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细胞的衰老和死亡[学习目标] 1.描述细胞衰老的特征和原因。
2.描述细胞凋亡和细胞坏死的区别。
3.探讨细胞衰老和死亡与人体健康的关系，关注老年人的健康。
一、细胞衰老1．细胞衰老的特征(1)衰老细胞的代谢的变化(2)衰老细胞的细胞核的变化 轻巧记忆 细胞衰老特征记忆口诀一大：细胞核体积变大，染色质收缩，染色加深。
一小：细胞内水分减少，细胞萎缩，体积变小。
一多：细胞内色素逐渐积累增多。
三低：细胞膜的物质运输功能降低，多种酶的活性降低，新陈代谢速率降低。
2．细胞衰老的原因(1)自由基学说①自由基本质：异常活泼的带电分子或基团。
②自由基来源⎩⎪⎨⎪⎧氧化反应中产生辐射以及有害物质入侵 ③作用机理⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫攻击磷脂分子，损伤生物膜攻击DNA ，可能引起基因突变攻击蛋白质，使蛋白质活性下降攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子(2)端粒学说①端粒本质：DNA —蛋白质复合体。
②端粒位置：染色体的两端。
③作用机理：端粒DNA 序列被“截”短后，端粒内侧正常基因的DNA 序列就会受到损伤。
3．细胞衰老与个体衰老的关系(1)单细胞生物：细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡。
(2)多细胞生物 ①细胞的衰老和死亡不等于个体的衰老和死亡。
②两者之间的联系：个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程。
4．年龄因素与细胞衰老的关系(1)实验⎩⎪⎨⎪⎧将年轻人的体细胞去核后与老年人的细胞核融合，结果细胞不分裂将老年人的体细胞去核后与年轻人的细胞核融合，结果细胞分裂旺盛 该实验说明细胞核可以影响细胞的分裂。
(2)细胞核是细胞生命活动的控制中心，随着细胞分裂次数的增多，或者细胞进入衰老状态，细胞核中的遗传物质会出现收缩状态，细胞中一些酶的活性会下降，从而影响细胞的生活。
判断正误(1)细胞衰老时，所有酶的活性都降低( )(2)衰老细胞的细胞核体积减小，细胞体积增大，染色质收缩，染色加深( )(3)同一种体细胞端粒长度与其有丝分裂能力呈正相关( )(4)自由基只有攻击蛋白质才会导致细胞衰老( )答案 (1)× (2)× (3)√ (4)×解析 (1)衰老细胞内大多数酶的活性都降低，但并不是所有酶的活性都降低，如与衰老、凋亡有关的酶活性提高。
(每日一练)(文末附答案)2022届高中生物细胞的生命历程基础知识题库单选题1、下列关于细胞分化、衰老、凋亡和细胞全能性的叙述中，正确的是（）A．造血干细胞增殖分化成三种血细胞，其所含的蛋白质种类完全不同B．端粒学说认为，细胞衰老的原因是端粒DNA序列在每次细胞分裂后会缩短一截C．感染病原体的细胞被清除的过程属于细胞坏死D．植物体的分生组织细胞没有分化，不具有全能性2、真核细胞内不具有膜包裹的结构统称为非膜结构，包括颗粒状和纤维状结构，如核糖体、染色体、细胞骨架等。
下列说法错误的是（）A．细胞骨架由蛋白质纤维组成，能维持细胞形态B．纺锤体由纺锤丝组成，出现于有丝分裂前期，消失于有丝分裂后期C．染色质与染色体物质组成相同，但存在形态不同D．中心体由两个中心粒及周围物质组成，与细胞的有丝分裂密切相关3、下列关于细胞衰老的特征及原因，叙述错误的是（）A．衰老细胞内色素积累，妨碍了细胞内物质的交流和传递B．衰老的细胞体积增大，使细胞与外界进行物质交换的效率降低C．细胞衰老可能是由于代谢产生的自由基破坏了DNA或蛋白质所致D．