高考高三生物1.3二轮微专题-细胞器的分工合作复习

本专题设计思路参考王艾丽《细胞器之间的分工合作复习课教学设计》细胞器之间的分工合作1.以分泌蛋白的形成为例，构建概念模型【资料1】科学家以豚鼠胰腺腺泡细胞为材料，采用放射性同位素示踪的方法，探究胰蛋白酶的合成和分泌路径。研究者以3H标记的亮氨酸培养豚鼠胰腺腺泡细胞，然后分别在3min、17min和117min获得细胞，置于特定环境下观察。研究发现，3min取出的腺泡细胞，被标记的蛋白质出现在附着核糖体的粗面内质网中，17min时出现在高尔基体中，117min时出现在靠近细胞膜的囊泡及细胞外，结果如图1所示。问题：根据实验结果，用箭头和文字画出胰蛋白酶合成、运输、分泌途径示意图，并口述各细胞结构在此过程中的作用。2.对已经构建的概念模型再认识（1）核糖体与内质网的联系【资料2】信号肽假说认为，在分泌蛋白的合成过程中，游离核糖体最初合成的一段氨基酸序列是一种信号序列(又称信号肽)，它能被位于细胞质基质中的信号肽识别颗粒(SRP)识别，后者引导核糖体附着于内质网上，继续蛋白质的合成。在无细胞的培养液中(含核糖体)进行相关实验，结果见表1。讨论，解决以下问题:①SRP有什么功能?当SRP与信号肽结合后，多肽链的合成发生了什么变化?②DP有什么功能?加入DP后多肽链的合成又发生了什么变化?③在完整的细胞中，信号肽何时切除?在哪里切除?④“游离型”核糖体和“吸附型”核糖体是两种不同的核糖体吗?⑤尝试讲述分泌蛋白进入内质网的过程。信号肽是引导新合成的蛋白质向分泌通路转移的短（长度5-30个氨基酸）肽链，作用是负责把蛋白质引导到细胞含不同膜结构的亚细胞器内。导肽又称导向序列，是游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号，其作用是运送蛋白质。转运肽，是一种12~60个氨基酸残基的前导序列，其作用是引导在细胞溶质中合成的蛋白质输入线粒体和叶绿体。分泌蛋白的翻译始于游离的核糖体，当多肽链延伸至70—100个左右氨基酸残基时，N端的信号肽与信号识别颗粒(SRP)结合，SRP通过与内质网上的SRP受体(DP)结合，将核糖体与新生肽引导至内质网。SRP的存在会使肽链延伸停止，之后SRP脱离，信号肽引导新生肽链进入内质网腔中，肽链继续合成直至结束，核糖体从内质网脱落。而信号肽在进入内质网腔后，也会被切除。对点训练试题：1．科学家推测，在分泌蛋白的合成过程中，游离核糖体最初合成的一段氨基酸序列作为信号序列，被位于细胞质基质中的信号识别颗粒(SRP)识别，新生肽与SRP结合后，停止蛋白质的合成，只有引导核糖体附着于内质网上，才能继续蛋白质的合成，这就是信号肽假说，如下图所示。下列说法不正确的是（）A．游离核糖体和附着在内质网上的核糖体可相互转化B．信号肽需借助DP和SRP的识别结合才能转移至内质网膜上C．抗体、血红蛋白和激素的合成都经过这样的过程D．与分泌蛋白加工及分泌有关的细胞器均具有膜结构，这些膜结构属于生物膜系统2．胰岛素是由胰岛B细胞合成的分泌蛋白，其合成及运输过程如下：游离核糖体最初合成的多肽，主要是一段具有23个氨基酸残基的信号（肽）序列，该序列被位于细胞质基质中的信号识别颗粒（SRP）识别并结合，此时蛋白质合成暂时中止；SRP引导核糖体附着于内质网上，继续蛋白质的合成（如图1所示）；在内质网中产生具有109个氨基酸残基的前胰岛素原，内质网腔中的信号肽酶切除其信号肽部分，产生胰岛素原；胰岛素原随内质网出芽产生的囊泡进入到高尔基体，并被其腔中的蛋白酶将其中间的一段（C肽）脱去，最终生成由A、B链组成的具有51个氨基酸残基的胰岛素（如图2所示）。