1、第12讲细胞的分化、衰老和死亡素养导读必备知识固本夯基一、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。(3)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。2.细胞的全能性3.干细胞二、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。(2)细胞衰老的原因学说:自由基攻击和破坏细胞
2、内各种执行正常功能的生物分子。如:生物膜的、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。(3)细胞衰老与个体衰老的关系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(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,由细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞。概念检测1.基于对细胞分化和细胞全能
3、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。()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
4、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。()教材拓展(人教版必修1P121“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?核心考点能力提升考点一细胞的分化和细胞的全能性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(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,属于奢侈基因的是。这三种细胞是否
5、包括红细胞?细胞A、B分别是什么细胞?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?归纳总结细胞分化的三个关键点(1)细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、tRN
6、A、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
7、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
8、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()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
9、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考点二细胞的衰老和死亡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。整合提升细胞各生命历程间的关系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.细胞增殖过程中会发生DNA复制B.成熟
10、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
11、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达成评价情境探究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
12、成抑制剂可以抑制S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。(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,最终得到的细胞每条染色质能否含有2个DNA分子?原因是什么?(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
13、,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】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;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2.细
14、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3.(2020江苏)细胞周期可分为分裂间期
15、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
16、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。第12讲细胞的分化、衰老和死亡必备知识固本夯基一、1.(1)一个或一种稳定性差异(2)持久性普遍性(3)遗传信息选择性表达(4)个体发育专门化生理功能2.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.分裂和分化二、1.(1)水分酶的活性色素萎缩细胞核核膜染色质加深(2)自由基磷脂
17、分子端粒DNA序列(3)单多2.(1)基因自然更新稳定(2)损伤和死亡【概念检测】1.(1)(2)(3)(4)(5)2.(1)(2)(3)(4)(5)【教材拓展】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。核心考点能力提升考点一【合作探究】探究(1)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)提示ab、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
18、岛B细胞;B细胞可产生生长激素,应为垂体细胞。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。【考向突破】1.CDNA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,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
19、选择性表达,D项正确。2.B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。3.CMSC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
20、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。考点二【合作探究】探究(1)提示细胞的分裂(2)提示(3)提示衰老与凋亡【考向突破】1.A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.B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
21、,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项错误。3.D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。学科素养达成评价情境探究(1)提示能。秋水
22、仙素是化学物质,可能诱导细胞发生基因突变。(2)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。(3)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。(4)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。【情境应用】1.C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7h,且时间不能大于15h,因为要防止走在最前面的细胞又一次
23、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.B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
24、续进行细胞增殖,D项正确。3.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。