高中生物第1轮总复习 第14讲 细胞的分化、衰老、凋亡和癌变（探究性实验的设计思路）课件 新人教版必修1（广东专版）

（探究性实验的设计思路） 一、细胞分化 1、细胞分化、细胞全能性及相互比较细胞分化细胞全能性原理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：细胞分化贯穿于生物体整个生命进程中，在胚胎期达到最大限度稳定性和不可逆性：一般来说，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直至死亡普遍性：生物界中普遍存在，是生物个体发育的基础高度分化的植物体细胞具有全能性，植物细胞在离体的情况下，在一定的营养物质，激素和其他适宜的外界条件下，才能表现其全能性动物已分化的体细胞全能性受限制，但细胞核仍具有全能性。例如：动物克隆技术续表细胞分化细胞全能性结果形成形态、结构、功能不同的细胞形成新的个体大小比较细胞分化程度有高低之分，如体细胞生殖细胞受精卵细胞全能性有大小之分，如受精卵生殖细胞体细胞关系两者的遗传物质都不发生改变细胞的分化程度越高，具有的全能性越小 2.干细胞及其在医学上的应用 (1)概念：干细胞是一类具有自我更新和分化发育潜能的原始细胞。机体内的各种细胞、组织和器官都是由干细胞分化发育而来的。 (2)应用：医学上，干细胞的研究为器官移植提供了新的思路，为癌症、癫痫、糖尿病等疾病的根治带来了希望。【例1】下列关于细胞分化的说法，正确的是() 分化是稳定的，而且一般是不可逆的，一旦细胞沿一定方向分化，便不会再脱分化到原先的状态细胞分化后，细胞中mRNA不同，tRNA相同分化的结果是赋予不同种类的细胞特异的结构和功能一般不会出现细胞核遗传物质的改变细胞分化的实质是基因选择性表达 A B C DD 【解析】本题考查细胞分化的原因、特点和结果。细胞分化是基因选择性表达的结果，该过程中核遗传物质不变。由于不同细胞表达的基因不同，因此，不同细胞中的mRNA不同，但作为氨基酸的转运工具tRNA是相同的。细胞分化的结果是产生不同组织，具有稳定性，一般是不可逆的。 二、细胞的衰老 1衰老细胞的特征 细胞衰老的过程是细胞内生理状态和化学反应发生复杂变化的过程，最终表现为细胞的形态、结构和功能发生变化。可以归纳为两个方面，最终导致细胞功能的衰退： (1)形态结构方面 细胞膜：通透性改变物质的运输功能降低。 细胞核：核体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深。 (2)细胞内的物质方面 水：水分减少(特别是自由水减少)细胞体积缩小代谢速率减慢。 酶：酶活性降低代谢速率减慢。 色素：细胞内的色素沉积妨碍细胞内的物质交流与传递，影响细胞的功能。 【友情提醒】细胞衰老可以总结为“一大一小一多两低”：一大：细胞核大，染色质收缩，染色加深。一小：细胞内水分减少，体积变小，代谢速率减慢。一多：细胞内色素逐渐积累、增多。两低：有些酶活性降低，膜的物质运输功能降低。 2个体衰老与细胞衰老关系的辨析生物种类关系单细胞生物细胞衰老或死亡就是个体的衰老和死亡多细胞生物(1)细胞水平：生物体内的细胞不断更新，既存在幼嫩的细胞，也存在衰老或接近死亡状态的细胞。(2)个体水平：个体的衰老过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程 3.细胞衰老与人体健康 (1)细胞的正常衰老对于实现有机体的自我更新非常有利。如红细胞的快速更新，使血液中始终有足够的新生红细胞来运输氧气。 (2)细胞异常衰老会威胁人类的健康，如儿童早哀症就是细胞过早衰老导致的一种疾病。 (3)人体衰老是生理功能下降和紊乱的综合表现，是不可逆的生命过程。其基本特征为：皮肤干燥、皱缩；代谢速度减慢；细胞数目减少；器官功能下降等。 (4)衰老的控制不仅在细胞内部，同时也与外部环境有密切的关系。良好的外部环境可以延缓细胞的衰老。