1、第第1212讲讲 细胞的分化、衰老和死亡细胞的分化、衰老和死亡 第第4 4单元单元 2022 内 容 索 引 01 02 03 素养导读素养导读 必备知识必备知识 固本夯基固本夯基 核心考点核心考点 能力提升能力提升 04 学科素养学科素养 达成评价达成评价 素养导读素养导读 必备知识必备知识 固本夯基固本夯基 一、细胞的分化和细胞的全能性 1.细胞分化 (1)概念:在个体发育中,由 细胞增殖产生的后代,在形态、 结构和生理功能上发生 的过程。 (2)特点 :一般来说,分化的细胞将一直保持分化后的状态,直到死 亡。 :是生物界普遍存在的生命现象。 一个或一种 稳定性差异 持久性 普遍性 (3)
2、实质 在个体发育过程中,不同种类的细胞中 的表达情况不同,即基 因的 。 (4)意义 是生物 的基础。 使多细胞生物体中的细胞趋向 ,有利于提高生物体各种 的效率。 遗传信息 选择性表达 个体发育 专门化 生理功能 2.细胞的全能性 完整有机体 各种细胞 全套基因 细胞 细胞核 离体 受精卵 体细胞 低 高 3.干细胞 分裂和分化 二、细胞的衰老和死亡 1.细胞衰老 (1)细胞衰老的特征 代谢变化 细胞 ,体积变小; 体积增大, 内折, 收缩、染色 。 水分 酶的活性 色素 萎缩 细胞核 核膜 染色质 加深 (2)细胞衰老的原因 学说:自由基攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分 子。如:生
3、物膜的 、DNA和蛋白质等。 学说:端粒DNA序列在每次细胞分裂后会缩短一截。随着细胞 分裂次数的增加,截短的部分逐渐向内延伸,导致正常基因的 受 到损伤,使细胞活动渐趋异常。 自由基 磷脂分子 端粒 DNA序列 (3)细胞衰老与个体衰老的关系 单 多 2.细胞死亡 (1)细胞凋亡 概念:由 所决定的细胞自动结束生命的过程。 类型 个体发育中细胞的自动死亡 成熟生物体中细胞的 被病原体感染的细胞的清除 意义 保证多细胞生物体完成正常发育 维持内部环境的 抵御外界各种因素的干扰 基因 自然更新 稳定 (2)细胞坏死:在种种不利因素影响下,如极端的物理、化学因素或严重的 病理性刺激的情况下,由细胞
4、正常代谢活动受损或中断引起的细 胞 。 损伤和死亡 概念检测 1.基于对细胞分化和细胞全能性的理解,判断下列表述是否正确。 (1)哺乳动物造血干细胞分化为成熟红细胞的过程不可逆。( ) (2)胰岛B细胞有胰岛素基因而无抗体基因,故可以产生胰岛素而不能产生 抗体。( ) (3)断尾壁虎长出新尾巴过程中发生了细胞分化。( ) (4)克隆羊“多莉”的诞生证明了动物体细胞仍然具有全能性。( ) (5)利用胚胎干细胞分化成生物体的其他各种细胞,体现了细胞的全能性。 ( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) 2.基于对细胞衰老和死亡的理解,判断下列表述是否正确。 (1)细胞凋亡是基因决定的细胞
5、自动结束生命的过程。( ) (2)细胞衰老时,其细胞膜的通透性会发生改变。( ) (3)细胞毒性T细胞裂解含有病毒的组织细胞的过程属于细胞坏死。( ) (4)细胞衰老与细胞中的自由基和端粒变化有关。( ) (5)细胞坏死和细胞凋亡都是细胞的死亡,对生物体的生命活动都是有害的。 ( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) 教材拓展 (人教版必修1 P121 “与社会的联系”)为什么可利用干细胞培养来修复受到 损伤的组织、器官? 提示 因为干细胞具有分裂和分化能力,可以培养并分化成组织或器官。 核心考点核心考点 能力提升能力提升 考点一考点一 细胞的分化和细胞的全能性细胞的分化和细胞的全
