2021高考生物一轮复习第四单元细胞的生命历程第13讲细胞的分化衰老凋亡和癌变教案新人教版 11页

- 1 - 第 13 讲 细胞的分化、衰老、凋亡和癌变 考点一 细胞的分化与全能性 1.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。 (2)过程图解 (3)实质:在个体发育过程中,不同的细胞中遗传信息的执行情况不同,即基因的选择性表达。 (4)特点 ①普遍性:是生物界中普遍存在的生命现象。 ②持久性:细胞分化贯穿于生物体的整个生命进程中,在胚胎时期达到最大限度。 ③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,直到死亡。 (5)结果 ①分子水平的变化:mRNA 种类不同→蛋白质种类不同。 ②细胞水平的变化:细胞形态、结构和生理功能的变化,逐渐失去分裂能力。 ③组织器官水平的变化:产生不同类型的细胞构成不同的组织和器官。 (6)意义 ①是生物个体发育的基础。 ②使细胞趋向专门化,有利于提高各种生理功能的效率。 2.细胞的全能性 (1)概念:已经分化的细胞,仍然具有发育成完整个体的潜能。 (2)基础:每个细胞中有发育成生物体所需要的全套遗传信息。 - 2 - (3)动物细胞和植物细胞全能性的差异 ①已分化的动物细胞的细胞核具有全能性,在一定的条件下经过培养只能形成细胞群。 ②植物细胞在一定的条件下经过培养可以形成植物体。 (4)把实例和相应的原理或过程连线 实例 依据原理或过程 ①花粉培养成单倍体植株 a.动物细胞核具有全能性 ②克隆羊多利的培养 b.植物细胞具有全能性 ③植物导管组织的形成 c.细胞的有丝分裂 ④受精卵发育成个体 d.细胞的分化 提示:①—b ②—a ③—d ④—c、d [纠误诊断] (1)断尾壁虎长出新尾巴过程中发生了细胞分化。( √ ) (2)同一个体的小肠上皮细胞和平滑肌细胞所含基因不同。( × ) 提示:同一个体不同的细胞所含有的基因相同。 (3)同一个体的小肠上皮细胞和平滑肌细胞中表达的基因都不相同。( × ) 提示:同一个体不同的细胞表达的基因不完全相同。 (4)克隆羊“多利”的诞生证明了动物体细胞仍然具有全能性。( × ) 提示:动物细胞的细胞核仍具有全能性。 (5)用动物胚胎干细胞培育出组织和器官体现了动物细胞的全能性。( × ) 提示:细胞全能性的体现是发育成完整的个体。 (6)玉米种子萌发长成新植株体现了细胞的全能性。( × ) 提示:细胞全能性是指已经分化的细胞,仍然具有发育成完整个体的潜能,玉米种子是器官。 1.如图是人体三种细胞内的部分基因及它们的活动状态,据图思考探究: - 3 - (1)上述基因属于管家基因(基因产物是维持细胞基本生命活动所必需)的是 a,属于奢侈基因 (基因产物赋予不同细胞特异性的生理功能)的是 b、c、d。 (2)这三种细胞是否包括红细胞?细胞 A、B 分别是什么细胞? 提示:不包括红细胞,因为这三种细胞“血红蛋白基因”均不能表达;细胞 A 可产生“胰岛素”, 应为胰岛 B 细胞;细胞 B 可产生“生长激素”,应为垂体细胞。 (3)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?若用该探 针检测胰岛素基因的 mRNA,其杂交带状况如何? 提示:A、B、C 三类细胞中均含胰岛素基因,但该基因只有在细胞 A 中才能转录产生 mRNA,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,则只有细胞 A 能产 生杂交带。 (4)请从分子水平和细胞水平分别说明细胞分化后,细胞发生改变和不发生改变的分别是什 么? 提示: 2.