对人类来说，合理的饮食结构、良好的生活习惯、适宜的体育运动和乐观的人生态度等都有助于延缓衰老。 【例2】(双选)下列关于细胞衰老的叙述中，不正确的是() A细胞衰老是细胞生理和生化发生复杂变化的过程 B老年人出现老年斑是因为部分细胞凋亡后积累在皮肤部位所致 C衰老细胞的细胞膜通透性功能改变，使物质运输功能增强 D衰老细胞内水分减少，体积变小，代谢速度减慢BC 【解析】本题考查细胞衰老的特征。细胞衰老是细胞生理和生化发生复杂变化的过程。老年人出现老年斑是因为细胞内的色素会随着细胞衰老而逐渐积累所致。 三、细胞凋亡 1. 概念：是指由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，所以也常常被称为细胞编程性死亡。 2. 原因：受到严格的由遗传机制决定的程序性调控。 3. 实例：蝌蚪在变态发育过程中的尾消失；胎儿手的发育过程中，手指间的细胞自动凋亡；人的胚胎发育时期，要经历有尾的阶段，后来尾部细胞自动凋亡，尾才消失；女性月经期子宫内膜脱落；鸡趾的形成；被病原体感染的细胞的清除。 4意义：对于多细胞生物体完成正常发育，维持内部环境的稳定，以及抵御外界各种因素的干扰起着非常重要的作用。具体表现在： (1)清除多余、无用的细胞。在胚胎发育至某阶段时，特定区域的细胞(群)就会发生自然凋亡，消除这些“多余”的细胞，有利于器官的发育。如人的肢体发育中，早期的手和足形似浆板，只有当某些多余细胞凋亡后，才能形成正常的指或趾。 (2)清除发育不正常的细胞。 (3)清除有害细胞。如某些被病原体感染的细胞和一些肿瘤细胞可以通过细胞凋亡的方式消除，作为自身的一种保护机制。 (4)清除已完成正常使命的衰老细胞。有序的细胞编程性死亡现象是维持个体正常生理活动及功能表达所需要的。 (5)维持器官、组织、细胞数目的相对平衡。细胞凋亡是与细胞增殖相反的过程。两者既对立又统一，相互协调，有条不紊。细胞增生低或凋亡过剩，会引起器官萎缩。肿瘤发生既与细胞增殖过度有关，又与细胞凋亡不足有关。【例3】下列各项中，不属于细胞凋亡的是() A皮肤上皮每天都会有大量细胞死亡脱落 B骨折时造成的细胞死亡 C蝌蚪变态发育过程中尾部消失 D人的红细胞在经历120天左右的寿命后死亡B 【解析】本题考查细胞凋亡和坏死的比较。细胞凋亡是受基因调控的细胞正常死亡，而细胞坏死则是受外界不良环境变化引起的细胞非正常死亡。皮肤上皮每天大量细胞死亡脱落属于细胞凋亡；骨折时造成的细胞死亡属于非正常现象；蝌蚪变态发育过程中尾部消失属于细胞凋亡；人的红细胞在经历120天左右的寿命后凋亡。 四、细胞癌变细胞来源细胞周期分裂次数时间正常人肝细胞22 h506045.8 d55 d海拉的宫颈癌细胞22 h25483.61951年至今 1癌细胞的主要特征 (1)适宜条件下，无限增殖(将癌细胞和正常细胞比较) (2)癌细胞的形态结构发生了变化 例如，体外培养中的正常的成纤维细胞呈扁平梭形，转化成癌细胞后变成球形。癌细胞的细胞核都较正常细胞的大，有时形态也变得不规则，核仁也变大了。 (3)癌细胞的表面发生了变化 由于细胞膜上糖蛋白等物质减少，细胞间的黏着性显著降低，导致癌细胞容易在体内到处游走分散，进行分裂、繁殖，形成肿块。 2细胞癌变的原因及治疗 (1)细胞癌变的原因 癌症的发生是一系列的原癌基因与抑癌基因的突变逐渐积累的结果。 (2)原癌基因和抑癌基因 原癌基因：主要负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程。 抑癌基因：主要是阻止细胞不正常的增殖。 (3)致癌因子：物理致癌因子、化学致癌因子、病毒致癌因子。 (4)癌症的预防及治疗 预防：日常生活中远离致癌因子；增强体质。 治疗：手术切除是目前常用的治疗方法，这就需要尽可能在早期发现癌组织，用外科手术完全清除。然而，这种方法对癌细胞已有多处转移的患者显然很难实施。遇到这种情形，必须采用“化学疗法”和“放射线疗法”辅助治疗。