(优选)细胞凋亡的机理

前言细胞凋亡在心脏疾病，肿瘤，神经系统疾病，炎症等疾病中具有重要的生理和病理学意义，在很多生物学领域进行广泛的研究。

自1972年Kerr提出细胞凋亡这一概念后1，从80年代末期开始成为生物医学研究热点。

人们对细胞凋亡的认识逐渐深入，对细胞凋亡发生分子机理的了解越来越透彻，然而也发现细胞凋亡过程包含复杂的调控机制2。

最近几年对细胞凋亡信号转导途径、细胞凋亡的生化反应机制以及细胞凋亡的基因调控方面都取得了显著进展。

一、细胞凋亡的信号通路目前认为细胞凋亡信号通路包括三条：（1）来自于细胞膜外的死亡受体(death receptors)信号。

一些凋亡刺激因素激活细胞膜外死亡受体，死亡受体进一步活化膜上Fas相关的死亡结构域（Fas associated death domain，FADD），结合并活化半胱氨酸天冬氨酸特异蛋白酶8(cysteinyl aspartate specific proteinase cysteine aspartases 8,caspase-8)，活化的caspase-8进一步切割pro-caspase-3，生成caspase-3，从而诱导凋亡3；（2）线粒体信号通路4。

许多凋亡信号，如ROS应激的凋亡信号，细胞内许多凋亡相关蛋白，都是通过进入线粒体，诱导线粒体内的Cyt-C等小分子释放到胞浆，活化caspase-9，进一步caspase-9切割pro-caspase-3变成caspase-3，从而诱导凋亡。

