如胰岛素。 2．分泌蛋白的合成和分泌过程 (1)合成场所：附着在内质网上的__核糖体__。 (2)合成、加工、运输过程 (3)提供能量的细胞器：__线粒体__。 3．囊泡运输 小思考：生物膜各组分间的联系都只能通过囊泡吗？ 【答案】不是。内质网向内与核膜相连，向外与细胞膜相连，是直接联系，可以不通过囊泡。 知识点三　生物膜系统的作用 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．生物膜将细胞内部划分成__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．生物膜系统为__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。 4．生物膜系统的各组分可以__相互转化__，在__结构__和__功能__上成为一个统一的整体。 探本思辨 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)生物膜是对生物体内所有膜结构的统称。(　×　) (2)生物膜都具有选择透过性。(　√　) (3)细胞内的囊泡都是由高尔基体产生的。(　×　) (4)生物膜系统成分的更新依赖于囊泡的移动。(　√　) (5)生物膜是细胞进行物质合成的唯一场所。(　×　) (6)真核生物细胞具有生物膜系统，有利于细胞代谢有序进行。(　√　) 2．情境分析 蛋白质是生命活动的主要承载者，合成的分泌蛋白运输到细胞外的过程如图所示。其中①为内质网产生的囊泡，②为正在与高尔基体融合的囊泡，③为高尔基体，④为高尔基体产生的囊泡，⑤为细胞膜。思考并回答下列问题。 (1)蛋白质合成的场所在哪？据图分析，合成的分泌蛋白如何由内质网运输到高尔基体？ 【答案】蛋白质合成的场所为核糖体；合成的分泌蛋白通过囊泡的形式由内质网运输到高尔基体。 (2)囊泡产生和融合的过程体现了膜结构具有什么特点？ 【答案】体现了膜结构具有流动性。 (3)通过分析囊泡的产生和融合过程，试回答分泌蛋白运输到细胞外的过程中，内质网膜、高尔基体膜和细胞膜的膜面积变化情况。 【答案】分泌蛋白运输到细胞外的过程中，内质网产生囊泡，其膜面积相对减少；内质网的囊泡移动到高尔基体并与其融合，高尔基体又产生囊泡将分泌蛋白包裹并运输到细胞膜，因此高尔基体的膜面积先增加，后减少，整个过程中基本不变；高尔基体同样以囊泡的形式与细胞膜融合，因此，细胞膜的膜面积相对增加。 (见学生用书P45)　 　 类型一 生物膜系统误区辨析 误区 辨析 误以为中心体、核糖体、膀胱膜、肠系膜属于生物膜系统 中心体、核糖体是无膜细胞器；生物膜系统是指真核细胞内的所有膜结构(包括囊泡)，膀胱膜、肠系膜不是细胞内的膜结构 误以为生物膜和生物膜系统是两个对等的概念 生物膜是一种动态的结构，具有膜脂的流动性和膜蛋白的运动性。生物膜系统是各种具有生物膜的结构组合，这些生物膜结构相互之间存在一定的联系，构成一个系统 续表 误区 辨析 误以为内质网膜和高尔基体膜之间是直接联系 内质网膜和高尔基体膜之间需囊泡介导产生联系，所以它们之间是间接联系 误以为细胞内所有的结构都通过生物膜系统进行联系 细胞内有些结构没有细胞膜，如核糖体，核糖体通过附着在内质网上实现与其联系 典例 下列有关生物膜系统的说法，正确的是(　B　) A．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中内质网一般比较发达 C．各种生物膜的化学组成和结构完全相同 D．