细胞衰老可能是由于分裂次数增加而端粒变短使DNA受损所致4、下列有关细胞生命历程的叙述，正确的是（）A．衰老细胞、癌细胞和凋亡细胞中均含凋亡基因，若在癌细胞中表达可使其凋亡B．RNA聚合酶发挥作用的细胞一定发生了分化C．造血干细胞分化导致基因选择性表达，产生多种血细胞D．寿命越长的正常细胞，其分裂能力就越强5、关于动物细胞和高等植物细胞通过有丝分裂进行增殖的过程的区别，下列叙述错误的是（）A．在分裂间期，动物细胞有中心体的复制，高等植物细胞没有B．在分裂前期，动物细胞和高等植物细胞纺锤体的形成方式不同C．在分裂后期，动物细胞和高等植物细胞染色体的行为不同D．在分裂末期，动物细胞与高等植物细胞质分裂的方式不同多选题6、下列关于观察洋葱根尖分生区组织细胞有丝分裂的实验的评价，合理的是（）。
表1 常见的细胞凋亡诱导剂和抑制剂诱导剂与抑制剂靶细胞诱导剂激素地塞米松T细胞细胞因子IL—2 胸腺细胞TGF—β肝细胞、上皮细胞、慢性B淋巴瘤细胞IL—10 髓样白血病细胞IFN—Υ前B细胞、T细胞抗体抗IgM抗体B细胞抗IgD抗体B细胞抗HLA—II抗体静止B细胞超抗原SPE CD4+T细胞胞内信号分子调节剂放线菌酮T细胞PKC激活剂胸腺细胞其他DNA拓扑异构酶抑制剂白血病细胞放射线淋巴样细胞抑制剂细胞因子IL—2 T H1细胞IL—4 T H2细胞IL—10 B、T细胞IFN—ΥT细胞IL—4 B细胞黏附分子LFA—1、ICAM—1 B细胞VLA—4、VCAM—1 B细胞胞内信号分子调节剂PKC激活剂T、B细胞细胞凋亡（apoptosis）是一种由基因控制的细胞自主死亡方式。
1972年，英国教授Kerr首先提出凋亡的概念。
近十余年来，细胞凋亡现象引起了广泛重视，有关的研究工作取得重要进展，并成为医学生物学各学科共同关注的极为活跃的研究领域。
细胞凋亡与组织器官的发育、肌体正常生理活动的维持、某些疾病的发生以及细胞恶变等过程均有密切的关系。
1．形态学变化：细胞凋亡的形态变化大致可分为三个阶段：1）胞体缩小，与周围细胞失去联系，细胞器变致密，核体积缩小，核仁消失，染色质浓集于核膜内表面下，形成新月形致密小斑块。
2）染色体断裂，核膜与细胞膜均内陷，包裹胞内成分（胞浆、细胞器、碎裂的染色质及核膜）形成“泡”样结构，此为“凋亡小体”。
最后，整个细胞均裂解成这种“小体”。
3）凋亡小体被邻近的巨噬细胞、上皮细胞等识别、吞噬、消化。
上述三个阶段维持时间很短，通常在几分钟、十几分钟内即可完成。
2．细胞凋亡的生化改变：1）胞内Ca2+浓度增高所有细胞凋亡过程中均出现胞内Ca2+浓度增高，这可能是Ca2+内流所致。
2）内源性核酸内切酶激活细胞发生凋亡时，由于内源性核酸内切酶被激活，DNA被从核小体连接处水解，形成180—200bp 或其整倍数的片段。
课时作业(二十)[学业水平层次(A)]1．关于细胞凋亡过程的叙述，错误的是()A．凋亡开始时，细胞皱缩，细胞膜破裂B．凋亡小体包含染色体片段和细胞器C．凋亡小体是细胞膜内折形成的泡状和芽状突起D．凋亡细胞最终被周围细胞吞噬消化【解析】细胞凋亡分为三个阶段。
开始时细胞皱缩，细胞连接消失，内质网和染色体都发生变化，但细胞膜依然完整。
伴随着核膜破裂，染色体断裂为大小不等的片段，并与一些细胞器聚集后被内折的细胞膜包围，在细胞膜表面形成泡状和芽状突起，即凋亡小体。
在细胞凋亡的第三阶段，脱离的凋亡小体最终被周围的细胞吞噬消化。
【答案】 A2．下列与细胞凋亡过盛有关的疾病或现象是()A．儿童早衰B．老年人行动迟缓、抗病力差C．肿瘤的发生D．再生障碍性贫血【解析】【答案】 D3．下列不属于细胞凋亡的实例的是()A．蝌蚪长到一定程度后尾巴消失B．人皮肤表皮细胞的脱落C．白细胞吞噬过多的细菌导致死亡D．脑细胞因缺氧而死亡【解析】凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，是正常死亡。
