第2单元 第3讲 素养提升课——破译新情境 系统实验知能（学生讲义）-【新高考方案】2026年高考生物Ⅰ一轮总复习

第3讲　素养提升课——破译新情境·系统实验知能 一、破译新情境——抽象、理性的学科情境要读懂 新情境问题(一)　运用信号肽假说解释细胞器识别与囊泡运输 [科普科研材料] 蛋白质合成过程中细胞器的识别 　　信号肽假说认为,经典的蛋白分泌可通过内质网—高尔基体途径进行。该过程涉及核糖体与内质网的识别,以及内质网与高尔基体的识别。 1.核糖体与内质网之间的识别 游离的核糖体合成多肽链,当多肽链延伸至70~100个氨基酸残基后,肽链停止延伸,末端信号肽与信号识别颗粒(SRP)结合,SRP与内质网上的SRP受体(DP)结合,将核糖体与新生肽引导至内质网。随后SRP脱离,信号肽引导新生肽链进入内质网腔中。信号肽在进入内质网腔后会被切除,肽链继续合成直至结束,最后核糖体从内质网脱落。 　　[信息助读] 物质或结构 位置和作用 信号肽 位于新生肽链末端,与信号识别颗粒(SRP)结合 信号识别 颗粒(SRP) 位于细胞质基质中,与信号肽结合,并与内质网上的SRP受体(DP)结合 DP 位于内质网上,通过与SRP识别和结合,将核糖体与新生肽引导至内质网 2.内质网和高尔基体之间的识别 细胞内部产生的蛋白质被包裹于膜泡形成囊泡,囊泡被分 成披网格蛋白小泡、COPⅠ被膜小泡以及COPⅡ被膜小泡三种类型。三种囊泡介导不同途径的运输(如图1所示),其中COPⅠ被膜小泡以及COPⅡ被膜小泡的识别和运输过程如图2所示。 　　[信息助读] 　　内质网驻留蛋白是经核糖体合成、内质网折叠和组装后,留在内质网中的蛋白质。若该蛋白被错误地以COPⅡ被膜小泡形式输出到高尔基体,则会被高尔基体以COPⅠ被膜小泡形式送回内质网。内质网逃逸蛋白中的KDEL序列和高尔基体顺面膜囊上的KDEL受体识别及结合是COPⅠ被膜小泡形成的关键,二者的亲和力随pH的升高会逐渐减弱。 [内蕴知识融通] (1)信号肽假说认为,分泌蛋白首先在　　　　　　上起始合成,当多肽链延伸一段序列后,肽链一端的　　　　与信号识别颗粒(SRP)结合,SRP通过与内质网上的DP结合,将核糖体新生肽引导至内质网腔。根据假说可推测,细胞内的两种核糖体　　(填“能”或“不能”)相互转化;内质网膜上的移位子属于一种　　　　　。  (2)COPⅡ被膜小泡负责从　　　　向　　　　　运输“货物”(均填细胞器名称)。若定位在甲中的某些蛋白质偶然掺入到乙中,则图中的　　　　　　　　可以帮助实现这些蛋白质的回收。  (3)为确定两种参与某经典分泌蛋白囊泡运输的基因的功能,科学家筛选了两种酵母菌突变体。与野生型酵母菌电镜照片相比,Sec12基因突变体细胞中内质网特别大;Sec17基因突变体细胞中内质网和高尔基体间积累大量的未融合小泡。据此推测,Sec12基因编码的蛋白质和Sec17基因所编码蛋白质的功能分别是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  [迁移创新训练] 1.(2024·浙江1月选考)浆细胞合成抗体分子时,先合成的一段肽链(信号肽)与细胞质中的信号识别颗粒(SRP)结合,肽链合成暂时停止。待SRP与内质网上SRP受体结合后,核糖体附着到内质网膜上,将已合成的多肽链经由SRP受体内的通道送入内质网腔继续翻译,直至完成整个多肽链的合成并分泌到细胞外。下列叙述正确的是 (　　) A.SRP与信号肽的识别与结合具有特异性 B.SRP受体缺陷的细胞无法合成多肽链 C.核糖体和内质网之间通过囊泡转移多肽链 D.生长激素和性激素均通过此途径合成并分泌 2.