第12讲-细胞的分化、衰老和死亡

第12讲细胞的分化、衰老和死亡第四单元细胞的生命历程必修一细胞的分化与细胞的全能性1细胞的衰老和死亡2考点细胞的分化与细胞的全能性1细胞的分化与细胞的全能性1一、细胞分化1.概念

在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。有丝分裂细胞分化受精卵唾液腺细胞肌肉细胞胰岛细胞免疫细胞细胞分裂使细胞数目增多，细胞分化使细胞种类增加。一、细胞分化

科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞，对这3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示。项目DNA检测结果RNA检测结果输卵管细胞成人红细胞胰岛B细胞输卵管细胞成人红细胞胰岛B细胞核糖体蛋白基因＋＋＋＋＋＋卵清蛋白基因＋＋＋＋－－β-珠蛋白基因＋＋＋－＋－胰岛素基因

＋＋＋－－

＋说明：“＋”表示检测发现相应的分子，“－”表示检测未发现相应的分子。一、细胞分化（1）这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？

有些蛋白质在所有的细胞中都合成，但也有一些特定功能的蛋白质只在特定的细胞中合成，因此这3种细胞中合成的蛋白质种类不完全相同。（2）3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、β-珠蛋白基因、

胰岛素基因，但每种细胞中只检测到其中一种基因的

mRNA，这一事实说明了什么？这一事实说明，基因的表达存在选择性。一、细胞分化（3）核糖体蛋白基因是否发生了选择性表达？核糖体蛋白基因在所有的细胞中均表达，未发生选择性表达。2.实质

在个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同，即基因的选择性表达。(1)细胞分化过程中，遗传信息是否发生改变？(2)细胞的形态、结构以及生理功能的差异是由哪种物质直接表现

出来的？不变蛋白质一、细胞分化3.分化表达的基因①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水解酶基因等。②奢侈基因

不同类型细胞特异性表达的一类基因，其表达产物赋予不同细胞特异性的生理功能，如血红蛋白基因、胰岛素基因等。

标志:①分子水平:合成某种细胞特有的

(如唾液淀粉酶、胰岛素等)。

②细胞水平:形成不同种类的细胞(尤其是

种类和数量有较大差异)。

蛋白质细胞器一、细胞分化细胞分化的“变”与“不变”原因是：亲代细胞的染色体经过复制之后，精确的平均分配到两个子细胞中。不完全相同一、细胞分化4.特点(1)持久性发生在生物体的整个生命过程中，在胚胎时期达到最大限度。(2)普遍性在生物界中普遍存在，是生物个体发育的基础。(3)遗传物质不变性一般情况下，分化后的细胞内遗传物质不发生改变。(4)不可逆性，稳定性一般来说，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。一、细胞分化5.结果产生形态、结构、功能不同的细胞，不同类型的细胞构成不同的器官和组织。6.意义（1）生物界中普遍存在的生命现象，它是个体发育的基础。（2）使多细胞生物体中的细胞趋于专门化，有利于提高各种生理功能的效率。细胞分裂与细胞分化比较细胞分裂细胞分化不同点细胞变化发生时间相同点联系增加细胞数目从受精卵开始，有些细胞保持终生分裂能力，有些细胞发育到一定时期停止分裂增加细胞种类发生在整个生命进程中遗传信息都不变先分裂，后分化，细胞分裂是分化的基础，共同完成生物个体发育过程习题巩固1.下列对于细胞分化不同水平的分析，不正确的是（）A.从细胞水平分析，细胞分化是细胞的形态、结构和功能改变的结果B.从细胞的亚显微结构水平分析，细胞分化是细胞器的数目、形态、结构、功能及细胞质基质成分和功能改变的结果C.从蛋白质分子的角度分析，细胞分化是蛋白质种类、数量、功能改变的结果，这是细胞分化的根本原因D.从核酸分子的角度分析，细胞分化是基因选择性表达的结果C习题巩固2.研究发现，来自于胎盘的称为Cdk2的细胞能够在心脏病发作时再生形成健康心脏细胞。Cdk2细胞中除含有胚胎干细胞中所有的蛋白质外，还含有其他的蛋白质，使得这种细胞直接迁移到受损的部位进行修复。下列有关叙述错误的是(

