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2019-2020年高中生物 3.2 細胞器 系統(tǒng)內的分工合作學案 新人教版必修1 知識·巧學·升華 一、細胞器之間的分工 1.線粒體：線粒體呈顆粒狀或短桿狀，相當于一個細菌的大小，由雙層膜構成。內膜向內折入形成嵴，嵴的存在大大增加了內膜的表面積，有利于生物化學反應的進行。線粒體內含代謝所需的各種酶，此外，還含有DNA分子和核糖體。線粒體是細胞進行有氧呼吸的主要場所，是細胞的“動力車間”。 難點剖析細胞內線粒體的多少與細胞的生命活動狀況有關，生命活動越旺盛，線粒體就越多。實例說明： （1）大鼠肝細胞中線粒體可多到800多個。 （2）飛翔鳥類胸肌細胞中線粒體的數(shù)量比不飛翔鳥類的多。 （3）精子的尾部含大量線粒體。 （4）某些鞭毛蟲細胞只有一個線粒體。 2.葉綠體：葉綠體是進行光合作用的細胞器，是植物細胞的“養(yǎng)料制造車間”和“能量轉換站”。高等植物細胞中葉綠體通常呈橢圓形，外面有兩層膜，內部有圓柱狀結構，稱為基粒。葉綠體中也有環(huán)狀的DNA和核糖體。高等植物細胞中葉綠體含量較多，少者20個，多者可達100個。 要點提示 葉綠體在細胞中的分布與光照有關，有光照時，葉綠體常分布在細胞外周，黑暗時，葉綠體常流向細胞的內部。 葉綠體是綠色植物細胞所特有的細胞器，其主要功能是進行光合作用。葉綠體由雙層膜、類囊體和基質三部分構成。類囊體是一種扁平的小囊狀結構，許多類囊體疊合而成基粒?；Ｖg充滿著基質，其中含有與光合作用有關的酶。在類囊體薄膜上，有進行光合作用必需的色素和酶?；|中還含有DNA。 3.內質網(wǎng)：內質網(wǎng)廣泛地分布在細胞質內。內質網(wǎng)增大了細胞內的膜面積，膜上附著很多種酶，為細胞內各種化學反應的正常進行提供了有利的條件。內質網(wǎng)與蛋白質、脂質和糖類的合成有關，也是物質的運輸通道。 內質網(wǎng)是由膜連接而成的網(wǎng)狀結構，其結構與核膜、質膜等一樣，是細胞內蛋白質合成和加工以及脂質合成的“車間”。 知識拓展 內質網(wǎng)分為光面和糙面兩種類型。光面內質網(wǎng)的膜上沒有核糖體，這種內質網(wǎng)與脂質代謝有關；糙面內質網(wǎng)膜上附著有核糖體，核糖體是細胞合成蛋白質的場所，所以糙面內質網(wǎng)的功能是合成并運輸?shù)鞍踪|。 4.核糖體：核糖體有些附著在內質網(wǎng)上，有些游離在細胞質中，是細胞內合成蛋白質的場所。 5.高爾基體：高爾基體普遍存在于真核細胞中，由一些扁平小囊和小泡構成。細胞中的高爾基體一般與細胞分泌物的形成有關，對蛋白質有加工和轉運的功能。高爾基體與植物細胞壁的形成有關。分泌越旺盛的細胞，高爾基體越發(fā)達。高爾基體是細胞分泌物的最后加工和包裝的場所。 知識拓展 高爾基體沒有合成蛋白質的功能，但能合成多糖。例如植物細胞的各種細胞外多糖就是高爾基體分泌產生的。植物細胞分裂時，新的細胞膜和細胞壁的形成，都與高爾基體的活動有關。動物細胞分裂時橫縊的產生以及新細胞膜的形成所需物質，也是由高爾基體提供的。 6.溶酶體：溶酶體是1955年大衛(wèi)等在鼠肝細胞內發(fā)現(xiàn)的。溶酶體并不是在電鏡下被直接觀察到的，而是應用新發(fā)展的細胞分級分離技術分離出來的。這種存在于細胞質中的微小顆粒，由于含有各種水解酶，具有溶解或消化作用的功能，因此，人們將這種顆粒命名為“溶酶體”，含義是溶解或消化小體。