细菌也具有生物膜系统，否则就不能进行正常的生命活动 【解析】细胞器膜和核膜、细胞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；内质网是蛋白质加工的场所，合成蛋白质类激素的分泌细胞中内质网一般比较发达，B正确；虽然生物膜的组成成分和结构很相似，但因为功能不同还存在着差异，如糖蛋白和信息识别有关，所以细胞膜上的糖类较多，相比之下细胞器膜与核膜上的糖类较少，C错误；细菌只有细胞膜，不具有生物膜系统，其可以进行正常的生命活动，D错误。 2024·湖州二中高一细胞膜和细胞内多种结构边界的膜称为生物膜，有利于完成各自的功能，且又相互联系。下列叙述正确的是(　D　) A．胰蛋白酶的合成与分泌涉及的结构都属于生物膜系统 B.各种生物膜在结构上彼此独立，在功能上相互联系 C．细胞自身衰老的细胞结构和碎片等的消化不需要生物膜系统参与 D．许多膜结构之间通过囊泡的定向运输而实现相互转化 【解析】胰蛋白酶的合成与分泌涉及的结构依次是核糖体→内质网→囊泡→高尔基体→囊泡→细胞膜，其中核糖体没有膜结构，不属于生物膜系统，A错误。生物膜的组成成分和结构很相似，因此才能够相互转化，如内质网膜形成的囊泡可以成为高尔基体膜的一部分，高尔基体膜形成的囊泡还可以与细胞膜融合。各种生物膜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配合，B错误。细胞自身衰老的细胞结构和碎片等的消化，主要依靠溶酶体内的水解酶，溶酶体属于生物膜系统，C错误。许多膜结构之间通过囊泡的定向运输而实现相互转化，如：内质网→囊泡→高尔基体→囊泡→细胞膜，从而实现内质网膜、高尔基体膜、细胞膜之间的相互转化，D正确。 类型二 分泌蛋白合成、加工与分泌过程 归纳总结 1．胞内蛋白与分泌蛋白的比较 比较项目 胞内蛋白 分泌蛋白 合成场所 游离核糖体 附着在内质网上的核糖体 作用场所 细胞内 细胞外 实例 血红蛋白、与需氧呼吸有关的酶 消化酶、抗体、胰岛素 2．分泌蛋白的合成、加工、运输过程模型与解读 (1)模型图示 (2)模型解读 (3)构建分泌蛋白合成、加工、运输的模型图 ①曲线图 标记氨基酸出现的先后顺序：核糖体→内质网→囊泡→高尔基体→囊泡→细胞膜(→胞外)，如图1。 ②柱状图和曲线图 膜面积变化的结果：内质网膜面积缩小，细胞膜面积增大，高尔基体膜面积基本不变，如图2和图3。 3．各种生物膜之间是相互联系的，体现在以下三个方面 (1)在化学组成上的联系 ①相似性：各种生物膜在组成成分的种类上基本相同，都主要由蛋白质和脂质组成。 ②差异性：各种生物膜在组成成分的含量上有显著差异，这与不同的生物膜功能的复杂程度有关。功能越复杂的生物膜中，蛋白质的种类和数量就越多；具有识别功能的膜中多糖含量多。 (2)在结构上的联系 (3)在功能上的联系：分泌蛋白合成、加工、运输过程，体现了各种细胞器之间的协调配合。 4．细胞内各结构协调配合的实例分析 (1)分泌蛋白的形成：与之相关的细胞结构主要有核糖体、内质网、囊泡、高尔基体，该过程中需要线粒体提供能量。 (2)残渣、异常分子或衰老细胞的分解：被内质网或其他膜结构形成包裹的囊泡→与溶酶体融合→消化分解。 5．“三看法”判断分泌蛋白的合成、加工、运输过程中的细胞结构 典例 2024·义乌中学高一下图为人体内某种细胞，膜外颗粒状物质为抗体。据图回答下列问题。 (1)细胞内合成抗体的场所是[③]__核糖体__，加工并分泌的过程是③→__②__→__⑥__→__④__→⑥→⑦，这一过程一方面说明生物膜在结构上具有__一定的流动__性，另一方面也说明它们在结构和功能上是紧密联系的。 (2)图中生物膜包括__细胞器膜、细胞膜、核膜__等。它们在结构和化学组成上都很相似，都以__磷脂双分子层__为基本骨架。实验证明⑤的内膜上蛋白质含量高于外膜，其原因是__⑤的内膜上附着有许多与需氧呼吸有关的酶__。 