这一过程中，, HSP70, ARC等抑制这一过程，而Bax, BNIP3促进这一过程。

（3）Bcl-2, Bcl-XL内质网信号通路。

近年来，内质网凋亡信号通路越来越引人注目。

因为内质网是细胞内的钙库，而Ca2+参与了细胞众多信号通路和活动，包括凋亡信号通路5;6。

如内质网内钙离子能激活Bax，诱导细胞凋亡。

同时，近来发现Bcl-2家族许多成员也分布于内质网中引发细胞凋亡或抗凋亡，而不仅仅是以前认识的Bcl-2仅通过线粒体膜上发挥作用7。

细胞色素c在凋亡过程中的作用机制细胞色素c是细胞内的一种重要蛋白质，它在细胞凋亡的过程中扮演着重要的角色。

细胞凋亡是维持机体正常生理功能的一项重要机制，通过调控细胞色素c的作用，可以更好地理解细胞凋亡的机理。

细胞色素c的基本结构和功能细胞色素c是一种电荷为正的小分子蛋白质，其分子量大约为12kD，由104个氨基酸组成。

它存在于线粒体间膜上的呼吸链复合物III中，是为线粒体内膜空间的氧化磷酸化过程提供电子输送质的一种酶活性蛋白质。

细胞色素c在细胞凋亡中的作用细胞凋亡又称程序性死亡，是一种正常的生理现象，它是通过在外界刺激下启动细胞内“自杀”程序的一种过程。

细胞凋亡能够清除失去功能或存在异常的细胞，从而保持机体正常的生理功能。

在细胞凋亡的过程中，细胞色素c发挥着重要的作用。

在正常情况下，细胞色素c存在于线粒体内膜上的呼吸链复合物III中，它的分子内带有电荷正负两极，与线粒体内膜的负电位相互作用，稳定地存在于线粒体内膜空间中。

当细胞受到外界刺激（如DNA损伤、膜受到损伤）时，必须通过调控线粒体膜的通透性，使细胞色素c迅速移出线粒体内膜空间，进入细胞质中。

在细胞色素c进入细胞质后，它能够与一个名为“凋亡蛋白酶活化因子”（Apaf-1）的蛋白质相结合，形成一个复合物，称为“凋亡信号体”（apoptosome）。

凋亡信号体进一步激活一种名为“卡斯潘酶”的酶，卡斯潘酶能够切割一些重要的凋亡蛋白质，如细胞结构蛋白、胰岛素样生长因子-1受体，从而引起细胞死亡。

同时，细胞内另外一种蛋白质“Bcl-2”也参与了这个过程。

Bcl-2是一种调节凋亡的重要蛋白质，在一些恶性肿瘤细胞中高表达，可以抑制细胞凋亡。

当细胞受到外界刺激时，Bcl-2与细胞内某些蛋白质结合，发生构象变化，从而减少其与细胞色素c的结合，使细胞色素c释放出来，引起细胞凋亡。

总结细胞凋亡是机体正常生理现象的重要组成部分。

细胞色素c在细胞凋亡过程中扮演重要角色，其能够通过调控复合物的形成和调节凋亡蛋白酶进而引起细胞凋亡。

生存和死亡是存在于所有生物的一对矛盾，它们维持着生物界的平衡，机体的免疫系统亦不例外，免疫细胞的增殖和死亡是免疫系统得以保持自身平衡的重要条件。

细胞的死亡是人们很早就注意到的现象。

1972年Kerr首先提出了有别于一般死亡意义的一种新的概念，称之为凋亡（apoptosis）。

对凋亡的研究近年来进展很快，引起了多学科的广泛重视，为肿瘤和自身免疫性疾病的防治等研究方面提供了新的思路。

一、凋亡的生物学特征（一）凋亡的概念细胞的死亡有两种方式，第一种是细胞在受到严重的操作后发和的死亡，通常表现为细胞的突然死亡。

在死亡过程的最早期，线粒体的功能和形态即发生变人经，继之，细胞失去自身平衡，细胞膜的操作导致渗透压平衡的失调，细胞出现肿胀，最后胞膜破裂，胞浆内容物外泄，引起组织器官的炎症反应，这种方式被称为坏死（necrosis）。

另一种细胞死亡的方式是1972年Kerr等在正常的生理状态下观察到的，这处死亡方式最初被描述为一种正常生理状态下的形态学改变。

8年以后，这个实验小组将这种形式的细胞死亡命名为凋亡，以区别于坏死。

凋亡是机体的正常细胞在受到生理性和病理性刺激后启动的自发的死亡过程，是一种主动的、信号依赖的过程，包括胞浆内Ca2+、cAMP升高，RNA和蛋白质合成增加。

其典型的特征是一种内源性核酸内切酶的激活和由此导致的细胞染色体DNA的降解，DNA在核小体外被切断，形成约185bp或整数倍长度的DNA片段，DNA电泳时形成特征性的梯形（ladder）电流条带。

这种细胞死亡方式的另一个特点是，降解的胞浆及胞核成份被包裹于膜性成分中而形成凋亡小体（apoptosis bodies），胞膜成份和结构的改变可以被吞噬细胞表面的粘附分子及磷脂酰丝氨酸受体（phosphatidylserine receptor）快速识别，凋亡细胞被吞噬并降解，因此不引起局部的炎症反应。

（二）凋亡与坏死、程序化细胞死亡坏死是由于补体或裂解性病毒等致细胞裂解因素造成的细胞胞膜的直接损伤，或是由于其它因素干扰胞膜上的能量依赖泵的功能而造成细胞水分、离子浓度的失衡，导致细胞膜破裂，胞浆内容物外泄，进而引起炎症，是一种病理状态下的细胞死亡。