首先使用抗癌药物和放射线照射缩小转移的癌组织，再对原发癌组织进行切除。 【例4】(双选)下列有关人体细胞的叙述，正确的是() A细胞内水分减少，代谢速率加快是细胞衰老的重要特征 B癌变是细胞的正常基因突变成原癌基因的过程 C寄主细胞因病毒的增殖释放而死亡不属于细胞凋亡现象 D癌细胞容易在体内转移，与其细胞膜上糖蛋白等物质减少有关CD 【解析】本题考查细胞衰老、癌变及凋亡的有关知识。水分减少，代谢速率减慢是细胞衰老的重要特征。癌变是细胞的原癌基因和抑癌基因突变的结果。癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少，使得癌细胞容易在体内转移。寄主细胞因病毒的增殖、释放而死亡不属于细胞凋亡，而属于细胞坏死。细胞的凋亡、坏死与癌变的比较续表 一、理论归纳1概述实验步骤的设计是指在正式进行科学实验之前，实验者根据一定的目的和要求，运用有关的科学知识、原理，对实验过程中的材料、手段、方法、步骤等全部方案的预先规划。遵循的原则主要是对照原则和单一变量原则。2注意事项(1)实验前的准备器具、材料的选取并编号(要保证等同和等量)。自变量的确定(根据实验目的确定自变量，如探究X射线是否会引起癌变，自变量是X射线的有无)。对照组的设置(要保证除自变量外，实验组和对照组的其他条件完全相同)。(2)实验过程的处理除自变量外，要保证等条件、等时间，如温度、湿度、压强、材料大小等相同。(充分体现单一变量原则)(3)结果的比较与分析对于探究性实验来说，结果是不确定的，一般有三种可能，即正相关、不相关和负相关。(4)结论的得出对于探究性实验来说，结论是根据实验结果得出的，不同的结果会有不同的结论。3实验操作步骤的设计程序近期统计数据显示，癌症已成为我国城乡居民的首要死因。请根据提供的资料回答问题：二、演练二、演练(1)体外分别培养某癌细胞和正常体细胞，上图中代表癌细胞生长曲线的是。在体内，癌细胞可能侵袭周围正常组织，说明癌细胞具有 的特性。a扩散转移(2)细胞癌变后，膜表面会出现一些不同于正常细胞的蛋白质，这些蛋白质会成为抗原，引起机体的免疫应答，在应答中直接使癌细胞裂解的免疫细胞是 。效应T细胞(3)端粒酶是与染色体末端结构相关的一种细胞组分。表中数据显示细胞癌变可能与端粒酶的活性有关，请完成下面的探究实验：实验目的：研究端粒酶与细胞癌变的关系。实验材料：癌细胞、端粒酶抑制剂、细胞培养液等。实验步骤： ； ； 。将癌细胞等分成A、B两组记录观察A、B两组细胞的增殖代数(分裂次数)A组加入端粒酶抑制剂，B组不加，在相同条件下培养实验预测及分析： 。 A组比B组增殖代数减少，说明端粒酶与细胞癌变(连续分裂)有关；A组仍然无限增殖，说明端粒酶与细胞癌变(连续分裂)无关 (4)请根据上述内容，提出一种治疗癌症的新思路： 。抑制癌细胞中端粒酶的活性(或抑制细胞分裂)或免疫治疗 (输入淋巴因子、DNA疫苗)(1)体外分别培养癌细胞可以无限增殖。在体内，癌细胞可能侵袭周围正常组织，说明癌细胞具有易扩散转移的特性。 (2)癌细胞的特征有三点：无限增殖、形态结构发生变化、细胞表面发生变化(如糖蛋白减少)。但是体细胞的分裂次数是有限的，所以癌细胞的生长曲线应该是a；癌细胞的糖蛋白减少，导致癌细胞容易扩散转移，而且细胞膜上蛋白质的变化会使其成为抗原，引起人体发生免疫反应，产生免疫应答，被效应T细胞识别，激活细胞内溶酶体酶，致使细胞裂解。 【解析】(3)分析表格就可以得知正常体细胞由于端粒酶没有活性，所以体细胞的分裂次数是有限的，癌细胞由于端粒酶具有活性，所以可以无限增殖。因此要探究端粒酶与细胞癌变的关系，就要设置一个变量(有无端粒酶)，而其他变量保持不变，严格遵循对照原则才可以得出答案。实验的一般步骤就是分组编号、对照处理、观察记录结果。因为是探究实验，所以结果的预测应该是两个方面：一个是可以影响，一个是不可以影响。(4)通过上述分析就可以得知，如果可以抑制端粒酶的活性就可以抑制细胞的连续分裂，从而达到抑制癌细胞无限增殖的目的而治疗癌症。 