【解析】(1)核糖体合成多肽链，内质网对其加工，通过囊泡运输到高尔基体，高尔基体对来自内质网的蛋白质进行加工，通过囊泡与细胞膜融合，将抗体分泌到细胞外，在这个过程中线粒体提供能量。这个过程中膜的转化依赖于膜的流动性，从功能上体现了生物膜系统相互之间的分工和紧密联系。(2)题图中生物膜包括细胞膜、核膜及细胞器膜等。生物膜都由磷脂双分子层构成膜的基本骨架。膜上蛋白质的含量与膜的功能有关，功能越复杂的膜，其膜上蛋白质的含量和种类越多。线粒体的内膜上附着有许多与需氧呼吸有关的酶。 1．右图为某分泌蛋白运输到细胞外的示意图，下列说法正确的是(　B　) A．该分泌蛋白在粗面内质网上合成 B．该过程需要线粒体提供能量 C．与该过程直接相关的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体、细胞膜 D．该蛋白质可能为膜蛋白 【解析】该分泌蛋白在粗面内质网上的核糖体上合成，A错误；线粒体是细胞的“动力工厂”，该过程需要线粒体提供能量，B正确；与该过程直接相关的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体，细胞膜不是细胞器，C错误；由题图可知，该蛋白质不是膜蛋白，D错误。 2．2024·绍兴鲁迅中学高一图1表示分泌蛋白的形成过程，其中a、b、c分别代表不同的细胞器，图2表示该过程中部分结构的膜面积变化。下列相关叙述错误的是(　C　) A. 图1中的a、b、c分别是核糖体、内质网和高尔基体 B．图1中构成分泌蛋白的物质X最多有20种，b的产物没有生物活性 C．图2说明高尔基体与内质网和细胞膜之间没有相互转换 D．图1、图2所示变化都能体现生物膜具有流动性 【解析】分泌蛋白的形成依次经过的细胞器是核糖体、内质网和高尔基体，因此图1中a、b、c分别代表核糖体、内质网和高尔基体，A正确。图1中物质X代表氨基酸，是构成蛋白质的基本单位，最多有20种，b是内质网，能够对蛋白质进行初步加工，再经过高尔基体进一步加工的蛋白质才具有生物活性，B正确。图2显示的是内质网、高尔基体和细胞膜的膜面积在分泌蛋白的合成和分泌前后的变化，说明该过程中高尔基体与内质网和细胞膜之间是可以相互转换的，C错误。图1中分泌蛋白的运输和转运过程是通过囊泡进行的。图2表示内质网、高尔基体和细胞膜的膜面积在分泌蛋白的合成和分泌前后的变化，二者都能体现生物膜具有流动性，D正确。 类型三 囊泡知识拓展1．囊泡是生物膜系统各组分间实现物质运输和膜成分更新的中介，是生物膜系统不可缺少的一部分。 2．囊泡由一层或双层单位膜包裹，呈球形或椭球形结构，可来自内质网、高尔基体和细胞膜等细胞结构。来自内质网的囊泡会运输到高尔基体、溶酶体等，来自高尔基体的囊泡会运输到内质网、溶酶体、细胞膜等，来自细胞膜的囊泡会运输到溶酶体等。 3．囊泡运输的不止是蛋白质，还有脂质和糖类等；囊泡膜上可运输膜蛋白和脂质等，参与细胞器的组成并完成特定的细胞功能；囊泡内部可包裹内含物，有的被分泌到细胞外，如一些激素、酶等，有的参与细胞内大分子物质的降解，如自噬体或吞噬泡中的物质。 4．囊泡运输是沿着细胞骨架中的微管移动的，运输到特定部位后与其膜特异性识别后融合，体现了膜的流动性；整个过程需要消耗能量。 5．细胞中存在很多小泡，比如自噬体、吞噬泡、蛋白质分泌泡、突触小泡等，本质都是囊泡。 典例 图甲表示细胞通过形成囊泡运输物质的过程，图乙是图甲的局部放大图。不同囊泡介导不同途径的运输。图中①～⑤分别表示不同的细胞结构，请分析并回答下列问题。 (1)图甲中囊泡膜的基本骨架是__磷脂双分子层__。囊泡膜与细胞膜、线粒体膜、高尔基体膜三种生物膜中的__线粒体膜__的成分差异最大。 (2)图甲中的囊泡Y直接来自[　④　]__高尔基体__，将其中的物质运输至结构⑤。