细胞凋亡在生物学中的作用细胞凋亡是细胞死亡的一种基本途径，是生物体内一个重要的自我调节机制，也是细胞生长、发育、组织修复和免疫等过程中不可或缺的环节。

在此文中，我们将探讨细胞凋亡在生物学中的作用以及其涉及到的科学原理。

一、什么是细胞凋亡？细胞凋亡（Apoptosis）是细胞程序性死亡的一种形式，是机体内一种常见的细胞死亡方式。

它是一种有序、自创造性的细胞死亡方式，与坏死有本质的差别。

细胞凋亡的产生不仅是由内因子所引发的，外部因子也可以对细胞凋亡的过程产生影响。

最终凋亡细胞会在体内修复或清除，从而保证机体内环境的稳定性。

二、细胞凋亡的生物学意义1. 细胞凋亡参与发育过程细胞凋亡在胚胎的形态发生、器官形成以及组织分化和形态调整中都具有重要作用。

在胚胎发育中，初期胚胎细胞大量分裂、分化，而后这些无序的分裂、分化现象将变得有序起来，这种现象与细胞凋亡密切相关。

2. 细胞凋亡在细胞生长发育中的作用细胞凋亡在细胞生长与发育的过程中扮演者极为关键的角色。

它可以帮助细胞处于生物体内部的准确位置，同时也保证细胞功能的无误执行。

利用细胞凋亡技术可以促进细胞分化、促成细胞代谢产物在细胞内积累，从而使进一步的细胞生长和分化更为全面。

3. 细胞凋亡参与组织维持和修复细胞凋亡对组织维持和修复具有不可替代的作用。

当机体中受到不适条件影响时，细胞凋亡是机体自适应的重要反应途径之一。

细胞凋亡可以帮助人体在减小细胞数的同时，还能帮助人体清除残留物质。

4. 细胞凋亡与免疫调节细胞凋亡与免疫调节的关系非常密切，它在免疫的防御过程中有着重要的作用。

细胞凋亡可以通过清除免疫激活细胞来帮助身体调整免疫的程度。

在这种情况下，细胞凋亡具有过程的信号转导和调度。

三、细胞凋亡的科学原理1. 不同的信号通路细胞凋亡是由外因和内因两种不同的信号通路引起的。

有些细胞受到的外因是与和谐生存环境和保护组织修复相协调一致的，而有些细胞受到的外因则是极为破坏性的。

细胞凋亡的机制和调控细胞凋亡是一种基本的细胞死亡方式，它在维持正常组织生长和发育、调节免疫应答等过程中起着重要的作用。

凋亡的机制和调控是细胞生物学研究领域的热点，通过深入了解细胞凋亡的机制和调控，可以为深入了解许多疾病的发病机理以及开发相关治疗方法提供重要指导。

本文将就细胞凋亡的机制和调控进行探讨。

一、细胞凋亡的机制细胞凋亡是一个复杂的过程，包括多个分子和信号通路的参与。

最重要的细胞凋亡机制包括线粒体通路（线粒体外膜通透性调控因子）、半胱氨酸蛋白酶通路（半胱氨酸蛋白酶家族蛋白酶）、内质网通路（内质网应激）以及细胞膜受体通路（肿瘤坏死因子受体家族）。

这些通路各自在荷尔蒙、运动、免疫等调控机制中起着核心作用。

1. 线粒体通路线粒体通路是细胞凋亡的重要路径。

它通过释放线粒体内的凋亡诱导因子（AIF）、细胞色素C和第二线粒体通透性调控因子（SMAC）等，来激活半胱氨酸蛋白酶家族蛋白酶并诱导细胞凋亡。

线粒体膜通透性的改变与Bcl-2家族的蛋白相互作用密切相关，这些蛋白能够形成复合物来调节线粒体通路。

2. 半胱氨酸蛋白酶通路半胱氨酸蛋白酶家族蛋白酶是一类在细胞凋亡过程中发挥重要作用的蛋白酶。

它们能够诱导精准的蛋白裂解，从而参与细胞凋亡的执行。

半胱氨酸蛋白酶家族蛋白酶的活性受半胱氨酸蛋白酶抑制蛋白（IAP）的调节。

3. 内质网通路内质网应激是细胞应对多种压力的一种保护机制。

但是当内质网应激过度时，会导致细胞凋亡的产生。

内质网应激主要通过释放内质网应激传感器（IRE1、PERK和ATF6）来激活C/EBP homologous protein （CHOP）和凋亡信号调节激酶（ASK1），进而诱导细胞凋亡。

4. 细胞膜受体通路细胞膜受体通路是诱导细胞凋亡的重要信号传导途径。

其中，肿瘤坏死因子（TNF）受体家族是最常研究的细胞膜受体家族之一。

TNF受体家族通过激活半胱氨酸蛋白酶家族蛋白酶，促进细胞凋亡的形成。

二、细胞凋亡的调控细胞凋亡的调控与一系列关键分子和信号通路的活性状态密切相关。

2024年人教新课标必修2生物上册月考试卷含答案考试试卷考试范围：全部知识点；考试时间：120分钟学校：______ 姓名：______ 班级：______ 考号：______总分栏一、选择题(共6题，共12分)1、植物体细胞杂交技术的目的是为了获得( )A. 融合的原生质体B. 杂种植株C. 杂种细胞D. 愈伤组织2、【题文】用于判断目的基因是否转移成功的方法中，不属于分子检测的是：A. 通过害虫吃棉叶看其是否死亡B. 目的基因片段与DNA探针能否形成杂交带C. 目的基因转录形成的mRNA与DNA探针能否形成杂交带D. 目的基因表达产物蛋白质能否与抗体形成杂交带3、神经调节的基本方式是反射。

