高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第3章 细胞的基本结构第2节 细胞器之间的分工合作优秀学案设计

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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。
【知识拓展】用差速离心法分离细胞器的方法：将细胞的细胞膜破坏，形成各种细胞器和细胞中其他物质组成的匀浆，将匀浆放入离心管中，逐渐提高离心速率分离细胞核和大小不同的细胞器。首先分离出来的是较大的颗粒，较小的颗粒最后分离出来。高等植物差速离心分离细胞器的过程如下图所示：
知识点02 细胞器之间的分工

【特别提醒】
①细胞器分布在细胞质其质中，与细胞质基质共构成了细胞质。
②原核细胞只有核糖体一种细胞器。
③叶绿体只分布在绿色植物进行光合作用的部位，如根不进行光合作用，则没有叶绿体。
④线粒体不是存在于所有真核细胞中，如哺乳动物成熟的红细胞、某些营厌氧生活生物的细胞没有线粒体。
⑤细胞中的内质网分粗面内质网和光面内质网，核糖体有的附于粗面内质网上，有的游离在细胞质基质中。
⑥细胞器并非漂浮于细胞质中，而是由细胞骨架支持。
⑦细胞骨架不是细胞器，是由蛋白质纤维组成的网架结构，维持看细胞的形态、锚定并支撑许多细胞器，与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转化、信息传递等生命活动有关。知识点03 用显微镜观察叶绿体和细胞质的流动
1.原理：
①叶肉细胞中的叶绿体呈绿色、扁平的椭球或球形，可以在高倍显微镜下观察叶绿体的形态和分布。
②活细胞中的细胞质处于不断流动的状态。观察细胞质的流动，可用细胞质基质中的叶绿体的运动作为标志。
2.材料：藓类叶（或菠菜叶、番薯叶等），新鲜的黑藻。
3.方法步骤：
①制作藓类叶片的临时装片并观察叶绿体的形态和分布：用镊子取一片藓类的小叶（或者取菠菜叶稍带些叶肉的下表皮）→盛有清水的培养皿→制作装片（保持有水状态）→ 低倍镜观察→高倍镜观察。
②把黑藻放在光照、 室温条件下培养→用镊子从新鲜枝上取一片幼嫩的小叶→制作装片（保持有水状态）→ 低倍镜观察→高倍镜观察。
知识点04 同位素标记法
1.同位素是指质子数相同，中子数不同的同一元素的原子，如16O与18O，12C与14C。
2.同位素标记法是指用物理性质特殊的同位素来标记化学反应中原子的去向。
3.同位素标记法的作用：同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律。
【特别提醒】
同位素并不都具有放射性：具有放射性的，如14C、32P、3H、35S等；不具有放射性的，如15N、18O等。
知识点05 细胞器之间的协调配合
1.分泌蛋白是在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的一类蛋白质叫作，如消化酶、抗体和一部分激素等。科学家研究豚鼠的胰腺腺泡细胞分泌蛋白形成过程时，采用的方法是同位素标记法。
2.分泌蛋白的合成和运输过程：下图中[6]表示某种分泌蛋白。
[6]的合成和运输过程是：在游离的核糖体中以氨基酸为原料开始多肽链的合成→当合成了一段肽链后，肽链会与核糖体一起转移到[⑤]粗面内质网上继续合成→边合成边转移到内质网腔内，→经过加工、折叠，形成具有一定空间结构的蛋白质→[②]囊泡→进入[③]高尔基体对蛋白质进一步修饰加工→[②]囊泡→与细胞膜融合，将蛋白质分泌到细胞外。分泌蛋白的合成、加工、运输的过程中消耗的能量主要由[⑦]线粒体提供。
【易错提示】
①内质网产生的具膜小泡和高尔基体融合成为高尔基体的一部分，高尔基体产生的具膜小泡和细胞膜融合成为细胞膜的一部分。
②高尔基体可完成分泌蛋白的加工，但不能进行蛋白质的合成。高尔基体不能完成分泌蛋白的合成与加工。
③在核糖体上合成的消化酶需要经过内质网和高尔基体的加工才具有生物活性。消化酶在粗面内质网上的核糖体合成后还没有生物活性。
知识点06 细胞的生物膜系统
【特别提醒】
囊泡是生物膜。视网膜、肠黏膜不是生物膜。
②原核细胞除细胞膜外无其他膜结构，因此没有生物膜系统。
拓展知识
考法01 差速离心法分离细胞器

