3.2 细胞各部分结构既分工又合作（教学课件）生物沪科版必修1

细胞各部分结构既分工又合作 沪科版高中生物必修1《分子与细胞》第3章第2节 授课人：XXX 【学习目标】核心素养导向 生命观念：建立 “结构与功能相适应 ”的核心观念，理解 细胞器结构与功能 的对应关系，认识 细胞作为生命系统的 整体性。 科学思维：通过推 理分泌蛋白合成路 径、归纳比较细胞 异同、辨析易错概 念，提升逻辑推理 与批判性思维能力。 科学探究：掌握 “观察黑藻叶绿体 和细胞质流动”实 技能，理解同位素 标记法的设计逻辑 与数据分析。 社会责任：学习我 国人工合成结晶牛 胰岛素的科技史及 合成生物学前沿， 增强民族自豪感与科 技报国的责任意识。 【情境目录】探索细胞的微观工厂 【迁移应用】：现代 【分情境一】：胰岛素合成的“车间与工人” 生物科技的延伸 细胞器的结构与功能 -大肠杆菌与合成生物学 合成生物学 大肠杆菌 车间 核糖体 工人 RER 车间 RER 细胞核 核-ER-高尔基流水线 指挥中心 1965 奇迹 【分情境二】：胰岛素合成的“流水线与指挥中心” -结构的分工协作与细胞核功能 【主情境】：1965年人工合成 结晶牛胰岛素的奇迹 序幕：跨越生命与非生命的界限 1965年·中国·结晶牛胰岛素 【主情境】1965年人工合成结晶牛胰岛素 陇彝日报 根据各销售网点订18-看 用1页 人工合成结晶合成生物成功 具有鼓生物活性的结晶胰岛素 历史性突破 1965年9月17日，我国科研人员历时6年，在 全球首次成功合成具有天然生物活性的结晶 牛胰岛素。 科学意义 打破了生命物质与非生命物质的界限，标志 着人类在认识生命、探索生命奥秘的征途中 迈出了关键一步。 社会价值 为糖尿病治疗药物的工业化生产奠定了坚实 基础，展现了中国科学家的智慧与毅力。 授课人：[您的名字] 【主问题提出】胰岛素合成的奥秘 已知信息：天然牛胰岛素是由牛的 胰岛B细胞合成分泌的，其化学本 质是是蛋白质。 这一复杂的生命 活动要细胞内 哪“微型器官” 参与? 这些结构之间 之间精密配合 这些结构之间是如何精密配合、分工 协作完成胰岛素的合成与分泌的? 胰岛素B细胞部分泌的 组合的蒹部子调素边 Nucleus RER Golgi apparatus RER Secretory granules with insulin 第一部分：胰岛素合成的“车间与工人” 探秘细胞器的结构与功能 【情境导入】胰岛B细胞的亚显微结构 观察与推测：结合初中所 学，推测细胞中哪些结构可 能参与了蛋白质（胰岛素） 的合成? 亚显微结构：在电子显微镜 下观察到的细胞内部精细细 结构。 细胞器：悬浮在细胞质基质 中的具有特定形态结构和功 能的微器官。 【查询活动1】八8大器体物的概览 任务：匹配器物体结构和功能，并膜层层数分类。 双膜器机物 单膜膜器机物 非膜膜器机物 线粒体 高尔基体 内质网 核糖体 Mitochondria Endoplasmic Reticulum Golgi Apparatus Ribosome 叶绿体 溶酶体 中心体 液泡 Chloroplast Vacuole Inner digestive enzymes Centrosome 【双层膜细胞器】线粒体与叶绿体 线粒体（动力车间）： 叶绿体（养料制造车间）： 结构：双层膜，内膜向内折叠形成嵴（增大膜面积）。 结构：双层膜，内部含有基粒（由类囊体堆叠而成）和基质。 功能：有氧呼吸的主要场所，为胰岛素合成等生命活动 提供95%的能量。 功能：绿色植物进行光合作用的场所。 外膜 ATP 丙酮酸 ADP+Pi ATP-Pi ATP ATP 峭 （增大气膜面积） 光能 外膜 内膜 ADP/NADP+ ATP 基质 Calvin cycle ATP NADPH 有机物 0, ATP 有机物 基粒（由类囊体堆叠而成） 结构：峭、基粒 结构与功能相适应 功能：增大膜面积、能量转换 【单层膜细胞器】内质网与高尔基体 内质网（加工厂与运输通道）： 结构：单层膜连接而成的网状结构。 功能：蛋白质等大分子物质的合成、 加工场所和运输通道（粗面内质网参与 蛋白加工，滑面内质网参与脂质 合成）。 高尔基体（发送站）： 结构：单层膜构成的扁平囊状 结构和囊泡。 功能：对来自内质网的蛋白质 进行加工、分类和包装；在植 物细胞中参与细胞壁的形成。 