【知识体系】
【教材全解】一、重难点展现
细胞是生物体结构和功能的基本单位。人类的许多问题须要利用细胞生物学的知识加以解决。如癌细胞的杀伤、处理废水的过滤膜装置等等。因而在初步把握细胞的基础知识之后，我们来进一步学习细胞与细胞工程。
按照右图4－1－1植物、植物细胞的亚显微结构模式图，分别归纳出由双层膜结构、双层膜构成的细胞结构：
然而细胞核中的染色体。细胞质中的内质网体、中心体则不具备膜结构。（一）各类生物膜在结构上的联系：
（二）各类生物膜在功能上的联系
内质网体是细胞内将多肽合成蛋白质的场所；高尔碳化物与细胞分泌物的产生有关，在动物细胞分裂时，还与细胞壁的产生有关；核糖膜上附着许多种酶，为细胞内多种物理反应的进行提供场地，还与蛋白质、脂类和脂类的合成有关，也是蛋白质等的运输通道。
联系如图4－1－2所示：
（三）生物膜系统的概念
细胞内的各类生物膜（包括细胞膜、核膜以及核糖、高尔碳化物、线粒体等细胞器的膜）除了在结构上有一定的联系，在功能上也是既有明晰的分工，又有紧密的联系。各类生物膜互相配合，协同工作，才促使细胞这台高度精密的生命机器就能高效、持续地运转，它们所产生的结构体系，称作细胞的生物膜系统。
（四）生物膜系统的作用
1．细胞膜在维持细胞内环境稳定、物质运输、能量交换和信息传递方面起着决定性的作用。具体阐述并举例如下：
①关于物质运输。物质出入细胞都要穿过细胞膜，出入方法以自由扩散和主动运输两种形式为主。据悉，还有内吞作用和外排作用等。自由扩散时，物质从细胞膜高含量的两侧穿过细胞膜移到低含量的两侧，但不消耗能量ATP，不须要载体蛋白；而主动运输除了消耗ATP，并且须要载体的帮助，载体的本质是细胞膜中的蛋白质。细胞膜在控制物质的自由扩散和主动运输时，表现出选择透过性的功能特性：水份子可以自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其它的离子、小分子和大分子则不能通过，由细胞膜来甄别被选择的物质。细胞的内吞作用和外排作用则以细胞膜的流动性作为基础。
②关于能量交换。神经细胞由静息状态下的细胞膜外带正电荷，膜内带负电荷，转变为激动状态下的外负内正，靠的就是细胞膜有选择地出入Na、K，使物理势能转变为电能的典型实例。
③关于信息传递。如神经元之间的信息传递，上一个神经元释放物理递质，通过与下一个神经元细胞膜上受体蛋白结合，进而引发下一个神经元的激动或抑制。细胞膜在传递过程中发挥着决定性作用。
再比如，红细胞膜表面有A和B两种凝集原，因而决定着血型的类型；每位人的细胞膜上都带有一组与他人不同的组织相容性抗体，即人类白细胞抗体，简称HLA，假如他人的组织或脏器移植到病人身上，患者的免疫系统都会辨识出不同的信息而加以敌视。事实上，红细胞表面的凝集原和HLA都是细胞膜上的结构蛋白，它们常常与黄酮结合，以糖蛋白的方式存在，具有辨识信息的作用。
2．生物膜系统可以为酶提供了大量的附着位点，为许多重要反应的进行提供了场所。
比如动物细胞的高尔碳化物膜上，富含催化脂类聚合为黄酮（如纤维素等）的酶，纤维素等合成后由细胞释放到细胞外间隙中，作为构成细胞壁的主要成份。
肝细胞具有活血功能，其缘由是肝细胞的鞭毛上分布有活血酶，可催化分解各类抗生素或有毒物质。线粒体内膜上，富含一系列与有氧呼吸作用相关的酶。
3．生物膜把细胞分隔成小室，保证各类物理反应互不干扰，高效有序地进行。
如线粒体是一个有界膜的细胞器，有氧呼吸的酶十分有序地排列在线粒体的膜上，高度有序的排列方法促使一种反应的产物不需联通很远就可以遇见催化下一个反应的酶。这种高度有组织排列的酶彼此之间保持着密切的联系，保证多种物理反应互不干扰，高效地进行。
（四）生物膜研究的重要意义1．研究层次：达到了分子水平
