第02讲蛋白质的合成与加工运输与分选-备战2023年高考生物核心考点讲练

专题一细胞生物学第02讲真核细胞中蛋白质的合成与加工、运输与分选【学习目标】1.通过信号肽假说、蛋白质的经典分泌途径与非经典分泌途径的学习，进一步理解分泌蛋白的合成过程。2.通过分析生物膜系统的结构与功能，加深对结构与功能观的理解。3.通过囊泡运输的过程，理解生物膜的结构与功能特性。【学习过程】探究点1蛋白质的合成与加工【情境引领】真核生物的一个基因可由若干个外显子与内含子组成，转录形成初始的mRNA后，经拼接加工把内含子转录出的片段切除，就形成了成熟mRNA，如图所示。编码分泌蛋白的mRNA在翻译时，首先合成一段称为信号肽的特殊多肽链，核糖体通过信号肽的作用附着到内质网并合成分泌蛋白，如图所示。线粒体属于半自主复制细胞器。一部分蛋白质直接在线粒体基质中合成；一部分蛋白质是由细胞核基因编码。需先在线粒体外合成前体蛋白，然后在信号序列的引导下，进入线粒体加工为成熟蛋白质。【教材追根】1.新转录产生的mRNA在加工过程中断裂和形成的化学键是_________，成熟的mRNA穿过细胞核上的________转运到细胞质中，该结构对转运的物质具有________性。2.蛋白质的信号肽需借助___________和__________转移至内质网膜上，这一过程体现了生物膜________________的功能。3.如果用放射性同位素标记技术探究胃蛋白酶原分泌过程中生物膜的转移方向，选择使用的标记方法是______________。放射性在细胞结构上出现的先后顺序是_______________。4.线粒体的前体蛋白信号序列与受体识别的过程能否体现生物膜之间的信息交流？原因是什么？【评价检测】1.(单选)高尔基体膜上的RS受体特异性识别并结合含有短肽序列RS的蛋白质，以出芽的形式形成囊泡，通过囊泡运输的方式将错误转运到高尔基体的该类蛋白运回内质网并释放。RS受体与RS的结合能力随pH升高而减弱。错误的是2.(不定项)在细胞中，内质网负责将多肽链正确折叠和加工成有功能的蛋白质。一些外源性因素(如缺氧)会导致内质网腔内出现错误折叠蛋白和未折叠蛋白聚集等现象，称为内质网应激(ERS)。肿瘤细胞的ERS保护机制可促进未折叠蛋白的正常折叠，加速错误蛋白降解，以维持肿瘤细胞的存活和转移。正确的是A.内质网可对肽链进行折叠、加工、修饰等D.肿瘤细胞的ERS机制可能使其能耐受缺氧、酸中毒等环境探究点2蛋白质的运输【情境引领】信号肽假说认为，经典的蛋白分泌可通过内质网－高尔基体途径进行。核糖体－新生肽被引导至内质网后(如图所示)，继续合成肽链，结束后其信号肽被切除，核糖体脱落；肽链在内质网中加工后被转运到高尔基体，最后经细胞膜分泌到细胞外。细胞内部产生的蛋白质被包裹于膜泡形成囊泡，囊泡被分成披网格蛋白小泡、COPⅠ被膜小泡以及COPⅡ被膜小泡三种类型。三种囊泡介导不同途径的运输(图1)，其中COPⅠ被膜小泡以及COPⅡ被膜小泡的识别和运输过程如图2所示。图1图2囊泡运输是一种高度有组织的定向运输，各类囊泡之所以能够被准确地运到靶细胞器或靶细胞，主要是因为靶细胞器或靶细胞具有特殊的膜标志蛋白V­SNARE蛋白，囊泡通过与特殊的膜标志蛋白T­SNARE蛋白相互识别，进行囊泡运输，将物质准确地运送到相应的位点。【教材追根】1.若胰岛素基因中编码信号肽的序列发生突变，会导致胰岛素不能正常分泌，原因是什么？2.囊泡是细胞内各种生物膜结构之间进行物质运输的“通道”，囊泡运输参与细胞多项重要的生命活动。细胞中能形成囊泡的结构有_____________（写出4个）。3.需内质网、高尔基体参与加工合成的导致蛋白质种类包括______，此过程中高尔基体的作用有_________。4.细胞自噬过中，自噬小泡中的包裹物在一系列水解酶的作用下降解后，其产物的去向有_____________________。由此推测，在营养物质缺乏条件下，细胞自噬作用会______(填“增强”或“减弱”)。5.囊泡能精确地将细胞“货物”运送到目的地，原因是_______________________________。6.为确定两种参与某经典分泌蛋白囊泡运输的基因的功能，科学家筛选了两种酵母菌突变体。