第6讲细胞质和生物膜系统（讲义）（学生版）

第6讲细胞质和生物膜系统1.细胞骨架(第1课时)，掌握细胞骨架的成分及重要作用。认识到真核细胞的细胞骨架的特点。2.细胞器的分工与协调配合(第1课时)，识记各种细胞器的功能，并了解细胞器的外延。能够举例叙述细胞器的相互协调的功能。3.生物膜系统(第2课时)，掌握生物膜系统的组成，结构及其功能。4.用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动(第2课时)，认识这种普遍性，能理解其流动的生物学意义。考点要求考题统计考情分析细胞器之间的协调配合2022，重庆，选T1,2，4分2022，河北，选T3,5，6分2022，北京，选T18,3分2022，湖南，选T1,3分2022，浙江，选T3,5，3分2022，广东，选T4,2分2022，江苏，非23（2），2分2022，河北，非20（4），2分2022，北京，非21（2），2分本专题知识难度较低、基础性强。考查学生对细胞整体性的认识,或结合一些情景信息或表格信息设置题目，考查学生的应变能力、获取信息和综合分析能力。用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动考点一细胞骨架1.复习：显微结构与亚显微结构注意：①显微结构：细胞壁、细胞质、染色体、叶绿体（绿色）、大液泡、细胞核（核仁）。②亚显微结构：细胞膜、内质网、核膜、核糖体、微管和微丝、高尔基体、中心体等。③特殊性——线粒体：线粒体在肝切片里用健那绿染色后光镜可见④光学显微镜仅观察到外部形态结构，要看内部结构需要电子显微镜才行--内部是亚显微2.细胞骨架：是指真核细胞中的蛋白纤维网络结构，会在低温下解聚。【教材拾遗】教材中的隐性知识：源于必修1P50：细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构，细胞骨架不仅在维持细胞形态，承受外力、保持细胞内部结构的有序性方面起重要作用，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。考点二细胞器的分工1.分离细胞器的方法——差速离心法2.细胞器的分工（1）双层膜：线粒体和叶绿体的比较线粒体叶绿体结构外膜内膜外膜内膜嵴线粒体基质外膜内膜外膜内膜基粒叶绿体基质成分▶与有氧呼吸有关的酶分布在②、③、④。▶含有少量的DNA和RNA。▶与光合作用有关的酶分布在③和④。▶含有少量的DNA和RNA。▶光合色素（分布在类囊体薄膜上）分布普遍存在于动植物细胞中主要分布于叶肉细胞和幼嫩的皮层细胞中功能（有氧呼吸）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（光合作用）场所，完成光合作用的全过程（叶绿体内膜光滑，不参与光合作用）形状短棒状、圆球状、线性、哑铃型绿色、扁平的椭球形或球形相同点①双层膜结构；②都有少量的DNA和RNA；③都和能量转换有关葡萄糖不会通过任何方式进入线粒体（因为线粒体内不存在分解葡萄糖的酶，葡萄糖在细胞质基质中分解成丙酮酸后，再进入线粒体中被彻底氧化分解的）植物细胞不一定都含有叶绿体，如根部细胞；能进行光合作用的细胞不一定含有叶绿体，如蓝细菌等；植物细胞：表皮细胞_不含_叶绿体叶绿体和线粒体能进行DNA复制、转录和翻译，能合成自身一部分蛋白质，是半自主细胞器。二者也能分裂。一个细胞中能量需求集中的区域线粒体分布密集如：精子中，线粒体紧密围绕着活动的尾部。线粒体叶绿体思考1.原核生物没有线粒体，能进行有氧呼吸吗？很多原核细胞都可以进行有氧呼吸，其场所在细胞质基质和细胞膜上。(细胞基质和细胞膜上有有氧呼吸的酶。)2.哺乳动物成熟红细胞没有线粒体，能进行有氧呼吸吗？因为哺乳动物成熟红细胞内没有有氧呼吸的酶，只能进行无氧呼吸。原核生物没有叶绿体，能进行光合作用吗？有些原核生物含有光合色素和光合作用的酶，也可以进行光合作用。如：蓝细菌含有藻蓝素和叶绿素及相关酶。例1.（高考重组题）下列关于叶绿体和线粒体的比较的叙述，正确的是()A．