溶酶體是由粗面內質網(wǎng)和高爾基體產生的，普遍存在于真核細胞（哺乳動物的成熟紅細胞除外）中。 溶酶體是細胞內的一種細胞器，是單層膜小泡，大小為0.2～0.8 μm。溶酶體內含60多種酶，主要有蛋白酶、脂酶、磷酸酶、糖苷酶、溶菌酶等，在酸性環(huán)境下，它們可將蛋白質、脂質、糖類和核酸等多種物質分解。酸性磷酸酶是溶酶體的標志酶。溶酶體如果發(fā)育不全，所含的酶種類不全，就可引起疾病。 另外，植物細胞中還有液泡，內有細胞液，含糖類、無機鹽、色素和蛋白質等物質，可以調節(jié)植物細胞內的環(huán)境。動物和某些低等植物的細胞中還含有中心體，一個中心體由兩個互相垂直排列的中心粒及周圍物質組成，與細胞的有絲分裂有關。 在細胞質中，除了細胞器外，還有呈膠質狀態(tài)的細胞質基質，由水、無機鹽、糖類、脂質、氨基酸、核苷酸和多種酶等組成。在細胞質基質中也進行著多種化學反應。 辨析比較 組成細胞的各種結構 結構 功能 線粒體 雙層膜結構，成顆粒狀或短桿狀 有氧呼吸的主要場所 葉綠體 雙層膜結構，分為外膜和內膜，內膜以內是基粒和基質 進行光合作用的場所 內質網(wǎng) 由單層膜圍成的網(wǎng)狀結構。 增大了細胞內的膜面積，膜上附著有大量的酶，為各種化學反應的進行提供了有利條件；是蛋白質等物質的運輸通道；與蛋白質、脂類、糖類的合成代謝有關 高爾基體 單層膜圍成的扁平囊和小泡組成 與細胞分泌物的形成有關，對蛋白質有加工和轉運的功能。此外，還與植物細胞壁的形成有關 核糖體 無膜結構，橢球形的粒狀小體 蛋白質合成的場所 溶酶體 單層膜包裹的小泡 細胞內的消化系統(tǒng)與酶倉庫 液泡 單層膜圍成的囊泡，內有細胞液 參與細胞的水分代謝，同時也是植物細胞代謝副產品及廢物屯集的場所 中心體 不具備膜結構，每個中心體是由兩個互相垂直的中心粒排列而成 在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中與紡錘體的形成 二、用高倍顯微鏡觀察線粒體和葉綠體 1.目的要求：使用高倍顯微鏡觀察葉綠體、線粒體的形態(tài)和分布。 2.材料用具：新鮮的蘚類的葉（或菠菜葉、黑藻葉等），新配制的質量分數(shù)為1%的健那綠染液。顯微鏡、載玻片、蓋玻片、滴管、鑷子、消毒牙簽。 3.方法步驟： (1)制作臨時裝片。注意：①蓋蓋玻片的正確方法。②臨時裝片中的葉片要保持有水狀態(tài)。 (2)觀察葉綠體。注意：①正確對光。②先用低倍鏡，后用高倍鏡。③換上高倍鏡后，不要再動粗準焦螺旋。 (3)制作人的口腔上皮細胞臨時裝片。注意：①蓋玻片下兩側要放頭發(fā)絲支撐、以免壓迫細胞。②觀察過程中，可適當添加染液。 4.觀察線粒體。注意：①線粒體被染成藍綠色。②健那綠有輕微毒性，如果染色過久線粒體可能被破壞，出現(xiàn)空泡。 三、細胞器之間的協(xié)調配合 細胞內的各種細胞器在行使功能時，它們之間是互相配合的，從而形成多條“生產線”。分泌蛋白的合成和運輸就是一個典型的例子（如下圖）。 合成的分泌蛋白運輸?shù)郊毎獾倪^程示意圖 分泌蛋白最初是在內質網(wǎng)上的核糖體中由氨基酸形成肽鏈，肽鏈進入內質網(wǎng)進行加工，形成有一定空間結構的蛋白質。內質網(wǎng)可以“出芽”，也就是鼓出由膜形成的囊泡，包裹著要運輸?shù)牡鞍踪|，離開內質網(wǎng)，到達高爾基體，與高爾基體膜融合，囊泡膜成為高爾基體膜的一部分。高爾基體還能對蛋白質做進一步的修飾加工，然后形成包裹蛋白質的囊泡。