与野生型酵母菌电镜照片相比，Sec12基因突变体细胞中内质网特别大；Sec17基因突变体细胞中内质网和高尔基体间积累大量的未融合小泡。据此推测，Sec12基因编码的蛋白质和Sec17基因所编码蛋白质的功能分别是什么？【评价检测】1.(单选)蓖麻细胞内游离核糖体的小亚基与mRNA结合后，招募核糖体大亚基开始合成一段信号肽，信号肽被内质网上的受体识别后进入网腔延伸、加工形成蓖麻毒素前体(PRC)，核糖体随后解体，PRC经高尔基体加工后继续以囊泡的形式运往液泡并降解部分肽段成为蓖麻毒素。蓖麻毒素常被用来合成免疫毒素破坏靶细胞的核糖体。错误的是2.(不定项)酵母菌液泡的功能类似于动物细胞的溶酶体，可进行细胞内“消化”。API蛋白是一种存在于酵母菌液泡中的蛋白质，前体API(pro-API)蛋白进入液泡后才能形成成熟蛋白(m-API)。已知前体API蛋白通过生物膜包被的小泡进入液泡的途径分为饥饿和营养充足两种情况(如图)，图中自噬小体膜的分解需要液泡内的相关蛋白酶。正确的是3H标记构成API蛋白的特有氨基酸研究API蛋白转移的途径B.利用基因工程将酵母菌API蛋白基因导入大肠杆菌，可以得到成熟的API蛋白D.无论是饥饿状况下还是营养充足情况下，液泡中都可以检测到成熟的API蛋白探究点3蛋白质的分选【情境引领】多数分泌蛋白的肽链氨基端含有信号肽序列，依赖于经典分泌途径分泌到细胞外，但此途径中发生的翻译后的修饰会使分泌出的某些蛋白质不具有生物活性。研究表明，真核细胞中有少数蛋白质不能通过经典分泌途径分泌，而依赖于直接跨膜运输到细胞外等非经典分泌途径。目前较为公认的蛋白质的非经典分泌途径有4种，如图所示。蛋白质分选是依靠蛋白质自身信号序列，从蛋白质起始合成部位转运到其功能发挥部位的过程，可以大体分为两条途径。翻译后转运：在游离核糖体上完成肽链合成，然后转运至线粒体、叶绿体及细胞核或成为细胞质基质和细胞骨架的成分。共翻译转运：蛋白质合成在游离核糖体上起始之后由信号肽引导，边合成边转入内质网中，再经一系列加工运至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外。【教材追根】1.某种分泌蛋白的基因中不具有编码信号肽的序列，可以初步判断该分泌蛋白的分泌途径属于____________。做出这一判断的依据是____________________。2.结合文中信息分析，真核细胞非经典分泌途径存在的生物学意义。3.决定细胞质基质中合成的成熟蛋白质去向的主要物质是_____________。用3H标记亮氨酸的羧基可确定某种蛋白质______（能、不能）判断符合哪种分选途径，原因是什么？【评价检测】1.(单选)科学家发现在内质网和高尔基体之间存在着一个中间膜区室，称为内质网-高尔基体中间体(ERGIC)，大多膜蛋白、分泌蛋白合成过程中途经内质网-高尔基体膜泡运输至细胞不同部位。在这一过程中，如果蛋白质错误分选运输至ERGIC，ERGIC会产生反向运输的膜泡将货物运回至内质网；对于正确分选的蛋白质，ERGIC通过膜泡顺向运输至高尔基体，再输送到特定的区域，错误的是C.若内质网-高尔基体中间体功能发生紊乱，可能诱发细胞凋亡D.此过程中，内质网起到了交通枢纽的作用2.(不定项)蛋白质分选是依靠蛋白质自身信号序列，从蛋白质起始合成部位转运到其功能发挥部位的过程，可以大体分为两条途径。即翻译后转运、共翻译转运。错误的是A.生长激素、胰岛素、性激素等激素的分泌属于共翻译转运途径B.线粒体、叶绿体以及细胞核中的蛋白质均来自翻译后转运途径3H标记亮氨酸的羧基可确定某种蛋白质的分选是何种途径【跟踪检测】1.(单选)溶酶体水解酶经合成后能准确无误地运送到细胞的各个部位，与蛋白质的分选有关。M6P分选途径大约为：经内质网加工的蛋白质进入高尔基体后，S酶会在其中的某些蛋白质上形成M6P标志。具有该标志的蛋白质能被高尔基体膜上的M6P受体识别，经高尔基体膜包裹形成囊泡，在囊泡逐渐转化为溶酶体的过程中，带有M6P标志的蛋白质转化为溶酶体水解酶；不能发生此识别过程的蛋白质经囊泡运往细胞膜。错误的是C.S酶功能丧失的细胞中，衰老和损伤的细胞器会在细胞内积累D.M6P受体基因缺陷的细胞中，带有M6P标志的蛋白质会聚集在高尔基体内2.