【知識體系】
【教材全解】一、重難點展現(xiàn)
細胞是生物體結構和功能的基本單位。人類的許多問題須要利用細胞生物學的知識加以解決。如癌細胞的殺傷、處理廢水的過濾膜裝置等等。因而在初步把握細胞的基礎知識之后，我們來進一步學習細胞與細胞工程。
按照右圖4－1－1植物、植物細胞的亞顯微結構模式圖，分別歸納出由雙層膜結構、雙層膜構成的細胞結構：
然而細胞核中的染色體。細胞質中的內質網體、中心體則不具備膜結構。（一）各類生物膜在結構上的聯(lián)系：
（二）各類生物膜在功能上的聯(lián)系
內質網體是細胞內將多肽合成蛋白質的場所；高爾碳化物與細胞分泌物的產生有關，在動物細胞分裂時，還與細胞壁的產生有關；核糖膜上附著許多種酶，為細胞內多種物理反應的進行提供場地，還與蛋白質、脂類和脂類的合成有關，也是蛋白質等的運輸通道。
聯(lián)系如圖4－1－2所示：
（三）生物膜系統(tǒng)的概念
細胞內的各類生物膜（包括細胞膜、核膜以及核糖、高爾碳化物、線粒體等細胞器的膜）除了在結構上有一定的聯(lián)系，在功能上也是既有明晰的分工，又有緊密的聯(lián)系。各類生物膜互相配合，協(xié)同工作，才促使細胞這臺高度精密的生命機器就能高效、持續(xù)地運轉，它們所產生的結構體系，稱作細胞的生物膜系統(tǒng)。
（四）生物膜系統(tǒng)的作用
1．細胞膜在維持細胞內環(huán)境穩(wěn)定、物質運輸、能量交換和信息傳遞方面起著決定性的作用。具體闡述并舉例如下：
①關于物質運輸。物質出入細胞都要穿過細胞膜，出入方法以自由擴散和主動運輸兩種形式為主。據(jù)悉，還有內吞作用和外排作用等。自由擴散時，物質從細胞膜高含量的兩側穿過細胞膜移到低含量的兩側，但不消耗能量ATP，不須要載體蛋白；而主動運輸除了消耗ATP，并且須要載體的幫助，載體的本質是細胞膜中的蛋白質。細胞膜在控制物質的自由擴散和主動運輸時，表現(xiàn)出選擇透過性的功能特性：水份子可以自由通過，細胞要選擇吸收的離子和小分子也可以通過，而其它的離子、小分子和大分子則不能通過，由細胞膜來甄別被選擇的物質。細胞的內吞作用和外排作用則以細胞膜的流動性作為基礎。
②關于能量交換。神經細胞由靜息狀態(tài)下的細胞膜外帶正電荷，膜內帶負電荷，轉變?yōu)榧訝顟B(tài)下的外負內正，靠的就是細胞膜有選擇地出入Na、K，使物理勢能轉變?yōu)殡娔艿牡湫蛯嵗?span style="display:none">Mg4物理好資源網(原物理ok網)
③關于信息傳遞。如神經元之間的信息傳遞，上一個神經元釋放物理遞質，通過與下一個神經元細胞膜上受體蛋白結合，進而引發(fā)下一個神經元的激動或抑制。細胞膜在傳遞過程中發(fā)揮著決定性作用。
再比如，紅細胞膜表面有A和B兩種凝集原，因而決定著血型的類型；每位人的細胞膜上都帶有一組與他人不同的組織相容性抗體，即人類白細胞抗體，簡稱HLA，假如他人的組織或臟器移植到病人身上，患者的免疫系統(tǒng)都會辨識出不同的信息而加以敵視。事實上，紅細胞表面的凝集原和HLA都是細胞膜上的結構蛋白，它們常常與黃酮結合，以糖蛋白的方式存在，具有辨識信息的作用。
2．生物膜系統(tǒng)可以為酶提供了大量的附著位點，為許多重要反應的進行提供了場所。
