2027届高考生物人教版一轮复习第5讲　细胞器和生物膜系统

该高中生物学高考复习学案系统覆盖主要细胞器结构功能、生物膜系统、分泌蛋白合成及实验等核心考点，以结构与功能观为主线串联知识，通过知识梳理、思考问题及判断对错等设计，引导学生自主构建层次分明的知识网络。 亮点在于诊断性自测与科学方法融合，如设置“判断对错”“思考”等自主诊断工具，结合差速离心法、同位素标记法等科学方法解读，培养生命观念与科学思维。高考真题演练和实验流程分析助力探究实践能力提升，帮助学生自主诊断薄弱点，教师可依学情精准指导。

第5讲　细胞器和生物膜系统 【思维导图】 考点一　主要细胞器的结构和功能 【知识梳理】 一、细胞质 细胞质包括　细胞质基质　(呈溶胶状)和　细胞器　,前者是活细胞进行细胞代谢的主要场所,后者是细胞质中悬浮着的具有特定功能的亚细胞结构的总称。  二、细胞器的结构、功能和分类 1.细胞器的结构和功能 (1)叶绿体(植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”) 分布 绿色植物能进行光合作用的细胞中 结构 ①双层膜:内膜和外膜 ②基粒:由囊状结构的类囊体堆叠而成(增大膜面积),含与光合作用(光反应阶段)有关的色素和酶 ③基质:含少量　DNA　、　RNA　以及与光合作用(暗反应阶段)有关的　酶　,含有核糖体  功能 绿色植物进行光合作用的场所 (2)线粒体(细胞的“动力车间”) 结构 ①双层膜:　内膜　上含大量与有氧呼吸有关的酶  ②嵴(由内膜向内折叠形成):增大膜面积,为大量与有氧呼吸有关的酶提供附着位点 ③基质:含少量　DNA　和　RNA　,含大量与有氧呼吸有关的酶,含有核糖体  功能 有氧呼吸的　主要　场所  (3)内质网(蛋白质合成和加工以及脂质合成的“车间”,膜面积最大的细胞器) 结构 ①单层膜形成的膜性管道系统,外连　细胞膜　,内连　核膜　  ②粗面内质网:膜表面附着许多核糖体,参与分泌蛋白等的合成、加工和运输 ③光面内质网:无核糖体附着,参与糖类的代谢、脂质的合成与分泌等 功能 ①粗面内质网是细胞内蛋白质等大分子合成、加工的场所,光面内质网是脂质合成的“车间” ②蛋白质运输的通道 (4)高尔基体(蛋白质加工、分类和包装的“车间”“发送站”及“交通枢纽”) 结构 ①由扁平囊状结构和囊状小泡组成 ②单层膜 功能 ①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” ②植物:与　细胞壁　的形成有关,纤维素是植物细胞壁的主要组成成分  ③动物:与　分泌物　的形成有关  (5)液泡 分布 主要存在于植物细胞中 结构 ①单层膜,囊泡状(光学显微镜下可以观察到) ②细胞液:含有　色素　、糖类、无机盐、蛋白质等  功能 ①调节植物细胞内的环境 ②调节植物细胞渗透压,使细胞保持坚挺 (6)溶酶体(细胞的“消化车间”) 分布 主要存在于动物细胞中 结构 ①单层膜,含有多种水解酶 水解酶由核糖体合成 ②不同类型的细胞中,溶酶体的形态、大小不同,一般呈球形泡状 功能 ①分解衰老、损伤的细胞器 ②吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌 (7)核糖体(“生产蛋白质的机器”) 结构 ①无膜结构,小颗粒状 ②由蛋白质和RNA组成 ③包括大、小两个亚单位 功能 蛋白质的合成场所 (8)中心体 分布 动物与低等植物细胞中 结构 ①无膜结构 ②由两个互相垂直排列的中心粒(本质是蛋白质)以及　周围物质　组成  功能 与有丝分裂有关(发出星射线形成纺锤体) 2.