【解析】 1.(2009天津)下面为动物机体的细胞凋亡及清除示意图。 据图分析，不正确的是( ) A过程表明细胞凋亡是特异性的，体现了生物膜的信息传递功能 B细胞凋亡过程中有新蛋白质合成，体现了基因的选择性表达 C过程中凋亡细胞被吞噬，表明细胞凋亡是细胞被动死亡过程 D凋亡相关基因是机体固有的，在动物生长发育过程中发挥重要作用C 【解析】本题考查细胞凋亡及所起到的作用。由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，叫做细胞凋亡。是凋亡诱导因子与膜受体发生特异性结合，表明细胞凋亡具有特异性，体现了生物膜的信息传递功能；细胞凋亡过程中有新蛋白质合成，体现了基因的选择性表达；过程中凋亡细胞被吞噬，是细胞主动死亡的过程；凋亡相关基因在机体中本来就存在，是固有的，在动物生长发育过程中的不同时期表达，从而发挥重要作用。因此C不正确。 2.(2009安徽)细胞的分化、衰老和凋亡是普遍存在的生命现象。下列有关叙述正确的是( ) A人体各种组织细胞的衰老是同步进行的 B人的早期胚胎有尾，尾部细胞随着发育逐渐凋亡 C细胞癌变是细胞高度分化的结果 D皮肤上的“老年斑”是细胞凋亡的产物B 【解析】本题主要考查细胞分化、衰老和凋亡等知识。细胞会随着分裂次数的增多而衰老，可见人体各组织细胞的衰老不是同步进行的；环境中的致癌因子损伤细胞中的DNA，使原癌基因和抑癌基因发生突变，导致正常细胞的生长和分裂失控而变成癌细胞，是细胞不正常分化的结果；皮肤上的“老年斑”是细胞内的色素随细胞的衰老而逐渐积累的结果；人的早期胚胎有尾，尾部细胞会随着发育逐渐凋亡。故B正确。3.(2009山东)细胞分化是奢侈基因选择表达的结果。下列属于奢侈基因的是( ) A血红蛋白基因 BATP合成酶基因 CDNA解旋酶基因 D核糖体蛋白基因A 【解析】本题考查了对于基因选择性表达概念的理解。只有在红细胞中，控制血红蛋白合成的基因才能选择性的表达。而其他选项中的ATP合成酶基因、DNA解旋酶基因、核糖体蛋白基因是在每一个具有生命活动的细胞中都要表达而分别合成ATP合成酶、DNA解旋酶、核糖体蛋白。4.下图为人体某细胞所经历的生长发育各个阶段示意图，图中为不同的细胞，ac表示细胞所进行的生理过程。据图分析，下列叙述正确的是( )4.下图为人体某细胞所经历的生长发育各个阶段示意图，图中为不同的细胞，ac表示细胞所进行的生理过程。据图分析，下列叙述正确的是( )A与相比，的分裂增殖能力加强，分化能力减弱B的核基因相同，细胞内的蛋白质种类和数量也相同C的形成过程中发生了基因分离和自由组合D进入c过程的细胞，酶活性降低，代谢减慢继而出现凋亡小体D 【解析】人体细胞一般只能分裂5060次，的分裂能力应低于；细胞在分裂分化过程中遗传物质保持不变，但在分化过程中基因进行选择性表达，因此不同种类的细胞中蛋白质的种类和数量不同；基因分离和自由组合只发生于减数分裂过程，而通过有丝分裂形成；酶活性降低，代谢减慢是细胞衰老的特征，衰老后的细胞将逐渐形成凋亡小体而凋亡。Aa过程有可能发生基因突变B乙细胞不同的基因重组导致b过程产生不同的细胞C上皮细胞与甲细胞遗传物质相同，因此它们的细胞内DNA含量是相同的Db过程内遗传信息的流动方向为DNARNA蛋白质5.（双选）在人的早期胚胎发育过程中，存在着以下过程，下列叙述正确的是( ) AD 【解析】根据图示可知，a表示细胞分裂，b表示细胞分化。基因突变一般发生在分裂间期。细胞分化形成了不同的组织细胞，而细胞分化是基因选择性表达的结果，在这个过程中基因中遗传信息流向RNA再流向蛋白质。上皮细胞等细胞都是甲细胞通过有丝分裂和分化形成的，一般情况下细胞核内的遗传物质是相同的，但是细胞质中DNA的含量往往是有差别的。 6.(双选)下图为人体某个细胞所经历的生长发育各个阶段的示意图，图中为各个时期的细胞，ac表示细胞所进行的生理过程。据图分析，下列叙述正确的是 ( )6.