1.差速离心主要是采取逐渐提高离心速度的方法分离不同大小的细胞器。起始的离心速度较低，让较大的颗粒沉降到管底，小的颗粒仍然悬浮在上清液中。收集沉淀，改用较高的离心速度离心上清液，将较小的颗粒沉降，
2.在差速离心动物细胞结构沉降的顺序依次为：细胞核、线粒体、溶酶体、内质网与高尔基体、最后为核糖体。
【典例1】将细胞膜破坏后形成匀浆，将匀浆放人离心管中，用高速离心机进行差速离心，分离细胞核与线粒体的正确方法应是（ ）
A．首先是高速离心，分离出细胞核，然后是低速离心，分离出线粒体
B．首先是低速离心，分离出细胞核，然后是高速离心，分离出线粒体
C．首先是高速离心，分离出线粒体，然后是低速离心，分离出细胞核
D．离心速度不变，线粒体在沉淀物中，细胞核在上清液中
【答案】B
【解析】差速离心法主要根据颗粒大小和密度的不同存在的沉降速度差别，分级增加离心速度，从试样中依次分离出不同组分的方法。细胞结构越小，离心时需要的速度越高，由于细胞核的体积和质量远大于线粒体，故需先低速离心分离出细胞核，再高速离心分离出线粒体，B正确。

考法02 细胞器的分类
1.细胞器按膜的层数分为双层膜、单层膜和无膜的细胞器。
2.细胞器按核酸种类和色素划分为含DNA的细胞器、含RNA的细胞器、含有色素的细胞器及不含核酸和色素的细胞器。
3.细胞器按功能特点划分一般可以划分为合成有机物的细胞器、与能量转换关系密切的细胞器、产生水的细胞器。