反面 溶酶体 粗面内质网 顺面（Cis-face） 核糖体 细胞核 植物细胞壁 合成小泡 核糖体 分泌囊泡 (Secretory Vesicles) 粗面内质网 滑面内质网 细胞膜 【单层膜细胞器】溶酶体与液泡 溶酶体（消化车间）： 液泡（调节枢纽）： 结构：单层膜包裹的小泡。 功能：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。 溶酶体 单层膜 溶酶体 水解酶 衰老线粒体片段 结构：单层膜（液泡膜），内含细胞液（糖类、 无机盐、色素等）。 功能：调节植物细胞内的环境，充盈的液泡使植物 细胞保持坚挺。 水分进入 水分流失 液泡膜 坚 挺 水分进入 中央液泡 充盈的波泡 失水的液泡 (Turgid Vacuole) (Plasmolyzed Vacuole) (~80%) 液泡膜 细胞液泡 【无膜细胞器】核糖体与中心体 附着核糖体 * 结构：无膜结构，由rRNA 和蛋白质组成。 * 功能：合成合成分泌蛋白 （如胰岛素）。 核糖体（生产机器） mRNA 游离核糖体 mRNA 组成。 楢困孔 ER * 功能：合成细胞内使用的胞内蛋白。 中心体（分裂助手） * 结构：无膜结构，由两个互相垂直排列的 中心粒及周围物质组成。 * 功能：存在于动物和某些低等植物细胞中， 与细胞的有丝分裂有关。 与细胞的有丝 分裂有关 【归纳总结】动植物细胞结构的差异 植物细胞特有结构： 细胞壁（支持与保护） 叶绿体（光合作用） 大液泡（调节渗透压） 植物细胞 动物细胞 线粒体 内质网 高尔基体 细胞核 核糖体 细胞膜 动物与低等植物共有结构： 中心体（参与细胞分裂） 核心观念：不同功能的细胞，其细胞器的种类和数量存 在差异，体现了“结构与功能相适应”。 14 【探究活动2】观察黑藻叶绿体和细胞质流动（原理） 实验目的：掌握临时装片制作与高倍镜使用， 理解细胞质的动态特征。 选材优势（黑藻）：叶片薄（单层细胞）， 叶绿体大且数量适中，易于观察。 实验设计逻辑导谁图： 无色细胞质 (不可见) 绿色叶绿体 (可见) 观察叶绿体运动 作为天然的"标记物" 标记法逻辑：利用随细胞质 流动的叶绿体的流齐… 证实细胞质流动 推断方向与速度 解决方案：利用随细胞质流动的叶绿体作为 天然的“标记物”，通过观察叶绿体的运动轨迹 来推断细胞质的流动方向和速度。 【探究活动2】观察黑藻叶绿体和细胞质流动（现象与意义） 观察现象： 叶绿体形态：呈绿色、扁平 的椭球形或球形。 运动状态：叶绿体随着细胞 质庄在细胞内环流。 深度思考： 细胞质流动对细胞完成生命活动 有什么意义? 结论：细胞质流动能加速细胞内 物质的运输和交换，促进细胞器 之间的物质交流与能量传递，保 障生命活动的高效进行。 【易错辨析】细胞器相关概念澄清 流言终结者 流言终结者 《《流言终结者 辨析2：中心体只存在于动 辨析3：没有线粒体的生物 辨析1：植物细胞都有叶绿 物细胞中吗? 体和大液泡吗? 一定不能进行有氧 × 呼吸吗？ Q 纠正：错误。根尖细胞无叶 纠正：错误。低等植物细胞 纠正：错误。好氧细菌（原 核生物）无线粒体，但含有氧 叶绿体，分生区细胞无大液 （如水绵）也含有中心体。 泡。 呼吸酶，也能进行有氧呼吸。 无叶绿体 有氧呼吸酶系 无 大 液 泡 无 叶 绿 体 呼唆链 ATP生成 中心体 无线粒体，也 根尖细胞 低等植物（水绵） 原核生物（好氧细菌） 分生区细胞 也含中心体 能进行有氧呼吸 第二部分：胰岛素合成的“流水线与指挥中心” 结构的分工协作与细胞核功能 【情境导入】同位素标记法追踪胰岛素 研究方法：同位素标记法（利用放射性同位素追踪物质运行和变化规律）。 实验设计：向豚鼠胰腺腺泡细胞注射含放射性同位素H标记的亮氨酸。 **高尔基体及靠近细胞膜的 注射H-亮氨酸 **附着在内质网上的核糖体 **内质网内部 囊泡、细胞膜外侧 0 min (注射) 17 min 3 min 117 min 沪科版高中生物必修1《分子与细胞》 第一站：核糖体（合成） 第二站：内质网（粗加工） 氨基酸脱水缩合，形成一段多肽链。 多肽链进入内质网，进行折叠、组装、加上糖基 等初步加工，形成具有一定空间结构的蛋白质。 内质网腔 运输工具：囊泡 (内质网出芽形成) 包裹着初步加工的蛋白质，离开内质网 折叠 向高尔尔基体移动。 