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第四章第二节 细胞分化、衰老和死亡
内容索引0102基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升
课程标准1.说出细胞分化的概念,理解细胞分化的特点、实质及意义。2.举例说明细胞的全能性,认识到细胞全能性在生产生活中的实用价值。3.阐述细胞衰老的特征、机理、细胞凋亡的概念和实质,理解生命现象和生命活动规律,探究人类健康的奥秘。
基础落实•必备知识全过关
知识点一细胞分化的概念及特点1.概念2.举例:造血干细胞分化为、血小板和多种白细胞。个体发育形态结构生理功能红细胞
3.特点(1)细胞分化是一种的变化。(2)细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象。4.结果:能够增加,不同类型的细胞构成了多细胞生物体的各种,执行不同的生理功能,从而有利于提高各种生命活动的效率。5.意义:细胞分化是生物体的基础。持久性细胞的类型组织和器官发育
知识点二细胞的全能性1.概念:细胞后,仍然具有产生或分化成其他各种细胞的潜能和特性。2.植物细胞具有全能性——斯图尔德实验(1)过程:胡萝卜根韧皮部的组织块(2)结论:的植物细胞能够发育成。分裂和分化完整有机体愈伤组织试管苗离体完整的植物体
3.动物细胞全能性的研究(1)格登实验美洲爪蟾小肠上皮细胞的+的未受精的卵细胞⇩蝌蚪⇩蛙(2)克隆羊多莉的诞生乳腺细胞+的未受精的卵细胞⇩多莉羊(3)结论:高等动物已分化的体细胞的细胞核仍然保持着全套的,是具有的。细胞核去核细胞核去核遗传物质全能性
知识点三细胞衰老1.主要特征项目结构或物质特征细胞结构变化细胞质膜通透性改变,物质的运输功能细胞核核体积增大,核膜皱折,染色质细胞内的物质变化水水分减少(特别是自由水减少),细胞,体积变小酶多种酶的活性,代谢速率减慢色素色素逐渐积累降低固缩萎缩降低
2.细胞衰老的原因(1)端粒学说:每次细胞分裂后,就会缩短一截,随着细胞分裂次数的增多,不断缩短,当端粒长度缩短到一定程度时,细胞就无法继续分裂,从而导致细胞衰老与死亡。(2)自由基学说:细胞代谢过程中会产生自由基。自由基会攻击和破坏细胞内各种具有正常功能的生物分子,如磷脂分子、或,导致细胞衰老。(3)基因时钟学说:基因像调节机体发育一样,细胞的衰老速度。端粒DNA序列端粒DNA蛋白质分子调节
知识点四细胞死亡1.细胞死亡(1)概念:受细胞内遗传机制决定的“死亡程序”控制,是一个主动而非被动的生理过程,因此也被称为。(2)类型:细胞死亡包括导致的自噬性细胞死亡、和。(3)意义:细胞程序性死亡对生物个体的、生命活动的维持以及外界各种因素的等方面,具有重要作用。细胞程序性死亡细胞自噬细胞坏死细胞凋亡正常发育稳定状态抵御干扰
2.细胞自噬(1)概念:细胞通过溶酶体(动物)或液泡(酵母菌和植物)与双层膜包裹的细胞自身物质融合,从而降解细胞自身物质的过程。在一定条件下,细胞自噬也可以导致细胞死亡。(2)意义:正常的动物细胞需要不断降解功能失常或不需要的细胞结构,以维持细胞内环境的。动态平衡
3.细胞坏死(1)概念:是指细胞在强烈的或作用下受到严重损伤,引起自身死亡的过程。(2)细胞坏死的过程①坏死的开始——不发生凝集,线粒体膨大,细胞核、内质网肿胀。②细胞质膜破损,破碎的细胞器、染色质片段释放出去。③细胞解体后,释放细胞内容物。④结果——引起。理化因素生物因素染色质炎症