比如動物細胞的高爾碳化物膜上，富含催化脂類聚合為黃酮（如纖維素等）的酶，纖維素等合成后由細胞釋放到細胞外間隙中，作為構成細胞壁的主要成份。
肝細胞具有活血功能，其緣由是肝細胞的鞭毛上分布有活血酶，可催化分解各類抗生素或有毒物質。線粒體內膜上，富含一系列與有氧呼吸作用相關的酶。
3．生物膜把細胞分隔成小室，保證各類物理反應互不干擾，高效有序地進行。
如線粒體是一個有界膜的細胞器，有氧呼吸的酶十分有序地排列在線粒體的膜上，高度有序的排列方法促使一種反應的產物不需聯(lián)通很遠就可以遇見催化下一個反應的酶。這種高度有組織排列的酶彼此之間保持著密切的聯(lián)系，保證多種物理反應互不干擾，高效地進行。
（四）生物膜研究的重要意義1．研究層次：達到了分子水平
2．理論意義：有助于從理論上闡述細胞的生命活動規(guī)律，是現(xiàn)代生物科學發(fā)展的重大方向之一3．實踐應用
①農業(yè)上，研究培植耐寒、抗旱、耐鹽的農水稻新品種。
如：動物細胞內的生物膜體系與動物的抗病性有密切關系。當動物受到高溫時，生物膜便會發(fā)生形態(tài)的改變，即從液晶態(tài)弄成凝膠狀態(tài)，并使膜的結構破壞，結果在細胞膜上產生透性較大的非糖類的“洞穴”，成為許多電解質自由出入的通道，細胞質內的溶膠因此大量排出，最終導致死亡。為此，研究生物膜系統(tǒng)對抗寒農小麥的培植具有重要的意義。
②工業(yè)上，人工模擬生物膜的選擇透過性（如：利用人工膜濾去海水中的鹽分，對海水進行淡化處理；利用人工膜抵擋廢水中的重金屬離子來凈化廢水等）。
③醫(yī)學上，嘗試用人工合成的膜材料取代腫瘤臟器（如透析型人工腎等）。
透析型人工腎起關鍵作用的是人工合成的血液透析膜，它與膜外的透析液一起，共同模擬了生物膜的選擇透過性功能，致使血液中的代謝廢物得以排除。
4．生物膜與生物工程的發(fā)展前景
發(fā)展膜的分子生物學，為解決生物學、醫(yī)學及農學中的重大理論問題服務，如癌癥和其它惡性癌癥的預防，神經和免疫功能的調節(jié)，發(fā)育和遺傳的控制等。
二、旁欄思索題
1．追憶中學生物選修課學校過的有關細胞亞顯微結構的知識，想一想什么細胞（器或細胞結構）是由雙層膜構成的，什么細胞器（或細胞結構）是由單層膜構成的？
2．物質通過細胞膜的運輸方法有哪幾種？
[精析]物質通過細胞膜的運輸方法主要是自由擴散和主動運輸兩種形式，是指水、能夠被細胞吸收的離子、小分子步入細胞膜的形式；大分子以內吞作用、外排作用的形式進出細胞膜。
三、易誤辨析
例1核糖膜與核膜、細胞膜相連，這些結構特征表明核糖的重要功能之一是（）A．擴充細胞內膜，有利于酶的附著B．提供細胞內物質運輸?shù)耐ǖ繡．提供內質網體附著的支架D．參與細胞內個別代謝反應
[精析]核糖的功能是多方面的，它既與蛋白質、脂肪等有機物的合成、加工、包裝和運輸有關，又與糖類、膽固醇代謝、糖元的分解等作用有關。因而所有選項均是葉綠體的功能。但就題中所探討的結構特征剖析，抒發(fā)的是其重要的功能之一——提供細胞內物質運輸?shù)耐ǖ馈ＶT如細胞內合成的胰島素、抗體、血漿蛋白、各種消化酶等各類分泌蛋白，就是從這種膜構成的管線內通過，運輸?shù)礁郀柼蓟铮浖庸ぐb后再分泌到細胞外。
[答案]B