细胞器的分类 【提醒】细胞结构与功能中的“一定”“不一定”与“一定不” ①能进行光合作用的生物不一定有叶绿体,如蓝细菌。②能进行有氧呼吸的生物不一定有线粒体,如需氧细菌,但真核生物的有氧呼吸一定主要发生在线粒体中。③真核细胞的光合作用一定发生在叶绿体中,丙酮酸彻底氧化分解一定发生在线粒体中。④蛋白质的合成场所一定是核糖体。⑤有中心体的细胞不一定是动物细胞,但一定不是高等植物细胞。⑥在真核生物中,经高尔基体加工分泌的物质不一定是分泌蛋白,但分泌蛋白一定经高尔基体加工。⑦“葡萄糖→丙酮酸”的反应一定不发生在细胞器中。⑧没有叶绿体或大液泡的细胞不一定是动物细胞,如根尖分生区细胞。 【思考】 (1)少量溶酶体酶泄漏到细胞质基质中是否会引起细胞损伤?为什么?　不会,细胞质基质中的pH大约为7.0,此环境中溶酶体的酶活性大大降低　。  (2)线粒体内膜的蛋白质种类和数量比外膜多,请从结构与功能观角度分析原因:　功能越复杂的生物膜,其上蛋白质的种类和数量越多,有氧呼吸的第三阶段在线粒体内膜上进行　。  (3)心肌细胞比皮肤表皮细胞有更多的线粒体,原因是　心肌细胞收缩需要大量能量,线粒体是能量供应的“动力车间”　。  【判断对错】 根据细胞代谢需要,线粒体可在细胞质基质中移动和增殖。 (√) 　　【提示】 根据细胞代谢需要,线粒体可在细胞质基质中移动和增殖,主要集中在需要大量能量的部位。 三、植物细胞的细胞壁 不同生物细胞壁的主要成分不同。植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖,而真菌细胞壁的主要成分是由己糖或氨基己糖构成的多糖链(几丁质、纤维素、葡聚糖、甘露聚糖及其他多糖成分)。溶菌酶可以水解肽聚糖,而不能水解几丁质,所以溶菌酶能杀死细菌,却对真菌基本没作用。 四、利用“结构与功能观”理解细胞的特殊性 【高考链接】 一、主要细胞器的结构与功能分析(高频) 1.(2025·重庆卷,T1)用磷脂分子特异性染料处理上皮组织切片,不能被标记的细胞器是()。 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 A.溶酶体 B.核糖体 C.内质网 D.高尔基体 　　【答案】 B 　　【解析】 溶酶体、内质网、高尔基体是具有单层膜结构的细胞器,含有磷脂分子,能被磷脂分子特异性染料标记,核糖体是无膜结构的细胞器,不含磷脂分子,不能被磷脂分子特异性染料标记,B符合题意。 3.(2025·山东卷,T1)在细胞的生命活动中,下列细胞器或结构不会出现核酸分子的是()。 A.高尔基体 B.溶酶体 C.核糖体 D.端粒 　　【答案】 A 　　【解析】 高尔基体是由扁平膜囊、大囊泡、小囊泡组成的膜性结构,主要功能是对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装,其结构中不含有核酸分子,A符合题意;溶酶体内含有多种水解酶,能分解衰老、损伤的细胞器(如线粒体、核糖体),吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌,这些被降解的结构中常含有核酸(如线粒体DNA、病毒RNA),B不符合题意;核糖体主要由rRNA(核糖体RNA)和蛋白质组成,rRNA属于核酸分子,C不符合题意;端粒是染色体末端的DNA—蛋白质复合体,含有核酸,D不符合题意。 