《细胞分化衰老和凋亡》教案2.docx
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《细胞分化衰老和凋亡》教案2
细胞分化、衰老和凋亡
【本讲教育信息】
一.教学内容：
细胞的分化
细胞的衰老和凋亡
二.重点和难点
1.教学重点
细胞分化的概念和意义及实例
细胞衰老的特征细胞凋亡的含义
细胞凋亡与细胞坏死的区别
癌细胞的主要特征
致癌因子
2.教学难点
个体衰老与细胞衰老的关系
癌细胞的主要特征
原癌基因与抑癌基因的区别
三.具体内容
（一）细胞分化：
1.细胞分化的概念
在个体发育中，相同细胞的后代在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，叫做细胞的分化。
2.发生时期
是一种持久性变化，它发生在生物体的整个生命活动进程中，胚胎时期达到最大限度。
细胞的分化形成了多种不同形态、结构、功能的细胞，进而形成了生物的不同组织。
同一生物不同组织中细胞的形态功能表现为多样性，实际上是构成细胞的蛋白质的多样性，从本质上说，是由于基因表达的多样性。
细胞分化过程的特点
（1）细胞分化是一个渐变过程。
在胚胎发育的早期，细胞外观上尚未出现明显变化前，细胞的分化前途就已经决定，以后依次渐变；
（2）细胞分化是一种持久性的变化，它发生在生物体的整个生命过程中，但在胚胎时期达到最大限度；
（3）细胞分化是一种稳定性的变化；在个体发育中是不可逆的。
细胞分化的渐变性是指一个在形态、结构和生理功能上高度特异性的细胞，其特化的过程并不是一蹴而就的，而往往要历经一个程序化的、逐渐演变的过程。
在胚胎发育的早期，细胞之间在外观上并没有明显的差别，但此时不同部位的细胞将来分化的方向及分化的程度都已经确定，而后细胞的演化就是按照这种既定的程序有条不紊地向最终的特化方向依次进行下去。
3.细胞分化的意义
细胞的分化是一种生物界中普遍存在的生命现象，是多细胞生物个体结构复杂化和功能完善的细胞学基础。
（1）经过细胞分化，在多细胞生物体内会形成各种不同的细胞和组织。
（2）一般多细胞生物体发育的起点是一个细胞，细胞的分裂只能繁殖出许多相同的细胞，只有经过细胞分化才能形成各种组织，器官和系统，才能形成胚胎、幼体，并发育成成体。
4.如何理解细胞的分化与分裂之间的区别和联系
细胞的分裂和分化都是生物体重要的生命特征，往往同时体现于许多功能正常的活细胞（如各种干细胞）的生命历程中。
细胞分裂结束后，细胞生活有三种状态：
一是继续分裂增殖，如根尖分生区细胞；二是暂不分裂增殖，如植株上受顶芽抑制的侧芽细胞；三是不再进入细胞周期而发生分化，如人体的红细胞、神经细胞等。
两者虽然是完全不同的生理过程，但又不是毫无关联、绝对孤立的。
具体体现在：
（1）细胞的分裂与分化往往是相伴相随的，常常表现出边分裂边分化的现象，细胞分化的渐变性就是一个很好的例证。
（2）随着细胞分化程度的增进，细胞的分裂能力也逐渐下降，最后高度分化的细胞也同时失去了分裂能力，这种现象从另一个侧面也反央出两者之间的伴随关系。
（3）细胞的分化并不是单个细胞或少数细胞的孤立变化，而必须以细胞增殖生成的一定数量的细胞作基础。
两者的区别表：
概念
定义
原因
结果
意义
特性
分裂
细胞增殖的过程
①细胞表面积与体积发展的不平衡
②细胞核与细胞质发展的不平衡
③生殖的需要
生成相同细胞
①促进多细胞生物个体的生长
②单细胞个体的增殖
局部性
周期性
分化
相同细胞的后代产生稳定性差异的过程
基因的选择性表达（或基因的差异性表达）
生成不同细胞
①组织、器官的形成与完善
②组织、器官的修复
稳定差异性；不可逆性；渐变性；自控性
5.细胞的全能性
细胞全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育的潜能。