叶绿体中可发生CO2→C3→C6H12O6，在线粒体中则会发生C6H12O6→C3→CO2B．ATP和NADPH在叶绿体中随水的分解而产生，在线粒体中随水的生成而产生C．光能转变成化学能发生在叶绿体中，化学能转变成光能发生在线粒体中D．都具有较大膜面积和复杂的酶系统，有利于新陈代谢高效而有序地进行E．剧烈运动时肌细胞产生的CO2全部来自线粒体.F．线粒体是人体细胞产生CO2的唯一场所.G．叶绿体能通过光合作用合成葡萄糖，线粒体可以通过有氧呼吸分解葡萄糖H．分泌蛋白的合成与分泌与ATP水解反应相联系.I．线粒体、叶绿体的基质中都能产生ATP拓展1：叶绿体与线粒体的起源——内共生起源学说（1）内容：许多科学家认为，线粒体和叶绿体分别起源于原始真核细胞内共生的细菌和蓝藻。（2）证据：①线粒体和叶绿体的基因组与原核生物的基因组相似②线粒体和叶绿体中含有DNA、RNA和核糖体，能够进行DNA复制、转录和翻译(半自主细胞器)③线粒体、叶绿体DNA不与蛋白质结合形成染色质，DNA为环状。④线粒体、叶绿体具有双层膜，内外膜存在明显性质和成分差异。外膜与真核细胞膜相似，内膜与原核细胞膜相似。⑤线粒体、叶绿体的分裂方式与原核细胞相似。例2.关于线粒体和叶绿体的内共生起源假说认为：线粒体和叶绿体可能分别起源于在原始真核细胞内共生的好氧细菌和蓝藻，在长期的共同进化中整合进入了真核细胞之中。研究也表明叶绿体和线粒体都含有特有的核糖体，都具有相对独立的蛋白质合成系统。据此推断，下列说法不能较为准确地支持该假说的是()A.叶绿体和线粒体都具有双层膜结构B.叶绿体和线粒体都具有环状DNA分子结构C.叶绿体、线粒体和中心体都有一定的自我复制功能D.能抑制原核生物蛋白质合成的氯霉素也能抑制线粒体和叶绿体的蛋白质合成（2）单层膜细胞器。共4个内质网高尔基体分布绝大多数的动植物普遍分布动植物形状由膜构成的网状结构膜围成扁平的囊状或球状结构图示增大细胞内部膜面积，提供了酶的附着位点，有利于物质合成和运输。功能粗面内质网：是细胞内蛋白质等合成、加工场所和运输通道；（分泌蛋白、载体蛋白、溶酶体内的水解酶、糖蛋白）；光面内质网：脂质合成的车间等，和糖类的合成有关。①主要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与植物细胞的细胞壁形成有关，（融合的原生质体长出细胞壁也与高尔基体有关）③与动物细胞的分泌功能有关，（突触小泡的形成也与高尔基体有关）功能拓展：内质网合成细胞所需包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部膜脂，其中最主要的磷脂是磷脂酰胆碱（卵磷脂）胆固醇、磷脂在光面内质网表面形成后以囊泡的形式脱落下来拓展1：对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装的“车间”以及“发送站”拓展2：某些蛋白质的成熟过程需要水解掉一部分“多余肽”(如胰岛素的形成)，胰高血糖素、促肾上腺皮质激素等也需要通过相应的前体物的水解才能形成有功能的蛋白质。对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装的“车间”以及“发送站”拓展3：果胶在高尔基体中合成：果胶在高尔基体中合成，由高尔基体囊泡包裹并运输到细胞外。纤维素在细胞膜上合成:纤维素的原料由高尔基体囊泡包裹运输到细胞膜，由细胞膜上的纤维素合成酶催化形成纤维〖破坏植物细胞的高尔基体，可能形成双核细胞.（√）〗〖睾丸大量合成分泌雄性激素与细胞中发达的核糖体、内质网和高尔基体有关.（×）〗液泡溶酶体分布主要存在于植物主要存在于动物形状膜和多种水解酶。球状结构结构图示分布：主要存在于植物➊分布：普遍分布动物➋形状：膜和多种水解酶。球状结构功能由液泡膜和细胞液（含糖类、无机盐、色素和蛋白质等）组成，调节植物细胞内的环境，还可以使植物细胞保持坚挺。细胞膜、液泡膜以及他们之间的细胞质构成原生质层。P一63植物细胞在生长过程中液泡数量由多变少，最后合并成一个大液泡，所以成熟的植物细胞具有大液泡，而分裂旺盛的细胞（如分生组织）不具有明显液泡，另外真菌细胞中也含有液泡含水溶性的花青素等，不能吸收光能并非植物细胞特有，（草履虫）。