A、B、C中提到的都是细胞正常死亡(细胞凋亡)，只有D中脑细胞因缺氧而死亡属于细胞坏死。
【答案】 D4．下列有关细胞衰老和凋亡的说法中，正确的是()A．健康的成年人体内，每天都有一定数量的细胞凋亡B．细胞凋亡受环境影响大，机体难以控制C．老年人头发变白和白化病都是由酪氨酸酶活性降低引起的D．胚胎发育期，生物体的细胞衰老总与机体衰老同步进行【解析】衰老和凋亡都是细胞的正常生命现象。
在健康的成年人体内，每天都有一定数量的细胞凋亡。
细胞凋亡是一种程序性的死亡，是受机体基因组调控的细胞正常的死亡。
白化病是基因突变导致缺少合成酪氨酸酶的基因引起的。
胚胎发育期细胞的衰老并不代表机体的衰老，从整体上看，个体衰老的过程是组成个体的细胞普遍衰老的过程。
【答案】 A5．IAPs是细胞内一种控制细胞凋亡的物质，其作用原理是与细胞凋亡酶结合，从而达到抑制细胞凋亡的目的。
细胞生物学考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 细胞膜的主要功能是什么？A. 保护细胞内部结构B. 调节物质进出细胞C. 储存遗传信息D. 进行能量转换答案：B2. 细胞周期中，细胞体积增大主要发生在哪个阶段？A. G1期B. S期C. G2期D. M期答案：C3. 线粒体是细胞内的能量工厂，其主要功能是：A. 合成蛋白质B. 储存遗传物质C. 进行有氧呼吸D. 合成核酸答案：C4. 细胞凋亡是一种：A. 细胞死亡B. 细胞分裂C. 细胞增殖D. 细胞分化答案：A5. 细胞骨架的主要组成成分包括：A. 脂质B. 蛋白质C. 核酸D. 糖类答案：B6. 细胞核的主要功能是：A. 储存能量B. 合成蛋白质C. 储存遗传信息D. 调节细胞代谢答案：C7. 细胞膜上的糖蛋白主要参与：A. 细胞信号传递B. 细胞间连接C. 细胞间通讯D. 细胞运动答案：A8. 细胞分裂中，染色体的复制发生在：A. G1期B. S期C. G2期D. M期答案：B9. 细胞内蛋白质合成的主要场所是：A. 细胞核B. 线粒体C. 核糖体D. 高尔基体答案：C10. 细胞膜的流动性主要依赖于：A. 磷脂双分子层B. 胆固醇C. 蛋白质D. 糖蛋白答案：A二、填空题（每空1分，共10分）1. 细胞膜上的_________结构赋予了膜的流动性。
答案：磷脂双分子层2. 细胞周期包括间期和_________。
答案：有丝分裂期3. 细胞凋亡是由_________控制的程序性细胞死亡。
答案：基因4. 细胞内蛋白质的合成场所是_________，而蛋白质的加工和修饰则在_________中进行。
答案：核糖体；内质网和高尔基体5. 细胞骨架由微管、微丝和_________组成。
答案：中间丝三、简答题（每题10分，共20分）1. 简述细胞膜的组成和功能。
答案：细胞膜主要由磷脂、蛋白质和少量的糖类组成。
磷脂构成了膜的基本骨架，形成磷脂双分子层；蛋白质则嵌入或贯穿于磷脂双分子层中，执行多种功能，如物质转运、信号传递、细胞识别等。
高一生物细胞的分化癌变衰老和凋亡试题答案及解析1.下列有关细胞全能性的叙述中，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．生物体内由于细胞分化，全能性不能表达C．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性最高D．植物细胞在一定的条件下离体培养能表现出全能性【答案】C【解析】受精卵是未分化细胞，全能性最高，故A正确；生物体内的细胞会发生细胞分化，全能性不能表达，故B正确；卵细胞是高度分化的细胞，不是未分化的细胞，故C错误；植物细胞在离体培养时，给予适宜的条件，可以表现出全能性，故D正确。