[易誤辨析]題目所給的四個選項均為核糖的功能，但題中所給的信息為核糖與核膜細胞膜相連，只能說明核糖提供細胞內物質運輸?shù)耐ǖ溃黄渌x項所敘述的作用只靠題目信息抒發(fā)不出。若沒有仔細剖析題目所給的信息則容易誤選其他選項。
例2彰顯各生物膜在結構上的聯(lián)系，以“出芽”方式進行的是（）A．核膜和葉綠體膜
B．葉綠體膜和細胞膜D．細胞膜和線粒體膜
C．細胞膜和高爾碳化物膜
[精析]本題從以下幾方面剖析：①各種生物膜在結構上的聯(lián)系分為直接聯(lián)系和間接聯(lián)系兩種形式；②內質網膜與核膜和細胞膜可直接相連，能直接互相轉變而成，不需水泡作中介；③內質網膜、高爾碳化物
膜、細胞膜之間不直接相連，須要以“出芽”的方式產生水泡，能夠完成膜之間的轉變，因而彰顯了生物膜在結構上的連續(xù)性。
[答案]C
[易誤辨析]假如對生物膜在結構上的聯(lián)系理解不深，容易誤把直接聯(lián)系的當做“出芽”方式完成膜之間的轉變，因而選擇錯誤選項。
【思維拓展】
例1衣藻是淡水單細胞藻類，它的有性生殖借助兩個形態(tài)相像的雙纖毛胚珠的結合，胚珠有（+）和（-）兩種交配型，同種交配型不發(fā)生結合。即：
（+）+（-）→合子，結合（+）+（+）→不結合（-）+（-）→不結合
則衣藻的胚珠借助哪些辨識其它的胚珠是否與自己同型或異形？經研究發(fā)覺此物質在衣藻瘧原蟲端部的細胞膜上，不僅參與細胞辨識還與免疫反應、信息傳遞和血型決定有密切關系，則此物質是（）
A．糖蛋白
B．磷脂
C．脂肪
D．核苷酸
[精析]剖析材料可以獲知此物質是坐落瘧原蟲端部細胞膜上，具有辨識信息的作用，再聯(lián)系其血型決定等功能則可確定此物理物質為糖蛋白，由于細胞膜主要由蛋白質和脂質中的磷脂組成，其中的磷脂分子沒有特異性和多樣性的特征，不可能起到辨識、免疫、信息傳遞和決定血型等多種功能；而蛋白質則具有多樣性和特異性，可以完成上述功能。
［答案］A
例2生物膜結構和功能的研究成果在工農業(yè)生產和醫(yī)學實踐中有著重要用途。下述有關生物膜的應用的表述中，錯誤的是（）
A．模擬生物膜可以處理廢水，淡化海水
B．研究生物膜可以找尋改善農水稻品質的新途徑C．模擬生物膜可以人工合成取代人體腫瘤臟器的膜材料
D．通過膜生物工程技術可以確診、治療癌癥，完全改變細胞的遺傳特點
［精析］生物膜結構和功能的應用主要表現(xiàn)在人工膜技術。人工合成的膜材料與生物膜一樣也具有選擇透過性，其成份與生物膜基本相像，與生物膜具有親合性，因而它可以淡化海水，處理廢水，也可用于醫(yī)治、診斷癌癥等。并且目前的生物技術還沒有達到人工合成人體臟器的水平，此技術不能改變細胞的遺傳特點。
［答案］D
【高考鏈接】
★命題趨于：本考點是對選修本《生命的基本單位一細胞》一章內容的擴充和補充，在新情境材料中常用到細胞工程知識。本考點主要考查以下內容：①各種生物膜在結構上的聯(lián)系：如核糖膜與內層核膜、細胞膜、線粒體外膜相連。②不同生物膜之間的互相轉化：如核糖膜、細胞膜和高爾碳化物膜之間的互相轉化，葉綠體膜通過“出芽”的方式，產生高爾碳化物膜的一部份。③各種生物膜在功能上的相互聯(lián)系：如在胰島素的合成與分泌過程中是根據(jù)：核糖上的內質網體合成→內質網運輸和加工→高爾碳化物加工并產生水泡→細胞膜的方向進行的。