液泡内部呈酸性环境，含有多种酸性水解酶，发挥类似动物细胞的溶酶体的功能。“消化车间”，分解衰老、损失细胞器，吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌。（细胞凋亡、个体发育过程中往往涉及组织或器官的改造或重建，如昆虫和蛙类的变态发育等；参与分泌过程的调节，如将甲状腺球蛋白讲解成有生物活性的甲状腺激素）➊.少量溶酶体酶泄露到细胞质基质中，并不会引起细胞的损伤，为什么？细胞质基质中的pH为，在这种环境中溶酶体酶的活性很低。➋.造成硅肺的原因是什么？肺部吸入硅尘(SiO2)后，硅尘被吞噬细胞吞噬，吞噬细胞中的溶酶体缺乏分解硅尘的酶，而硅尘却能破坏溶酶体膜，使其中的水解酶释放出来，破坏细胞结构，使细胞死亡，最终导致肺的功能受损。➌.溶酶体内含有多种水解酶，为什么溶酶体膜不会被这些水解酶分解?膜的成分可能被修饰,使得酶不能对其发挥作用。➍.新宰的畜、禽，如果马上把肉做熟了吃，肉老而口味不好，过一段时间再煮，肉反而鲜嫩。这可能与肌细胞内哪一种细胞器的作用有关？与溶酶体有关。新宰的动物肉过一段时，细胞内的溶酶体破裂，释放其中的水解酶，其中把蛋白质水解成小的短肽。➎起源：溶酶体起源于高尔基体【教材拾遗】(源于必修1P53“练习·拓展题”)溶酶体内含有多种水解酶，为什么溶酶体膜不被分解？尝试提出一种假说，解释这种现象：①溶酶体膜与其他细胞器膜相比，经过了特殊的修饰，使其不能被水解酶水解；②溶酶体内的酶只有在酸性条件下才能发挥作用，而溶酶体膜介于酸性和中性环境之间且不断地运动着，分解它们的酶难以起作用。（3）零层膜细胞器。共2个核糖体中心体分布些附着在内质网上；有些游离在细胞质基质中_动物_和_低等植物_细胞中都存在成分RNA和蛋白质每个中心体由两个相互垂直的中心粒及其周围物质组成形状颗粒状无功能细胞内合成_蛋白质_的场所与细胞的_有丝分裂_有关结构图示〖物质合成与真核细胞结构的关系是：rRNA--核仁，部分酶--线粒体内的核糖体.（√）〗〖rRNA（核糖体RNA）和蛋白质在核仁中合成并组装成核糖体.（×）〗【归纳总结】1.不同类型细胞图像判定(不包含真菌细胞)①植物细胞的判断依据：有细胞壁；成熟植物细胞有大液泡，有的有叶绿体；无中心体的是高等植物细胞，有中心体的是低等植物细胞。②动物细胞的判断依据：无细胞壁、大液泡、叶绿体，有中心体。③原核细胞的判断依据：无细胞核，只含有核糖体一种细胞器。2.不同细胞器的分类(1)植物细胞特有的细胞器：叶绿体、液泡，高等植物细胞肯定不具有的细胞器：中心体，(2)高等植物根尖分生区细胞不具有的细胞器：中心体、叶绿体、液泡。(3)分布最广的细胞器是：核糖体，原核生物细胞中唯一的细胞器：核糖体(4)腺细胞中数量较多的细胞器：高尔基体。(5)心肌细胞中数量较多的细胞器：线粒体。(6)具有单层膜的细胞器：内质网、高尔基体、溶酶体、液泡(7)具有双层膜的细胞器：线粒体、叶绿体(8)无膜结构（不含磷脂分子）的细胞器：核糖体、中心体(9)光镜下可见的细胞器线粒体、叶绿体、液泡。(10)具有核酸的细胞器有：线粒体、叶绿体、核糖体，既含有DNA又含有RNA的细胞器有：线粒体、叶绿体，只含有RNA的细胞器有：核糖体(11)含有色素的细胞器有：叶绿体、液泡都有基质的细胞器有：线粒体、叶绿体(12)蝌蚪尾部逐渐消失与溶酶体这一细胞器有关。(13)与分泌蛋白质（如：抗体、胰岛素等）合成与分泌有关的细胞器有：核糖体、内质网、高尔基体、线粒体(14)肽键形成的场所：核糖体，雄性激素合成的场所：内质网。(15)发生碱基互补配对的细胞有线粒体、叶绿体、核糖体。(16)能够复制的细胞器：线粒体、叶绿体、中心体3.与细胞器有关的五个“不一定”(1)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。(2)具有细胞壁的细胞不一定是植物细胞，如真菌细胞、细菌细胞等都有细胞壁。(3)没有叶绿体的细胞不一定不能进行光合作用，如蓝藻。(4)没有叶绿体或光合色素不一定不能将无机物转化为有机物，如进行化能合成作用的硝化细菌。