【考点】本题考查细胞全能性的有关知识，意在考查考生识记能力和理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系的能力。
2.下列哪组是细胞衰老的特征（）①细胞无限分裂②水分减少，体积变小③畸形改变④酶活性降低⑤色素积累⑥易分散转移⑦呼吸速度减慢⑧膜透性改变A．①③⑥B．①②⑤⑦C．②④⑤⑦⑧D．②④⑥⑧【答案】C【解析】衰老细胞水分减少，体积变小，酶活性降低，色素积累，呼吸速度减慢，膜透性改变，分析题中几种说法，其中②④⑤⑦⑧符合衰老细胞的特征，细胞能无限分裂、畸形改变、易分散转移为癌细胞特征，故C正确，ABD错误。
【考点】本题考查细胞衰老的有关知识，意在考查考生识记能力和理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系的能力。
3.高等动物随着胚胎发育，仅有少数细胞依然具有分化成其他细胞类型和构建组织器官的能力，这类细胞称为干细胞，如造血干细胞。
下图中最能完整显示正常机体内干细胞基本特征的是()【答案】D【解析】干细胞是生物体内保留的少数仍具有分裂和分化能力的细胞，它能不断分裂产生子细胞。
有的子细胞仍然具有细胞周期，有的子细胞不再分裂，将分化成具有特定功能的细胞。
已分化的细胞一般不再继续进行分裂，细胞分化具有不可逆转的特性。
D项正确。
【考点】本题考查干细胞的相关知识，意在考查考生能用文字、图表以及数学方式等多种表达形式准确地描述生物学方面的内容的能力。
细胞凋亡受基因控制，细胞癌变不受基因控制
1838〜1839年，Schleiden和Schwann分别从各自的研究工作中得出一切动物和植物都是由细胞构成的结论，从而创立了细胞学说。
1842年，Vogt在蟾蜍发育过程中观察到正在死亡中的神经细胞。
这是人类首次认识在正常生理条件下发生的细胞死亡现象。
19 65年，Lockshin和Williams在他们一系列论文中首次使用"编程性细胞死亡”(progr ammed cell death, PCD) 这一术语，用来描述蚕蛾变态期间发生的受时间调节的节间肌退化。
这一术语的意思是指存在着一个固有的遗传程序，在受控的时空被激活，导致细胞死亡。
1972用最简单的话说，细胞坏死是细胞的病理性死亡方式；细胞凋亡则是细胞的生理性死亡方式，因此，细胞凋亡常与编程性细胞死亡作为同义词使用。
对多细胞生物来说，细胞凋亡负责在胚胎发育过程中清除对机体已经没有用的细胞年，Kerr等首次使用"细胞凋亡” (apoptosis) —词，用来描述一种与完全由外部因素引起的细胞坏死(n ecrosis)在本质上截然不同的细胞死亡方式的形态特征。
apoptosis源自希腊语，意思是凋落或凋谢，如树叶掉落、毛发脱落等，都有选择性地除去一些个别部分而不影响其余部分的特点。
(如构成缪勒氏管的细胞对男性是完全没有用的)；在成年机体中维持体内的稳定状态，也就是使细胞增殖与细胞消亡两个过程达到平衡；参与机体的防御机制，当受到病毒等病原体侵染时，通过诱导受累细胞的凋亡而减轻其危害。
细胞凋亡受阻和细胞凋亡过度都会引起严重的后果，人类的许多严重疾病都与此有关。
例如，白细胞凋亡受阻，该死的不死，与白血病有关；免疫活性细胞凋亡过度，不该死的死得太多，与艾滋病有关。
1细胞凋亡的特征细胞坏死与细胞凋亡的比较见表1。
2与细胞凋亡有关的主要基因及其产物细胞凋亡是一种受基因调控的主动性编程反应。
人的细胞凋亡机制十分复杂，研究起来十分困难，许多认识来自对秀丽隐杆线虫(Cae no rhabditis elegans) 的遗传分析。
C.elegans营自由生活，长1mm在20C培养时的生活
周期为3.5天，透明的表皮使每个细胞均可见，最可贵的是细胞数目少且固定，在发育过程中总是产生1090个细胞，其中131个细胞注定要凋亡。
用遗传学方法建立了影响 C.