2.(2024·江西卷,T1)溶酶体膜稳定性下降,可导致溶酶体中酶类物质外溢,引起机体异常,如类风湿关节炎等。下列有关溶酶体的说法,错误的是()。 A.溶酶体的稳定性依赖其双层膜结构 B.溶酶体中的蛋白酶在核糖体中合成 C.从溶酶体外溢出的酶主要是水解酶 D.从溶酶体外溢后,大多数酶的活性会降低 　　【答案】 A 　　【解析】 溶酶体是具有单层膜结构的细胞器,其中含有多种水解酶,是细胞的“消化车间”,A错误;溶酶体内的蛋白酶的化学本质是蛋白质,合成场所是核糖体,B正确;溶酶体中含有多种水解酶,因此,从溶酶体外溢出的酶主要是水解酶,C正确;溶酶体内的pH比细胞质基质低,从溶酶体外溢后,由于pH不适宜,大多数酶的活性会降低,D正确。 二、细胞骨架与细胞生命活动 (2024·安徽卷,T2)变形虫可通过细胞表面形成临时性细胞突起进行移动和摄食。科研人员用特定荧光物质处理变形虫,发现移动部分的细胞质中聚集有被标记的纤维网架结构,并伴有纤维的消长。下列叙述正确的是()。 A.被荧光标记的网架结构属于细胞骨架,与变形虫的形态变化有关 B.溶酶体中的水解酶进入细胞质基质,将摄入的食物分解为小分子 C.变形虫通过胞吞方式摄取食物,该过程不需要质膜上的蛋白质参与 D.变形虫移动过程中,纤维的消长是由于其构成蛋白的不断组装 　　【答案】 A 　　【解析】 科研人员用特定荧光物质处理变形虫,发现移动部分的细胞质中聚集有被标记的纤维网架结构,并伴有纤维的消长,而细胞骨架对细胞形态的维持有重要作用,锚定并支撑着许多细胞器,因此被荧光标记的网架结构属于细胞骨架,与变形虫的形态变化有关,A正确;摄入的食物进入溶酶体中,被溶酶体中的水解酶分解为小分子,B错误;变形虫通过胞吞方式摄取食物,该过程需要细胞膜上的蛋白质进行识别,C错误;变形虫移动过程中,纤维的消长是由于其构成蛋白的不断去组装与组装,D错误。 三、细胞结构模式图分析 (2024·江苏卷,T2)图中①~④表示人体细胞的不同结构。下列相关叙述错误的是()。 A.①~④构成细胞完整的生物膜系统 B.溶酶体能清除衰老或损伤的①②③ C.③的膜具有一定的流动性 D.④转运分泌蛋白与细胞骨架密切相关 　　【答案】 A 　　【解析】 完整的生物膜系统包括细胞膜、核膜和细胞器膜等,而图中①是线粒体,②是内质网,③是高尔基体,④是囊泡,故①~④不能构成细胞完整的生物膜系统,A错误;溶酶体能够分解衰老、受损的细胞器,所以能够清除衰老或损伤的①②③,B正确;③高尔基体能够产生囊泡,其膜具有一定的流动性,C正确;细胞骨架与物质运输有关,所以④囊泡转运分泌蛋白与细胞骨架密切相关,D正确。 【科学方法系列】　差速离心法 【方法解读】 1.概念:主要是采取逐渐提高离心速率分离不同大小颗粒的方法。 2.过程(以植物叶肉细胞为例) ①将细胞膜破坏,形成由各种细胞器和细胞中其他物质组成的匀浆。 ②将匀浆放入离心管中,使用较低的离心速率进行初步离心,让较大的颗粒沉降到管底,小的颗粒仍然悬浮在上清液中。 ③收集沉淀,改用较高的离心速率离心上清液,将较小的颗粒沉降。 ④以此类推,逐渐提高离心速率,不断分离出不同大小的细胞器。 【高考链接】 (2025·云南卷,T2)生物兴趣小组从橘子果肉中分离得到完整的线粒体,操作流程如图。 下列说法错误的是()。 A.缓冲液可以用蒸馏水代替 B.