比较细胞分化与细胞的全能性 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信息 特 点 ①普遍性 ②持久性 ③稳定性和不可逆性 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 形成具有特定形态功能的细胞 形成新个体 区分 标志 特定的细胞中基因进行了选择性 表达 由已分化的细胞形成了新个体 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(填“>” 或“<”) 细胞全能性表达的难易程度不同,如受精卵> 生殖细胞>体细胞(填“>”或“<”) - 4 - 联系 ①两者的遗传物质都不发生改变 ②已分化的细胞仍然保持全能性 ③一般情况下,分化程度越高,全能性相对越低 [深度思考] 与体细胞相比生殖细胞中的遗传物质减少了一半,是否还具有全能性?为什么? 提示:生殖细胞仍然具有全能性。在生物的体细胞中染色体是成对的,基因也是成对的。生殖 细胞中的染色体数目减少了一半,基因也减少了一半,但基因的种类没有少,仍然含有控制生 长发育的全部遗传信息,因此仍然具有全能性。 题型一 考查细胞分化 1.(2016·全国Ⅱ卷)在细胞的生命历程中,会出现分裂、分化等现象。下列叙述错误的是 ( B ) A.细胞的有丝分裂对生物性状的遗传有贡献 B.哺乳动物的造血干细胞是未经分化的细胞 C.细胞分化是细胞内基因选择性表达的结果 D.通过组织培养可将植物叶肉细胞培育成新的植株 解析:有丝分裂是将亲代细胞的染色体经过复制(实质为 DNA 的复制)之后,精确地平均分配到 两个子细胞中,因而在亲代和子代细胞之间保持了遗传的稳定性,可见细胞的有丝分裂对生物 性状的遗传具有很大的贡献;哺乳动物的造血干细胞是由受精卵分裂分化而来的,属于已分化 的细胞,只是分化程度不高,仍保留了分裂和分化能力;细胞分化的根本原因是在个体发育的 过程中,同一生物的不同细胞中遗传信息的执行情况不同,即基因的选择性表达;高度分化的 植物细胞仍具有全能性,故通过植物组织培养技术可将离体的植物叶肉细胞培育成新的植株。 2.(2019·河北衡水中学检测)下列关于人体内细胞分化的叙述,错误的是( D ) A.细胞分化是基因在不同时间或空间选择性表达的结果 B.细胞分化使细胞功能专门化,提高了各项生理功能的效率 C.细胞内合成了血红蛋白是造血干细胞分化为红细胞的标志 D.胚胎干细胞、成肌细胞及造血干细胞的分化程度依次降低 解析:细胞分化是基因选择性表达的结果;细胞分化形成不同组织,使多细胞生物体中的细胞 功能趋向专门化,有利于提高各项生理功能的效率;红细胞来源于造血干细胞的增殖分化,红 - 5 - 细胞分化的标志是合成了其特有的血红蛋白;胚胎干细胞是全能干细胞,造血干细胞是多能干 细胞,成肌细胞是专能干细胞,可见,成肌细胞、造血干细胞及胚胎干细胞的分化程度依次降 低。 题型二 考查细胞的全能性 3.下列关于细胞全能性的叙述,正确的是( A ) A.水稻的正常体细胞及其卵细胞均具有全能性 B.细胞的全能性是指细胞具有全面的生理功能 C.玉米种子萌发长成新植株能体现细胞全能性 D.造血干细胞形成各种血细胞能体现细胞全能性 解析:水稻正常的体细胞及其卵细胞均含有本物种全套的遗传物质,均具有全能性;细胞的全 能性是指高度分化的细胞仍然具有发育为完整个体的潜能;玉米种子萌发长成新植株是正常 发育的结果,不能体现细胞的全能性;造血干细胞形成各种血细胞,没有形成完整的个体,该过 程不能体现细胞全能性。 4.在下列实例中,能说明“动物细胞具有全能性”的是( B ) A.壁虎断尾后重新长出尾部 B.蜜蜂未受精的卵细胞发育成雄蜂 C.用体外培养的皮肤治疗烧伤病人 D.