(5)没有线粒体不一定不能进行有氧呼吸，如需氧型的原核生物。例2.结合下图分析下列说法正确的是（）A.若判断甲是否为需氧型生物，依据的是细胞中是否含有结构①B.若判断乙是否为植物细胞，并不能仅依据细胞中是否含有结构②C.用电子显微镜观察不能区分细胞甲和细胞乙是否为原核生物D.根据细胞中是否含有结构③，可将甲、乙、丙三种生物分为真核生物和原核生物两个类群例3.将某植物细胞各部分结构用差速离心法分离后，取其中三种细胞器测定它们有机物的含量如下表所示。以下有关说法正确的是（）A.如果细胞器a是线粒体，那么细胞生命活动所需的能量都由它提供B.细胞器b含有蛋白质和脂质，说明其具有膜结构肯定与分泌蛋白的加工和分泌有关C.细胞器c的组成成分与SARS病毒的成分基本相同D.蓝藻细胞与此细胞共有的细胞器可能有a和c例4.动物细胞溶酶体内含多种水解酶，溶酶体的酶不作用于正常结构成分的原因是：一方面酶被溶酶体膜包住，另一方面是溶酶体内的环境与细胞质基质的pH不同，溶酶体内pH≤5，而细胞质基质pH≈7，溶酶体膜上有质子泵维持这种PH的差异。下列叙述正确的是（）A.溶酶体膜为双层膜，能更好地控制溶酶体酶不进入细胞质基质中B.质子穿过溶酶体膜进入溶酶体的方式是协助扩散C.溶酶体中水解酶适宜的pH近中性，在细胞质基质中水解被吞噬的物质D.矿工中常见的“硅肺”是由于吞噬细胞中的溶酶体缺乏分解硅尘的酶引起的考点三细胞器的协调配合（1）分泌蛋白①消化腺(如唾液腺、胃腺、肠腺等)细胞合成并分泌的消化酶。②辅助性T细胞合成并分泌的细胞因子。③浆细胞合成并分泌的抗体。④下丘脑、垂体、胸腺、胰岛等合成的相关激素，如生长激素、胰岛素等。（2）分泌蛋白的合成和运输①实验材料：豚鼠胰腺腺泡细胞②实验方法：放射性同位素标记法③实验过程与结果：（4）分泌蛋白合成与运输的过程图析法分析分泌蛋白的加工与运输A、B图：二者都是分泌蛋白运输加工过程图示，其中A图是细胞的局部，B图则是完整细胞。A图中①②③④⑤依次表示核膜、核糖体、内质网、高尔基体和细胞膜；B图中①②③④⑤⑥⑦⑧依次表示核糖体、内质网、囊泡、高尔基体、囊泡、细胞膜、分泌蛋白和线粒体。B图中⑦物质排出细胞的方式是胞吐，该过程体现了细胞膜的流动性。C图：该过程的研究手段——放射性同位素标记法，3H标记亮氨酸，放射性最先出现在A图中②或B图中①，然后依次出现在内质网、高尔基体和细胞膜等结构上。分泌蛋白的加工和运输过程中膜面积变化曲线图a.图1和图2都表示膜面积随时间的变化，图1表示的是前后两个时间点的变化，图2表示的是一定时间段内的变化。b.图1和图2分别以直方图和曲线图的形式表示在分泌蛋白加工和运输过程中，内质网膜面积减小，高尔基体膜面积基本不变，细胞膜面积相对增大的现象。与分泌蛋白合成、运输、分泌“有关的细胞器”“有关的结构”和“有关的膜结构”例1.下图中有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类细胞的结构模式，据图判断正确的是()A．图中只有Ⅲ无染色体，遗传物质主要为DNAB．四类细胞共有的膜结构是细胞膜与核糖体C．Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ中的②结构均能氧化葡萄糖合成ATPD．含有色素的细胞器是④和⑤，光镜下看不到Ⅱ的染色体例2.如图为某蛋白类激素的合成与分泌的过程示意图(其中物质X代表氨基酸，a、b、c、d、e表示细胞结构)。下列说法中正确的是()A．图中a、b、c和d依次表示内质网、高尔基体、具膜小泡和细胞膜B．物质X的加工和分泌过程说明生物膜在功能上具有密切联系C．图中a、b、c和d在行使功能时可能伴随膜组分的更新D．有分泌功能的细胞才有a、b、c、d结构，抑制e的功能会影响主动运输E.在图中e中，与O2结合发生于内膜，同时产生大量ATPF.若将人的胰岛素基因成功导入细菌中表达，胰岛素合成与分泌过程与其相同G.在a、b、c中分别进行的是脱水缩合、蛋白质的加工和运输过程-考点四生物膜系统1.定义：这些细胞膜和细胞器膜、核膜等结构，共同构成了生物膜系统。