一轮教案：第13讲-细胞的分化、衰老、凋亡及癌变

第13讲 细胞的分化、衰老、凋亡及癌变

一、细胞的分化与全能性

1．细胞的分化

阅读 必修1课本 P117～120 完成以下填空(不能独立完成的空用红笔标出)

(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)特点：持久性、普遍性、稳定性和不可逆性。

(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(基因的选择性表达)。

(4)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)实例：克隆羊多利的培养说明动物细胞核具全能性。受精卵发育成个体体现细胞的分化。

思考 分化程度与全能性高低的关系。

提示：成反比。

二、细胞的衰老和凋亡

阅读 必修1课本 P121～128 完成以下填空(不能独立完成的空用红笔标出)

1.细胞衰老的特征

(1)代谢的变化

水分减少 →酶活性降低 →呼吸速率减慢 →代谢减慢←细胞膜通透性改变，物质运输 功能降低←色素积累，阻碍了细胞内物质 的交流和传递 (2)细胞核的变化

2．细胞的凋亡

(1)概念：由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。

(2)类型

①个体发育中细胞的编程性死亡。

②成熟个体中细胞的自然更新。

③被病原体感染的细胞的清除。

(3)意义

①保证多细胞生物体完成正常发育。

②维持内部环境的稳定。

③抵御外界各种因素的干扰。

三、细胞的癌变

1．癌变的实质：原癌基因和抑癌基因发生突变。

2．癌细胞的特征

3．致癌因子举例

物理：X射线、紫外线。

化学：亚硝胺、黄曲霉素等。

生物：Rous肉瘤病毒等。

思考 与细胞凋亡关系密切的细胞器是什么？

提示：溶酶体。

考点 细胞的分化与全能性

1．细胞分化

(1)图解

(2)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，转录出不同的mRNA，控制合成出不同的蛋白质。

(3)标志

①分子水平：合成了某种细胞特有的蛋白质，如唾液淀粉酶、胰岛素等。

②细胞水平：形成不同种类的细胞。

2．细胞的全能性

(1)原因：已分化的细胞一般都有一套和受精卵相同的遗传物质。

(2)表达条件：在离体状态下，需要适宜的水、无机盐、有机营养及激素等，还需要适宜的温度等条件。

3．细胞分化与细胞全能性的比较

细胞分化 细胞全能性

原因 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

(3)普遍性：在生物界中普遍存在 (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、功能不同的细胞群 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 细胞全能性表达的难易程度不同，如受精卵>生殖细胞>体细胞 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)－般情况下，分化程度越高，全能性越难表达

高考警示 对细胞全能性及分化理解的五个误区

(1)并非所有干细胞都要发生分化

干细胞分裂增加细胞数目。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，用于干细胞的自我更新。

(2)未脱离植物体的细胞不能表现出全能性

植物细胞全能性的表达需要一定的条件，即离体、无菌，一定的营养物质，植物激素等。未脱离植物体的细胞，其全能性受到抑制，不能发育成完整的新个体。

(3)同一个体不同类型细胞的RNA和蛋白质不完全相同

同一个体的不同体细胞中核遗传物质完全相同，但由于选择性表达的基因不同，因而转录生成的mRNA及翻译生成的蛋白质不完全相同。

(4)分化不会改变遗传物质

细胞分化是基因的选择性表达，不会导致遗传物质改变。已分化的细胞都含有保持该物种遗传性所需要的全套遗传物质，因而都具有全能性。

(5)分化程度高的细胞其全能性不一定低

一般来说，细胞分化程度越高，全能性越难以表达，细胞分化程度越低，全能性越高，但卵细胞的分化程度较高，其全能性也较高。

例1 [2016·衡水调研]下列发生了细胞分化且能体现体细胞全能性的生物学过程是( )

A．玉米种子萌发长成新植株

B．小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞

C．小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株

D．胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株

1.细胞全能性的概念要素有哪些？

提示：已分化的细胞、发育成完整植株。

2．种子是细胞、组织还是器官？

提示：器官。

解析 玉米种子萌发长成新植株不能体现细胞全能性。小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞，并没有发育成个体，所以不能体现细胞全能性。小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株体现的是植物生殖细胞的全能性。

答案 D

“两看”法判断实现细胞全能性的实例

一看起点

起点是“已分化的细胞”

二看终点 终点是“个体”，而不是“组织器官”

1．[2015·芜湖期末]对图中人体细胞的分析不正确的是( )

A．图示中四种细胞的基本组成元素相同，但所含大分子化合物的种类有差异

B．上图充分证明了细胞分化是基因选择性表达的结果

C．造血干细胞有增殖分化的能力，部分细胞b仍具有增殖分化的能力

D．细胞a是研究细胞膜的理想材料，细胞中Fe的含量远高于细胞b

答案 B

解析 理解细胞分裂和分化的关系及细胞分化的原因是解题的关键。细胞a、细胞b分别是红细胞、白细胞，白细胞又包括B淋巴细胞、T淋巴细胞等。组成细胞的基本元素都是C、H、O、N，红细胞中不含核酸，且细胞中蛋白质种类不同，因此这四类细胞中大分子化合物种类有差异。图中只能观察到细胞形态、结构的变化，但是并不能证明基因发生选择性表达。白细胞中的B淋巴细胞、T淋巴细胞受抗原刺激后能够增殖分化。红细胞中含有大量的血红蛋白，而Fe是构成血红蛋白不可缺少的元素。

易错警示 熟悉一些细胞，如记忆细胞、造血干细胞等能帮助解题。

2．[2015·四川德阳一诊]《细胞干细胞》在线发表了中国科学院上海生命科学研究院诱导人成纤维细胞重编程为肝细胞(hiHep细胞)的成果。hiHep细胞具有肝细胞的许多功能，包括分泌血清白蛋白、积累糖原、代谢药物、药物转运等。下列相关叙述中错误的是( )