4.细胞凋亡(1)概念:由基因所决定的的过程。(2)细胞凋亡的过程①凋亡的起始——细胞与周围细胞脱离,凝集、分离并沿核膜分布,细胞发生皱缩。②凋亡小体的形成——核膜破裂,染色质断裂成大小不等的片段,与一些细胞器聚集后被内陷的细胞质膜包围,形成凋亡小体。③细胞的解体——逐渐与细胞分离,脱落至细胞间质,最终被邻近的细胞或吞噬并消化。(3)意义:细胞凋亡在生物过程中具有重要作用。细胞自动结束生命染色质凋亡小体吞噬细胞个体发育
结论语句辨一辨(1)细胞分化使细胞趋向专门化,提高了机体生命活动的效率。()(2)一般来说,同一个体不同分化细胞的遗传信息相同。()(3)同一个体骨髓干细胞与胰岛细胞的遗传信息不同,遗传信息的执行情况也不同。()(4)细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象,是生物个体发育的基础。()(5)衰老的生物体中,细胞都处于衰老状态。()(6)细胞死亡是细胞凋亡的同义词。()(7)细胞衰老和细胞凋亡是生物体异常的生命活动。()(8)细胞凋亡是各种不利因素引起的细胞死亡。()√√×√××××
重难探究•能力素养全提升
主题一细胞分化情境探究下图是细胞分化的示意图,请分析回答下列问题。
1.基因A和B中,细胞甲、乙含有的基因和表达的基因分别是哪种?答案细胞甲含有的是基因A和B,表达的是基因A;细胞乙含有的是基因A和B,表达的是基因B。2.细胞甲、乙都要进行细胞呼吸,都要合成相关的酶,据此推断细胞甲、乙中DNA和蛋白质的种类是否相同。答案DNA相同,蛋白质不完全相同。3.通过以上推理可知,细胞分化的实质是。4.细胞分裂和细胞分化与个体的生长发育有什么关系?答案细胞分裂使细胞数量增多,是个体生长的基础;细胞分化使细胞种类增多,是个体发育的基础。个体生长发育是细胞分裂和细胞分化共同作用的结果。基因的选择性表达(程序性表达)
方法突破1.细胞分化的机制(1)不同细胞中基因“执行情况”不同,即基因“选择性表达”,如胰岛细胞中胰岛素基因表达,水解麦芽糖的基因关闭,而小肠肠腺细胞则与之相反。(2)由于基因的选择性表达,导致含遗传信息相同的细胞中mRNA和蛋白质“各不相同”,从而导致出现细胞形态、结构或生理功能的“与众不同”(即分化)。
2.对细胞分化过程的理解(1)从细胞水平分析:细胞的形态结构和生理功能发生改变。(2)从亚显微结构水平分析:细胞器的数目及细胞质基质成分和功能发生改变。(3)从分子水平分析①蛋白质角度:蛋白质种类、数量、功能发生改变。②核酸角度:基因选择性表达,即遗传信息的执行情况不同,这是细胞分化的根本原因。
3.细胞分裂、细胞分化与个体发育的关系(1)图示:(2)联系:个体发育是细胞分裂、分化的结果。大多数多细胞生物是由受精卵发育而来的,在细胞分裂的基础上,通过细胞分化逐渐发育为成熟个体,其中,细胞分化是生物个体发育的主要过程。
探究应用1.如图中甲、乙、丙分别表示某人体内的几种细胞,它们的形态结构和生理功能各不相同的根本原因是()A.DNA的结构不同B.遗传信息的表达情况不同C.遗传物质不同D.线粒体结构不同B解析题图中甲、乙、丙是由同一受精卵经过细胞增殖、分化形成的,它们的形态结构和生理功能各不相同的根本原因是基因的选择性表达,即遗传信息的表达情况不同。