囊泡移動到細胞膜，與細胞膜融合，將蛋白質分泌到細胞外。在分泌蛋白的合成、加工和運輸?shù)倪^程中，需要消耗能量。這些能量的供給來自線粒體。 深化升華 分泌蛋白的合成和運輸過程可簡單表示如下： 從中可得知：細胞內某一功能的完成需要多種細胞器的協(xié)調配合。 四、細胞的生物膜系統(tǒng) 在細胞中，細胞器的膜和細胞膜、核膜等結構，共同構成細胞的生物膜系統(tǒng)。這些生物膜的組成成分和結構很相似，在結構和功能上緊密聯(lián)系，進一步體現(xiàn)了細胞內各種結構之間的協(xié)調配合。 生物膜系統(tǒng)在細胞的生命活動中作用極為重要。首先，使細胞具有一個相對穩(wěn)定的內部環(huán)境，同時在細胞與外部環(huán)境進行物質運輸、能量轉換和信息傳遞的過程中起著決定性作用。其次，許多化學反應都在生物膜上進行，廣闊的膜面積為各種酶提供了大量的附著位點。再次，細胞內的生物膜把各種細胞器分隔開，這樣就使細胞內能夠同時進行各種化學反應，而不會互相干擾，保證了細胞生命活動高效、有序地進行。 知識拓展 （1）在工業(yè)方面，人們研制出選擇透過性膜，濾去海水中的鹽分，淡化海水或處理污水。（2）在醫(yī)學方面，科學家研制了一種透析型人工腎，來治療腎病，其中起關鍵作用的是一種人工合成的膜材料——血液透析膜。 問題·思路·探究 問題1 細胞器有什么功能？ 思路點撥:各種細胞器的形態(tài)、結構不同，在功能上也各有分工。線粒體是細胞進行有氧呼吸的主要場所，是細胞的“動力車間”。葉綠體是綠色植物能進行光合作用的細胞含有的細胞器，是植物細胞“養(yǎng)料制造車間”和“能量轉換站”。內質網(wǎng)是由膜連接而成的網(wǎng)狀結構，是細胞內蛋白質合成和加工，以及脂質合成的“車間”。高爾基體主要是對來自內質網(wǎng)的蛋白質進行加工、分類和包裝的“車間”及“發(fā)送站”。核糖體有些附著在內質網(wǎng)上，有些游離在細胞質中，是細胞內合成蛋白質的場所。溶酶體含有多種水解酶，能分解衰老、損傷的細胞器，吞噬并殺死侵入細胞的病毒或病菌。植物細胞中還特有液泡，內有細胞液，含糖類、無機鹽、色素和蛋白質等物質，可以調節(jié)植物細胞內的環(huán)境。動物和某些低等植物的細胞中還含有中心體，一個中心體由兩個互相垂直排列的中心粒及周圍物質組成，與細胞的有絲分裂有關。 問題2 細胞器之間是怎樣分工合作的？ 思路點撥:細胞內的各種細胞器在行使功能時，它們之間是互相配合的，從而形成多條“生產線”。分泌蛋白的合成和運輸就是一個典型的例子。分泌蛋白最初是在內質網(wǎng)上的核糖體中由氨基酸形成肽鏈，肽鏈進入內質網(wǎng)進行加工，形成有一定空間結構的蛋白質。內質網(wǎng)可以“出芽”，也就是鼓出由膜形成的囊泡，包裹著要運輸?shù)牡鞍踪|，離開內質網(wǎng)，到達高爾基體，與高爾基體膜融合，囊泡膜成為高爾基體膜的一部分。高爾基體還能對蛋白質做進一步的修飾加工，然后形成包裹蛋白質的囊泡。囊泡移動到細胞膜，與細胞膜融合，將蛋白質分泌到細胞外。在分泌蛋白的合成、加工和運輸?shù)倪^程中，需要消耗能量。這些能量的供給來自線粒體。 問題3 什么是生物膜系統(tǒng)？它具有什么功能？ 思路點撥:在細胞中，細胞器的膜和細胞膜、核膜等結構，共同構成細胞的生物膜系統(tǒng)。生物膜系統(tǒng)在細胞的生命活動中作用極為重要。