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1、第二课时细胞的分化、衰老、凋亡和癌变知识诠释思维发散一、细胞的分化及全能性1.细胞分化(1)概念:在个体发育中,由一个或多个细胞增殖产生的后代,在形态、结构和生理功能上发生一系列稳定性差异的过程。(2)特征:细胞分化具有持久性、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)原因:在个体发育中,不同的细胞遗传信息执行的情况不同,即在特定的时间和空间条件下基因的选择性表达。(4)意义:细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象,是生物个体发育的基础;细胞分化使生物体中的细胞趋向专门化,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
2、完整个体的潜能。(2)实例:已分化的植物细胞具有发育成完整个体的全能;高度分化的动物细胞无全能性,但细胞核具有全能性。(3)原因:细胞核中含有本物种生长发育的全套遗传物质。(4)干细胞:动物和人体内保留着少量具有分裂和分化能力的细胞。(5)全能性比较:植物细胞动物细胞;受精卵生殖细胞体细胞。(6)细胞分化程度与全能性的关系:分化程度越低的细胞全能性越高。二、细胞的衰老、凋亡和坏死1.衰老的特征细胞凋亡细胞坏死原因由基因决定不利因素的影响(极端的物理、化学因素或病理性刺激)2.细胞凋亡与细胞坏死的比较特点是主动的,自行结束细胞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实
3、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三、细胞的癌变1.概念:细胞由于受到致癌因子的作用,细胞中的遗传物质发生变化,变成了不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞。2.特征(1)在适宜条件下,能够无限增殖。(2)癌细胞的形态结构发生显著变化。(3)癌细胞的表面发生了变化。由于细胞膜上的糖蛋白等物质减少,使得癌细胞彼此之间的黏着性显著降低,导致癌细胞容易在体内分散和转移。3.致癌因子的种类(1)物理致癌因子:主要指辐射,如紫外线、X射线等。(2)化
4、学致癌因子:如砷、苯、煤焦油、石棉等。(3)病毒致癌因子:能使细胞发生癌变的病毒。4.癌变机理核心突围技能聚合一、细胞分化及细胞的全能性1.细胞分裂和细胞分化的关系细胞分裂细胞分化结果 细胞数量增多,产生相同的细胞细胞形态、结构、生理功能发生稳定性差异时间 从受精卵开始,有些部位的细胞终生保持分裂能力,有的细胞发育到一定的时期就停止分裂发生于整个生命进程中:胚胎早期开始出现细胞分化,是一种持久性的变化,在胚胎期达到最大限度部位 局部普遍意义保持了亲代和子代之间遗传性状的稳定性没有细胞分化,生物体就不能进行正常的发育联系细胞分化是以细胞分裂为基础的;两者相伴相随,常常是边分裂边分化,随着细胞分化
5、,细胞的分裂能力逐渐下降,最后高度分化的细胞同时失去了分裂能力2.细胞具有全能性的原因体细胞都是受精卵有丝分裂的后代细胞,有丝分裂前后细胞中染色体数、核DNA分子数不变,其遗传特性也不变。花药离体培养时所用的花粉是减数分裂形成的,虽然只有正常体细胞遗传物质的一半,但携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息。细胞的全能性是生物组织培养和克隆的理论依据。3.细胞全能性表达的条件离体(必要条件)、一定的营养物质(无机盐、维生素、氨基酸等)、激素(细胞分裂素、生长素)、适宜的条件(适宜的温度、pH等)。规律精讲精析1.干细胞类型按分化潜能的大小,干细胞基本上可分为3种类型:全能干细胞,它具有形