2.动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞。下列相关叙述,错误的是()A.a过程表示干细胞能自我更新,主要通过有丝分裂实现B.b、c过程表示干细胞具有分化能力,是遗传信息表达情况不同的结果C.通过b、c过程形成的两种细胞中不可能含有相同的蛋白质D.通过a、b、c过程形成的三种细胞一般都具有相同的遗传信息C
解析a过程表示干细胞能自我更新,主要通过有丝分裂实现,A项正确;由题图可看出b、c过程形成的是不同的细胞,说明b、c过程表示干细胞具有分化能力,是遗传信息表达情况不同的结果,B项正确;通过b、c过程形成的两种细胞也可能含有相同的蛋白质,如呼吸酶,C项错误;细胞增殖和细胞分化不会改变细胞中的遗传信息,因此a、b、c过程中形成的三种细胞一般都具有相同的遗传信息,D项正确。
3.(多选)下图表示某生物体细胞发生的一系列变化过程,有关分析正确的是()A.过程①表示细胞生长B.过程②表示细胞分裂C.过程③表示细胞分化D.过程②染色体数目会减半ABC解析①表示细胞体积由小到大,为细胞生长;②表示细胞一分为二,细胞数目增加,为细胞分裂;③表示细胞在形态结构和生理功能上发生稳定性差异,为细胞分化;体细胞分裂的方式为有丝分裂,子细胞和母细胞染色体数目一致。
主题二细胞的全能性情境探究1.下图是胡萝卜的组织培养过程。
(1)植物体上的细胞没有表现出全能性,而是分化成了不同的组织和器官,这说明植物细胞全能性的表达需要什么条件?答案植物细胞全能性的表达需要在离体条件下并需要一定的外界条件。(2)图中试管里的培养液应该含有哪些物质?答案植物激素、无机盐和糖类等物质。(3)植物细胞具有全能性的根本原因是什么?答案已分化的细胞都有一整套和受精卵相同的遗传物质,具有发育成一个完整个体所需要的全部遗传信息。
2.下图是克隆羊的培育过程,请分析回答下列问题。
(1)如果直接用B羊的乳腺细胞进行培养,能不能形成完整的个体?和植物细胞相比,有什么不同?答案不能发育成完整个体。这说明和植物细胞相比,动物分化的体细胞的全能性受到限制,但是细胞核仍具有全能性。(2)得到的克隆羊的性别及绝大部分的性状应该和哪只羊相同?答案和B羊相同。
方法突破细胞分化与细胞的全能性比较内容细胞分化细胞的全能性原因细胞内基因选择性表达含有本物种全套遗传物质特点持久性、稳定性、不可逆性、普遍性①分化程度的高低与全能性大小呈负相关②全能性比较:受精卵>配子>体细胞结果形成形态结构和生理功能不同的细胞群形成新的个体或其他各种细胞
探究应用1.将蝌蚪肠细胞的细胞核移植到去核的蛙卵中,形成重建的“合子”。有些“合子”发育成正常的蝌蚪,而单独培养肠细胞却不能发育成蝌蚪。下列叙述错误的是()A.肠细胞不能表达全能性是受某些物质的限制B.“合子”第一次分裂后形成的细胞已失去全能性C.“合子”发育成正常蝌蚪的过程中伴随着细胞分化D.细胞核具有全能性是由于其含有该物种的全套遗传信息B
解析动物细胞经过多次分裂后,细胞质的成分已经发生改变,原本能激发细胞全能性的物质已经消失,故肠细胞不能表达全能性是受到了细胞内物质的限制,A项正确;“合子”第一次分裂后形成的细胞仍具有全能性,B项错误;“合子”发育成正常蝌蚪个体的过程中,需要通过细胞分裂增加细胞的数量,通过细胞分化增加细胞的种类,C项正确;虽然细胞经过多次分裂失去了激发全能性的物质,但细胞核仍含有该物种的全套遗传信息,故动物细胞的细胞核具有全能性,D项正确。
2.正常人体内的造血干细胞能分裂产生各种血细胞,在体外和某些因素的诱导下,却可以分化为神经细胞和肝细胞,其根本原因是这些造血干细胞()A.有旺盛的分裂能力B.能合成神经细胞或肝细胞需要的蛋白质C.还没有分化D.具有与受精卵相同的全套遗传物质D