首先，使細胞具有一個相對穩(wěn)定的內部環(huán)境，同時在細胞與外部環(huán)境進行物質運輸，能量轉換和信息傳遞的過程中起著決定性作用。其次，許多化學反應都在生物膜上進行，廣闊的膜面積為各種酶提供了大量的附著位點。再次，細胞內的生物膜把各種細胞器分隔開，這樣就使細胞內能夠同時進行各種化學反應，而不會互相干擾，保證了細胞生命活動高效、有序地進行。 典題·熱題·新題 例1 下面是對四種細胞器結構特征的部分描述，屬于細胞顯微結構的是 （　?。┆? A.線粒體的棒狀結構 B.葉綠體的雙層膜結構 C.兩個中心粒的相互垂直結構 D.高爾基體的單層膜結構 思路解析：所謂顯微結構是指在普通光學顯微鏡下看到的細胞結構，亞顯微結構則是在高倍的電子顯微鏡下看到的細胞結構。上述供選答案中B、C、D都是只有在電子顯微鏡下才能看到的細胞結構，只有A所描述的才是光學顯微鏡下看到的結構，屬于顯微結構。 答案：A 例2 一分子CO2從葉肉細胞的線粒體基質中擴散出來，進入一相鄰細胞的葉綠體基質中，共穿越過的生物膜層數(shù)是（　?。┆? A.5 B.6 C.7 D.4 思路解析：細胞膜是單層生物膜，線粒體和葉綠體都是雙層膜的細胞器，所以一分子CO2從葉肉細胞的線粒體基質中擴散出來進入一相鄰細胞的葉綠體基質中，穿越過的生物膜是：線粒體膜（2層）、細胞膜（1層）、相鄰細胞的細胞膜（1層）、葉綠體膜（2層），共6層。 答案：B 例3 從某腺體的細胞中，提取出附著有核糖體的內質網(wǎng)，放入含有放射性元素3H標記的氨基酸的培養(yǎng)液中。培養(yǎng)液中含有核糖體和內質網(wǎng)完成其功能所需的物質和條件。很快連續(xù)取樣，并分離核糖體和內質網(wǎng)。測定標記的氨基酸出現(xiàn)在核糖體和內質網(wǎng)中的情況，結果如下圖所示。請回答： （1）放射性氨基酸首先在核糖體上大量積累，最可能的解釋是________。 （2）放射性氨基酸繼續(xù)在核糖體上積累之后，在內質網(wǎng)中也出現(xiàn)，而且數(shù)量不斷增多，最可能的解釋是________________________________________。 （3）實驗中，培養(yǎng)液相當于細胞中的________。 思路解析：氨基酸是合成蛋白質的原料，腺體合成的蛋白質主要是分泌蛋白，而分泌蛋白的合成和分泌途徑是：核糖體→內質網(wǎng)→高爾基體→分泌小泡→細胞膜，該過程中需要有線粒體提供能量。所以放射性元素先在核糖體上分布較多，而后在內質網(wǎng)上分泌較多，細胞中的各種細胞器正常的生命活動，必須在細胞質基質中才能完成。細胞質基質中游離的氨基酸要在核糖體上經脫水縮合形成蛋白質，所以放射性氨基酸首先在這里積累；繼而內質網(wǎng)上又出現(xiàn)并不斷增多的放射性氨基酸，得出蛋白質進入內質網(wǎng)的結論。因為細胞器只有在細胞質基質中才能發(fā)揮其正常的生理功能，細胞質基質為它提供物質和能源等條件，所以培養(yǎng)液在這里相當于細胞質基質。 答案：（1）核糖體是蛋白質合成的場所?。?）蛋白質進入內質網(wǎng)中?。?）細胞質基質 深化升華 細胞質基質是由水、無機鹽、脂質、糖類、氨基酸、核苷酸和多種酶等組成的，其中也進行著多種化學反應。 蛋白質的合成與運輸途徑是按下列步驟進行的：a.蛋白質的合成是附著在內質網(wǎng)上的核糖體中進行的； b.合成后隨即轉移到內質網(wǎng)腔中； c.從內質網(wǎng)再運輸?shù)礁郀柣w中加工； d.加工后再轉移到細胞頂端，釋放出去。