结构⑤中含有多种水解酶，可以吞噬并杀死侵入细胞的病毒或病菌，据此可知该结构的名称是__溶酶体__；结构⑤除了具有上述功能外，还可以分解__衰老、损伤的细胞器__。 (3)如果图甲所示细胞为具有分泌功能的细胞，囊泡X中的物质在③中加工后再运输至④，在④中进行__加工、分类和包装__。图乙表示的是细胞膜将细胞内“货物”运输至细胞外的过程，从细胞膜的角度分析，该方式得以进行的结构基础是__细胞膜上有能与囊泡上的蛋白质A特异性识别并结合的蛋白质B，且细胞膜具有一定的流动性__。 【解析】(1)图甲中囊泡膜的基本骨架是磷脂双分子层。细胞膜与高尔基体都可以形成囊泡，并且线粒体内膜上有与需氧呼吸相关的酶，故囊泡膜与线粒体膜成分差异最大。(2)图甲中的囊泡Y直接来自④高尔基体，将其中的物质运输至结构⑤溶酶体中。溶酶体中含有多种水解酶，可以吞噬并杀死侵入细胞的病毒或病菌，还可以分解衰老、损伤的细胞器。 (3)如果图甲所示细胞为具有分泌功能的细胞，囊泡X中的物质为分泌物，在③内质网中加工后再运输至④高尔基体进行进一步加工、分类和包装。图乙表示的是细胞膜将细胞内“货物”运输至细胞外的过程，该方式得以进行的结构基础是细胞膜上有能与囊泡上的蛋白质A特异性识别并结合的蛋白质B且细胞膜具有一定的流动性。 1．美国科学家James E．Rothman、Randy W．Schekman以及德国科学家Thomas C．Südhof，由于发现了囊泡准确转运物质的调控机制，共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。细胞内部产生的蛋白质被包裹于膜泡形成囊泡，介导不同途径的运输，在正确的时间把正确的细胞“货物”运送到正确的目的地。以下相关叙述错误的是(　B　) A．囊泡能将正确的“货物”运送到正确的目的地，说明囊泡膜表面有与识别有关的物质 B.细胞器之间都能通过囊泡进行物质运输 C．细胞内的囊泡运输机制出现问题，可能会导致糖尿病等 D．囊泡运输过程体现了膜的流动性，也需要消耗能量 【解析】囊泡能将正确的“货物”运送到正确的目的地，说明囊泡膜表面有与识别有关的物质，A正确；核糖体没有膜结构，不能通过囊泡运输，B错误；胰岛素是分泌蛋白，细胞内囊泡运输机制出现问题，可能会导致胰岛素等的分泌受阻，从而出现糖尿病等，C正确；囊泡运输依赖于生物膜的流动性特点，需要消耗能量，D正确。 2．下图表示某动物细胞合成的分泌蛋白运输到细胞外的过程。下列叙述不正确的是(　D　) A.①②膜的组成成分和结构相似 B．线粒体可为分泌蛋白的加工和运输提供能量 C.此过程体现了细胞器之间的协调配合 D．核糖体中合成的肽链进入①需要通过囊泡运输 【解析】①内质网和②高尔基体膜的组成成分和结构相似，组成成分主要都是蛋白质和脂质，基本骨架都是磷脂双分子层，A正确；线粒体可为分泌蛋白的加工和运输提供能量，B正确；此过程体现了核糖体、内质网和高尔基体等多种细胞器之间的协调配合，C正确；核糖体无膜结构，其中合成的肽链进入①内质网不需要通过囊泡运输，D错误。 课堂检测 1．在胰腺细胞中，与分泌蛋白的合成、运输、分泌直接相关的细胞器分别是(　D　) A．高尔基体、线粒体、核糖体 B．内质网、高尔基体、线粒体 C．核糖体、中心体、高尔基体 D．核糖体、内质网、高尔基体 【解析】分泌蛋白合成与分泌过程：附着在内质网上的核糖体合成蛋白质→内质网进行初步加工→内质网“出芽”形成囊泡→高尔基体进行再加工，形成成熟的蛋白质→高尔基体“出芽”形成囊泡→细胞膜将蛋白质分泌到细胞外。由此可见，与分泌蛋白合成、运输、分泌直接相关的细胞器有核糖体、内质网和高尔基体。 2．2024·艾青中学高一用35S标记一定量的氨基酸培养某哺乳动物的乳腺细胞，测得与合成和分泌乳蛋白相关的一些细胞器上放射性强度的变化曲线如图甲所示，有关的生物膜面积的变化曲线如图乙所示。