下列有关反射的叙述错误的是（）A. 反射活动的正常进行依赖于反射弧结构的完整性B. 刺激传出神经可使效应器作出相应的反应C. 条件反射是后天形成，往往受大脑皮层的控制D. 手指被针刺迅速缩回并产生痛觉均属于非条件反射4、关于ES细胞的应用叙述错误的是（）A. 可以用于治疗由于细胞坏死，退化或功能异常引起的疾病B. 在体外诱导分化可培育出人造组织器官C. 不能用于治疗糖尿病、肝衰竭等疾病D. 是研究体外细胞分化的理想材料5、能克服远缘杂交不亲和障碍的技术是（）A. 组织培养B. 植物体细胞杂交C. 动物胚胎移植D. 单倍体育种6、细胞全能性是指（）A. 具有细胞膜、细胞质、细胞核结构完整的细胞，能进行各种生理活动B. 具有细胞膜、细胞质、无细胞核的细胞，也能完成特定的生理活动C. 生物体细胞具有形成完整个体的潜能D. 具有该物种所特有的全套遗传物质的细胞评卷人得分二、多选题(共6题，共12分)7、细胞中的五碳糖包括（）A. 葡萄糖B. 脱氧核糖C. 核糖D. 糖原8、（多选）以下说法不正确的是（）A. 生活在干旱少雨和酷热荒漠中的蜥蜴，对栖息地内的湿度和降雨有较高的要求B. 从理论上讲每一种动物都有一个发生中心由此逐渐向周围地区扩展，其分布区往往相互连成片，如细痣疣螈C. 我国动物区系分属于世界动物区系的古北界与东洋界两个区系，分界线西起横断山脉，经北川岷山与大别山脉，向东达于淮河一线D. 古北界的突出特点是缺乏现代地球上其他地区已占绝对优势地位的胎盘类哺乳动物，但保持了最原始的哺乳类9、关于图示的生理过程的说法；不正确的是（）A. 该图所示的转录和翻译过程是同时进行的，发生在原核生物细胞内B. mRNA上所含有的密码子均能在tRNA上找到相对应的反密码子C. 该图表示的是复制、转录和翻译，需要解旋酶、RNA聚合酶等D. 该图所示的生理过程所需的能量由细胞质基质提供10、没有水就没有生命，水在生物体内的主要作用是充当（）A. 溶剂B. 催化剂C. 载体D. 反应物11、图1为测定光合作用速度的装置，在密封的试管内放一新鲜叶片和CO2缓冲液；试管内气体体积的变化可根据毛细玻璃刻度管内红色液滴移动距离测得．在不同强度的光照条件下，测得的气体体积如图2所示．下列叙述错误的是（）A. 标记实验开始时毛细刻度管中红色液滴所在位置为初始标记位置．实验时，在30分钟内光照强度由0渐变为5千勒克斯（不同光照强度照射的时间均等），在此过程中，当光照强度为5千勒克斯时，液滴所在位置离实验初始标记位置最远B. 从图2可以看出，植物进行呼吸作用每小时需要氧气50 mLC. 若此时图1中植物光照强度为15千勒克斯，则2小时光合作用产生的气体量为200 mLD. 光照强度在0到20千勒克斯范围内，限制光合作用强度的主要因素是光照强度12、图1、2分别为“DNA的粗提取与鉴定”实验中部分操作步骤示意图，下列叙述正确的是( )A. 图1、2中加入蒸馏水稀释的目的相同B. 图1、2中都应缓慢延一个方向搅拌C. 图1中完成过滤之后保留滤液D. 图2中完成过滤之后弃去滤液评卷人得分三、填空题(共8题，共16分)13、家兔的褐毛与黑毛是一对相对性状；用基因符号D；d表示．现有四只家兔，甲和乙为雌兔，丙和丁为雄兔．甲、乙、丙兔为黑毛，丁兔为褐毛．已知：甲和丁交配，后代全部为黑毛子兔；乙和丁交配，后代中有褐毛子兔．（1）家兔毛色的显性性状是____．（2）写出甲、乙、丁三只兔的基因型：甲____、乙____、丁____．14、（2015•海南校级学业考试）如图为DNA分子平面结构模式图．请回答下列问题：（1）图中1表示____，2表示____，1、2、3结合在一起的结构叫____．（2）若3表示腺嘌呤，则4表示____（填写中文名称）．（3）DNA分子中3与4是通过____连接起来的．15、图1为含碳化合物在某植物细胞呼吸与光合作用过程中的转化过程，①～④表示相关生理过程，物质甲为其中的中间产物；图2为该植物在最适温度下，CO2吸收速率在不同光照条件下的变化．请据图回答下列问题：（1）图1中由②过程形成的物质甲的名称为____；④过程发生的场所为____．（2）在图2中A点的条件下，图1中能完成的过程为____；在图2中C点的条件下，图1中能合成ATP的过程为____．（本小题填序号）（3）将A点条件中的温度提高5℃，则A点在Y轴上的移动方向是____．