大量科学实验证明，高度分化的植物细胞仍然有发育成完整植物的能力。
（二）细胞的衰老和凋亡
1.细胞的衰老是细胞生命活动的基本特征这一
细胞的衰老是正常生理现象。
生物体内的绝大多数细胞，都要经过未分化、分化、衰老、死亡这几个阶段。
在生物体内每时每刻都有细胞在衰老、死亡，同时又有新增殖的细胞来代替它们。
如人的红细胞的寿命平均为120天，即在120后体内所有的红细胞都被更新。
对多细胞生物而言，细胞的衰老与死亡和机体的衰老与死亡是两上概念，机体的衰老并不等于所有细胞的衰老，但是细胞的衰老、死亡也不等于机体的衰老、死亡。
2.衰老细胞的主要特征
细胞衰老的过程是细胞生理与生化发生复杂变化的过程，如呼吸速率减慢、酶活性降低等，最终反映的细胞形态结构的变化。
（1）在衰老的细胞内水分减少，结果使细胞萎缩，体积变小，细胞新陈代谢的速度减慢。
人体内的含水量，年轻人比老年人多，所以年轻人的生命活力比老年人强，新陈代谢代谢速度也快。
老年人体内含水量下降，导致细胞新陈代谢速度减慢。
（2）衰老的细胞内酶的活性降低
阐述：
由于人的头发基部的黑色素细胞衰老时，细胞中的酷氨酸酶活性降低，就会导致头发变白。
（3）细胞内的色素会随着细胞衰老而逐渐积累
（4）衰老的细胞内呼吸速度减慢，细胞核体积增大，染色质固缩、染色加深
（5）细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低
知识拓展：
3.细胞的凋亡
动物的大多数细胞在发育的一定阶段出现正常的自然死亡，称为细胞程序死亡，细胞程序死亡和细胞病理死亡有根本的区别。
细胞程序死亡是一种细胞的生理控制机制。
（三）细胞的癌变
1.癌细胞
在个体发育中，有的细胞由于受到致癌因子的作用，不能正常地完成细胞分化，而变成不受机体控制的，连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞称为癌细胞。
2.癌细胞的特征
（1）能够无限增殖
在人的一生中，体细胞能够分裂50~60次，而癌细胞却不受限制，可以长期增殖下去。
如1951年由一位名叫海拉（HenriettaLacks）的宫颈癌细胞分离建立的HeLa细胞系，至今仍在世界许多实验室中广泛传代使用，成为研究癌症的材料。
但这位患者已死去四十多年。
（2）癌细胞的形态结构发生了变化
细胞培养中的正常的成纤维细胞是呈扁平梭形的，当这种细胞转化成癌细胞后就变成球形了；癌细胞的细胞核也较正常细胞的大，有时形态也变得不规则，核仁也变大了，染色时核的着色也明显加深。
（3）细胞膜的表面也发生了变化
细胞膜上有糖脂、糖蛋白等物质，这些物质在细胞识别、细胞通讯和细胞连接中起着重要的作用，但癌细胞的表面这些物质明显减少，糖链短缺不全，彼此间的粘着性减小，在机体内到处游走，穿入到各种组织器官中去，这就是所谓的“癌细胞转移”，到处分裂、繁殖，形成肿块。
癌细胞失去接触抑制，正常细胞生长相互接触后，其运动和分裂活动都要停顿下来。
在体外培养条件下则表现为细胞贴壁生长汇合成单层即停止生长。
癌细胞则不同，其分裂和增殖并不因细胞相互接触而终止，在体外培养时细胞可堆累成立体细胞群，故癌细胞接触对癌细胞的增殖无抑制作用。
3.致癌因子
（1）物理致癌因子
物理致癌因子主要是指辐射致癌。
阐述：
最早发现具有致癌作用的是放射性物质发出的电离辐射，后来发现象X射线、紫外线等均可致癌。
卓越的物理学家，放射性元素发现者贝克勒尔（A.H.Begueral，1852—1908）和居里夫人（M.Curie，1867—1934）均因长期接触放射性物质受到辐射损伤而为科学事业捐躯（居里夫人最后死于白血病），1903年他们因发现放射性物质而获得诺贝尔奖金。