图中曲线所代表的细胞结构相同的是(　D　) 　 　　　　 　　　　　 　　　 A．a和d；c和f B．c和f；a和e C．a和e；c和d D．b和d；c和f 【解析】分泌蛋白依次经过的细胞器：核糖体、内质网(单层膜)、高尔基体(单层膜)，最后经过细胞膜(单层膜)排出细胞。图甲中放射性物质出现的顺序依次是a、b、c，所以a是核糖体，b是内质网，c是高尔基体。分泌蛋白形成过程中内质网以囊泡的形式包裹蛋白质进入高尔基体进一步加工，高尔基体又以囊泡的形式包裹蛋白质与细胞膜融合，将蛋白质释放，这个过程中，内质网膜面积减少，对应图乙中的d，高尔基体膜面积增加后又减少，对应图乙中的f，细胞膜面积增加，对应图乙中的e，所以b和d都代表内质网，c和f都代表高尔基体。 3．为了研究豚鼠胰腺腺泡细胞内分泌蛋白的形成和分泌过程，研究人员向胰腺腺泡细胞内注射一定量3H标记的亮氨酸后，追踪观察放射性在细胞内的分布情况。正确的结果是(　A　) A.培养一段时间后，细胞膜外能观察到3H标记 B．内质网是首先观察到3H标记的细胞器 C．高尔基体是首先观察到3H标记的细胞器 D．3H标记先出现在高尔基体后到内质网 【解析】3H标记的亮氨酸是合成分泌蛋白的原料，因此培养一段时间后，细胞膜外能观察到3H标记，A正确；核糖体是首先观察到3H标记的细胞器，B、C错误；3H标记先出现在内质网后出现在高尔基体，D错误。 4．2024·舟山中学高一细胞中某分泌蛋白的加工和运输的部分过程示意图如图所示。下列有关分析错误的是(　B　) A. 分泌蛋白的运输过程体现了生物膜在功能上的协调配合 B．囊泡与高尔基体的融合不需要消耗细胞代谢产生的能量 C．在化学成分上，内质网膜和高尔基体膜具有相似性 D．分泌蛋白合成越旺盛的细胞，其高尔基体膜成分的更新速度越快 【解析】分泌蛋白的运输过程体现了生物膜在功能上的协调配合，A正确；囊泡与高尔基体的融合是耗能过程，需要消耗细胞代谢产生的能量，B错误；由题图可知，内质网膜与高尔基体膜可以通过囊泡进行转化，说明内质网膜和高尔基体膜在化学成分上具有相似性，C正确；分析题图可知，分泌蛋白的运输中囊泡是运输的枢纽，因此分泌蛋白合成越旺盛的细胞，其高尔基体膜成分的更新速度越快，D正确。 5．2024·缙云中学高一M6P(甘露糖——6——磷酸)途径是溶酶体分选的主要途径之一。下图是M6P途径分选溶酶体酶形成溶酶体(含有多种水解酶)的主要过程，字母代表相关细胞器。请回答下列问题。 (1)细胞器B为__高尔基体__，合成溶酶体酶的场所为__核糖体__。 (2)根据图示可知，经过__溶酶体酶磷酸化__过程形成M6P受体识别的信号。研究发现细胞器B中的M6P受体只分布在某个局部，这样分布的意义是__使溶酶体酶与其他蛋白质分离并起到浓缩作用__。 (3)与溶酶体酶脱离的M6P受体可返回细胞器B，也可以__送到细胞膜__，后者的作用是__回收偶尔分泌到细胞外的磷酸化溶酶体酶__。 (4)运输小泡的转运过程体现了__生物膜具有一定的流动性__的特点。 【解析】(1)溶酶体酶的化学本质是蛋白质，溶酶体是由高尔基体形成的，据此分析题图可知：细胞器B为高尔基体，合成溶酶体酶的场所为核糖体。(2)溶酶体酶的前体从粗面内质网转移到高尔基体并经过溶酶体酶磷酸化过程形成M6P受体识别的信号。溶酶体酶与M6P受体分离，使溶酶体得以浓缩，可见，细胞器B中的M6P受体只分布在某个局部的意义是使溶酶体酶与其他蛋白质分离并起到浓缩作用。(3)题图显示：与溶酶体酶脱离的M6P受体可返回细胞器B，也可以送到细胞膜，后者的作用是回收偶尔分泌到细胞外的磷酸化溶酶体酶。(4) 运输小泡的转运过程涉及膜的融合，体现了生物膜具有一定的流动性。 温馨提示：请完成高效作业11) 学科网（北京）股份有限公司 $$