6、能性 合作探究合作探究 探究细胞分化的实质和特点 (1)下列能说明人体中某细胞已经发生分化的是哪些?你的推断理由 是什么? 进行ATP的合成 进行mRNA的合成 合成甲状腺激素 存在 纤维蛋白原基因 提示 只有可表明细胞已分化。理由如下:所有细胞都能合成ATP,几乎 所有细胞都能转录合成mRNA,几乎所有细胞中都存在纤维蛋白原基因,故 均不能判断细胞已经分化,然而只有甲状腺细胞才能合成甲状腺激 素,可判断细胞已经分化。 (2)下图是人体三种细胞内的部分基因及它们的活动状态。 在所有细胞中均表达的基因称为管家基因,在特定的细胞中表达的基因 称为奢侈基因。上述基因属于管家基因的是 ,属于奢侈基因的
7、 是 。 这三种细胞是否包括红细胞?细胞A、B分别是什么细胞? a b、c、d 提示 在这三种细胞中血红蛋白基因均不能表达,因此这三种细胞不包括 红细胞;A细胞可产生胰岛素,应为胰岛B细胞;B细胞可产生生长激素,应为 垂体细胞。 若用胰岛素基因作探针检测A、B、C三类细胞的DNA分子,则其杂交带 状况如何?若将探针改作检测胰岛素基因的mRNA,其杂交带状况如何? 提示 A、B、C三类细胞中均含胰岛素基因,但该基因只有在A细胞中才 能转录产生mRNA,故用胰岛素基因作探针,三类细胞均可形成杂交带,但 改为检测胰岛素基因的mRNA,则只有A细胞能产生杂交带。 归纳总结细胞分化的三个关键点 (1)细
8、胞分化的标志 分子水平:合成了某种细胞特有的蛋白质,如唾液淀粉酶、胰岛素等。 细胞水平:形成不同种类的细胞。 (2)细胞表达的基因 管家基因:所有细胞均表达的一类基因,其表达产物是维持细胞基本生命 活动所必需的,如呼吸酶基因、ATP水解酶基因。 奢侈基因:不同类型细胞特异性表达的一类基因,其产物赋予不同细胞特 异性的生理功能,如血红蛋白基因、胰岛素基因。 (3)细胞分化的“不变”与“变” 不变:DNA、tRNA、rRNA、细胞的数目。 改变:mRNA、蛋白质的种类,细胞的形态、结构和功能。 考向突破考向突破 考向1 细胞分化的实质和特点 1.(2020山东济南三模)早期人们推测细胞分化的本质是
9、基因发生了选择性 的丢失。为了研究该问题,科学家设计了如下实验:将鸡的核糖体蛋白基因、 卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因制备成探针,分别去检测鸡的 输卵管细胞、成红细胞、胰岛B细胞中的DNA和RNA,检测结果如下表。 细胞中可表达的基因一种是管家基因,在所有细胞中都表达,其表达产物是 维持细胞基本生命活动所必需的;另一种是奢侈基因,只在某类细胞中特异 性表达,其表达产物赋予细胞特异的形态、结构和功能。下列叙述错误的 是( ) 探 针 DNA检测结果 RNA检测结果 输卵管 细胞 成红 细胞 胰岛B 细胞 输卵管 细胞 成红 细胞 胰岛B 细胞 核糖体蛋白基因 + + + + + + 卵清蛋
10、白基因 + + + + - - 珠蛋白基因 + + + - + - 胰岛素基因 + + + - - + 实验方法 DNA分子杂交 分子杂交 注:“+”表示出现杂交带,“-”表示未出现杂交带 A.表中DNA分子杂交和分子杂交均遵循碱基互补配对原则 B.据表可知核糖体蛋白基因属于管家基因,胰岛素基因属于奢侈基因 C.鸡成红细胞成熟以后将检测不到卵清蛋白基因、胰岛素基因 D.输卵管细胞中珠蛋白基因和胰岛素基因未表达也并未发生丢失,说明 细胞分化的本质是基因选择性表达 答案 C 解析 DNA分子杂交与分子杂交的原理均是碱基互补配对,A项正确;据表 可知,核糖体蛋白基因在三种细胞中均可表达,为管家基因,