匀浆的目的是释放线粒体 C.差速离心可以将不同大小的颗粒分开 D.该线粒体可用于研究丙酮酸氧化分解 　　【答案】 A 　　【解析】 缓冲液的作用是维持溶液的pH稳定,保持线粒体的正常结构和功能,蒸馏水会破坏线粒体的渗透压平衡,导致线粒体吸水涨破,所以缓冲液不可以用蒸馏水代替,A错误;匀浆是通过机械等手段破坏橘子果肉细胞的结构,使细胞破裂,从而将细胞内的线粒体等细胞器释放出来,所以匀浆的目的是释放线粒体,B正确;差速离心主要是采取逐渐提高离心速率分离不同大小颗粒的方法,C正确;线粒体是有氧呼吸第二、三阶段的场所,丙酮酸的氧化分解发生在线粒体中,所以该线粒体可用于研究丙酮酸氧化分解,D正确。 实验3　用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动 【知识梳理】 一、实验原理 二、实验材料的选择 实验 观察叶绿体 观察细胞 质的流动 选材 藓类叶片 菠菜叶稍带些叶肉的下表皮 黑藻叶片 原因 叶片很薄,一般只有一层叶肉细胞,可以取整片小叶直接制片 细胞排列　疏松　,易撕取;下表皮附带的叶肉细胞所含叶绿体数目少且体积　大　  叶片薄而小,叶肉细胞呈单层,叶绿体较大 三、实验流程 1.观察叶绿体的形态和分布 2.观察细胞质的流动 【技巧点拨】 加速细胞质流动的3种方法 (1)进行光照,即在阳光或灯光下放置15~20 min。 (2)提高盛放黑藻的水温,可将水温调至25 ℃左右。 (3)切伤一小部分叶片,切口处细胞内的一些物质向外扩散加快,由于保护性适应,伤口周围细胞代谢加快,细胞质流动加快。 【思考】 为什么用高倍显微镜观察叶绿体的形态和分布时,临时装片要始终保持有水状态?　防止细胞内的叶绿体失水,如果失水,叶绿体就会缩成一团,无法观察叶绿体的形态和分布　。  【高考链接】 实验原理和过程分析 (2024·湖南卷,T8)以黑藻为材料探究影响细胞质流动速率的因素,实验结果表明新叶、老叶不同区域的细胞质流动速率不同,且新叶比老叶每个对应区域的细胞质流动速率都高。下列叙述错误的是()。 A.该实验的自变量包括黑藻叶龄及同一叶片的不同区域 B.细胞内结合水与自由水的比值越高,细胞质流动速率越快 C.材料的新鲜程度、适宜的温度和光照强度是实验成功的关键 D.细胞质中叶绿体的运动速率可作为细胞质流动速率的指标 　　【答案】 B 　　【解析】 该实验的目的是探究新叶、老叶不同区域的细胞质流动速率,因此该实验的自变量有黑藻叶龄、同一叶片的不同区域,A正确;新叶比老叶每个对应区域的细胞质流动速率都高,原因是新叶比老叶细胞代谢旺盛,而细胞代谢越旺盛,细胞内结合水与自由水的比值越低,B错误;选择新鲜的叶片,在适宜的温度和光照强度下,黑藻细胞质的流动速率较快,实验容易取得成功,C正确;观察细胞质的流动时,常以细胞质基质中叶绿体的运动作为标志,D正确。 考点二　细胞器之间的协调配合及细胞的生物膜系统 【知识梳理】 一、细胞器之间的协调配合——分泌蛋白的合成、 加工和运输 1.分泌蛋白:在　细胞内　合成后,分泌到细胞外起作用的蛋白质,如　消化酶、抗体、一部分激素　等。  (1)以下属于分泌蛋白的是　①⑤⑥⑧　。  ①抗体　②雄激素　③血红蛋白　④RNA聚合酶 ⑤胰岛素　⑥胃蛋白酶　⑦水通道蛋白　⑧血浆蛋白 (2)溶酶体内的水解酶不属于分泌蛋白,原因是　分泌蛋白是机体中一类在细胞内产生,分泌到细胞外发挥作用的蛋白质,而溶酶体内的水解酶在细胞内发挥作用　。  