（4）在实验室中控制一昼夜24小时的环境条件，其中A点条件下10小时，B点条件下2小时，剩余时间满足C点条件，则该植物一昼夜单位叶面积有机物积累量（用CO2吸收速率表示）为____．16、（2012秋•深圳期末）人体内激素分泌量过多或不足都会对机体有害；体内有一系列机制维持激素在血液中含量的相对稳定．如图表示下丘脑神经分泌细胞；垂体细胞、甲状腺细胞及它们分泌的激素之间的关系．请根据图回答下面的问题．（1）激素A是____．（2）当体内缺乏____元素时；将导致激素C的合成受阻．（3）人遇危险而情绪紧张时，血液中激素C的含量将会____，这是由于激素A、B的含量____所致．这种生理过程是由____共同调节的．（4）如果激素C的合成量过多时，激素A、B含量的变化是____．这是一种____调节机制．17、如图表示利用胚胎干细胞（ES细胞）所作的一系列研究；请据图分析回答．（1）图中的胚胎干细胞（ES细胞）可以从____和____中分离获取．（2）过程Ⅰ将胚胎干细胞置于y射线灭活的鼠胎儿成纤维细胞的饲养层上，并加入动物血清、抗生素等物质，维持细胞不分化的状态．在此过程中，饲养层提供干细胞增殖所需的____，加入抗生素是为了____．该过程对于研究细胞分化和细胞凋亡的机理具有重要意义．（3）过程Ⅱ将带有遗传标记的ES细胞注入早期胚胎的囊胚腔，通过组织化学染色，用于研究动物体器官形成的时间、发育过程以及影响因素，这项研究利用了胚胎干细胞具有____的特点．在哺乳动物早期发育过程中，囊胚的后一个阶段是____．（4）过程Ⅲ是培育转基因小鼠，将获得的目的基因导人胚胎干细胞之前需构建基因表达载体，目的是____．将构建好的表达载体导入胚胎干细胞最常用的方法是____．（5）过程Ⅳ得到的小鼠畸胎瘤中里面全是软骨、神经管、横纹肌和骨骼等人类组织和器官．实验时，必须去除小鼠的胸腺，使其存在免疫缺陷，其目的是____，该过程研究的意义在于解决____问题．（6）该研究中，包含的生物技术有____（至少写出两种）．18、原核细胞没有细胞核，但有组成核的物质（主要是DNA），其集中在____这一区域中，虽然有细胞壁，但细胞壁的成分与植物细胞的不同，主要是由____构成，而不含有____和____．常见的原核细胞有____和____两类．19、根据微生物的营养和分离及发酵技术的应用等知识；回答下列问题：（1）培养微生物的培养基中一般含有微生物生长所需的水、无机盐、及生长因子等；对培养基灭菌时常用的方法是____．（2）分离及鉴定土壤中能分解尿素的细菌的原理是____．实验中，转固体培养基时，常采用的接种方法是____；获得单菌落后继续筛选．（3）为了鉴别纤维素分解菌和进一步纯化菌种，常用的染色方法是____．将筛选获得的菌液稀释后接种到鉴别培养基上，然后挑选产生____的菌落作为菌种进行扩大培养．从物理状态看，培养基应使用____培养基．（4）制作果酒后制作果醋，温度变化应为由____，果酒制作过程中，接种酵母苗后要先向发酵罐中通-段时间的无苗菌空气，原因是____．变酸的酒的表面的菌膜是____大量繁殖形成的．20、胰岛素是一种蛋白质分子；它含有α；β两条肽链，α链含有21个氨基酸，β链含有30个氨基酸，两条多肽链间通过两个二硫键（两个-SH脱去H后由-S-S-连接而成）连接，在α链上也形成一个二硫键．如图为胰岛素的平面结构示意图，根据以上材料回答下列问题：（1）胰岛素分子中含有肽键____个，肽键可表示为____．从理论上分析，胰岛素分子至少有“-NH2”和“-COOH”分别是____个，这51个氨基酸分子先在胰腺细胞的____上经____方式形成两条肽链，最后形成具有结构的胰岛素，相对分子质量比原来减少了____．决定胰岛素合成的基因至少需要____个碱基对，所转录的mRNA至少有____个遗传密码．（2）人体中胰岛素的含量过低，会导致相应的疾病，其治疗时胰岛素不能口服，只能注射，原因是____．评卷人得分四、判断题(共1题，共9分)21、人体中被病原体感染的细胞和衰老细胞的清除，都需要通过细胞凋亡实现．____（判断对错）评卷人得分五、非选择题(共1题，共3分)22、如图为毛白杨和云杉两种植物在温度；水分均适宜的条件下；光合速率与呼吸速率的比值（P/R）随光照强度变化的曲线图。