3.(多选)下列有关细胞全能性的叙述,不正确的是()A.受精卵在自然条件下能形成完整个体,因此全能性最高B.生物体内的细胞由于分化,全能性不能表达C.卵细胞与受精卵一样,细胞未分化,全能性很高D.动物细胞离体培养,在一定营养条件下能表现出全能性CD解析受精卵是个体发育的起点,在自然条件下,通过细胞分裂和细胞分化形成完整个体,所以其全能性最高;正常情况下,多细胞生物体内的每一个体细胞都是由受精卵分裂、分化而来的,都含有发育成完整个体所必需的全套遗传物质,理论上都具有全能性,但在个体发育过程中,因为基因的选择性表达,所以没有体现全能性;卵细胞是已分化的细胞;植物细胞在离体和一定营养条件下可表现出全能性。
主题三细胞衰老情境探究1.新生婴儿体内是否有衰老细胞?老年人体内是否有新产生的细胞?一般情况下,老年人的心脏不如年轻人的心脏收缩有力,试从细胞水平上分析其主要原因。答案新生婴儿和老年人体内均有新生细胞和衰老细胞,只是所占比例不同。新生婴儿体内衰老细胞较少,新生细胞较多,老年人则相反。老年人心肌细胞中酶活性较年轻人的低,细胞呼吸速率较年轻的人慢,心肌细胞获得的能量较年轻人的少,所以不如年轻人的心脏收缩有力。2.分析老年人为什么大多头发花白,满脸老年斑。答案衰老细胞中酪氨酸酶活性降低,黑色素合成减少,故头发变白;衰老细胞内色素积累,出现老年斑。
方法突破个体衰老与细胞衰老的关系个体衰老的特征细胞衰老的特征头发变白细胞内酶的活性降低老年斑细胞内的色素积累皮肤干燥、发皱细胞内的水分减少、体积缩小体能下降细胞呼吸速率减慢吸收能力下降细胞质膜通透性改变,物质运输功能降低
探究应用1.下列关于细胞衰老的说法,错误的是()A.人一生中,体细胞分裂50~60次,因而各种细胞的寿命一样B.机体内细胞的寿命与分裂能力之间没有明确的对应关系C.生物体内随时有大量细胞衰老死亡,同时又有大量新增殖的细胞代替它们D.细胞的衰老是细胞遗传程序所决定的正常生命现象A解析同一个体内不同组织的细胞分化程度不同,细胞的寿命也不同。有的细胞可以不断分裂,这样的细胞寿命较长;有的细胞高度分化,如神经细胞、心肌细胞等,这样的细胞在生物体内不再继续分裂,寿命也很长。细胞衰老是正常的生命现象。
2.实验表明,正常人体细胞在体外适宜条件下培养,细胞也不能无限增殖下去,即使是机体中可以终生分裂的正常细胞,在体外适宜条件下培养时也有分裂次数的极限,而且细胞的分裂能力与个体年龄有关,例如,从40岁人体中获取的成纤维细胞在体外适宜条件下培养,也只能分裂40次左右而不是80次。下列相关叙述错误的是()A.人体衰老的过程是组成人体的细胞普遍衰老的过程B.衰老的细胞内水分减少,色素沉积,细胞质膜通透性增大C.体外培养细胞的增殖能力可在一定程度上反映细胞在体内的衰老状况D.自由基攻击蛋白质使蛋白质活性下降可能会导致细胞衰老B
解析对多细胞生物体来说,细胞衰老不等同于个体衰老,从总体上看,多细胞生物体衰老的过程是组成个体的细胞普遍衰老的过程,A项正确;衰老的细胞内水分减少,细胞体积减小,细胞内某些酶活性降低,色素沉积,细胞质膜通透性改变,物质运输功能降低,B项错误;由题意可知,细胞的分裂能力与个体年龄有关,从40岁人体中获取的成纤维细胞在体外适宜条件下培养也只能分裂40次左右而不是80次,这说明体外培养的细胞的增殖能力可以在一定程度上反映细胞在体内的衰老状况,C项正确;根据细胞衰老的自由基假说,细胞代谢过程中产生的自由基攻击蛋白质,使蛋白质活性降低,可导致细胞衰老,D项正确。