2.研究手段——同位素标记法 将豚鼠的胰腺腺泡细胞放在含　3H标记的亮氨酸　的培养液中培养,检测放射性依次出现的部位。    3.过程 (1)核糖体:在　游离　的核糖体中以氨基酸为原料合成一段肽链,这段肽链会与核糖体一起转移到　粗面　内质网上继续其合成过程,并且边合成边转移到内质网腔内。   (2)内质网:将肽链进行加工、折叠,形成具有一定　空间结构　的蛋白质,并运输。   (3)高尔基体:进一步　修饰加工　蛋白质,并运输蛋白质,起交通枢纽的作用。   (4)线粒体:为蛋白质的合成、加工、运输提供能量。 【思考】 1.用模型建构法分析放射性及膜面积变化 (1)图A表示分泌蛋白的合成、加工、运输过程,其中①是　核膜　,②是　核糖体　,③是　内质网　,④是　高尔基体　,⑤是　细胞膜　。  (2)图 B、图C表示用同位素标记法研究3H标记的亮氨酸的放射性依次出现的结构,则图C中①②③分别表示　核糖体　、　内质网　和　高尔基体　三种细胞器。  (3)图D、图E表示在分泌蛋白加工、运输过程中,相关结构膜面积的变化,则图E中①②③分别表示　内质网　、　细胞膜　和　高尔基体　三种细胞结构。  2.核糖体上合成的多肽链往往是没有生物功能的,原因是　蛋白质的功能依赖于蛋白质的结构,多肽链需要加工到相应结构后才具备生物功能　。  【判断对错】 (2025·安徽卷,T1)高尔基体膜上分布有相应的酶,可对分泌蛋白进行修饰加工。 (√) 二、生物膜系统 1.生物膜系统 2.各种生物膜之间的联系 【深化探究】 2024年6月,《科学》杂志报道了一项重大发现:一种单细胞真核藻类(贝氏布拉藻)能够直接固定空气中的氮气。进一步研究发现,贝氏布拉藻的细胞内存有一种特殊的细胞器,该细胞器源于一种内共生的固氮蓝细菌,其外包裹着两层膜,内部能进行独立的固氮反应,为藻体提供含氮有机物。下列相关叙述错误的是()。 A.推测该细胞器的起源类似于叶绿体和线粒体这两种细胞器的起源 B.贝氏布拉藻与固氮蓝细菌共有的细胞器是核糖体 C.该细胞器的内层膜最可能来源于共生的固氮蓝细菌的细胞壁 D.贝氏布拉藻的发现,为改造农作物使其自行固氮提供了全新思路 　　【答案】 C 　　【解析】 内共生学说认为,线粒体源于好氧细菌,叶绿体源于蓝细菌,它们被原始真核细胞吞噬后,形成了互利共生的关系,并最终演变为细胞器,该细胞器源于固氮蓝细菌,其起源方式与叶绿体和线粒体类似,A正确;贝氏布拉藻是真核生物,有包括核糖体在内的多种细胞器,固氮蓝细菌是原核生物,只有核糖体一种细胞器,两者共有的细胞器是核糖体,B正确;该细胞器的内层膜最可能来源于共生的蓝细菌的细胞膜,C错误。 【情景分析】 　　本题以前沿科技新闻为情境,通过贝氏布拉藻细胞中特殊细胞器的起源,串联起线粒体、叶绿体的共同起源等。 细胞器是细胞内具有特定结构和功能的微结构,各司其职又协同配合,共同维持细胞的生命活动。 【高考链接】 一、分泌蛋白的合成、加工和分泌过程分析(高频) 1.(2025·陕晋宁青卷,T14)高温胁迫导致植物细胞中错误折叠或未折叠蛋白质在内质网中异常积累,使细胞合成更多的参与蛋白质折叠的分子伴侣蛋白,以恢复内质网中正常的蛋白质合成与加工,此过程称为“未折叠蛋白质应答反应(UPR)”。下列叙述正确的是()。 A.错误折叠或未折叠蛋白质被转运至高尔基体降解 B.合成新的分子伴侣所需能量全部由线粒体提供 C.UPR过程需要细胞核、核糖体和内质网的协作 D.