2．理论意义：有助于从理论上阐述细胞的生命活动规律，是现代生物科学发展的重大方向之一3．实践应用
①农业上，研究培植耐寒、抗旱、耐盐的农水稻新品种。
如：动物细胞内的生物膜体系与动物的抗病性有密切关系。当动物受到高温时，生物膜便会发生形态的改变，即从液晶态弄成凝胶状态，并使膜的结构破坏，结果在细胞膜上产生透性较大的非糖类的“洞穴”，成为许多电解质自由出入的通道，细胞质内的溶胶因此大量排出，最终导致死亡。为此，研究生物膜系统对抗寒农小麦的培植具有重要的意义。
②工业上，人工模拟生物膜的选择透过性（如：利用人工膜滤去海水中的盐分，对海水进行淡化处理；利用人工膜抵挡废水中的重金属离子来净化废水等）。
③医学上，尝试用人工合成的膜材料取代肿瘤脏器（如透析型人工肾等）。
透析型人工肾起关键作用的是人工合成的血液透析膜，它与膜外的透析液一起，共同模拟了生物膜的选择透过性功能，致使血液中的代谢废物得以排除。
4．生物膜与生物工程的发展前景
发展膜的分子生物学，为解决生物学、医学及农学中的重大理论问题服务，如癌症和其它恶性癌症的预防，神经和免疫功能的调节，发育和遗传的控制等。
二、旁栏思索题
1．追忆中学生物选修课学校过的有关细胞亚显微结构的知识，想一想什么细胞（器或细胞结构）是由双层膜构成的，什么细胞器（或细胞结构）是由单层膜构成的？
2．物质通过细胞膜的运输方法有哪几种？
[精析]物质通过细胞膜的运输方法主要是自由扩散和主动运输两种形式，是指水、能够被细胞吸收的离子、小分子步入细胞膜的形式；大分子以内吞作用、外排作用的形式进出细胞膜。
三、易误辨析
例1核糖膜与核膜、细胞膜相连，这些结构特征表明核糖的重要功能之一是（）A．扩充细胞内膜，有利于酶的附着B．提供细胞内物质运输的通道C．提供内质网体附着的支架D．参与细胞内个别代谢反应
[精析]核糖的功能是多方面的，它既与蛋白质、脂肪等有机物的合成、加工、包装和运输有关，又与糖类、胆固醇代谢、糖元的分解等作用有关。因而所有选项均是叶绿体的功能。但就题中所探讨的结构特征剖析，抒发的是其重要的功能之一——提供细胞内物质运输的通道。诸如细胞内合成的胰岛素、抗体、血浆蛋白、各种消化酶等各类分泌蛋白，就是从这种膜构成的管线内通过，运输到高尔碳化物，经加工包装后再分泌到细胞外。
[答案]B
[易误辨析]题目所给的四个选项均为核糖的功能，但题中所给的信息为核糖与核膜细胞膜相连，只能说明核糖提供细胞内物质运输的通道；其他选项所叙述的作用只靠题目信息抒发不出。若没有仔细剖析题目所给的信息则容易误选其他选项。
例2彰显各生物膜在结构上的联系，以“出芽”方式进行的是（）A．核膜和叶绿体膜
B．叶绿体膜和细胞膜D．细胞膜和线粒体膜
C．细胞膜和高尔碳化物膜
[精析]本题从以下几方面剖析：①各种生物膜在结构上的联系分为直接联系和间接联系两种形式；②内质网膜与核膜和细胞膜可直接相连，能直接互相转变而成，不需水泡作中介；③内质网膜、高尔碳化物
膜、细胞膜之间不直接相连，须要以“出芽”的方式产生水泡，能够完成膜之间的转变，因而彰显了生物膜在结构上的连续性。
[答案]C
[易误辨析]假如对生物膜在结构上的联系理解不深，容易误把直接联系的当做“出芽”方式完成膜之间的转变，因而选择错误选项。
【思维拓展】
例1衣藻是淡水单细胞藻类，它的有性生殖借助两个形态相像的双纤毛胚珠的结合，胚珠有（+）和（-）两种交配型，同种交配型不发生结合。即：
（+）+（-）→合子，结合（+）+（+）→不结合（-）+（-）→不结合
则衣藻的胚珠借助哪些辨识其它的胚珠是否与自己同型或异形？经研究发觉此物质在衣藻疟原虫端部的细胞膜上，不仅参与细胞辨识还与免疫反应、信息传递和血型决定有密切关系，则此物质是（）
A．糖蛋白
B．磷脂
C．脂肪
D．核苷酸