11、胰岛素基因只 在胰岛B细胞中表达,为奢侈基因,B项正确;鸡不属于哺乳动物,其红细胞成 熟后依然可检测到卵清蛋白基因和胰岛素基因,C项错误;输卵管细胞中 珠蛋白基因和胰岛素基因未表达,但依然可检测到基因存在,说明未丢失, 细胞分化的实质是基因选择性表达,D项正确。 方法技巧“四看法” 判断细胞分化 2.(2020山东潍坊二模)最新研究表明,决定细胞“命运”的内因是基因的选择 性表达,而外因是细胞信号的特异性组合。下图为部分信号决定细胞“命 运”的示意图,图中字母分别代表不同的胞外信号。下列说法正确的是 ( ) A.只要有胞外信号b和e,细胞就一定会进行分裂 B.对于癌细胞而言,胞外信号ae可能会
12、持续起作用 C.只有胞外信号f和g能诱导细胞内的基因选择性表达 D.图中细胞凋亡无胞外信号作用,说明细胞凋亡不受机体调控 答案 B 解析 细胞分裂需要胞外信号a、b、c、d和e共同存在,A项错误;癌细胞无 限增殖,对于癌细胞而言,胞外信号ae可能会持续起作用,B项正确;诱导细 胞内的基因选择性表达需要胞外信号a、b、c、f和g共同存在,C项错误;图 中细胞凋亡无胞外信号作用,说明细胞凋亡是基因控制的主动死亡,受机体 调控,D项错误。 考向2 细胞的全能性和干细胞 3.(2020山东枣庄二模)间充质干细胞(MSC)最初在骨髓中发现,是一类具有 自我更新和多向分化能力的细胞。下列叙述错误的是( )
13、 A.MSC在增殖时核膜与核仁可以周期性地消失和重建 B.MSC能完成多向分化的根本原因是遗传信息的执行情况不同 C.MSC是一类不具有凋亡基因的多能干细胞 D.MSC中原癌基因和抑癌基因发生突变会使其变成癌细胞 答案 C 解析 MSC通过有丝分裂的方式自我更新,在增殖时核膜与核仁可以周期 性地消失和重建,A项正确;MSC有多向分化的能力,是一种多能干细胞,细 胞分化的根本原因是遗传信息的执行情况不同,B项正确;MSC具有凋亡基 因,因此它是一类具有凋亡基因的多能干细胞,C项错误;细胞癌变是原癌基 因和抑癌基因发生突变所致,因此MSC中原癌基因和抑癌基因发生突变会 使其变成癌细胞,D项正确。
14、考点二考点二 细胞的衰老和死亡细胞的衰老和死亡 合作探究合作探究 探究细胞分裂、分化、衰老、凋亡的关系 下图是细胞分裂、分化、衰老及凋亡等图形信息,据图回答下列问题。 (1)经过a、b过程,一个细胞分成两个细胞,这是 。 (2)c过程中细胞在形态、结构和生理功能上发生了稳定性差异,这叫细胞 的分化。细胞分化的结果是产生了组织, 分别属于不同的 组织。 (3)d、e过程分别为细胞的 。 细胞的分裂 衰老与凋亡 整合提升细胞各生命历程间的关系 考向突破考向突破 考向 细胞的衰老和死亡 1.(2021年1月辽宁适应性测试)下列有关多细胞生物体的细胞生命历程的 叙述,正确的是( ) A.细胞增殖过程中
15、会发生DNA复制 B.成熟的生物体内不存在细胞分化现象 C.衰老的细胞中细胞核与细胞质体积比变小 D.正在发育的生物体内不会发生细胞凋亡 答案 A 解析 细胞增殖过程中,在间期会发生DNA复制,A项正确;细胞分化发生在 整个生命进程中,故成熟的生物体内也存在细胞分化现象,B项错误;衰老的 细胞的细胞体积减小,细胞核体积增大,故细胞核与细胞质体积比变大,C项 错误;正在发育的生物体内也会发生细胞凋亡,如胎儿手的发育过程中存在 细胞凋亡,D项错误。 2.(2019全国)细胞凋亡是细胞死亡的一种类型。下列关于人体中细胞凋 亡的叙述,正确的是( ) A.胎儿手的发育过程中不会发生细胞凋亡 B.小肠上皮
16、细胞的自然更新过程中存在细胞凋亡现象 C.清除被病原体感染细胞的过程中不存在细胞凋亡现象 D.细胞凋亡是基因决定的细胞死亡过程,属于细胞坏死 答案 B 解析 细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程,在正在发育及 发育成熟的人体中都有凋亡的细胞。胎儿手的发育过程中,五个手指最初 是愈合在一起的,后来随着指间的细胞自动死亡,才发育为成形的手指,A项 错误。在成熟的生物体中,细胞的自然更新、被病原体感染细胞的清除都 是通过细胞凋亡完成的,B项正确,C项错误。细胞坏死是在种种不利因素 影响下,由于细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡,作为细 胞自然生理过程的细胞凋亡不属于细胞坏死,D项