小鼠肝脏细胞的自我复制 解析:细胞全能性是指高度分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。只有离体的单个细胞发 育成完整的动物体才可体现出动物细胞的全能性。蜜蜂未受精的卵细胞发育成雄蜂说明卵细 胞具有全能性;A、C、D 项中细胞均未发育成完整个体,不能体现细胞的全能性。 考点二 细胞的衰老、凋亡和癌变 1.细胞衰老 (1)个体衰老与细胞衰老的关系 (2)细胞衰老的特征 - 6 - ①代谢变化 ②细胞核体积增大,染色质收缩,核膜向内折叠。 (3)细胞衰老的假说 ①自由基假说:细胞代谢中产生的自由基会攻击生物膜、DNA 和蛋白质,致使细胞衰老。 ②端粒假说:染色体两端的端粒会随着细胞分裂次数的增加而缩短,导致正常的 DNA 序列损伤, 使细胞逐渐衰老。 2.细胞凋亡 (1)概念:由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。 (2)类型 (3)意义 3.细胞的癌变 (1)癌细胞的概念:正常机体细胞在致癌因子的作用下,细胞中遗传物质发生变化,就变成不受 机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞,这种细胞就是癌细胞。 (2)癌细胞的特征 (3)癌变机理 ①致癌因子的类型(连线) 类型 实例 Ⅰ.物理致癌因子 a.肝炎病毒等 Ⅱ.化学致癌因子 b.X 射线、紫外线等 - 7 - Ⅲ.病毒致癌因子 c.亚硝胺、黄曲霉素等 提示:Ⅰ—b Ⅱ—c Ⅲ—a ②原癌基因和抑癌基因 a.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。 b.抑癌基因:主要是阻止细胞不正常的增殖。 ③细胞癌变的机理:环境中的致癌因子会损伤细胞中的 DNA 分子,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。 ④特点:癌症的发生不是单一基因突变的结果,至少在一个细胞中发生 5～6 个基因突变,才能 导致细胞癌变,细胞癌变具有累积效应。 [纠误诊断] (1)细胞的衰老和凋亡是生物体异常的生命活动。( × ) 提示:细胞的衰老和凋亡是正常生命活动。 (2)细胞普遍衰老会导致个体衰老。( √ ) (3)衰老细胞内染色质固缩影响 DNA 复制和转录。( √ ) (4)细胞凋亡是各种不利因素引起的细胞死亡。( × ) 提示:细胞凋亡是基因控制的。 (5)细胞凋亡受基因调控,不利于个体生长发育。( × ) 提示:细胞凋亡对个体的生长发育是有利的。 (6)原癌基因或抑癌基因发生多次变异累积可导致癌症,因此癌症可遗传。( × ) 提示:体细胞中发生的癌变不能遗传给后代。 (7)原癌基因的主要功能是阻止细胞发生异常增殖。( × ) 提示:原癌基因的功能是调节细胞周期,控制细胞生长和分裂的进程。 1.细胞分化、衰老、凋亡、坏死与癌变的比较 实质 遗传物质 的变化 结果 对机 体 的影 响 细胞 基因的选择性表达 遗传物质不 形成不同 有利 - 8 - 分化 发生改变 组织、 器官 细胞 衰老 内因和外因共同作用的结果 遗传物质可 能发生改变 细胞走向死亡 有利 细胞 凋亡 由遗传机制决定的程序性调控 遗传物质不 发生改变 细胞走向死亡 有利 细胞 坏死 电、热、冷、机械等不利因素引 起的,不受基因控制 遗传物质不 发生改变 细胞走向死亡 有害 细胞 癌变 物理、化学和病毒致癌因子影响 下,原癌基因和抑癌基因发生突 变 遗传物质发 生改变 形成无限增殖的癌细 胞,引发恶性肿瘤 有害 2.实验室中有癌细胞、细胞培养液,如何通过实验验证某种抗癌药物 X 的抗癌作用,请写出实 验思路。 