[精析]剖析材料可以获知此物质是坐落疟原虫端部细胞膜上，具有辨识信息的作用，再联系其血型决定等功能则可确定此物理物质为糖蛋白，由于细胞膜主要由蛋白质和脂质中的磷脂组成，其中的磷脂分子没有特异性和多样性的特征，不可能起到辨识、免疫、信息传递和决定血型等多种功能；而蛋白质则具有多样性和特异性，可以完成上述功能。
［答案］A
例2生物膜结构和功能的研究成果在工农业生产和医学实践中有着重要用途。下述有关生物膜的应用的表述中，错误的是（）
A．模拟生物膜可以处理废水，淡化海水
B．研究生物膜可以找寻改善农水稻品质的新途径C．模拟生物膜可以人工合成取代人体肿瘤脏器的膜材料
D．通过膜生物工程技术可以确诊、治疗癌症，完全改变细胞的遗传特点
［精析］生物膜结构和功能的应用主要表现在人工膜技术。人工合成的膜材料与生物膜一样也具有选择透过性，其成份与生物膜基本相像，与生物膜具有亲合性，因而它可以淡化海水，处理废水，也可用于医治、诊断癌症等。并且目前的生物技术还没有达到人工合成人体脏器的水平，此技术不能改变细胞的遗传特点。
［答案］D
【高考链接】
★命题趋于：本考点是对选修本《生命的基本单位一细胞》一章内容的扩充和补充，在新情境材料中常用到细胞工程知识。本考点主要考查以下内容：①各种生物膜在结构上的联系：如核糖膜与内层核膜、细胞膜、线粒体外膜相连。②不同生物膜之间的互相转化：如核糖膜、细胞膜和高尔碳化物膜之间的互相转化，叶绿体膜通过“出芽”的方式，产生高尔碳化物膜的一部份。③各种生物膜在功能上的相互联系：如在胰岛素的合成与分泌过程中是根据：核糖上的内质网体合成→内质网运输和加工→高尔碳化物加工并产生水泡→细胞膜的方向进行的。
例1（2001·天津）橙汁中富含乳球蛋白和酪蛋白等物质，在母牛的产生过程中，与上述物质的合成和分泌有密切关系的细胞结构是（）
A．内质网体、线粒体、中心体、染色体C．内质网体、线粒体、质体、高尔碳化物
B．线粒体、内质网、高尔碳化物、核膜D．线粒体、核糖体、内质网、高尔碳化物
[精析]分泌蛋白由核糖上的内质网体（附着型内质网体）合成，经核糖、高尔碳化物加工后将分泌到细胞外去。而游离型内质网体合成的蛋白质是供细胞自身借助的，不向外分泌，与高尔碳化物无关。而该过程须要大量的能量。则须要线粒体。果汁中富含的乳球蛋白就是分泌蛋白，分泌蛋白的合成、运输和分泌与内质网体、内质网、高尔碳化物有关，且须要线粒体提供能量。
［答案］D
例2（2002·江苏）科学工作者用红色和蓝色萤光颜料，分别标记人和鼠的细胞膜上的蛋白质，之后将两个细胞融合成一个细胞。原本，一半膜发红色萤光细胞膜是单层膜还是双层膜，另一半膜红肿色萤光。一段时间后，两种颜色的萤光均匀分布，如图4－1－3所示：
（1）该实验结果说明细胞膜，这是由于。
（2）若两个细胞融合成一个细胞后，将融合细胞放在0℃条件下保持40分钟，则融合细胞仍是一半膜发红色萤光，另一半膜红肿色萤光，这说明。
[精析]细胞膜的基本成份是磷脂和蛋白质。细胞膜的结构特征是具有一定的流动性，这主要是其成份中的蛋白质和磷脂分子发生了运动，而这些运动也会受湿度、pH、金属离子等诱因的影响。细胞膜的功能特性是具有选择透过性。细胞膜的结构特征则表现为具有一定的流动性，这些流动性的特征可表现在如下几个方面：①大分子蛋白质向外分泌时的外排；②变形细胞对外界环境中营养物质的内吞作用；③荧光标记的细胞融合后，萤光物质的重新分布的过程；
[答案]（1）具有一定的流动性细胞磷脂分子和蛋白质分子大都是可以运动的
（2）细胞膜的流动性受湿度的影响，在高温条件下，磷脂分子和蛋白质分子的运动遭到抑制
【同步达纲练习】[实力检查]一、选择题
1．细胞内的各类膜结构中，功能全、联系广的细胞器是（）A．细胞膜
B．核糖
C．核膜
D．线粒体