17、错误。 3.(2020山东青岛三模)脊椎动物在胚胎发育过程中产生了过量的运动神经 元,它们彼此竞争靶细胞(如肌肉细胞)分泌的神经生长因子。只有接受了 足量神经生长因子的神经元才能生存,并与靶细胞建立链接,其他的则发生 凋亡。下列有关叙述正确的是( )。 A.脊椎动物细胞的凋亡仅发生在胚胎发育的各个时期 B.神经元的凋亡是不受内外环境影响的细胞程序性死亡 C.凋亡后的神经细胞被吞噬细胞清除的过程属于体液免疫 D.神经元与靶细胞间可通过化学信号进行双向的信息传递 答案 D 解析 脊椎动物细胞凋亡发生在个体发育的各个时期,A项错误;神经元凋 亡受基因的控制,也受环境的影响,B项错误;凋亡后的神经细胞
18、被吞噬细胞 清除的过程属于非特异性免疫,C项错误;神经元与靶细胞间可通过化学信 号(神经生长因子及神经递质)进行双向的信息传递,D项正确。 归纳总结细胞凋亡和细胞坏死的区别 (1)从方式看 主动结束生命活动细胞凋亡 被动结束生命活动细胞坏死 (2)从结果看 对生物体是有利的细胞凋亡 对生物体是有害的细胞坏死 学科素养学科素养 达成评价达成评价 情境探究情境探究 细胞周期阻断细胞周期阻断 一般培养条件下,群体中的细胞处于不同的细胞周期时相之中。为了研究 某一时相细胞的代谢、增殖、基因表达或凋亡,常需采取一些方法使细胞 处于细胞周期的同一时相,这就是细胞同步化技术。选用DNA合成抑制剂 可以抑制S
19、期细胞DNA合成而不影响其他细胞周期运转,最终可将细胞群 体阻断在G1/S期交界处。将癌细胞的细胞周期阻断在分裂间期,可以抑制 细胞增殖,达到治疗癌症的目的。一些抑制微管聚合的药物,因能抑制有丝 分裂装置的形成和功能行使,可将细胞阻断在有丝分裂中期,最终使细胞同 步于M期。常用的药物有秋水仙素和秋水仙酰胺等。 提示 能。秋水仙素是化学物质,可能诱导细胞发生基因突变。 提示 不能。秋水仙素抑制纺锤丝的形成,但没有抑制染色体着丝粒的分 裂,所以最终得到的细胞每条染色质将有1个DNA分子。 (1)用秋水仙素处理西瓜的幼苗,能不能导致基因突变的产生?原因是什么? (2)秋水仙素处理后,最终得到的细胞每
20、条染色质能否含有2个DNA分子?原 因是什么? 提示 不能。用秋水仙素处理可以获得多倍体植物,但细胞内只有1个细 胞核。 提示 不能。用秋水仙素处理西瓜的幼苗芽尖,只有部分细胞染色体数目 加倍。 (3)用秋水仙素加倍曼陀罗等植物的染色体数获得成功以后,能不能使细胞 有多个细胞核?原因是什么? (4)用秋水仙素处理西瓜的幼苗芽尖,能不能导致芽尖正在分裂的细胞染色 体都加倍?原因是什么? 【情境应用情境应用】 1.如图表示用胸苷(TdR)双阻断法使细胞周期同步化,其中表示正常的细 胞周期,G1、S、G2、M期依次分别为10 h、7 h、3.5 h、1.5 h;表示经第 一次阻断,细胞都停留在S期;
21、表示洗去TdR恢复正常的细胞周期;表示 经第二次阻断,细胞均停留在G1/S交界处。下列说法正确的是( ) A.实验中需要对细胞解离、漂洗、染色、制片,以便于显微镜下观察 B.胸苷(TdR)很可能是通过阻碍核糖体与mRNA结合发挥作用的 C.第二次阻断应该在第一次洗去TdR之后的7 h到15 h之间 D.若改用秋水仙素处理,则细胞会停留在G2/M交界处 答案 C 解析 该实验过程中细胞需要保持活性,故不能对细胞进行解离,A项错误; 胸苷可能是通过阻碍DNA复制发挥作用的,它是合成DNA的原料之一,B项 错误;第二次阻断应该等S期的细胞全部离开S期,否则还会有细胞滞留在S 期,故至少要7 h,且时