例1（2001·天津）橙汁中富含乳球蛋白和酪蛋白等物質，在母牛的產生過程中，與上述物質的合成和分泌有密切關系的細胞結構是（）
A．內質網體、線粒體、中心體、染色體C．內質網體、線粒體、質體、高爾碳化物
B．線粒體、內質網、高爾碳化物、核膜D．線粒體、核糖體、內質網、高爾碳化物
[精析]分泌蛋白由核糖上的內質網體（附著型內質網體）合成，經核糖、高爾碳化物加工后將分泌到細胞外去。而游離型內質網體合成的蛋白質是供細胞自身借助的，不向外分泌，與高爾碳化物無關。而該過程須要大量的能量。則須要線粒體。果汁中富含的乳球蛋白就是分泌蛋白，分泌蛋白的合成、運輸和分泌與內質網體、內質網、高爾碳化物有關，且須要線粒體提供能量。
［答案］D
例2（2002·江蘇）科學工作者用紅色和藍色螢光顏料，分別標記人和鼠的細胞膜上的蛋白質，之后將兩個細胞融合成一個細胞。原本，一半膜發(fā)紅色螢光細胞膜是單層膜還是雙層膜，另一半膜紅腫色螢光。一段時間后，兩種顏色的螢光均勻分布，如圖4－1－3所示：
（1）該實驗結果說明細胞膜，這是由于。
（2）若兩個細胞融合成一個細胞后，將融合細胞放在0℃條件下保持40分鐘，則融合細胞仍是一半膜發(fā)紅色螢光，另一半膜紅腫色螢光，這說明。
[精析]細胞膜的基本成份是磷脂和蛋白質。細胞膜的結構特征是具有一定的流動性，這主要是其成份中的蛋白質和磷脂分子發(fā)生了運動，而這些運動也會受濕度、pH、金屬離子等誘因的影響。細胞膜的功能特性是具有選擇透過性。細胞膜的結構特征則表現(xiàn)為具有一定的流動性，這些流動性的特征可表現(xiàn)在如下幾個方面：①大分子蛋白質向外分泌時的外排；②變形細胞對外界環(huán)境中營養(yǎng)物質的內吞作用；③熒光標記的細胞融合后，螢光物質的重新分布的過程；
[答案]（1）具有一定的流動性細胞磷脂分子和蛋白質分子大都是可以運動的
（2）細胞膜的流動性受濕度的影響，在高溫條件下，磷脂分子和蛋白質分子的運動遭到抑制
【同步達綱練習】[實力檢查]一、選擇題
1．細胞內的各類膜結構中，功能全、聯(lián)系廣的細胞器是（）A．細胞膜
B．核糖
C．核膜
D．線粒體
2．不具有膜結構的細胞器是（）A．染色體與內質網體C．中心體與線粒體
B．中心體與內質網體D．高爾碳化物與線粒體
3．下述哪種物質不是分泌蛋白（）A．抗原
B．血紅蛋白
C．血清蛋白
D．生長激素
4．對生物膜物理組成的描述，最全面的是（）A．蛋白質、糖類、類脂C．蛋白質、糖類、脂類
B．糖蛋白、類脂D．糖蛋白、脂類
5．在處理廢水時，人們設計出的一種膜結構，將有毒重金屬離子抵擋在膜的兩側，以減少有毒重金屬對水的污染，這是模擬了生物膜的（）
A．自由擴散功能C．主動運輸功能
B．流動性D．選擇透過性
6．一種細胞器的部份生物膜是如何轉移到另一種細胞器的（）A．隨著細胞質的流動抵達特定部位C．從葉綠體直接到細胞膜
B．從高爾碳化物到核糖D．通過產生具有膜的水泡而轉移
7．組成生物膜系統(tǒng)的生物膜是指（）A．在結構上直接相連的生物膜C．具有雙層膜的細胞器
B．細胞內的所有生物膜D．具有單層膜的細胞器
8．有關生物膜的應用，正確的是（）A．海水淡化中應用了生物膜的信息傳遞功能