请回答下列问题：(1)胰岛素的合成和运输与多种细胞结构相关。与此过程中，膜面积先增大后减小的细胞器为__________；囊泡包裹着蛋白质，锚定在__________上在细胞内定向运输。(2)合成前胰岛素原时，产物水中的氢元素来自氨基酸中的__________，原料甲硫氨酸来自__________（填“外界摄入”或“自身合成）”。(3)据题干信息可知，C肽中具有__________个氨基酸残基；若氨基酸的平均相对分子质量为128，则胰岛素分子的相对分子质量为__________。(4)科学家分离出胰岛B细胞中的各种物质和结构，在体外进行如下4组实验，每组添加的成分及合成的产物如下表所示，X、Y、Z表示缺失的信息。请推测，细胞结构X为__________，实验产物Y和Z分别为__________和__________。（注：mRNA可以指导合成相关蛋白，“+”表示有，“-”表示没有）2．C【详解】A、分泌蛋白首先在细胞质基质中游离的核糖体上合成一段肽链，然后核糖体-新生肽会附着到内质网，肽链继续合成直至结束后，核糖体脱落，所以游离核糖体和附着在内质网上的核糖体可相互转化，A正确；B、由图可知，信号肽需借助内质网膜上的DP（SRP受体）和SRP的识别结合，引导核糖体附着在内质网上，才能转移至内质网膜上，B正确；C、血红蛋白属于胞内蛋白，而图示为分泌蛋白形成的过程，因此血红蛋白不需要经过上述过程，激素也不都是分泌蛋白，C错误；D、与分泌蛋白加工及分泌有关的细胞器为内质网、高尔基体，它们均具有膜结构，这些膜结构属于生物膜系统，D正确。故选C。3．(1)高尔基体细胞骨架(2)氨基和羧基外界摄入(3)354620(4)核糖体前胰岛素原胰岛素原【详解】（1）内质网形成的囊泡包裹加工后的多肽运至高尔基体，囊泡与高尔基体的膜融合，使高尔基体的膜面积增大，高尔基体又形成囊泡，将加工后的多肽运至细胞膜，因此高尔基体的膜面积减小；囊泡包裹着蛋白质，沿着细胞骨架在细胞内定向运输。（2）氨基酸脱水缩合形成肽键，产生水，水中的氢元素来自氨基酸中的氨基和羧基；甲硫氨酸是必需氨基酸，体内无法合成，因此来自外界摄入。（3）由于信号肽具有23个氨基酸残基，前胰岛素原具有109个氨基酸残基，内质网腔中的信号肽酶切除其信号肽部分，产生胰岛素原，因此胰岛素原具有109-23=86个氨基酸残基，胰岛素是胰岛素原脱去C肽形成的，有51个氨基酸残基，因此C肽具有86-51=35个氨基酸残基；胰岛素具有51个氨基酸残基，2条多肽链，因此脱去51-2=49分子水，同时形成3个二硫键脱去6个氢，故胰岛素分子的相对分子质量为51×108-49×18-6=4620。（4）核糖体是蛋白质的合成场所，因此X是核糖体；根据SRP结合内质网膜上的SRP受体、内质网膜上的易位子使SRP脱离和内质网腔中的信号肽酶切除其信号肽部分，可知：在胰岛素合成过程中，内质网为其提供了SRP受体、易位子和信号肽酶三种特殊物质，故根据题意和图表分析可知：1234组实验产物分别为前胰岛素原、信号肽、胰岛素原、胰岛素。故Y为前胰岛素原，Z为胰岛素原。（2）内质网与高尔基体的联系经内质网上加工的蛋白质如何进入高尔基体，是否也有相似的信号引导着这一事件的发生?【资料3】研究发现，COP膜泡运输是内质网和高尔基体之间物质转运的机制之一。内质网驻留蛋白的羧基端有一段特殊的氨基酸序列，称为KDEL序列。