【典例2】从某种动物的胰腺细胞中分离出X、Y、Z三种细胞器，测定它们有机物的含量如下表所示。下列说法错误的是( )
A.细胞器X是蛋白质合成的场所
B.细胞器Z可能与蛋白质的分泌有关
C.细胞器Y具有双层膜结构
D.这三种细胞器均可用光学显微镜观察到
【答案】D
【解析】细胞器X含有蛋白质和核酸，不含有脂质，说明该细胞器不具有膜结构，应该是核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所，A项正确；细胞器Z由脂质，具有膜结构，但不含核酸，可能是内质网、高尔基体、液泡、溶酶体等，其中内质网和高尔基体与蛋白质的分泌有关，B项正确；细胞器Y由脂质，具有膜结构，含核酸微量，可能是线粒体，具有双层膜结构，C项正确；用光学显微镜可观察到线粒体，核糖体、内质网、高尔基体等用光学显微镜观察不到，D项错误。
考法03 细胞器之间的分工
1.线粒体是有氧呼吸的主要场所。
2.叶绿体是光合作用的场所。
3.内质网对核糖体合成的多肽链进行加工。
4.高尔基体对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装。
5.核糖体是生产蛋白质的机器。
6.溶酶体是细胞的“消化车间”，分解衰老、损伤的细胞器，呑噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌。
7.液泡可以调节植物细胞内的环境，充盈的液泡还可以使植物细胞保持坚挺。
8.中心体存在于动物与低等植物细胞，与细胞的有丝分裂有关。
【典例3】下列有关细胞器功能的叙述正确的是（ ）
A.低等植物细胞的有丝分裂与中心体有关
B.高尔基体是肽链合成和加工的场所
C.叶绿体将葡萄糖氧化分解成CO2和H2O
D.溶酶体能够合成和分泌多种水解酶
【答案】A
【解析】中心体与有丝分裂中纺锤体形成有关，A正确；肽链的合成场所是核糖体，B错误；叶绿体不能将葡萄糖氧化分解，C错误；水解酶合成场所是核糖体，D错误。
考法04 用高倍镜观察叶绿体和细胞质流动
1.细胞质基质中的叶绿体一方面会随细胞质流动方式运动；但最主要的是叶绿体根据光线的强弱进行主动运动，黑暗中，叶绿体在细胞中无序排列；若光照时，叶绿体以较大的面向着光以更有效地吸收光能；光线太强时，叶绿体以较小的面向着光以避免受伤害。
2.叶绿体的形态和分布纪要有利于接受光照，完成光合作用；又要避免光线伤害，保护自己。如叶绿体在不同光照条件下会改变方向，再如叶子上面的叶肉细胞中的叶绿体比下面的多，这可以接受更多的光照。
3.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盐、蛋白质、各种没等物质遍布整个的细胞,有利于细胞进行新陈代谢等各种生命活动。
【典例4】右图为黑藻的细胞质环流示意图，视野中的叶绿体位于液泡的右方，细胞质环流的方向为逆时针。则实际上，黑藻细胞中叶绿体的位置和细胞环流的方向分别为（ ）
A.叶绿体位于液泡的右方，细胞质环流的方向为顺时针
B.叶绿体位于液泡的左方，细胞质环流的方向为逆时针
C.叶绿体位于液泡的右方，细胞质环流的方向为逆时针
D.叶绿体位于液泡的左方，细胞质环流的方向为顺时针
【答案】B
【解析】显微镜下观察到的是上下、左右都颠倒的像．视野中叶绿体位于液泡的右方，而实际上，黑藻细胞中叶绿体位于液泡的左方；但细胞质的环流方向和实际细胞质的环流方向一致，视野中细胞质的环流方向为逆时针，则实际上，黑藻细胞中细胞质环流方向也是逆时针。
考法05 同位素标记法
放射性同位素标记法在生物化学和分子生物学领域应用极为广泛，它为揭示体内和细胞内理化过程的秘密，阐明生命活动的物质基础起了极其重要的作用。阐明生物体内物质处于不断更新的动态平衡之中，是放射性同位素标记法对生命科学的重大贡献之一。体内存在着很多种物质，究竟它们之间是如何转变的，如果在研究中应用适当的同位素标记物作标记剂分析这些物质中同位素含量的变化，就可以知道它们之间相互转变的关系，还能分辩出谁是前身物，谁是产物 ，分析同位素标记剂存在于物质分子的哪些原子上，可以进一步推断各种物质之间的转变机制。
【典例1】下列有关同位素标记法的叙述，错误的是（ ）
A．同位素标记法可用于示踪物质的运行和变化规律
B．14C、32P、3H、35S、15N、18O都是同位素标记法常用的同位素
C．生物学研究中，同位素标记法常用的同位素都具有放射性
D．研究分泌蛋白的合成和运输可向细胞中注射3H标记的氨基酸
【答案】C
【解析】同位素标记法可用于示踪物质的运行和变化规律，A正确；14C、32P、3H、35S、15N、18O都是同位素标记法常用的同位素，B正确；生物学研究中常用的同位素有的具有放射性，如14C、32P、3H、35S等；有的不具有放射性，如15N、18O等，C错误；研究分泌蛋白，可以将合成蛋白的原料氨基酸进行标记，可以用氢原子的同位素，D正确。

考法06 细胞器之间的协调配合
1.在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，检测放射性依次出现的部位。放射性最先出现在附着在内质网上的核糖体中，然后依次出现在内质网、高尔基体和细胞膜等结构上。如下图所示：
2.在分泌蛋白的合成、加工、运输过程中，生物膜系统各部分之间协调配合如下图所示：
3.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。如下图所示：
【典例2】如图表示细胞中某种生物大分子的合成及运输路线。下列相关叙述正确的是( )
A.该生物大分子可能是抗体或性激素
B.①可能是核糖体也可能是中心体
C.该物质经“②→③→④”的运输过程需要囊泡
D.该物质运输过程体现了生物膜具有选择透过性
【答案】C
【解析】结合图示分析，该生物大分子最可能是分泌蛋白，其中①为核糖体、②为内质网、③为高尔基体，性激素为小分子物质，A错误；中心体无物质合成功能，B错误；该物质从内质网到高尔基体到细胞膜的过程中通过囊泡进行运输，C正确；该物质的运输过程体现了生物膜的流动性，D错误。