多肽链 囊泡 核糖体 组装 内质网出芽形成 组装 氨基酸脱水缩合形成 糖桀菌 【探究活动1】分泌蛋白的运输与分泌路径 第三站：高尔基体（深加工与包装） 囊泡与高尔基体膜融合，蛋白质进入高尔基体进行进一步的修饰加工、分类和包装。 运输工具：囊泡（高尔基体出芽形成） 包裹着成熟的胰岛素，向细胞膜移动。 终点站：细胞膜（分泌） 囊泡与细胞膜融合，通过胞吐作用将胰岛素分泌到细胞外。 后勤保障：整个过程由线粒体提供能量。 ER rER vesicle Golgi Vnsulin Vesicle Vesicle Insulin Cell Membrane Mitochondrion 【深度分析】分泌过程中生物膜面积的变化 【概念提炼】生物膜系统（内膜系统） 概念：细胞器膜和细胞膜、核 膜等结构，共同构成细胞的生 物膜系统。 特点: 组成成分和结构相似。 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。 囊泡的属性：囊泡是由单层膜 包裹的临时运输结构，不属于 细胞器。 细胞膜 核膜 内质网 高尔基体 囊泡 囊泡：单层膜包裹， 不属于细胞器 【探究活动2】细胞核的结构 核仁 核膜 核仁：与某种RNA的合成以 及核糖体的形成有关。 双层膜，把核内物质与 细胞质分开。 染色质 核孔 染色质：主要由DNA和蛋白质组 核孔：实现核质之间频繁的物质交换 成，DNA是遗传信息的载体。 和信息交流（大分子物质进出的通道）。 【探究活动2】细胞核的功能与核孔的选择性 细胞核的功能： 细胞核是遗传信息库。 是细胞代谢和遗传的 控制中心（胰岛素合 成的“总指挥”） 指挥官 指令 (mRNA) RER 功能化 功能化 胰岛素分子 胰岛素多链 胰岛素多肽链 核孔的选择透过性 核孔并非允许所有物质自由进出。 RNA、蛋白质等大分子物质通过核孔进 出具具有选择性，且需要消耗能量。ATP消耗能量 DNA分子不能通过核孔进入细胞质。 HN 【易错辨析】细胞核与分泌蛋白相关概念澄清 辨析1：代谢旺盛、蛋白质合成量大的细 胞，核孔数量和核仁大小有何特点? 辨析2：细胞核是细胞代谢的中心吗? .NPC *. NPC NPCs *纠正：错误。细胞核是细胞代谢的控制中心， 细胞代谢的主要场所是细胞质。 辨析3：所有细胞都有细胞核吗？ 普通细胞 AMINO 代谢旺盛细胞 (如胰岛B细胞) 成人RBC 成熟筛管细胞 *解析：核孔数量更多（物质交换频繁）， 核仁更大（需要合成更多核糖体）。 *纠正：错误。哺乳动物成熟的红细胞、高等 植物成熟的筛管细胞无细胞核。 第三部分：迁移应用与拓展 现代生物科技的延伸--大肠杆菌与合成生物学 【迁移应用】大肠杆菌生产人胰岛素的挑战与对策 情境拓展：基因工程将人胰岛素基因转入大肠杆菌大规模生产胰岛素。 问题1：大肠杆菌能否直接合成有生物活性的胰岛素? ❖ 分析：不能。大肠杆菌是原核生 物，只有核糖体，没有内质网和高尔 基体，无法对多肽链进行复杂的 加工和修饰。 问题2：如何让大肠杆菌合成的 胰岛素具备活性? ❖ 对策思路：在体外通过人工化学 方法进行折叠修饰；或改用酵母菌 （真核生物，具备完整内膜系 统）作为受体细胞。 拟核 核糖体 ?AMN 已折叠/ 未折叠/非活性 高尔基体 胰岛素多肽 有活性胰岛素 内质网 结构与功能相适应 【社会责任】我国合成生物学前沿进展 1965：艰辛探索 如今：世界前沿 从人工合成胰岛素到细胞工厂：1965年， 中国科学家纯手工化学合成牛胰岛素。 如今，中国在合成生物学领域处于世界前沿， 通过人工设计构建“细胞工厂”，高效生产 抗癌药物、可降解塑料等。 科技报国，责任在肩 生物科技的发展极大地促进了医疗健康与环境保护。 认识科学研究的艰辛与价值, 树立利用生物学知识造福人类的远大志向。 【课堂总结】细胞是统一的生命系统 生命观念核心：结构与功能相适应、系统整体性 内质网/高尔基体（加工运输） 线粒体（供能） 双层膜 →溶酶体（消化） 单层膜 叶绿体（光合） 细胞器分工 液泡（调节） 核糖体（合成蛋白） 无膜 中心体（细胞分裂） 细胞各部分结构 核膜、核孔、 结构 既分工又合作 核仁、染色质 调控中心 细胞核 遗传信息库， 功能 代谢和遗传的控制中心 协作实例 分泌蛋白合成 高尔基体 核糖体 内质网 细胞膜 囊泡 囊泡 胞外 特点：生物膜在结构和功能上紧密联系，构成内膜系统 $