高中生物 第14讲 细胞的分化、衰老、凋亡和癌变复习课件 新人精讲版必修1

（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】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，使物质运输功能降低 D衰老细胞内水分减少，体积变小，代谢速度减慢B 【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】(2012山东卷)细胞衰老和凋亡对维持个体的正常生长发育及生命活动具有重要意义。下列叙述错误的是()A细胞普遍衰老会导致个体衰老B效应T细胞可诱导靶细胞发生凋亡C细胞凋亡是各种不利因素引起的细胞死亡D衰老细胞内染色质固缩影响DNA复制和转录C 【解析】细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程；细胞坏死是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，故C错误。 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】下列有关人体细胞的叙述，正确的是() 细胞内水分减少，代谢速率减慢是细胞衰老的重要特征 癌变是细胞的正常基因突变成原癌基因的过程 寄主细胞因病毒的增殖释放而死亡不属于细胞凋亡现象 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 A B C DD 【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、释放而死亡不应属细胞凋亡，而是细胞坏死。1细胞分化过程中遗传物质未改变，只是基因选择性表达。2细胞全能性必须由细胞发育成完整个体时才能体现，若发育成某个器官不叫全能性。3精子、卵细胞是高度分化的细胞，但是其全能性仍然很高。4原癌基因和抑癌基因普遍存在于所有体细胞中，并非只存在于癌细胞中，只不过在癌细胞中两种基因已发生突变。5细胞衰老和凋亡对机体的正常发育都是有利的，细胞坏死对机体有害。6哺乳动物成熟红细胞衰老时不具备“细胞核体积增大”这一特征，因为其已无细胞核。7细胞增殖只导致细胞数目增多，细胞种类不变；细胞分化导致的结果正好相反。 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。 【解析】(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.(2012新课标卷)下列关于细胞癌变的叙述，错误的是( )A癌细胞在条件适宜时可以无限增殖B癌变前后，细胞的形态结构有明显差别C病毒癌基因可整合到宿主基因组诱发癌变D原癌基因的主要功能是阻止细胞发生异常增殖D 【解析】细胞癌变是在致癌因子(包括病毒致癌因子)的作用下，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，变成能无限增殖的细胞的过程，A、C正确。与正常细胞相比，癌细胞膜表面的糖蛋白减少，形态也发生了改变，B正确。原癌基因的作用主要是负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程；抑癌基因的作用是阻止细胞不正常地增殖，D错误。 2.(2012天津卷)下列有关干细胞的叙述，错误的是( )A自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应B胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化C组织的细胞更新包括细胞凋亡和干细胞增殖分化等过程D造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力，可用于治疗白血病B 【解析】胚胎干细胞属于全能干细胞，体外培养时可以只增殖不分化，但在培养基中加入诱导分化因子时可以分化形成各种组织和器官。3.