(双选)下图为人体某个细胞所经历的生长发育各个阶段的示意图，图中为各个时期的细胞，ac表示细胞所进行的生理过程。据图分析，下列叙述正确的是 ( )BDA细胞的衰老和死亡一定会导致人体的衰老和死亡B与的基因相同，而细胞内的mRNA不相同C内细胞核中遗传信息的流动方向为D与相比，的表面积与体积比减小，与外界环境进行物质交换的能力减弱【解析】从整体上看，个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程。生物体内多数细胞的衰老和死亡将导致生物体的衰老和死亡。与是由同一个细胞分化而来的，其遗传物质相同，只是基因转录形成的mRNA不同。是高度分化的上皮细胞，不能继续进行增殖，所以其细胞核中不能进行DNA的自我复制过程，只能进行转录和翻译过程。的表面积与体积比减小，与外界环境进行物质交换的能力减弱。7.癌症是威胁人类最严重的疾病之一，癌细胞的特点之一是无限增殖。研究发现，癌细胞的无限增殖受某调控基因的控制。为探究该调控基因存在于细胞质中还是存在于细胞核中，研究者进行了如下图所示的实验设计。请根据实验设计的思路，完成下列问题：(1)实验准备：配制动物细胞培养液：在动物血清中添加葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素等。制备单个细胞：动物组织靠细胞膜上的某些蛋白质紧密黏连，因此可以用 分别处理宫颈癌组织和小鼠肝组织，使之分散成单个细胞。(2)实验方案：(提示：癌细胞能连续培养，但细胞形态发生明生改变。如何观察细胞形态不作实验要求。)分别使单个癌细胞和单个肝细胞核质分离，将癌细胞核和肝细胞质形成重组细胞甲，将癌细胞质和肝细胞核形成重组细胞乙。胰蛋白酶取两个培养瓶分别编号为甲、乙(与重组细胞甲、乙对应)，各加入等量的培养液。 。一段时间后，用显微镜观察甲、乙两瓶中的细胞形态。(3)预期实验结果及结论： 。 。 。取等量重组细胞甲和重组细胞乙，分别加入甲、乙两个培养瓶中，在适宜且相同的条件下进行细胞培养若甲瓶中细胞形态发生明显变化，乙瓶中基本无变化，则说明调控基因存在于细胞核中若乙瓶中细胞形态发生明显变化，甲瓶中基本无变化，则说明调控基因存在于细胞质中若甲、乙两瓶中细胞形态均发生明显变化，则说明调控基因可能同时存在于细胞核和细胞质中若甲、乙两瓶中细胞均形态均没有发生明显变化，则无法确定该基因所在位置而需要进一步实验，但可推断该调控基因的表达需要细胞核和细胞质的共同参与。(4)问题分析：在显微镜下鉴别细胞癌变的主要依据是 。如果细胞培养液中缺少氨基酸，细胞一般会停留在细胞周期的 。假定细胞的染色体数是10，将细胞放入含有3H标记的胸腺嘧啶的培养液中培养，请推测其中1个细胞进行3次分裂后，将有 个细胞的染色体被3H标记。癌细胞还具有无限增殖的特征。若开始培养时取一滴培养液制成涂片，观察视野中共有100个癌细胞，经24 h培养后，将培养液稀释100倍后再取一滴制成涂片，观察视野中共有16个癌细胞，此癌细胞的细胞周期约为 h。细胞的形态结构发生显著变化；大量细胞处于分裂状态分裂间期86【解析】(1)既然“动物组织靠细胞膜上的某些蛋白质紧密黏连”，则“使之分散成单个细胞”需要用胰蛋白酶处理。(2)对照实验要遵循单一变量原则和等量原则。(3)预期结果要分别从调控癌变的基因存在于细胞核、细胞质、细胞核和细胞质中进行考虑。(4)细胞癌变的特征较多，“显微镜下鉴别细胞癌变的主要依据”要从可观察的角度考虑。“如果细胞培养液中缺少氨基酸”，会影响细胞中的蛋白质合成，需要从细胞周期各时期的特点来解答。1个细胞进行3次分裂后，将形成8个子细胞，按照DNA半保留复制的原理，8个子细胞中的染色体都会被3H标记。题干中的“假定细胞的染色体数是10”纯属干扰信息。稀释100倍后发现有16个癌细胞，说明培养24 h后，一滴培养液中癌细胞共有1600个，为原来的16倍，即2N16，N4，可推断出24 h之内，癌细胞进行了4次分裂，即此癌细胞的细胞周期约为6 h。