)A.Cdk2细胞再生形成的健康心脏细胞中核DNA分子发生改变B.Cdk2细胞迁移到受损的部位时不发生体内细胞的程序性死亡C.Cdk2细胞再生形成健康的心脏细胞时发生着ATP与ADP的转化D.Cdk2细胞与干细胞形态、结构和功能不同的根本原因是遗传信息表达不同AB细胞的分化与细胞的全能性1二、细胞的全能性1.概念细胞全能性是指细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。2.原因细胞内含有本物种的全套遗传信息。体细胞一般都是由受精卵通过有丝分裂增殖而来的，一般已分化的细胞都有一套和受精卵相同的染色体，携带有相同的DNA分子。

二、细胞的全能性

1958年，美国科学家斯图尔德(F.C.Steward)取胡萝卜韧皮部的一些细胞，放入含有植物激素、无机盐和糖类等物质的培养液中培养，结果这些细胞旺盛地分裂和生长，形成一个细胞团块，继而分化出根、茎和叶，移栽到花盆后，长成了一株新的植株。（1）高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力。二、细胞的全能性（2）已分化的动物体细胞的细胞核是具有全能性。科学家曾用非洲爪檐的蝌蚪做实验，将它的肠上皮细胞的核移植到去核的卵细胞中，结果获得了新的个体。二、细胞的全能性3.细胞分化与全能性的关系细胞的分化程度越高，具有的全能性越小。全能性的大小：受精卵＞生殖细胞＞体细胞植物细胞＞动物细胞①雌蜂未受精的卵细胞发育成雄蜂证明了动物生殖细胞

具有全能性。（

）√②分化程度高的细胞全能性一定低。（

）如生殖细胞由性原细胞分化而来，属于高度分化的细胞，但全能性依然很高。×注意：种子萌发长成新植株并没有体现细胞的全能性，因为种子的胚本身就是植株的幼体，其萌发长成植株是正常发育的过程。二、细胞的全能性4.干细胞(1)概念动物和人体内保留着少数具有分裂和分化能力的细胞。(2)分类①全能干细胞：能分化成各种细胞，如胚胎干细胞。②多能干细胞：能分化成多种细胞，如造血干细胞。③专能干细胞：只能向特定细胞分化，如神经干细胞。

并非所有干细胞都要发生分化。干细胞分裂后一部分细胞发生分化，成为具有特定功能的组织细胞；还有一部分保持分裂能力，用于干细胞本身的自我更新。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①持久性；②稳定性（不可逆性）③普遍性；④不变性①高度分化的植物体细胞具有全能性②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。结果形成形态、结构、功能不同的细胞形成完整有机体或其他细胞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①两者的遗传物质都不发生变化②细胞的分化程度越高，具有的全能性越小习题巩固3.取同一生物体的不同类型细胞，检测其基因表达，

结果如下图所示。下列分析正确的是（

）A.基因1～6中控制ATP水解酶合成的基因最可能是基因4B.细胞a～g中生理功能最为近似的应该是细胞b和细胞eC.组成1～6基因的脱氧核苷酸种类、数量和

排列方式均不同D.a～g各个细胞中染色体上所含基因的

种类和数量完全不同B习题巩固4.下列有关细胞全能性的叙述，正确的是（

）A.植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因B.高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性C.植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因发生了改变D.将紫色糯性玉米种子培育成植株，反映了植物种子具有全能性B习题巩固5.将自体骨髓干细胞植入胰腺组织后可分化出“胰岛样”细胞，以代替损伤的胰岛B细胞，达到治疗糖尿病的目的。下列说法正确的是