2．不具有膜结构的细胞器是（）A．染色体与内质网体C．中心体与线粒体
B．中心体与内质网体D．高尔碳化物与线粒体
3．下述哪种物质不是分泌蛋白（）A．抗原
B．血红蛋白
C．血清蛋白
D．生长激素
4．对生物膜物理组成的描述，最全面的是（）A．蛋白质、糖类、类脂C．蛋白质、糖类、脂类
B．糖蛋白、类脂D．糖蛋白、脂类
5．在处理废水时，人们设计出的一种膜结构，将有毒重金属离子抵挡在膜的两侧，以减少有毒重金属对水的污染，这是模拟了生物膜的（）
A．自由扩散功能C．主动运输功能
B．流动性D．选择透过性
6．一种细胞器的部份生物膜是如何转移到另一种细胞器的（）A．随着细胞质的流动抵达特定部位C．从叶绿体直接到细胞膜
B．从高尔碳化物到核糖D．通过产生具有膜的水泡而转移
7．组成生物膜系统的生物膜是指（）A．在结构上直接相连的生物膜C．具有双层膜的细胞器
B．细胞内的所有生物膜D．具有单层膜的细胞器
8．有关生物膜的应用，正确的是（）A．海水淡化中应用了生物膜的信息传递功能
B．抗旱、抗寒品种的培植，与基因有关而与生物膜无关C．可以借助生物膜的选择透过性进行废水处理D．人工膜可以模拟生物膜的能量交换功能
9．胰脏细胞中与合成胰岛素有关的一组细胞器是（）A．线粒体、中心体、高尔碳化物、内质网B．核糖、核糖体、高尔碳化物、线粒体C．核糖、核糖体、叶绿体、高尔碳化物D．核糖、核糖体、高尔碳化物、中心体
10．下述有关生物膜的表述，不正确的是（）A．各类生物膜的物理组成和结构完全相同
B．不同种细胞器或细胞结构的生物膜之间的可以互相转变的C．生物膜的研究早已深入到分子水平
D．细胞内的生物膜既各司其职，又互相协作，共同完成细胞的生理功能11．下述有关生物膜转化的表述中，正确的是（）A．生物膜的功能特点是膜之间转化的前提条件
B．一种膜结构的膜成为另一种膜结构的一部份与膜的流动性无关C．具膜结构中膜的转化是可逆的
D．具膜水泡成为具膜结构的一部份要靠膜融合
12．下述哪种物质的产生与核糖上的内质网体、高尔碳化物和线粒体都有关（）A．血红蛋白
B．性激素
C．胃蛋白酶原二、非选择题
D．呼吸氧化酶
1．如图4－1－4所示为某植物细胞结构示意图，假如在一定时间内，让该细胞吸收放射性核素标记的多肽，请回答下述问题：
（1）放射性核素将依次出现在图中的什么部位（用图大号码表示）
（2）图上方的黑圆点首先是附着在[]上的[]合成的类物质。
（3）它是由[]再加工后产生的。（4）该系列过程须要[]提供动力。
2．假若将一个变形虫的核取出，无核部份能短期生存，但不能饲养后代，单独的细胞核则难以生存。假如去核后一天，再植回一个细胞核，这个变形虫生活恢复正常，如图4—1—5所示：
（1）除去细胞质的细胞核将不能生存，是由于细胞核代谢须要细胞质为其提供两类重要物质和。
（2）去核后，变形虫仍能生活一段时间的诱因是，但生活不久便死亡，其缘由又是由于。（从以下答案中选择合适的）
A．去核前合成的部份蛋白质仍能发挥作用B．质、核的代谢活动不同，是独立的
C．去核前已转录的信使RNA仍能指导合成一定数目的蛋白质D．去核较长时间后，细胞内将不再合成蛋白质类物质
（3）以上实验说明：正常细胞中核质的关系是，也说明细胞中完成其正常生理功能的前提是。
3．某科学家从真菌中分离出耐低温的蛋白酶基因a，通过基因工程的方式将a转移到马铃薯鳞茎中。经检查，蛋白酶在其子叶细胞中被大量发觉，如将右图视为其子叶细胞的模式图，请据图4－1－6回答：（请在括弧内填上相应结构的序号）
（1）a已整合到图[]的结构中。
（2）在细胞核中以为模板合成该蛋白酶的。
（3）该蛋白酶合成后经[]再加工并分泌到细胞外，因而坐落细胞间隙中。（4）该图多画的一项结构是[]。
【参考答案】一、选择题