提示:将癌细胞分成两组用培养液进行培养。实验组培养液中加入抗癌药物 X,对照组不加,一 段时间后记录并比较两组癌细胞的增殖代数(分裂次数)。实验组比对照组增殖代数少,则证明 药物 X 具有抗癌作用。 3.研究人员试图通过动物细胞培养实验,探究葡萄糖和乳酸中的哪一种是肺癌细胞的主要营 养来源。现在实验室提供肺癌细胞和必备的实验材料,请你写出简要的实验思路。 提示:在适宜的条件下,用等量的、分别以葡萄糖和乳酸为营养物质的细胞培养液培养等量的 肺癌细胞,一段时间后,统计两组中肺癌细胞的数量(要体现出等量原则和对照原则,空白对照 组可设可不设)。 名师点拨:(1)细胞凋亡是由基因所决定的细胞自动结束生命的过程,也称细胞编程性死亡,对 生物体是有利的。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,不受基因控制,对生物体是有害的。 (2)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。 题型一 细胞衰老和凋亡的特征及机理 - 9 - 1.(2019·全国Ⅰ卷)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( B ) 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 解析:胎儿手发育的过程中,手指间隙的细胞会发生细胞凋亡;小肠上皮细胞中衰老的细胞将 会发生细胞凋亡,不断完成细胞的自然更新;被病原体感染的细胞属于靶细胞,机体通过细胞 免疫将靶细胞裂解,释放抗原,属于细胞凋亡;细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的 过程,细胞坏死是在种种不利因素的影响下,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。 2.某研究小组发现,血液中含有一种名为 GDF11 的蛋白质,其含量减少可导致神经干细胞中端 粒酶的活性下降。因端粒酶在细胞中可以将端粒修复延长,而让端粒不因细胞分裂而有所损耗, 使细胞分裂次数增加,所以 GDF11 含量减少会导致细胞分裂能力下降,下列分析错误的是 ( C ) A.GDF11 可能与人体神经干细胞的衰老有关 B.血液中 GDF11 含量减少可导致神经干细胞的形态、结构发生改变 C.控制 GDF11 合成的基因发生突变,可导致神经干细胞发生癌变 D.细胞的衰老和癌变都与基因的调控有关 解析:GDF11 含量减少可导致神经干细胞中端粒酶的活性下降,从而抑制端粒的修复延长,使细 胞衰老;衰老的细胞会发生细胞形态、结构和功能的改变;控制 GDF11 合成的基因发生突变,则 机体无法合成 GDF11,可能会加速细胞衰老,但不会导致神经干细胞发生癌变;血液中 GDF11 含 量受基因的调控,细胞癌变与原癌基因和抑癌基因的突变有关,因此细胞的衰老和癌变都与基 因的调控有关。 题型二 癌细胞的特点及对癌细胞的相关研究 3.(2018·全国Ⅱ卷)在致癌因子的作用下,正常动物细胞可转变为癌细胞。有关癌细胞特点的 叙述错误的是( A ) A.细胞中可能发生单一基因突变,细胞间黏着性增加 B.细胞中可能发生多个基因突变,细胞的形态发生变化 C.细胞中的染色体可能受到损伤,细胞的增殖失去控制 - 10 - D.细胞中遗传物质可能受到损伤,细胞表面的糖蛋白减少 解析:正常细胞转变为癌细胞并不是单一基因突变的结果,至少在一个细胞中发生 5～6 个基因 突变,才能赋予癌细胞所有的特征,癌细胞膜上的糖蛋白减少,从而使癌细胞之间的黏着性降 低;癌细胞是原癌基因和抑癌基因突变的累积效应,癌细胞的形态结构发生显著变化,例如,体 外培养的呈扁平梭形的正常成纤维细胞转变为癌细胞后变成球形;环境中的致癌因子会损伤 细胞中的染色体,使正常细胞成为不受机体控制的恶性增殖细胞;细胞癌变的内因是原癌基因 和抑癌基因发生突变,即细胞中的遗传物质可能受到损伤,使细胞表面的糖蛋白减少。 