(2025·济南一模)科研人员用分离纯化的核糖体在无细胞体系中用编码免疫球蛋白(IgG)轻链的mRNA指导合成多肽,发现合成的多肽比分泌到细胞外的成熟的免疫球蛋白在N端有一段多出的肽链片段(P)。若添加粗面内质网,翻译的产物长度与活细胞分泌的肽链相同,且不含P。据此分析,下列叙述错误的是 (　　) A.细胞内IgG轻链的合成起始于附着型核糖体 B.细胞内合成IgG过程中P在粗面内质网内被剪切 C.P可能参与IgG肽链进入粗面内质网 D.若P功能缺失,则IgG将无法分泌到细胞外 3.(2024·芜湖二模)高尔基体膜上的KDEL受体特异性识别并结合含有短肽序列KDEL的蛋白质,以出芽的形式形成囊泡,通过囊泡运输的方式将错误转运到高尔基体的该类蛋白运回内质网并释放。KDEL受体与KDEL的结合能力随pH升高而减弱。下列说法错误的是 (　　) A.消化酶和抗体都属于该类蛋白 B.该类蛋白运回内质网的过程消耗ATP C.KDEL功能的缺失可能会使高尔基体内该类蛋白的含量增加 D.高尔基体内KDEL受体所在区域的pH比内质网的pH低 新情境问题(二)　载体蛋白的功能及主动运输的能量来源 [科普科研材料] 1.载体蛋白并非只有运输功能　 (1)离子泵:既具有酶的催化功能(催化ATP水解),又具有运输离子的功能,通过主动运输的方式对特定离子进行跨膜运输,如下图所示钠钾泵。 (2)质子泵:具有运输H+的功能,也称为H+泵,又可分为P型、V型和F型质子泵。 ①P型泵和V型质子泵利用ATP释放的能量进行物质跨膜运输,不同的是V型质子泵运输过程不涉及磷酸化和去磷酸化。 ②F型质子泵存在于细菌质膜、线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上,转运H+过程中不形成磷酸化的中间体;F型质子泵不同于P型和V型质子泵,它以相反的方式发挥生理作用,利用质子动力势能合成ATP,又称作H+⁃ATP合成酶。 2.主动运输消耗的能量并不都由ATP直接提供 (1)主动运输的能量来源分为三类(如图1):ATP直接提供能量——ATP驱动泵(ATP酶)、势能——协同转运蛋白、光能——光驱动泵。 (2)协同运输是一种物质的逆浓度跨膜运输,依赖于另一种物质的顺浓度跨膜运输,该过程消耗的能量来自离子顺浓度梯度运输产生的电化学势能(如图2)。 [迁移创新训练] 1.(2024·山东高考)植物细胞被感染后产生的环核苷酸结合并打开细胞膜上的Ca2+通道蛋白,使细胞内Ca2+浓度升高,调控相关基因表达,导致H2O2含量升高进而对细胞造成伤害;细胞膜上的受体激酶BAK1被油菜素内酯活化后关闭上述Ca2+通道蛋白。下列说法正确的是 (　　) A.环核苷酸与Ca2+均可结合Ca2+通道蛋白 B.维持细胞Ca2+浓度的内低外高需消耗能量 C.Ca2+作为信号分子直接抑制H2O2的分解 D.油菜素内酯可使BAK1缺失的被感染细胞内H2O2含量降低 2.(2024·甘肃高考)维持细胞的Na+平衡是植物的耐盐机制之一。盐胁迫下,植物细胞膜(或液泡膜)上的H+⁃ATP酶(质子泵)和Na+⁃H+逆向转运蛋白可将Na+从细胞质基质中转运到细胞外(或液泡中),以维持细胞质基质中的低Na+水平(见下图)。下列叙述错误的是 (　　) A.细胞膜上的H+⁃ATP酶磷酸化时伴随着空间构象的改变 B.细胞膜两侧的H+浓度梯度可以驱动Na+转运到细胞外 C.H+⁃ATP酶抑制剂会干扰H+的转运,但不影响Na+转运 D.盐胁迫下Na+⁃H+逆向转运蛋白的基因表达水平可能提高 3.(2025·大连模拟)ATP驱动泵能利用ATP水解释放的能量将小分子或离子进行跨膜转运。有下图所示的3种类型。