如果内质网驻留蛋白(留在内质网中发挥作用的蛋白质)被意外包装进入COPⅡ转运膜泡，会从内质网逃逸到高尔基体，此时高尔基体顺面膜囊区的KDEL受体就会识别并结合KDEL序列，并将整个蛋白质通过COPⅠ转运膜泡送回内质网，该过程见下图。图3内质网和高尔基体之间的膜泡运输判断:①内质网和高尔基体在结构上通过2种COP转运膜泡建立联系;（）②如果内质网驻留蛋白上缺乏KDEL序列，该蛋白质可能被分泌到细胞外;（）③SRP（资料2）上有KDEL序列;（）④在COPⅠ膜泡上和高尔基体的顺面膜囊上均有特异性识别并结合KDEL序列的受体;（）⑤正常情况下，内质网驻留蛋白质的合成、加工都需要核糖体、内质网、高尔基体参与。（）√√×√×从内质网到高尔基体的膜泡运输过程中存在回收机制，以避免内质网驻留蛋白的损失。进一步推测，在高尔基体各层膜囊之间、高尔基体与溶酶体、高尔基体与细胞膜之间的膜泡运输很可能也会有相似的信号与受体相互作用方式。（3）高尔基体与溶酶体的联系蛋白质在高尔基体中完成加工、分类和包装后，主要有三个去路:通过囊泡分泌至胞外、成为膜蛋白和包裹在囊泡中形成溶酶体。是什么信号引导着蛋白质走向三个不同的去路?溶酶体内的水解酶是不是也会有和信号肽或KDEL序列相似的信号序列?（2020年山东卷）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。这些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，逐渐转化为溶酶体，这些有M6P标志的蛋白质转化为溶酶体酶;不能发生此识别过程的蛋白质经囊泡运往细胞膜。下列说法错误的是()A．M6P标志的形成过程体现了S酶的专一性;B．附着在内质网上的核糖体参与溶酶体酶的合成;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。改编选项：A.与溶酶体酶形成相关的细胞器除高尔基体外，还有核糖体、内质网、线粒体B.高尔基体中只有溶酶体酶能形成M6P标记，体现了S酶具有专一性的特点C.浴酶体酶与M6P受体结合，体现了生物膜具有信息交流的功能D.正常生理状态下的溶酶体对自身细胞结构无分解作用溶酶体酶在粗面内质网中经糖基化修饰后转移至高尔基体，在高尔基体中，其寡糖链上的甘露糖残基被磷酸化形成6磷酸甘露糖(M6P)，并与存在于高尔基体反面膜囊的M6P受体结合，使溶酶体酶得以浓缩富集，最后以出芽的方式形成溶酶体。若M6P受体基因缺陷，该蛋白质会和其他分泌蛋白一起分泌至细胞外。3.溶酶体是在高尔基体的TGN面以出芽的形式形成的，其某一种形成过程如图所示，内质网（rER）上核糖体合成溶酶体蛋白后，进入到内质网进行修饰，再进入高尔基体进行加工，使得溶酶体蛋白携带特殊标记，该标记与高尔基体TGN膜囊上的受体结合形成囊泡并释放，最终形成溶酶体。下列关于该过程的说法，错误的是（）A.溶酶体具有单层膜结构，内含多种酸性水解酶，包括蛋白酶、核酸酶、脂肪酶等B.若细胞合成图中受体的途径受阻，衰老、损伤的细胞器一定会在细胞内积累C.溶酶体在形成的过程中，伴随着生物膜组分的更新，体现了生物膜的流动性D.溶酶体膜破裂后释放出的酶会造成细胞自身结构被破坏答案：溶酶体是具有单层膜结构的细胞器，内部pH呈酸性，含多种酸性水解酶，包括蛋白酶、核酸酶、脂肪酶等，A正确；由题干信息得知该图示途径只是溶酶体形成的某一种形成过程，还可能存在其他形成溶酶体途径，所以当图中受体合成受阻时，还可通过其他途径形成溶酶体，进而去清除衰老、损伤的细胞器，B错误；溶酶体在形成的过程中，通过囊泡的转运，伴随着生物膜组分的更新，体现了生物膜