elegans细胞凋亡的许多突变，从中鉴定了14种与C.elegans细胞凋亡有关的基因，其中，居中心地位的是抑制细胞凋亡的ced-9和促进细胞凋亡的ced-3、ced-4。
它们的蛋
白产物CED-9、CED-3 CED-4已相继被证明都有人类同源体。
此外，哺乳类还发展了一些重要的细胞凋亡机制。
2 . 1 Bcl-2 家族1985年，Tsujimoto 等将人18q21上涉及滤泡性淋巴瘤的一个癌基因定名为
BCL-2。
1988年，Vaux等发现其蛋白产物Bcl-2的功能不是增加细胞的增殖能力而是使细胞凋亡受阻。
这是人类第一次认识到细胞凋亡受阻与细胞增殖失控同样能使体
内稳态平衡失调而导致肿瘤发生。
1994年，Hengartner和Horvitz 通过基因结构对比、
蛋白结构对比与氨基酸序列对比，确定Bcl-2蛋白是CED-9蛋白的人类同源体。
此后陆
续鉴定的一些Bcl-2相关蛋白被归属为BCI-2/CED-9家族或Bcl-2家族。
迄今已鉴定的B
cl-2家族成员已达24种，其中，哺乳类有16种。
不过，这16种中，只有5种是抑制细胞凋亡的，另外的11种是促进细胞凋亡的。
2 . 2 caspase家族1993年，袁钧英等通过几种序列资料库的查收，发现CED-3与人白介素 1
3 转换酶(interleukin 1 3 converting enzyme , ICE)的氨基酸序列相似、ICE
是1989年鉴定的一种半胱氨酸蛋白酶，此前从未被认为与细胞凋亡有关。
袁钧英等又以一系列实验证明ICE是CED-3的哺乳类同源体。
很快就有一批类似于ICE的蛋白酶被鉴定，统称为ICE/ CED-3家族或ICE家族。
1996年，袁钧英等世界上七个实验室负责人共同建议，以他们创造的一个新词"caspase”作为人类这一蛋白酶家族的总称。
caspase 是"半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶”(cystei nyl aspartate -specific protei nase) 的
缩写，表示它们是半胱氨酸蛋白酶，又具有在天冬氨酸之后的切割能力。
从此，ICE家族就改称为caspase家族，小鼠中发现的相关蛋白也参与caspase家族编号，迄今已鉴定
的caspase家族成员有14种，其中，人类12种(无caspase-11、-12)，小鼠9种(无ca spase-4、-5、-9、-10、-13)。
不参加caspase编序的有C.elegans的7种蛋白酶和果蝇的5种蛋白酶。
所有这些蛋白酶在细胞凋亡中都起着关键的“刽子手”作用。
2首先指出细胞色素.3 Apaf-1 家族c在细胞凋亡中起重要作用的是王晓东实验室。
1 997年，邹铧等报告他们实验室新鉴定的一种“细胞凋亡蛋白酶激活因子-1” (apoptoti
c protease activating factor-1 , Apaf-1)是与CED-4同源的人蛋白。
同年，李蓬等在
进一步的实验中提出：Bcl-2可阻止细胞色素c从线粒体释放出来；线粒体在受到凋亡刺激信号后，如此时Bcl-2失活，细胞色素c就被释放；在存在dATP时，细胞色素c激活Apaf-1 ;活化的Apaf-1又激活caspase -9 ;活化的caspase-9起始caspase级联反应，最终导致caspase-3的激活，完成细胞凋亡途径。