40年后（1945年）日本广岛和长崎两地的原子弹受害者因受辐射损伤而诱发了大批的白血病患者。
（2）化学致癌因子
阐述：
迄今为止，已知的具有致癌作用的化学物质达数千种之多，有无机物也有有机物。
无机物中有砷、石棉、铬化合物、镍化合物等。
有机物中有苯、联苯胺、杂环烃、煤焦油、黄曲霉素、亚硝酸胺等。
由于致癌物质具有时间和剂量效应，故还可能有若干化学致癌物质尚未发现。
（3）病毒致癌因子
阐述：
能引起细胞癌变的病毒称为肿瘤病毒或致癌病毒。
现已发现有150余种病毒可引起动物或植物产生肿瘤，肿瘤病毒中有DNA病毒，也有RNA病毒。
4.原癌基因、抑癌基因
细胞分裂、细胞分化和细胞癌变的区别
细胞增殖是生物体的重要生命特征，细胞以分裂的方式进行增殖。
细胞分裂可使单细胞生物产生新的个体，使多细胞生物产生新细胞，用来补充体内衰老和死亡的细胞；通过细胞分裂，可以将复制的遗传物质，平均地分配到两个子细胞中去。
可见，细胞分裂是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。
细胞分化是生物界中普遍存在的一种生命现象，细胞后代在形态、结构和功能上发生稳定性差异的过程称为细胞分化，经过细胞分化，在多细胞生物体内就会形成各种不同的细胞和组织。
因此，仅有细胞的分裂增殖，而没有细胞的分化，生物体是不能进行正常的生长发育的。
在个体发育过程中，大多数细胞能够正常地完成细胞分化。
但是，有的细胞由于受到致癌因子的作用，不能正常地完成细胞分化，而变成不受有机体控制的连续进行分裂的恶性增殖的细胞，这种细胞就是癌细胞，它能够无限增殖。
正常的细胞都有一定的最高分裂次数，如人的细胞一生只能分裂50~60次。
然而癌细胞却失去了最高分裂次数，成为无限增殖的“不死”永生细胞，而且癌细胞形态结构发生了变化，细胞表面也发生了变化，由于细胞膜上的糖蛋白质等物质减少，使得细胞彼此间的粘着性减少，导致癌细胞在有机体内易分散和转移。
【典型例题】
[例1]多细胞生物体在发育进程中起决定作用的是（ ）
A.细胞分裂 B.细胞生长 C.细胞衰老 D.细胞分化
解析：
在细胞增殖和细胞分化的共同作用下，才能完成生物体的正常生长发育，但细胞分化在生物体的发育中起着决定性的作用。
答案：
D
[例2]下列实例中能体现细胞全能性的是（ ）
①用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成了可育的完整植株
②植物用种子繁殖后代
③用烟草的单个组织培养出了可育的完整植株
A.①② B.①③ C.②③ D.①②③
解析：
细胞全能性是指已经分化的细胞仍然具有发育的潜能。
其中①和③都属于由分化的细胞经过培养形成可育的完整植株，体现了细胞的全能性。
植物用种子进行繁殖后代，实际上就是由一个受精卵，通过细胞的增殖和分化发育成新个体。
所以是由未经分化的细胞（受精卵）发育成新个体的过程，因此不能体现细胞的全能性。
答案：
B
[例3]如图所示某植株的形成层细胞，通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培育过程，已知该植株细胞有10对染色体。
（1）愈伤组织是形成层细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，在愈伤组织的培养过程中，必须从培养基中获得_________和小分子有机物等营养物质。
（2）试管苗的细胞核中有_______个DNA分子。
（3）该实验说明植物细胞具有_________性。
（4）该试管苗的形成经历了___________等几个过程。
解析：
本题考查全能性的概念及多细胞生物体的形成过程，同时还考查了对染色体成分的掌握情况。
答案：