〖病毒、原核细胞、真核生物的某些细胞不具有生物膜系统.（）〗2.特点：这些生物膜的组成结构和成分很相似。在结构和功能上紧密联系（1）生物膜的主要成分是：脂质(磷脂)+蛋白质①相似性：各种生物膜都主要由脂质和蛋白质组成。②差异性：每种成分所占的比例不同，功能越复杂的生物膜，其蛋白质的种类和数量就越多。（2）生物膜的基本结构：流动镶嵌模型（流动性）①磷脂双分子层——基本骨架②蛋白质分子分布在磷脂双分子层中③结构上密切联系：（连续性）混淆与分泌蛋白形成的“有关细胞器”、“有关结构”和“有关膜结构”。A.有关细胞器：线粒体、核糖体、内质网、高尔基体。B.有关结构：细胞核、线粒体、核糖体、内质网、高尔基体、细胞膜。C.有关膜结构：细胞核、线粒体、内质网、高尔基体、细胞膜。④功能上密切联系：胞吐(分泌蛋白的合成与运输)胞吞自噬3.功能：【教材深挖】：人工肾(P一53与社会的联系)人工肾能部分代替真正的肾起作用，如下图所示，患者的血液在中空纤维管中向一侧流动，称为透析液的水溶液在外向相反方向流动，血液中的水分子、代谢废物通过透析膜(中空纤维)进入到透析液中。起关键作用的是人工合成的一种膜材：血液透析膜。通过血液和透析液在透析膜内外两侧的相对流动，尿毒症病人血中的小分子物质如肌酐、尿素、尿酸、钾等向透析液内扩散，透析液内的钠、氯等离子和血中浓度相同，所以，膜内外仍保持平衡，透析液内的碱基、钙离子等则向血中扩散，从而达到清除毒素，纠正电解质紊乱和酸中毒的目的。例1.图示为一类特殊的蛋白质复合物SNARE（可溶性N—乙基马来酰亚胺敏感的融合蛋白附着蛋白受体）在囊泡锚定和融合中的作用机制，图中GTP的生理功能及产生均与ATP类似。下列叙述不正确的是（

）A.在囊泡运输货物过程中，需要消耗能量B.上图所示的过程体现了生物膜对物质的主动运输C.上图所示的过程体现了生物膜的结构特点D.货物准确运输到目的地需要细胞骨架的协助，该骨架主要由蛋白质组成例4.生物膜系统在细胞的生命活动中发挥着极其重要的作用。图1~3表示3种生物膜结构及其所发生的部分生理过程。请回答下列问题:(1)图1表示的生理过程是____________________,其主要的生理意义在于____________________。(2)图2中存在3种信号分子,但只有1种信号分子能与其受体蛋白结合,这说明______________________;若与受体蛋白结合的是促甲状腺激素释放激素,那么靶器官是_______。(3)图3中ATP参与的主要生理过程是_________________。(4)叶肉细胞与人体肝脏细胞都具有图_________(填图序号)中的膜结构。(5)图1~3中生物膜的功能不同,从生物膜的组成成分分析,其主要原因是___________________________。(6)图1~3说明生物膜具有的功能有_____________________(写出3项)。考点五用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动1.实验原理2.实验步骤(1)观察叶绿体(2)观察细胞质的流动判断：用黒藻叶片做细胞的质壁分离实验时，叶绿体的存在有利于观察实验现象（√）实验分析①实验材料分析实验观察叶绿体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，仅有一层叶肉细胞，可以取整个小叶直接制片①细胞排列疏松，易撕取；②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，存在叶绿体，易观察②关键点拨高等绿色植物的叶绿体呈椭球或球形，在不同的光照条件下，叶绿体可以运动，改变椭球体的方向。在强光下，叶绿体以其椭球体的侧面朝向光源，这样既能接受较多的光照，又不至于被强光灼伤；在弱光下，叶绿体以其椭球体的正面朝向光源。实验过程中对装片的要求：做实验时要使临时装片始终保持有水状态，以免影响细胞活性。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的意义是：随着细胞质的不断旋转流动，叶绿体、线粒体等细胞器和无机