1．精析：叶绿体膜与内层核膜相连，在有些细胞中还与细胞膜相连，因而分布最广。其上附着有许多酶，与多种物质的合成与运输及多种物理反应的进行有关。答案：B
2．精析：有膜结构的细胞器有双层的高尔碳化物、内质网、液泡、溶酶体等；具有单层膜的细胞器有内质网和线粒体；不具有膜结构的细胞器有内质网体和中心体。染色体不是细胞器。本题的关键是弄清细胞器的概念。答案：B
3．精析：分泌蛋白合成后要由细胞内排到细胞外，除抗原、血浆蛋白、生长激素外，还有消化酶等。答案：B
4．精析：细胞膜的物理成份是磷脂、蛋白质和脂类；生物膜是细胞内所有膜结构的总称，其实也包括细胞膜，因此生物膜的物理成份与细胞膜是相像的，也为磷脂、蛋白质和脂类；磷脂属于类脂，有的生物膜中不仅富含磷脂外，还富含尿酸。为此，说成生物膜中富含脂质比较恰当。在膜的组成成份中，不能把脂类和蛋白质合在一起称糖蛋白，由于有些蛋白质不和脂类结合，同样有些脂类也不和蛋白质结合。答案：C
5．精析：细胞膜是一种选择透过性膜，它容许水份子、被选择吸收的离子和小分子通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。答案：D
6．精析：细胞器之间部份生物膜的转移是通过产生具有膜的水泡，从一种细胞器转移到另一种细胞器的，并与之融合成为该细胞器膜的一部份。答案：D
7．精析：由生物膜的概念可知，生物膜是细胞膜、核膜以及核糖、高尔碳化物、线粒体等细胞器膜的合称，这种膜在结构上紧密联系的统一整体，因而它们所产生的结构体系又称作细胞生物膜系统。答案：B
8．精析：在培植抗旱、抗寒的品种时，我们可从生物膜的结构与功能的角度进行研究，找寻改善农小麦品质的新途径。海水淡化中应用了生物膜的选择透过性功能。人工膜可以模拟生物膜的物质交换功能，而不是模拟能量交换功能。答案：C
9．精析：胰岛素是蛋白质，与蛋白质合成有关的细胞器是：线粒体提供能量，内质网体是合成场所，内质网体附着在叶绿体上，叶绿体上起运输作用，高尔碳化物与胰岛素的分泌有关。答案：B
10．精析：由各类生物膜的物理组成可知不同的生物膜中蛋白质、脂类和脂类三种化合物的浓度是有差异的，并不是完全相同的，细胞内各类生物膜的物理组成、结构及功能是有差别的，同时又是可以互相转变、相互协作的。答案：A
11．精析：膜之间转化的前提条件是膜的流动性，即膜的结构特征而不是功能特点；具膜结构中膜的转化是可逆的。由此可判定出A、B、C选项说法错误。答案：D
12．精析：血红蛋白和呼吸氧化酶是细胞内蛋白质，不分泌到细胞外；而性激素虽是分泌物，但它是糖类而不是蛋白质。只有胃蛋白酶原是在胃腺细胞内质网体上合成的细胞膜是单层膜还是双层膜，经核糖和高尔碳化物加工处理分泌到细胞外的蛋白质，整个过程由线粒体为其供能。答案：C
二、非选择题
1．精析：解答此题首先要识图。从图中各部份特点看：①为细胞膜；②是具膜水泡；③是高尔碳化物；④是内质网体；⑤是核糖；⑥是线粒体。其次是理解各部份的结构与功能。多肽是合成蛋白质的原料，该植物细胞吸收被标记的多肽，在内质网体上合成蛋白质，之后再经核糖运输加工。高尔碳化物再加工分泌到细胞外，其实图上方的圆黑点是分泌蛋白，在分泌蛋白的合成、加工和运输的过程中，须要由大量的线粒体提供的能量。
答案：（1）④→⑤→③→②→①（2）5核糖4内质网体蛋白质（3）3高尔碳化物（4）6线粒体
2．精析：本题考查细胞的结构以及信使RNA、蛋白质与生命活动的关系等知识。答案：（1）蛋白质ATP（能量）（2）A、CD
（3）紧密联系、协调一致细胞保持完整性
3．精析：要才能辨识动物细胞的亚显微结构模式图，把握中心法则以及基因工程等方面的知识，在此基础上综合运用知识。
答案：（1）3染色体的DNA（2）基因amRNA（3）2高尔碳化物（4）5内质网