细胞凋亡概述细胞凋亡是一种由程序性细胞死亡引起的生物学现象。

正常情况下，细胞的生命周期是由细胞增殖和凋亡平衡维持的。

当细胞受到DNA损伤、缺氧、毒素或其他外部刺激时，会启动凋亡程序，以保持组织和器官的稳态。

细胞凋亡最早是由美国生物学家约翰·科尔曼发现的，他在20世纪60年代首次观察到了这一现象。

随着细胞生物学和遗传学研究的深入，人们对凋亡的机理和调控途径有了越来越深入的理解。

细胞凋亡的机理非常复杂。

一般来说，细胞凋亡可以通过内源性通路和外源性通路进行调控。

内源性通路主要包括线粒体通路、内质网通路和线粒体-内质网相互作用通路，这些通路都涉及到一系列的信号分子和蛋白质的参与。

外源性通路则主要是通过死亡受体和相关蛋白质传导信号，最终引发凋亡。

在细胞凋亡的过程中，主要涉及到一系列的信号分子和蛋白质的参与。

caspase家族蛋白酶是细胞凋亡的核心因子，它通过一系列的酶活化和底物剪切过程，最终导致细胞的凋亡。

Bcl-2家族和IAP家族的信号蛋白也在调控凋亡过程中发挥着重要作用。

细胞凋亡还受到一系列的调控因子的影响，如p53蛋白、miRNA和细胞周期蛋白等。

这些调控因子在细胞受到损伤时能够启动凋亡程序，保持细胞内部环境的稳定。

细胞凋亡不仅在正常生理过程中发挥着重要作用，还在疾病发生和发展中起到关键性作用。

细胞凋亡的失调与许多疾病的发生密切相关，如肿瘤、心血管疾病、炎症性疾病等。

深入研究细胞凋亡的机理和调控途径，对于预防和治疗这些疾病具有重要的意义。

在肿瘤治疗中，利用细胞凋亡的机制可以实现抗肿瘤药物的研发和临床应用。

目前，一些抗肿瘤药物主要是通过诱导细胞凋亡来抑制肿瘤细胞的生长和扩散，如多西紫杉醇和铂类药物等。

利用细胞凋亡的机制还可以开发新型的抗肿瘤治疗策略，如免疫疗法和基因治疗。