（1）水、无机盐
（2）20 （3）全能 （4）细胞分裂→细胞脱分化→愈伤组织→再分化→组织、器官的形成→新个体的形成
[例4]衰老的红细胞具有下列哪些特征（ ）
①水分减少，细胞萎缩 ②新陈代谢的速率减慢 ③某些酶的活性降低 ④呼吸速率上升 ⑤色素积累增多 ⑥细胞内的呼吸速度减慢 ⑦细胞核体积增大 ⑧细胞膜的通透性功能改变
A.①②③④⑤⑥⑦⑧ B.①②③⑤⑥⑦⑧
C.①②③⑤⑥⑧ D.①②③④⑤⑧
解析：
考查红细胞的结构及衰老细胞的特征。
衰老的细胞共具有以下五项特征：
（1）在衰老的细胞内水分减少，细胞萎缩，体积变小，新陈代谢的速率减慢。
（2）在衰老的细胞内，有些酶的活性降低。
（3）细胞内的色素会随着细胞衰老而逐渐积累。
（4）衰老的细胞呼吸速率减慢，细胞核体积增大，染色质收缩、染色加深。
（5）细胞膜通透性功能改变。
根据上述特征判断：
①②③⑤⑥⑦⑧都符合衰老细胞的特征，由于红细胞没有细胞核，因此还应排除⑦。
答案：
C
[例5]老年人有老年斑，对此最合理的解释是（ ）
A.细胞内水分减少，细胞萎缩
B.细胞核体积增大，染色质收缩，染色加深
C.细胞中酪氨酸酶活性降低
D.细胞内脂褐素占有的面积增大
解析：
衰老的细胞有许多特征，但与此题相关的是细胞内的色素会随着细胞的衰老而逐渐积累，就会表现出一些老年斑。
答案：
D
[例6]一个患有原发性胃癌的病人，体检时发现肝部也有癌细胞，这是因为（ ）
A.癌细胞能够无限增殖 B.胃部癌细胞形态、结构发生变化
C.癌细胞能够分散和转移 D.癌细胞表面产生了新的膜抗原
解析：
癌细胞具有能够无限增殖、细胞形态结构发生变化、细胞能够分散和转移、产生新的膜抗原等特征。
题干中的实例说明癌细胞能够分散和转移。
答案：
C
[例7]2001年诺贝尔生物学或医学将授予了三位科学家。
这三位科学家发现了调控细胞周期的一系列基因以及相关的酶和蛋白质。
这项工作对肿瘤研究等领域产生了重大影响。
请回答下列问题。
（1）有人称恶性肿瘤为细胞周期病，其根据是调控细胞周期的基因发生突变，导致细胞周期失控，癌细胞_________。
（2）治疗恶性肿瘤的途径之一是用药物抑制________的合成，从而将癌细胞的细胞周期阻断在有丝分裂间期。
若用药物抑制纺锤体的形成，则癌细胞的细胞周期将被阻断在有丝分裂的_______期。
解析：
根据最新的研究成果，癌症是由于调控细胞周期的基因发生突变，导致细胞周期失去控制，而使细胞无限增殖成为癌细胞。
如果用药物抑制了肿瘤细胞的DNA复制，癌细胞将停止分裂；纺锤体的形成于细胞有丝分裂的前期。
答案：
（1）无限（恶性）增殖
（2）DNA的复制和有关蛋白质 前
[例8]癌细胞通常是正常细胞的基因发生改变后形成的。
癌细胞的特性包括细胞的无休止和无序的分裂，并有侵袭性（向周围组织浸润）和转移性。
在过去的几十年，出现了多种治疗癌症的方法，主要包括手术治疗、放疗、化疗、激素治疗、基因治疗和免疫治疗等。
请回答下列一组有关癌症及其治疗的问题。
（1）通常能够引起基因改变的因素可能有（填序号）_________。
A.紫外线 B.甘油 C.肝炎病毒 D.煤焦油及其衍生物
E.葡萄糖 F.尼古丁 G.丙醋酸 H.核辐射
（2）上述因素使正常细胞中的_______由_______状态变成_______状态，从而导致癌变的发生。
（3）化疗时采用的烷化剂，如二氯甲二乙胺能够与DNA分子发生反应，从而阻止参与DNA复制的酶与DNA的相互作用。
此类药品作用于癌细胞有丝分裂周期的_________期。
化疗还可以采用其他药物，如5-氟尿嘧啶，它的结构与尿嘧啶非常相似，可以干扰DNA复制以及________和________的合成。