（

）A.骨髓干细胞和“胰岛样”细胞的基因组成不同，基因表达情况也不同B.骨髓干细胞可分化出“胰岛样”细胞，说明骨髓干细胞具有全能性C.可通过检测糖尿病患者的胰岛素含量判断植入的骨髓干细胞是否成功分化出“胰岛样”细胞D.若将“胰岛样”细胞提取出来后植入骨髓，会恢复成骨髓干细胞C细胞的衰老和死亡2细胞的衰老和死亡2一、细胞的衰老单细胞生物多细胞生物细胞的衰老或死亡=个体的衰老或死亡①个体衰老或死亡≠细胞衰老或死亡③个体衰老的过程是组成个体的细胞普遍衰老的过程。众多细胞的衰老，就会导致人体的衰老。②生物体内细胞时刻都在更新，总有一部分细胞正在衰老或走向死亡。一、细胞的衰老1.主要特征（1）细胞核的体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深。一大、一小，一多、一少，两慢、两低。（2）细胞内的水分减少，细胞萎缩，体积变小。（3）细胞内的色素逐渐积累，妨碍细胞内物质的交流和传递。（4）细胞内多种酶的活性降低，呼吸速率减慢，新陈代谢速率减慢。（5）细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低。

一、细胞的衰老2.人体衰老的主要表现及原因分析表现原因分析皮肤干燥、发皱头发变白出现老年斑吸收能力下降无力细胞内的水分减少，使细胞萎缩细胞内酪氨酸酶活性降低，黑色素的合成减少细胞内的色素(主要是脂褐素)积累物质运输功能降低细胞呼吸速率减慢，新陈代谢速率减慢，能量供应不足一、细胞的衰老3.细胞衰老的原因(1)自由基学说德纳姆•哈曼（DenhamHarman）在1956年提出，认为衰老过程中的退行性变化是由于细胞正常代谢过程中产生自由基的有害作用造成的。自由基代谢过程中产生的异常活泼的带电分子或基团，称为自由基。自由基含有未配对的电子，表现出高度的反应活泼性。种类氧自由基（如·OH）、氢自由基（·H）、碳自由基、脂自由基等一、细胞的衰老3.细胞衰老的原因(1)自由基学说①攻击磷脂分子损伤生物膜的同时，产生自由基，引发雪崩式反应。引起基因突变。②攻击DNA分子使蛋白质活性下降，导致细胞衰老。③攻击蛋白质分子一、细胞的衰老3.细胞衰老的原因(2)端粒学说由奥洛夫尼科夫（Olovnikov）提出，认为细胞在每次分裂过程中都会由于DNA聚合酶功能障碍而不能完全复制它们的染色体，因此最后复制DNA序列可能会丢失，最终造成细胞衰老死亡。端粒每条染色体两端都有一段特殊序列的DNA－蛋白质复合体，称为端粒。具有维持染色体结构完整性和解决其末端复制难题的作用。内容细胞每有丝分裂一次，就有一段端粒序列丢失，当端粒长度缩短到一定程度，会使细胞停止分裂，导致衰老与死亡。一、细胞的衰老3.细胞衰老的原因端粒酶①端粒酶负责端粒的延长，可以把DNA复制损失的端粒填补起来，使得细胞分裂的次数增加。③端粒酶在大多数细胞中的活性______，在癌细胞中的活性_____。②端粒酶是RNA和蛋白质组成的复合体，蛋白质部分起催化作用，

RNA部分作为模板。因此，端粒酶具有_______酶的活性。逆转录很低较高4.细胞衰老的意义

细胞衰老是人体内发生的正常生命现象，正常的细胞衰老有利于机体更好地实现自我更新。习题巩固1.探究实验：细胞衰老是细胞的重要生命现象之一。巴氏小体是雌性哺乳动物的细胞在分裂间期细胞核中呈凝缩状态的不活动的X染色体，雄性个体的细胞在分裂间期无巴氏小体。科学家为了探究影响细胞衰老的因素，分别选取年轻女性体细胞和老年男性体细胞进行了两组实验，其方法和结果如下：习题巩固实验Ⅰ.在相同并且都能充分满足细胞增殖需要的条件下：①单独培养年轻女性体细胞；②单独培养老年男性体细胞；③混合培养年轻女性体细胞与老年男性体细胞。实验结果均是：年轻女性体细胞增殖次数多，老年男性体细胞增殖次数少。实验结论：年轻女性体细胞比老年男性体细胞分裂旺盛。习题巩固进一步推测细胞衰老与年龄和性别有关。要探究以上推测是否正确，需要如何设计实验？①同年龄的男性细胞和女性细胞混合培养，观察实验结果，以探究性别对细胞衰老的影响。②同性别的不同年龄的细胞混合培养，观察实验结果，以探究年龄对细胞衰老的影响。习题巩固实验Ⅱ.在相同并且都能充分满足细胞增殖需要的条件下：①将去核的年轻女性体细胞与完整的老年男性体细胞融合后的细胞进行培养，结果细胞不能增殖；②将去核的老年男性体细胞与完整的年轻女性体细胞融合后的细胞进行培养，结果细胞旺盛增殖。实验结论：细胞核是决定细胞衰老的重要因素。细胞的衰老和死亡2二、细胞的死亡细胞死亡包括凋亡和坏死等方式，其中凋亡是细胞死亡的一种主要方式。1.细胞凋亡