B．抗旱、抗寒品種的培植，與基因有關而與生物膜無關C．可以借助生物膜的選擇透過性進行廢水處理D．人工膜可以模擬生物膜的能量交換功能
9．胰臟細胞中與合成胰島素有關的一組細胞器是（）A．線粒體、中心體、高爾碳化物、內質網B．核糖、核糖體、高爾碳化物、線粒體C．核糖、核糖體、葉綠體、高爾碳化物D．核糖、核糖體、高爾碳化物、中心體
10．下述有關生物膜的表述，不正確的是（）A．各類生物膜的物理組成和結構完全相同
B．不同種細胞器或細胞結構的生物膜之間的可以互相轉變的C．生物膜的研究早已深入到分子水平
D．細胞內的生物膜既各司其職，又互相協(xié)作，共同完成細胞的生理功能11．下述有關生物膜轉化的表述中，正確的是（）A．生物膜的功能特點是膜之間轉化的前提條件
B．一種膜結構的膜成為另一種膜結構的一部份與膜的流動性無關C．具膜結構中膜的轉化是可逆的
D．具膜水泡成為具膜結構的一部份要靠膜融合
12．下述哪種物質的產生與核糖上的內質網體、高爾碳化物和線粒體都有關（）A．血紅蛋白
B．性激素
C．胃蛋白酶原二、非選擇題
D．呼吸氧化酶
1．如圖4－1－4所示為某植物細胞結構示意圖，假如在一定時間內，讓該細胞吸收放射性核素標記的多肽，請回答下述問題：
（1）放射性核素將依次出現(xiàn)在圖中的什么部位（用圖大號碼表示）
（2）圖上方的黑圓點首先是附著在[]上的[]合成的類物質。
（3）它是由[]再加工后產生的。（4）該系列過程須要[]提供動力。
2．假若將一個變形蟲的核取出，無核部份能短期生存，但不能飼養(yǎng)后代，單獨的細胞核則難以生存。假如去核后一天，再植回一個細胞核，這個變形蟲生活恢復正常，如圖4—1—5所示：
（1）除去細胞質的細胞核將不能生存，是由于細胞核代謝須要細胞質為其提供兩類重要物質和。
（2）去核后，變形蟲仍能生活一段時間的誘因是，但生活不久便死亡，其緣由又是由于。（從以下答案中選擇合適的）
A．去核前合成的部份蛋白質仍能發(fā)揮作用B．質、核的代謝活動不同，是獨立的
C．去核前已轉錄的信使RNA仍能指導合成一定數(shù)目的蛋白質D．去核較長時間后，細胞內將不再合成蛋白質類物質
（3）以上實驗說明：正常細胞中核質的關系是，也說明細胞中完成其正常生理功能的前提是。
3．某科學家從真菌中分離出耐低溫的蛋白酶基因a，通過基因工程的方式將a轉移到馬鈴薯鱗莖中。經檢查，蛋白酶在其子葉細胞中被大量發(fā)覺，如將右圖視為其子葉細胞的模式圖，請據(jù)圖4－1－6回答：（請在括弧內填上相應結構的序號）
（1）a已整合到圖[]的結構中。
（2）在細胞核中以為模板合成該蛋白酶的。
（3）該蛋白酶合成后經[]再加工并分泌到細胞外，因而坐落細胞間隙中。（4）該圖多畫的一項結構是[]。
【參考答案】一、選擇題
1．精析：葉綠體膜與內層核膜相連，在有些細胞中還與細胞膜相連，因而分布最廣。其上附著有許多酶，與多種物質的合成與運輸及多種物理反應的進行有關。答案：B
2．精析：有膜結構的細胞器有雙層的高爾碳化物、內質網、液泡、溶酶體等；具有單層膜的細胞器有內質網和線粒體；不具有膜結構的細胞器有內質網體和中心體。染色體不是細胞器。本題的關鍵是弄清細胞器的概念。答案：B
3．精析：分泌蛋白合成后要由細胞內排到細胞外，除抗原、血漿蛋白、生長激素外，還有消化酶等。答案：B