（4）放疗是利用放射线，如用放射性同位素产生的α、β、γ射线和各类X射线治疗机或加速器产生的X射线、电子束、中子束、质子束及其他粒子束等照射患处，并杀死癌细胞的一种方法。
放疗与化疗相比，对患者全身正常细胞影响较小的是___________。
（5）在正生理条件下，人体血管内皮细胞的倍增时间约为1年。
而持续的和不受调节控制的血管生成将会出现大量病态、肿瘤转移和内皮细胞的异常生长等现象，这种血管生成速度十分迅速，对于癌细胞生命活动的作用是____________。
（6）研究人员从人体的DNA中筛选克隆出内皮抑制素基因，将此基因转移到双歧杆菌中，使其能够正常表达。
将用这种方法得到的双歧杆菌制成口服制剂，此制剂可以用于抑制癌症。
在这种药物用于临床治疗之前，应该先进行动物实验，以确定制剂对机体内重要脏器的安全性。
写出简要的实验设计方案。
实验材料：
转基因双歧杆菌口服制剂，普通饲料，健康鼠4只，性别体重如下表所示：
代号
甲
乙
丙
丁
性别
雌
雄
雌
雄
体重/g
78
76
99
101
实验设计：
①第一步：
将实验鼠按雌、雄搭配分为实验组、对照组，__________________。
②第二步：
__________________________________________。
③第三步：
饲养相同时间后，分别解剖观察实验组、对照组的鼠，检查重要脏器发生病变的情况。
解析：
癌细胞是一种不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，它是由于正常细胞受到致癌因子的作用，使正常细胞中的原癌基因由抑制状态转化成激活状态，导致细胞不能正常地完成细胞分化的结果。
致癌因子通常包括物理致癌因子，如电离辐射、X射线；化学致癌因子，如砷、苯、煤焦油等；病毒致癌因子，如150多种病毒。
根据癌变的机理，人们在治疗癌症时常采用化学疗法与物理疗法，它们的分别是阻止癌细胞的增殖及杀死癌细胞。
癌细胞在增殖过程中必须经过DNA的复制，因此化疗时常通过化学抑制剂阻止癌细胞DNA的复制（某些药物还可干扰癌细胞中RNA与蛋白质的合成）来阻止癌细胞的增殖。
但化疗有明显的缺陷，即化学物质抑制癌细胞增殖的同时对正常细胞的分裂也会产生不利影响。
放疗即通过放射性同位素产生的α、β、γ射线和各类X射线治疗机或加速器产生的x射线、电子束、中子束、质子束及其他粒子束等照射到患处杀死癌细胞。
因此，放疗对患者全身正常细胞影响较小。
癌细胞在代谢过程中需要吸收氧气和营养物质，同时也要将代谢终产物及时运走，因此，患者血管生长速率十分迅速，这有利于癌细胞的生长繁殖，有利于癌细胞向其他部位转移。
任何一种药物在用于临床之前，均应该先进行动物实验，以确定该制剂对机体内重要脏器的安全性，在动物实验中要设计实验组与对照组的，要遵循单一变量原则，同时又要保证实验组与对照组的动物能够进行基本的新陈代谢，完成生长与发育，以免实验动物在中途死亡而使实验失败。
答案：
（1）A、C、D、F、H
（2）原癌基因 抑制 激活 （3）间 RNA 蛋白质 （4）放疗 （5）为癌细胞提供氧气和营养物质，运走癌细胞的代谢终产物，这有利于癌细胞的生长繁殖，有利于癌细胞向其他部位转移 （6）①甲与丁、乙与丙或乙与丁、甲与丙②每日为小鼠提供相同的食物、水；给实验组定时服用双歧杆菌制剂，同时给对照组服用等量的水
【模拟试题】
1.一般情况下，下列的细胞中分化的程度由高到低的顺序依次是（ ）
a卵细胞 b受精卵 c胚胎干细胞 d造血干细胞 e神经细胞
A.eabcd B.ecabd C.eadbc D.eadcb
2.胚胎干细胞是哺乳动物或人早期胚胎中的细胞，再进一步分裂、分化形成各种组织干细胞。
下列叙述不正确的是（ ）
A.各种组织干细胞分化形成各种不同组织细胞是基因选择性表达的结果
B.胚胎干细胞有细胞周期，神经干细胞分化形成的神经细胞没有细胞周期