(2012安徽卷)脊椎动物在胚胎发育中产生了过量的运动神经元，它们竞争肌细胞所分泌的神经生长因子，只有接受了足够量神经生长因子的神经元才能生存，并与靶细胞建立连接，其他的则发生凋亡。下列叙述正确的是( )A脊椎动物细胞凋亡仅发生在胚胎发育时期B一个存活的神经元只与一个靶细胞建立连接C神经元凋亡是不受环境影响的细胞编程性死亡D神经元凋亡是由基因控制的、自动的细胞死亡D 【解析】细胞凋亡指由基因决定的细胞自动结束生命的过程；生物体生长发育的各个阶段都存在细胞凋亡，A错误，D正确。神经元的末梢可连接效应器的靶细胞，效应器显然不只是一个靶细胞，B项错误。由题可知，神经元的凋亡受“神经生长因子”这一环境因素的影响，C错误。4.骨髓移植是治疗白血病常用的有效疗法之一，最主要的原因是移植骨髓中的造血干细胞可在患者体内( ) A正常生长 B增殖并分化成多种细胞 C分泌抗体 D杀死各种病原菌B 【解析】骨髓中含有造血干细胞，造血干细胞为多能干细胞，可分化为多种血细胞。将正常人的骨髓移植到白血病患者体内，其中的造血干细胞可增殖、分化形成多种血细胞，能有效治疗白血病。5. 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( ) DA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【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。6. 端粒是真核生物染色体末端的一种特殊结构，主要由特定的DNA序列与蛋白质构成，其主要生物学功能是保证染色体末端完整复制，使染色体的结构保持稳定。当端粒酶存在时，在染色体末端才能合成端粒的DNA，以保持端粒长度。端粒酶主要由三个部分构成：端粒酶RNA、端粒酶相关蛋白和端粒酶逆转录酶。下图为细胞分裂时，在有、无端粒酶情况下染色体结构变化的示意图。下列表述不正确的是( )CA端粒酶以自身的RNA为模板，在逆转录酶的作用下合成端粒DNAB无端粒酶时端粒逐渐缩短可能导致细胞分裂次数有限C端粒酶的存在使细胞能长久保持分裂能力且不发生癌变D对端粒和端粒酶的研究可能有助于延长人类寿命【解析】端粒酶由端粒酶RNA、端粒酶相关蛋白和端粒酶逆转录酶三部分构成，端粒酶以自身RNA为模板，在逆转录酶的作用下合成端粒DNA，保证了端粒正常长度，使染色体的结构保持稳定。端粒的长度决定了细胞的寿命，随着细胞不断地进行分裂，端粒的长度将越来越短，当达到一个临界长度时，细胞染色体会失去稳定性，使细胞不能再进行分裂，但端粒的存在不会使得细胞能长久保持分裂能力。细胞癌变是原癌基因和抑癌基因突变的结果。由于端粒和端粒酶与细胞的寿命有关，故对端粒和端粒酶的研究可能有助于延长人类寿命。 7.(2012四川卷)研究表明，癌细胞和正常分化细胞在有氧条件下产生的ATP总量没有明显差异，但癌细胞从内环境中摄取并用于细胞呼吸的葡萄糖是正常细胞的若干倍。下图是癌细胞在有氧条件下葡萄糖的部分代谢过程，据图分析回答问题：(1)图中A代表细胞膜上的载体蛋白。葡萄糖进入癌细胞后，在代谢过程中可通过氨基转换作用形成非必需氨基酸，也可通过形成五碳糖进而合成脱氧核苷酸作为DNA复制的原料。(2)在有氧条件下，癌细胞呼吸作用的方式为有氧呼吸和无氧呼吸。与正常细胞相比，过程在癌细胞中明显增强的有(填编号)，代谢途径发生这种变化的意义在于能够产生大量的中间产物，为合成DNA和蛋白质等重要物质提供原料，从而有利于癌细胞的增殖。(3)细胞在致癌因子的影响下，原癌基因的结构发生改变而被激活，进而调控酶的合成来改变代谢途径。若要研制药物来抑制癌症患者细胞中的异常代谢途径，图中的过程(填编号)不宜选为作用位点。【解析】(1)A能协助葡萄糖进入细胞，所以A是载体蛋白，氨基转换作用可以合成新的氨基酸，脱氧核苷酸是合成DNA的原料。(2)癌细胞在有氧条件下呼吸的产物包括水和二氧化碳，还有乳酸，所以呼吸方式为有氧呼吸和无氧呼吸。正常细胞只有有氧呼吸，所以增强的过程为。癌细胞增殖时需要蛋白质和DNA，上述过程的中间产物可以为合成DNA和蛋白质等重要物质提供原料。【解析】(3)致癌因子能够使原癌基因被激活，使正常细胞成为癌细胞，基因可以通过控制酶的合成来调控代谢途径，从而控制生物的性状，是正常细胞也具有的途径，因此不适合作为研究对象。