阻碍UPR可增强植物对高温胁迫的耐受性 　　【答案】 C 　　【解析】 错误折叠或未折叠蛋白质的降解需要蛋白质水解酶的参与,对于植物细胞而言,液泡具有类似动物溶酶体的功能,可以对这些蛋白质进行降解,A错误;合成新的分子伴侣所需的能量由细胞质基质和线粒体共同提供,B错误;UPR过程中,分子伴侣蛋白的合成需要细胞核(控制基因转录)、核糖体(合成肽链)、内质网(进行蛋白质加工),C正确;阻碍UPR会导致内质网功能无法恢复,加剧高温胁迫对细胞的损伤,降低植物对高温胁迫的耐受性,D错误。 2.(2024·浙江卷1月,T12)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 　　【答案】 A 　　【解析】 SRP 参与抗体等分泌蛋白的合成,呼吸酶等胞内蛋白的合成无须SRP参与,所以SRP与信号肽的识别与结合具有特异性,A正确;SRP受体缺陷的细胞可以合成部分多肽链,B错误;核糖体和内质网之间通过SRP受体内的通道转移多肽链,核糖体是无膜细胞器,不能形成囊泡,C错误;生长激素通过此途径合成并分泌,性激素属于固醇,不通过该途径合成并分泌,D错误。 二、生物膜系统的组成和功能分析 (2024·海南卷,T2)液泡和溶酶体均含有水解酶,二者的形成与内质网和高尔基体有关。下列有关叙述错误的是()。 A.液泡和溶酶体均是具有单层膜的细胞器 B.内质网上附着的核糖体,其组成蛋白在细胞核内合成 C.液泡和溶酶体形成过程中,内质网的膜以囊泡的形式转移到高尔基体 D.核糖体合成的水解酶经内质网和高尔基体加工后进入液泡或溶酶体 　　【答案】 B 　　【解析】 液泡和溶酶体都由单层膜包裹,因此液泡和溶酶体均是具有单层膜的细胞器,A正确;内质网上附着的核糖体的组成蛋白在游离核糖体上合成,B错误;内质网的膜可以以囊泡的形式转移到高尔基体,这是细胞内物质运输和膜转化的常见方式,C正确;液泡有类似溶酶体的功能,故二者中均有水解酶,核糖体合成的水解酶经内质网和高尔基体加工后进入溶酶体或液泡,D正确。 【科学方法系列】　同位素标记法 【方法解读】 【高考链接】 (2025·北京卷,T5)1958年,Meselson和Stahl通过15N标记DNA的实验,证明了DNA的半保留复制。关于这一经典实验的叙述正确的是()。 A.因为15N有放射性,所以能够区分DNA的母链和子链 B.得到的DNA带的位置有三个,证明了DNA的半保留复制 C.将DNA变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果 D.选择大肠杆菌作为实验材料是因为它有环状质粒DNA 　　【答案】 B 　　【解析】 15N没有放射性,它与14N是N的两种稳定同位素,它们的相对原子质量不同,可通过密度梯度离心技术区分含有不同N的DNA,从而区分DNA的母链和子链,A错误;在该实验中,得到的 DNA 带的位置有轻带(两条链都含14N)、中带(一条链含14N,一条链含15N)、重带(两条链都含15N)三个,根据不同代 DNA 在离心后出现的这些带的位置和比例,证明了 DNA 的半保留复制,B正确;若将DNA解聚为单链后离心,无论是全保留复制还是半保留复制,都只有两条条带,不能证明DNA的半保留复制,C错误;选择大肠杆菌作为实验材料是因为大肠杆菌繁殖快,容易培养,能在短时间内获得大量的子代,便于观察实验结果,D错误。 1 学科网（北京）股份有限公司 $