4.(2019·河北衡水中学二调)科研人员在研究外源性 PLCE1 基因的作用时,将导入 PLCE1 基因 并高度表达的结肠癌细胞注入裸小鼠体内,与对照组相比,实验组裸小鼠形成的肿瘤较小,癌 细胞被大量阻滞在分裂间期,部分癌细胞死亡。下列分析正确的是( A ) A.对癌症患者的治疗选择肿瘤药物,其作用的时间最好是细胞分裂间期 B.实验表明 PLCE1 基因具有原癌基因的功能 C.对照组的裸小鼠应不做任何处理 D.实验组的裸小鼠体内大量癌细胞的细胞周期会变短 解析:绝大多数抗肿瘤药物抗癌的原理是通过不同的方式抑制细胞增殖;因为抑制了细胞增殖, 相当于抑制了肿瘤的生长与扩散,从而达到抗肿瘤的效果。其作用的时间最好是细胞分裂间期, 抑制 DNA 的复制,使细胞停滞在分裂间期,不能完成细胞周期;实验表明:PLCE1 基因的表达产物 能抑制癌细胞的增殖,所以 PLCE1 基因具有抑癌基因的功能;根据单一变量的原则,对照组的裸 小鼠应注入不含 PLCE1 基因的结肠癌细胞;根据题意实验组裸小鼠形成的肿瘤较小,癌细胞大 量阻滞在分裂间期,部分癌细胞死亡,所以实验组的裸小鼠大量癌细胞的细胞周期受影响,但 不会变短。 题型三 细胞生命历程的综合考查 5.(2019·江苏卷)下列关于细胞生命活动的叙述,错误的是( D ) A.细胞分裂间期既有基因表达又有 DNA 复制 B.细胞分化要通过基因的选择性表达来实现 C.细胞凋亡由程序性死亡相关基因的表达所启动 D.细胞癌变由与癌有关基因的显性突变引起 解析:细胞分裂间期会进行染色质的复制(DNA 的复制和有关蛋白质的合成),故既有基因表达 又有 DNA 复制,A 项正确。细胞分化是通过基因的选择性表达实现的,B 项正确。细胞凋亡是一 个主动地由基因决定的自行结束细胞生命的过程,受到由严格的遗传机制决定的程序性调控, - 11 - 由程序性死亡相关基因的表达所启动,C 项正确。细胞癌变是在致癌因子的作用下,原癌基因和 抑癌基因发生突变并逐渐积累的结果,D 项错误。 6.(2019·河北衡水二调)下列关于细胞生命历程的叙述,正确的是( D ) A.干细胞均是未经分化的具有分裂能力的细胞 B.神经干细胞发育成神经细胞体现了细胞的全能性 C.神经细胞被病毒侵染后裂解死亡,属于细胞凋亡 D.细胞分裂、分化、癌变过程中均有核糖核酸的种类和数量的变化 解析:干细胞是一类具有分裂和分化能力的细胞,不同干细胞的分化程度是不同的;神经干细 胞发育成神经细胞没有体现细胞的全能性;神经细胞被病毒侵染后裂解死亡,属于细胞坏死; 细胞分裂、分化离不开基因的表达,会有 mRNA 的种类和数量的变化,细胞癌变是原癌基因与抑 癌基因发生突变所致,也与基因表达密切相关,因此癌变过程中既有 DNA 的种类和数量的变化, 又有 mRNA 的种类和数量的变化。 [构建知识网络] [强化思维表达] 1.细胞分化的实质是基因的选择性表达,此过程中遗传物质并未改变。 2.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。 3.细胞衰老最终表现为细胞的形态、结构和功能发生变化。 4.细胞凋亡是受到严格的遗传机制决定的细胞程序性死亡。 5.细胞癌变的机理是在致癌因子作用下原癌基因和抑癌基因发生突变。 6.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。 7.抑癌基因主要是阻止细胞不正常的增殖。