相关叙述正确的是 (　　) A.Ca2+泵可发生磷酸化改变泵的蛋白质构象进行Ca2+的转运过程 B.Na+⁃K+泵依赖ATP水解释放能量维持神经细胞内高Na+低K+的环境 C.V型质子泵与F型质子泵运输H+的方式不同,仅后者属于主动运输 D.F型质子泵广泛分布于线粒体内膜、叶绿体的内膜上 二、系统实验知能——观察类实验 1.归纳比较四个观察类实验 实验名称 观察对象 细胞状态 染色剂 常用实验材料 观察叶绿体和细胞质的流动 叶绿体 活细胞 无 菠菜叶稍带叶肉的下表皮、藓类的小叶 观察植物细胞的质壁分离与复原 紫色 大液泡 活细胞 成熟植物细胞,如紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞 观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂 染色体 死细胞 甲紫溶液(或醋酸洋红液) 洋葱根尖 低温诱导植物细胞染色体数目的变化 染色体 死细胞 甲紫溶液 蒜(或洋葱)根尖 2.观察类实验一般操作流程 [专题提能训练] 1.(2024·北京高考)高中生物学实验中,利用显微镜观察到下列现象,其中由取材不当引起的是 (　　) A.观察苏丹Ⅲ染色的花生子叶细胞时,橘黄色颗粒大小不一 B.观察黑藻叶肉细胞的胞质流动时,只有部分细胞的叶绿体在运动 C.利用血细胞计数板计数时,有些细胞压在计数室小方格的界线上 D.观察根尖细胞有丝分裂时,所有细胞均为长方形且处于未分裂状态 2.(2025·连云港模拟)右图是某同学用黑藻叶细胞观察叶绿体以及 质壁分离和复原时所拍摄的显微图像。相关叙述错误的是 (　　) A.在图示状态下,a、b处浓度大小可能为a=b、a>b或a<b B.相邻叶绿体的平均距离不断变大说明叶细胞处于质壁分离复原的过程 C.在观察叶绿体时,不同细胞中细胞质环流的方向都相同 D.在细胞发生质壁分离的过程中,胞质环流的速率会减慢 3.大蒜是一种常见的药食两用植物,因其取材方便,常作为生物学实验的材料。以下是某校生物兴趣小组的同学以大蒜为材料进行的一些生物学实验,回答下列问题: (1)图甲为小组同学利用紫皮大蒜鳞茎叶外表皮细胞探究植物细胞吸水和失水的实验结果。实验中,在盖玻片一侧滴加0.3 g/mL的蔗糖溶液后,在另一侧用吸水纸引流,重复几次后,在　　　　(填“低倍”或“高倍”)显微镜下即可观察到细胞A正在进行细胞壁和　　　　　　　的分离。若要将细胞A移到视野中央,可将装片向　　　(填“左”或“右”)移动。之后,用清水代替0.3 g/mL的蔗糖溶液,重复上述操作,若观察到细胞A发生　　　　　　,则说明该细胞仍具有活性。  (2)农作物长期水淹会出现烂根,原因可能是根细胞无氧呼吸产生的酒精有毒害作用。该兴趣小组欲探究不同浓度酒精对大蒜鳞茎叶外表皮细胞的毒害作用,设计了如下实验: ①分别取浓度为0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%的酒精溶液,置于7个培养皿中; ②撕取大蒜鳞茎叶外表皮分别置于上述7个培养皿中,处理30 min; ③将大蒜鳞茎叶外表皮取出漂洗后,制成临时装片,经0.3 g/mL的蔗糖溶液处理后,观察并统计细胞的质壁分离情况; ④计算发生质壁分离细胞所占百分比,结果如图乙所示。 该实验的自变量是　　　　　　　　,无关变量有　　　　　　　　　(列举两种);常见的对照实验类型有空白对照、相互对照、自身对照等,该实验方案体现了　　　　　　　　　　,实验结果表明　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  课下请完成热考主题·真题集训(二) [真题集训:功能多样的膜蛋白(作业分册P433)] 学科网（北京）股份有限公司 $$