由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，就叫细胞凋亡，是细胞内遗传机制程序性调控的结果，又叫细胞程序性死亡。作用③有利于清除体内的有害细胞。①有利于清除多余无用的细胞；②有利于清除受损、突变、无法完成正常使命的衰老细胞；二、细胞的死亡1.细胞凋亡类型②成熟生物体中细胞的自然更新；人的胚胎经历有尾阶段①个体发育中细胞的程序性死亡；③被某些病原体感染的细胞的清除。

二、细胞的死亡1.细胞凋亡在神经系统发育过程中，通过细胞凋亡使神经细胞的数目与靶细胞数目相匹配。a.靶细胞分泌神经存活因子b.没有获得足够多的神经存活因子的神经细胞将会凋亡二、细胞的死亡1.细胞凋亡③抵御外界因素干扰（受损的、被病原体感染细胞的清除）。过程意义①完成正常发育（清除多余的细胞）；

②维持内部环境稳定（细胞的自然更新）；信息传递流动溶酶体细胞的衰老和死亡2二、细胞的死亡2.细胞坏死

指细胞受到强烈理化或生物因素作用引起的细胞无序变化的非正常死亡过程，是细胞的一种病理性死亡。如：骨细胞坏死，神经细胞坏死等。过程正常细胞细胞损伤或死亡正常代谢活动种种不利因素进行受损中断项目细胞凋亡细胞坏死与基因的关系特点死亡原因死亡过程对机体的影响受凋亡基因控制的与基因无关生理性病理性对机体是有利，不发生炎症对机体是有害，发生炎症不利因素影响基因控制主动的被动的课堂小结课堂小结细胞的衰老和死亡2二、细胞的死亡3.细胞自噬

在一定条件下，细胞会将受损或功能退化的细胞结构等，通过溶酶体降解后再利用。通俗地说，细胞自噬就是细胞吃掉自身的结构和物质。二、细胞的死亡3.细胞自噬意义①处于营养缺乏条件下的细胞，通过细胞自噬可以获得维持生存

所需的物质和能量。②在细胞受到损伤、微生物入侵，通过细胞自噬，可以清除受损或

衰老的细胞器，以及感染的微生物和毒素，从而维持细胞内部环

境的稳定。

③有些激烈的细胞自噬，可能诱导细胞凋亡。教材隐性知识资料一：DNase酶和Caspase酶是细胞凋亡的两种关键酶，在凋亡诱导因子与细胞膜受体结合后，通过细胞内信号转导激活凋亡相关基因。这两种酶一旦被激活，DNase酶能将DNA切割形成DNA片段，Caspase酶能将细胞内蛋白降解成多肽，导致细胞裂解形成凋亡小体，进而被吞噬细胞吞噬清除。细胞自噬教材隐性知识请比较二者的区别与联系：区别：①形态学上的区别：凋亡会使细胞膜内陷形成凋亡小体，最后细胞解体；自噬是形成双层膜的自噬泡，包裹细胞质内的物质，然后与

融合消化掉内容物。②生理意义上的区别：凋亡

(填“一定”或“不一定”)引起细胞死亡；自噬

(填“一定”或“不一定”)引起细胞死亡。联系：有些激烈的细胞自噬，可能诱导细胞凋亡。溶酶体

一定不一定习题巩固2.科学