22、间不能大于15 h,因为要防止走在最前面的细胞又一 次抢先进入新的S期,C项正确;若改用秋水仙素处理,则细胞分裂过程中纺 锤丝无法形成,细胞会停留在M期,D项错误。 2.细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制,当细胞周期中某一节点出 现“异常事件”,调节机制就被激活,排除“故障”或使细胞周期中断。如G2期 末检验点主要检测复制后的DNA是否损伤,细胞中合成的物质是否够多, 细胞的体积是否足够大;纺锤体组装检验点(SAC)能够检查纺锤体是否正 确组装,纺锤丝是否正确连接在染色体的着丝粒上。下列相关叙述不正确 的是( ) A.G2期末检验通过后,说明具备分裂条件,细胞将进入分裂期 B.SAC检验未
23、通过,细胞将停留在染色体数目暂时加倍的状态 C.细胞周期检验点往往与相应的分子修复机制共同作用 D.有的细胞可能因某些原因暂时脱离细胞周期,不进行增殖 答案 B 解析 细胞周期的顺序是G1SG2M,G2期正常后,细胞将进入分裂期,A 项正确;纺锤体的形成是在有丝分裂的前期,纺锤体组装检验点(SAC)能够 检查纺锤体是否正确组装,若SAC检验未通过,细胞将停留在分裂前期,而 染色体数目加倍是在分裂的后期,B项错误;根据题干信息“当细胞周期中 某一节点出现异常事件,调节机制就被激活,排除故障或使细胞周期中 断”可知,细胞周期检验点往往与相应的分子修复机制共同作用,C项正确; 有的细胞可能因某些原因
24、暂时脱离细胞周期,不进行增殖,如B细胞,但当受 到抗原刺激时,可以继续进行细胞增殖,D项正确。 3.(2020江苏)细胞周期可分为分裂间期和分裂期(M期),根据DNA合成情况, 分裂间期又分为G1期、S期和G2期。为了保证细胞周期的正常运转,细胞 自身存在着一系列监控系统(检验点),对细胞周期的过程是否发生异常加 以检测,部分检验点如下图所示。只有当相应的过程正常完成,细胞周期才 能进入下一个阶段运行。请据图回答下列问题。 (1)与G1期细胞相比,G2期细胞中染色体及核DNA数量的变化是 。 (2)细胞有丝分裂的重要意义在于通过 ,保持亲子代细胞之 间的遗传稳定性。图中检验点1、2和3的作用在
25、于检验DNA分子是否 (填序号:损伤和修复、完成复制);检验发生分离的染色体是否正确到 达细胞两极,从而决定胞质是否分裂的检验点是 。 (3)细胞癌变与细胞周期调控异常有关,癌细胞的主要特征是 。 有些癌症采用放射性治疗效果较好,放疗前用药物使癌细胞同步化,治疗效 果会更好。诱导细胞同步化的方法主要有两种:DNA合成阻断法、分裂中 期阻断法。前者可用药物特异性抑制DNA合成,主要激活检验点 , 将癌细胞阻滞在S期;后者可用秋水仙碱抑制 的形成,主要激活 检验点 ,使癌细胞停滞于中期。 答案 (1)染色体数不变,核DNA数加倍 (2)染色体正确复制和平均分配 检验点5 (3)细胞无限增殖 2 纺
26、锤体 4 解析 (1)细胞分裂间期的G1期,主要是合成DNA复制所需要的蛋白质以及 核糖体的增生。S期主要是发生DNA的复制,DNA数加倍;G2期合成M期所 必需的一些蛋白质,所以与G1期相比,G2期细胞中染色体数不变,核DNA数 加倍。(2)细胞有丝分裂的意义是通过染色体正确复制和平均分配,保持亲 子代细胞之间的遗传稳定性。检验点1检验G1期染色体是否正常,若有损 伤是否进行了修复,检验点2检验是否在S期完成了DNA复制。检验点5检 验在细胞分裂末期,分离的染色体是否正确到达细胞两极。(3)癌细胞的主 要特征是细胞无限增殖。DNA的合成发生在细胞分裂间期的S期,DNA合 成阻断法是用药物特异性抑制DNA的合成,激活检验点2,使癌细胞停滞在 S期;秋水仙碱能抑制细胞分裂前期纺锤体的形成,主要激活检验点4,使癌 细胞停滞于中期。