(不定项)1972年，CesarMilstein和他的同事对蛋白质的分选机制进行研究。他们用分离纯化的核糖体在无细胞体系中用编码免疫球蛋白(IgG)轻链的mRNA指导合成多肽，发现合成的多肽比分泌到细胞外的成熟的免疫球蛋白在N端多出一段肽链片段(P)。若添加粗面内质网，翻译的产物长度与活细胞分泌的肽链相同，且不含肽链片段P。正确的是B.细胞内合成IgG的过程中，肽链片段P在粗面内质网内被剪切D.若肽链片段P功能缺失，则蛋白IgG将在细胞质基质内继续合成、加工成为成熟的免疫球蛋白3.如图表示高尔基体定向转运不同蛋白质时的不同机制，其一是激素合成后随即被释放到细胞外，称为组成型分泌途径；其二是激素合成后暂时储存在细胞内，受到细胞外信号刺激时再释放到细胞外，称为可调节型分泌途径。(1)分泌蛋白、细胞膜上的膜蛋白以及溶酶体中的酸性水解酶的合成、加工和转运过程，需要_______________和高尔基体等细胞器的参与，这体现了细胞中各种细胞器之间的_______________关系。(2)溶酶体酶包装时，酸性水解酶先与M6P受体结合，然后高尔基体以_______的形式形成囊泡。若__________(填“促进”或“抑制”)M6P受体基因的表达，则衰老和损伤的细胞器会在细胞内积累。(3)为探究胰岛素的分泌途径，某研究小组进行如下实验。请完成下表：(培养液中葡萄糖浓度均为1.5g/L，(X物质是蛋白质合成抑制剂，用生理盐水配制)实验处理预测实验结果推出结论甲组：培养液＋胰岛B细胞＋X物质乙组：培养液＋胰岛B细胞＋________________________一定时间内两组培养液都检测出相同量胰岛素胰岛素只存在可调节型分泌途径只在乙组培养液检测出胰岛素胰岛素只存在组成型分泌途径____________________________胰岛素存在两种分泌途径4.核基因编码的蛋白质在细胞内的运输取决于自身的氨基酸序列中是否包含了信号序列以及信号序列的差异，如图所示。(1)研究发现，经②过程进入内质网的多肽，在内质网中折叠成为具有一定________的蛋白质，③过程输出的蛋白质并不包含信号序列，推测其原因是________________________。经②③过程形成的蛋白质经过④途径送往溶酶体、成为膜蛋白或____________。(2)在内质网中未折叠或错误折叠的蛋白质，会在内质网中大量堆积，此时细胞通过改变基因表达减少新蛋白质合成，或增加识别并降解错误折叠蛋白质相关分子，进行细胞水平的________调节。(3)某些蛋白质经⑥、⑦过程进入线粒体、叶绿体时，需要膜上________的协助。线粒体和叶绿体所需的蛋白质部分来自⑥、⑦过程，部分在____________________的指导下合成。(4)某些蛋白质经⑧过程进入细胞核需要通过________(结构)，这一过程具有________性。(5)除图中⑤以外，送往不同细胞结构的蛋白质具有____________________，这是细胞内蛋白质定向运输所必需的。【归纳建模】通过本课题的深入探究，可以构建以“蛋白质的合成与加工、运输与分选”为核心的知识网络体系，建构以下思维模型。请在空白处，拓展需要整理的知识内容。参考答案探究点1【教材追根】1.提示：磷酸二酯键核孔选择2.提示：信号识别受体信号识别颗粒(SRP)信息交流3.提示：先标记组成胃蛋白酶原的氨基酸放射性依次出现的顺序是内质网→高尔基体→细胞膜4.提示：不能线粒体的前体蛋白信号序列在游离的核糖体上合成，不携带生物膜的信息探究点2【教材追根】1.提示：胰岛素为分泌蛋白，若胰岛素基因中编码信号肽的序列发生突变，信号肽发生异常可导致多肽链不能进入内质网进行加工，进而不能被分泌出细胞，从而会导致胰岛素不能正常分泌。2.提示：内质网、高尔基体、细胞膜、溶酶体、过氧化物体等3.提示：膜蛋白、溶酶体蛋白、分泌蛋白对来自内质网的蛋白质进行加工、分类、包装；形成囊泡，运往细胞膜4.提示:留在细胞内或排放到细胞外增强5.提示：囊泡上的蛋白质能与目的地（或膜）上的受体蛋白质进行特异性的识别和结合6.提示：Sec12基因编码的蛋白质参与内质网上囊泡的形成，Sec17基因所编码的蛋白质参与囊泡与高尔基体的融合。探究点3【教材追根】1.非经典途径非经典分泌途径分泌的蛋白质肽链中没有信号肽序列，不能被引导进入内