考法07 细胞的生物膜系统
1.在化学成分上的联系：各种生物膜组成成分相似，主要由脂质、蛋白质和少量糖类组成，但每种成分所占的比例不同。
2.在结构上的联系：内质网膜与细胞膜、核膜直接相连，内质网膜与高尔基体膜、高尔基体膜与细胞膜间接相连。如下图所示：
【典例3】下列有关细胞的生物膜系统，说法错误的是( )
A.原核细胞有生物膜，但不具有生物膜系统
B.类囊体膜不属于生物膜系统
C.细胞中不同生物膜在成分上是有差别的
D.细胞的生物膜系统之间存在结构和功能上的联系
【答案】B
【解析】原核细胞只有细胞膜一种生物膜，没有细胞器膜和核被膜，不具有生物膜系统，A项正确；类囊体膜也是生物膜，它属于生物膜系统，B项错误；细胞中不同生物膜的功能不同，推测不同生物膜在成分上有差别，C项正确；细胞的生物膜系统之间存在结构和功能上的联系，分泌蛋白的合成、加工和运输过程可以证明，D项正确。

图例
细胞器的名称
结构特点
主要功能
分布
1.
线粒体
双层膜，内膜向内折叠。
有氧呼吸的主要场所，是细胞的“动力车间”。
进行有氧呼吸的真核细胞。
2.
叶绿体
双层膜，有囊状结构堆叠形成的基粒。
光合作用的场所，是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”。
绿色植物进行光合作用的细胞。
3.
内质网
由单层膜围成的内腔相通的膜性管道系统。
蛋白质等大分子物质合成、加工场所和运输通道。
各种真核细胞。
4.
高尔基体
由单层膜构成的扁平囊叠加在一起组成。
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”。
各种真核细胞。
5.
液泡
单层膜，内有细胞液。
调节细胞内的环境。
主要存在于植物细胞。
6.
溶酶体
单层膜包被的囊状结构。
细胞的“消化车间”，分解衰老、损伤的细胞器，呑噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌。
主要分布在动物细胞。
7.
核糖体
没有膜包被，附着于内质网或游离于细胞质基质
“生产蛋白质的机器”。
原核细胞和真核细胞。
8.
中心体
由两个互相垂直排列的中心粒及周围物质组成。
与细胞的有丝分裂有关。
动物与低等植物细胞。
1.组成
由细胞膜、核膜、具膜细胞器的膜共同构成。
2.特点
各种生物膜的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与配合。
3.功能
①使细胞具有一个相对稳定的内部环境，同时在细胞与外部环境进行物质运输、能量转化和信息传递的过程中起着决定性的作用。
②广阔的膜面积为多种酶提供了附着位点。
③把各种细胞器分隔开，使得细胞内能够同时进行多种化学反应，而不会互相干扰，保证了细胞生命活动高效、有序地进行。
双层膜细胞器
线粒体、叶绿体
单层膜细胞器
内质网、高尔基体、溶酶体、液泡
无膜结构细胞器
核糖体、中心体
含DNA的细胞器
线粒体、
含RNA的细胞器
线粒体、叶绿体、核糖体内质网、高尔基体、溶酶体、
含有色素的细胞器
叶绿体、液泡
不含核酸和色素的细胞器
内质网、高尔基体、溶酶体、中心体
合成有机物的细胞器
叶绿体、内质网、高尔基体、核糖体
与能量转换关系密切的细胞器
叶绿体、线粒体
产生水的细胞器
叶绿体、线粒体、核糖体、高尔基体
蛋白质(%)
脂质(%)
核酸(%)
X
61
0
39
Y
67
20
微量
Z
59
41
0