1999年，邹铧等又进一步证明在casp ase-9的激活途径中，Apat-1与细胞色素c形成复合物是主要的支持步骤。
1999年，Be rtin等报告他们鉴定了一种新的Apaf-1/CED-4家族成员一一人CARD4蛋白2人体大多
数细胞的存活在很大程度上依赖于所处的环境。
能提高或降低凋亡敏感性的外源性因子包括生长因子、细胞因子、白细胞介素、糖皮质激素、雄激素和雌激素，以及神经递质。
影响细胞凋亡敏感性的细胞膜受体中最大的一个家族是肿瘤坏死因子促凋亡受体又称
死亡受体阻凋亡受体包括.4 TNF受体家族(tumor necrosisfactor,TNF) 受体家族。
迄今已鉴定的该受体家族成员已超过20种。
其中，有的促进细胞凋亡、有的促进细胞存活。
(death receptor, DR) ，因为这类受体与细胞外相应的配体结合后几秒钟之内即可激活c aspases，几小时内就能引起细胞凋亡。
死亡受体都是跨膜蛋白，其胞内区都有一段氨基酸序列与细胞凋亡信号的传递密切相关，被称为死亡结构域(death doma in ,DD)。
在死亡
受体中，研究得最深入的有Fas、TNFR1 DR3 DR4 DR5 DR6等。
当各种死亡受体与相
应的配体结合而被激活后，其死亡结构域就能与细胞内同样含有死亡结构域的相应衔接
子(adaptor)结合。
通过酵母双杂交技术(yeast two-hybrid system) 于1995年至今已从细胞质中分离了TRADD FADD RIP、CRADD MADD等衔接子。
以FADC为例，它的N端氨基酸序列被称为死亡效应结构域(death effector domain, DED) 。
当死亡受体Fas被激
活后，FADE一方面通过它的DD与Fas的DD结合，另一方面又通过它的DED与caspase- 8前体的DED结合，使caspase-8激活，引发caspase级联反应而完成细胞凋亡。
TNFR2 CD30
CD40等。
它们与细胞内一个被称为TRAF的蛋白家族成员（包括TRAF1 TRAF2 TR AF3 CART1 TRAF5 TRAF洋）相互作用。
2 . 5 IAP家族20世纪90年代后期相继在病毒和真核生物中鉴定了40种以上被称为"细胞凋亡抑制剂” (inhibitor of apoptosis IAP) 的蛋白家族。
已鉴定的人类IAP家族成员有5种，其中，1997年由Ambrosini等鉴定的存活蛋白(survivin) 是IAP家族参与癌症发生的最有力证据。
2 . 6 p53家族p53是由肿瘤抑制基因TP53编码的蛋白。
1997年以来陆续发现了与P5
3 惊人相似的p73、KET p40、p51、p73L、p63、p53CP NBP等，组成了p53 家族。
p5
3在细胞凋亡中的作用是作为细胞周期中G1期的“关卡”(checkpoint)。
当DNA损伤时，p53水平急剧上升，诱导p21的表达而将细胞停止在G1期，使细胞赢得时间通过DNA修复系统在进入s期之前修复损伤的DNA如损伤大大不能修复时，p53即诱导细胞凋亡，防止携带广泛性DNA损伤的细胞通过克隆性生长而导致肿瘤。
3细胞凋亡途径细胞内外的细胞凋亡刺激信号，例如：
4细胞凋亡与疾病。