4．精析：細胞膜的物理成份是磷脂、蛋白質和脂類；生物膜是細胞內所有膜結構的總稱，其實也包括細胞膜，因此生物膜的物理成份與細胞膜是相像的，也為磷脂、蛋白質和脂類；磷脂屬于類脂，有的生物膜中不僅富含磷脂外，還富含尿酸。為此，說成生物膜中富含脂質比較恰當。在膜的組成成份中，不能把脂類和蛋白質合在一起稱糖蛋白，由于有些蛋白質不和脂類結合，同樣有些脂類也不和蛋白質結合。答案：C
5．精析：細胞膜是一種選擇透過性膜，它容許水份子、被選擇吸收的離子和小分子通過，而其他的離子、小分子和大分子則不能通過。答案：D
6．精析：細胞器之間部份生物膜的轉移是通過產生具有膜的水泡，從一種細胞器轉移到另一種細胞器的，并與之融合成為該細胞器膜的一部份。答案：D
7．精析：由生物膜的概念可知，生物膜是細胞膜、核膜以及核糖、高爾碳化物、線粒體等細胞器膜的合稱，這種膜在結構上緊密聯(lián)系的統(tǒng)一整體，因而它們所產生的結構體系又稱作細胞生物膜系統(tǒng)。答案：B
8．精析：在培植抗旱、抗寒的品種時，我們可從生物膜的結構與功能的角度進行研究，找尋改善農小麥品質的新途徑。海水淡化中應用了生物膜的選擇透過性功能。人工膜可以模擬生物膜的物質交換功能，而不是模擬能量交換功能。答案：C
9．精析：胰島素是蛋白質，與蛋白質合成有關的細胞器是：線粒體提供能量，內質網體是合成場所，內質網體附著在葉綠體上，葉綠體上起運輸作用，高爾碳化物與胰島素的分泌有關。答案：B
10．精析：由各類生物膜的物理組成可知不同的生物膜中蛋白質、脂類和脂類三種化合物的濃度是有差異的，并不是完全相同的，細胞內各類生物膜的物理組成、結構及功能是有差別的，同時又是可以互相轉變、相互協(xié)作的。答案：A
11．精析：膜之間轉化的前提條件是膜的流動性，即膜的結構特征而不是功能特點；具膜結構中膜的轉化是可逆的。由此可判定出A、B、C選項說法錯誤。答案：D
12．精析：血紅蛋白和呼吸氧化酶是細胞內蛋白質，不分泌到細胞外；而性激素雖是分泌物，但它是糖類而不是蛋白質。只有胃蛋白酶原是在胃腺細胞內質網體上合成的細胞膜是單層膜還是雙層膜，經核糖和高爾碳化物加工處理分泌到細胞外的蛋白質，整個過程由線粒體為其供能。答案：C
二、非選擇題
1．精析：解答此題首先要識圖。從圖中各部份特點看：①為細胞膜；②是具膜水泡；③是高爾碳化物；④是內質網體；⑤是核糖；⑥是線粒體。其次是理解各部份的結構與功能。多肽是合成蛋白質的原料，該植物細胞吸收被標記的多肽，在內質網體上合成蛋白質，之后再經核糖運輸加工。高爾碳化物再加工分泌到細胞外，其實圖上方的圓黑點是分泌蛋白，在分泌蛋白的合成、加工和運輸?shù)倪^程中，須要由大量的線粒體提供的能量。
答案：（1）④→⑤→③→②→①（2）5核糖4內質網體蛋白質（3）3高爾碳化物（4）6線粒體
2．精析：本題考查細胞的結構以及信使RNA、蛋白質與生命活動的關系等知識。答案：（1）蛋白質ATP（能量）（2）A、CD
（3）緊密聯(lián)系、協(xié)調一致細胞保持完整性
3．精析：要才能辨識動物細胞的亞顯微結構模式圖，把握中心法則以及基因工程等方面的知識，在此基礎上綜合運用知識。
答案：（1）3染色體的DNA（2）基因amRNA（3）2高爾碳化物（4）5內質網