A．人成纤维细胞与hiHep细胞的核酸完全相同

B．该项成果表明，分化了的细胞其分化后的状态是可以改变的

C．人成纤维细胞重编程为hiHep细胞并未体现细胞的全能性

D．hiHep细胞的诱导成功为人类重症肝病的治疗提供了可能性

答案 A

解析 本题考查细胞分化的有关知识，意在考查考生的知识迁移能力。人成纤维细胞与hiHep细胞的DNA完全相同，但由于基因的选择性表达，两者所含的RNA有所区别，A错误；人成纤维细胞能重编程为肝细胞，这表明分化了的细胞其分化后的状态是可以改变的，B正确；人成纤维细胞重编程为hiHep细胞，但没有形成完整个体，因此不能体现细胞的全能性，C正确；hiHep细胞具有肝细胞的许多功能，因此hiHep细胞的诱导成功为人类重症肝病的治疗提供了可能性，D正确。

易错警示 核酸包括DNA和RNA，同一生物不同细胞中DNA相同，由于基因的选择性表达，RNA不完全相同。

考点 细胞衰老、凋亡和癌变

细胞凋亡、坏死和癌变的比较

项目

细胞凋亡 细胞坏死 细胞癌变

影响因素 由基因决定 不受基因控制，由电、热、冷、机械等不利因素造成 受基因控制，由物理、化学、病毒等致癌因子诱发

特点 是主动的、细胞自动结束生命的自然过程 是被动的，由于细胞正常代谢活动受损或中断引起的病理过程 ①无限增殖

②细胞形态、结构发生变化

③细胞表面糖蛋白减少，黏着性降低，容易转移

实例 ①女性月经期子宫内膜的脱落

②成熟个体中细胞的自然更新

③被病原体感染的细胞的清除 ①烫伤后的皮肤、黏膜的脱落

②骨折时部分骨细胞死亡

③吸烟者肺部细胞因尼古丁作用而死亡 ①受紫外线照射的皮肤癌细胞的产生

②长期大量吸烟者的体内发现了肺部癌细胞

对机体的影响 有利 有害 有害

高考警示 (1)人体所有的细胞都要经历衰老或凋亡，细胞正常的衰老和凋亡对人体有积极意义。细胞衰老必将引起凋亡，细胞凋亡不一定由衰老引起。

(2)细胞凋亡与基因选择性表达有关，但不属于细胞分化过程。

(3)癌变细胞的细胞周期变短，核糖体活动活跃。

巧学助记 细胞衰老特征的记忆口决

例2 [2016·开封模考]研究发现，线粒体促凋亡蛋白Smac是细胞中一个促进细胞凋亡的关键蛋白。当线粒体收到释放这种蛋白的信号时，就将它释放到线粒体外，然后Smac与凋亡抑制蛋白(IAPs)反应，促进细胞凋亡。下列有关叙述不正确的是( )

A．Smac从线粒体释放时需消耗能量 B．癌细胞中Smac从线粒体中释放可能受阻

C．癌细胞的无限增殖，可能与癌细胞中IAPs过度表达有关

D．Smac与IAPs在细胞凋亡中的作用相同

1.大分子蛋白质出入膜的方式是什么？是否需要消耗能量？

提示：胞吞、胞吐。消耗能量。

2．题干中的Smac和IAPs的作用各是什么？

提示：Smac促进细胞凋亡；IAPs抑制细胞凋亡。

解析 Smac是蛋白质，从线粒体释放的方式是胞吐，需要消耗能量；Smac从线粒体中释放出来后与IAPs反应促进细胞凋亡，所以在癌细胞中Smac从线粒体中释放可能受阻，导致细胞不能正常凋亡；癌细胞的无限增殖，可能与癌细胞中IAPs过度表达有关；Smac是线粒体促凋亡蛋白，而IAPs是凋亡抑制蛋白，所以两者在细胞凋亡中的作用相反。

答案

D

突破以下易错点

(1)混淆细胞衰老与个体衰老，误认为衰老个体中细胞一定衰老。

单细胞生物的细胞衰老即为个体衰老，而多细胞生物个体衰老是细胞普遍衰老的过程，衰老个体内也有新细胞产生。

(2)混淆细胞凋亡和细胞坏死。

①从方式看 主动结束生命活动⇒细胞凋亡被动结束生命活动⇒细胞坏死

②从结果看 对生物体是有利的⇒细胞凋亡对生物体是有害的⇒细胞坏死

(3)误认为只有癌细胞内才有原癌基因与抑癌基因，且只要有一个基因突变即可引发细胞癌变。

人和动物细胞的染色体上本来就存在着与癌有关的基因——原癌基因和抑癌基因。癌症的发生并不是单一基因突变的结果，而是多个基因突变的累积效应。

1．与正常细胞相比，癌细胞要吸收更多的葡萄糖才能维持其生长和增殖。研究发现，如果限制体内谷氨酞胺(一种氨基酸)的含量，就可以使癌细胞无法正常吸收葡萄糖。下列相关叙述正确的是( )

A．癌细胞的形态结构发生显著变化但遗传物质没有发生变化

B．癌细胞膜上的糖蛋白减少是由于谷氨酞胺减少而导致的

C．癌细胞在增殖过程中正常基因突变为原癌基因和抑癌基因

D．癌细胞在合成吸收葡萄糖的载体蛋白时可能需要谷氨酞胺

答案 D

解析 癌细胞的发生是因为原癌基因和抑癌基因突变的结果，故A、C错误；谷氨酞胺只影响葡萄糖