3.(多选)下列关于个体衰老和细胞衰老的叙述,不正确的是()A.个体衰老和细胞衰老是一致的B.细胞的衰老表示生物体各种功能的衰退,是一种不正常的状态C.老年人骨折后很难愈合,与老年人成骨细胞的衰老有一定的关系D.在正常情况下,细胞会因为分裂次数增多而加速衰老AB解析细胞衰老和个体衰老既有联系又有区别,个体衰老和细胞衰老对于单细胞生物而言是一致的,对于多细胞生物来说,个体衰老与细胞衰老不是一回事;细胞衰老和个体衰老都是正常现象,是一种自然规律;成骨细胞位于骨膜内,它对骨的生长和再生(如骨折后的愈合)有重要作用,老年人骨膜内的成骨细胞逐渐衰老,因而骨折后难以愈合;在正常情况下,细胞会因为分裂次数增多逐渐丧失正常的功能而加速衰老。
主题四细胞死亡情境探究蝌蚪在发育过程中,尾巴逐渐消失(如下图)。1.蝌蚪尾巴的消失属于哪种生命现象?与哪种细胞器的关系最密切?答案这是细胞凋亡的结果,与溶酶体密切相关。2.将蝌蚪尾部用浓盐酸处理后,尾部溃烂消失,这与上述现象相同吗?答案这是细胞坏死,与细胞凋亡不同。
方法突破1.细胞凋亡的类型(1)细胞正常的自然更新。(2)清除被病原体感染的细胞。(3)正常发育过程中细胞的程序性死亡。2.易发生细胞凋亡的几种细胞(1)无用细胞,如蝌蚪变成青蛙时尾细胞的退化,卵细胞减数分裂过程中极体的消失。(2)发育不正常的细胞。(3)有害细胞,如病毒感染的细胞、免疫细胞裂解的靶细胞。(4)衰老细胞,如人的成熟红细胞120d后自然死亡。
探究应用1.下列现象中属于细胞凋亡的是()A.噬菌体裂解细菌的过程B.因创伤引起的细胞坏死C.造血干细胞产生红细胞的过程D.蝌蚪发育成青蛙过程中尾部细胞的死亡D解析本题中只有蝌蚪发育成青蛙过程中尾部细胞的死亡是由基因所决定的细胞自行结束生命的过程。而A、B两项均为细胞坏死,C项为细胞的增殖、分化过程。
2.研究人员发现有一组非肽类Caspase抑制剂能够抑制细胞凋亡过程中信号的传递。下列相关叙述不正确的是()A.细胞凋亡过程中的信号传递与细胞质膜表面的某种蛋白质有关B.细胞凋亡是由基因所决定的细胞自行结束生命的过程C.Caspase抑制剂在核糖体上合成D.细胞的增殖和凋亡失控都会导致许多疾病的发生C解析细胞间的信号传递与细胞质膜表面的糖蛋白有关,A项正确;细胞凋亡是由基因决定的细胞自行结束生命的过程,是机体正常的生理反应,B项正确;题干已强调该抑制剂是非肽类抑制剂,因此Caspase抑制剂不可能在核糖体上合成,C项错误;细胞的增殖失控会导致疾病,如癌症,细胞凋亡失控也会导致许多疾病的发生,D项正确。
3.研究表明,激活某种蛋白激酶PKR,可诱导被病毒感染的细胞发生凋亡。下列叙述正确的是()A.上述病毒感染的细胞凋亡后其功能可恢复B.上述病毒感染细胞的凋亡不是程序性死亡C.上述病毒感染细胞的凋亡过程不受基因控制D.PKR激活剂可作为潜在的抗病毒药物加以研究D解析被病毒感染的细胞凋亡后,丧失其功能且不可恢复,A项错误;细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程,是程序性死亡,B项错误;细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程,受基因控制,C项错误;由题意可知,激活蛋白激酶PKR,可诱导被病毒感染的细胞发生凋亡,故PKR激活剂可作为潜在的抗病毒药物加以研究,D项正确。
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