C.造血干细胞分化形成红细胞、白细胞的过程是不可逆的
D.肝脏干细胞分化形成肝脏细胞的过程表现了细胞的全能性
3.下列细胞中具有全能性的是（ ）
A.肝细胞 B.大豆的叶肉细胞 C.神经细胞 D.口腔上皮细胞
4.关于细胞分化的叙述，下列哪一项是错误的（ ）
A.细胞分化是一种持久性的变化，它发生在生物体的整个生命过程中
B.细胞分化在胚胎时期达到最大限度
C.随着细胞分化的进行，细胞中的遗传物质种类会发生变化
D.高度分化的动物细胞的细胞核保持着全能性
5.Science杂志评出“饿死肿瘤研究”为“2004年十大科技突破”之一。
临床实验结果显示：
一种抑制肿瘤血管生长的药物与传统化疗药物结合，可延长癌症患者的存活期。
这里运用的原理不包括（ ）
A.抑制癌细胞的分裂 B.减少癌细胞营养供应
C.阻止癌细胞的增殖 D.诱发癌细胞基因突变
6.下列细胞可能癌变的是（ ）
A.游离组织形态改变 B.核增大，染色质固缩
C.膜透性增大，运输功能降低 D.酶的活性降低
7.在不断增长的癌组织中，每个癌细胞（ ）
A.都具有两个中心体，且分别位于细胞的两极
B.都有数目相同的染色体组
C.都在诱导因素的影响产生了原癌基因
D.DNA的量未必相同
8.一个患有原发性胃癌的病人，体检时发现肝部也有癌细胞，这是因为（ ）
A.癌细胞能够无限增殖 B.胃部癌细胞形态、结构发生变化
C.癌细胞能够分散和转移 D.癌细胞表面产生了新的膜抗原
9.如图是培养人体内两种细胞时，细胞在培养瓶壁的生长和分布情况。
下面对这两种状态的细胞作出的判断，你认为正确的是（ ）
A.a是正常细胞，b是已经分化的细胞
B.a是正常分化的细胞，b是癌细胞
C.a是正常细胞，b是癌细胞
D.a是癌细胞，b是正常细胞
10.下列实例中能体现细胞全能性的是（ ）
①用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成了可育的完整植株
②植物用种子繁殖后代
③用烟草的单个组织培养出了可育的完整植株
A.①② B.①③ C.②③ D.①②③
11.据图回答问题：
（1）①→②、①→④的过程叫做______。
（2）①→③的过程叫做______。
（3）③→⑤的过程叫做______。
（4）组成②、③、④细胞的______、______、_______不同，因此它们属于不同的______。
（5）①~⑤所示各细胞群中，具有分裂能力的是标号______所示细胞群。
12.白血病是一种恶性血液病。
目前主要通过骨髓移植治疗白血病，而造血干细胞配型是骨髓移植能成功的关键。
（1）白血病等恶性肿瘤细胞具有能够无限增殖、形态结构发生改变以及细胞膜上 等物质减少导致在体内易 的特征。
（2）调查1930年至1990年男性肺癌的死亡率逐年提高，从人类生活习惯分析可能是由于 导致 被激活，从而使正常细胞发生癌变。
（3）干细胞包括胚胎干细胞和成体干细胞。
胚胎干细胞能通过 和 形成各种组织器官，表明胚胎干细胞具有 。
13.与细胞相关内容之一：
下图是细胞重大生命活动的图示，根据下图回答下列问题：
（1）该图表示的是__________生物细胞重大生命活动图示。
（2）细胞识别是细胞信号传导的前提，它是通过______________实现的，细胞识别的物质基础是该结构上有____________________。
（3）在ABCD中，染色体结构动态变化主要发生在____________，基因选择性表达的过程则发生在________，对于生物体有积极意义的过程是____________。
（4）细胞分化过程中，如果由于某种因子的作用，就有可能使
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