6、成完整个体的分化潜能,胚胎干细胞就属于此类;多能干细胞,它具有分化出多种细胞组织的潜能,但却失去了发育成完整个体的能力,如造血干细胞;专能干细胞,只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化,如皮肤生发层的干细胞。2.各种干细胞的相互关系典例1(2011年山东理综)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【思路剖析】体细胞全能性是指体细胞经过细胞增殖、分化后形成完整个体的潜能,属于无性生殖。玉米种子经生殖细胞的结合,由受精卵发育而来,属
7、于有性生殖,不能体现体细胞的全能性。造血干细胞形成各种血细胞,是细胞增殖、分化的结果,由于没有发育成个体,没有体现全能性。小麦花粉属于生殖细胞,因此花粉培育成单倍体植株只体现了生殖细胞的全能性。【答案】D二、细胞的衰老、凋亡和癌变1.细胞衰老与凋亡是一种正常现象,是生命活动的基本特征之一,是由基因控制的程序性行为。2.个体衰老和细胞衰老的关系单细胞生物:个体衰老或死亡与细胞衰老或死亡同步。多细胞生物:个体衰老与细胞衰老有密切的关系。个体衰老过程是组成个体的细胞普遍衰老的过程,但未衰老的个体内也有细胞衰老。3.细胞凋亡的意义:在生物体的一生中,细胞凋亡与细胞增殖共同维系细胞分化的动态发展,在胚胎
8、发育过程中保证组织分化和器官形成的正常进行,在胚后发育过程中保证机体进行正常的细胞更新。4.细胞分化、分裂、癌变及凋亡的关系(1)原癌基因是维持机体正常活动所必需的基因,在细胞分裂过程中它负责调节细胞周期,控制细胞生长和分裂的进程;而抑癌基因主要是阻止细胞不正常的增殖。(2)抑癌基因和原癌基因共同对细胞的生长和分化起着调节作用。(3)癌变是由于原癌基因和抑癌基因发生突变,导致细胞异常分裂,且对这种异常分裂机体又无法阻止而造成的。5.原癌基因与抑癌基因的关系思维误区规避癌症的发生一般并不是单一基因的突变,而至少在一个细胞中发生56个基因突变,才能赋予癌细胞所有的特征,即癌细胞不仅增殖速度快,而且
9、其子代细胞能逃脱细胞衰老的命运,取代相邻正常细胞的位置,不断从血液中获取营养,进而穿越血管壁,在新的组织部位定着、存活与生长。典例2(2011年江苏高考)关于人体细胞分化、衰老、凋亡和癌变的叙述,正确的是()A.细胞分化导致基因选择性表达,细胞种类增多B.细胞衰老表现为酶活性降低,细胞核体积减小C.细胞凋亡受基因控制,不利于个体生长发育D.细胞癌变导致细胞黏着性降低,易分散转移【思路剖析】由于基因选择性表达导致细胞分化,细胞的种类增加;衰老的细胞中大多数酶的活性降低,细胞核体积增大,细胞的体积变小;细胞凋亡属正常的生命现象,受基因控制,对机体是有积极意义的;癌细胞膜表面糖蛋白减少,细胞之间的黏
10、着性降低,使癌细胞容易分散、转移。【答案】D典例3(2011年山东理综)下列有关细胞癌变的叙述,正确的是()A.基因突变导致的各种细胞癌变均可遗传B.石棉和黄曲霉毒素是不同类型的致癌因子C.人体的免疫系统对癌变细胞具有清除作用D.癌变细胞内酶活性降低导致细胞代谢减缓【思路剖析】基因突变导致的变异属于可遗传变异,但并不一定都能遗传给下一代,如动物体细胞发生的基因突变就不能够遗传。石棉和黄曲霉毒素都是化学致癌因子。免疫系统除了具有防卫功能外,还有监控和清除功能:监控并清除体内已经衰老或因其他因素而被破坏的细胞,以及癌变的细胞。细胞癌变后,细胞能够无限增殖,此时细胞代谢增强,酶的活性也较高。【答案】
11、C1.(2013年抚顺一中月考)细胞分化是生物界普遍存在的一种生命现象,下列不正确的 是()A.分化发生在生物体的整个生命进程中B.分化是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果C.未离体的体细胞不会表现出全能性D.分化过程中遗传物质发生了改变程中,细胞中的遗传物质没有改变。细胞只有脱离了原有的生物体,在一定的外部因素作用下,才能表现出全能性。【答案】D【思路剖析】细胞分化发生在生物体的整个生命过2.大多数老年人头发变白的直接原因是头发基部细胞内()A.物质转运加速B.细胞中含水量降低C.呼吸速率加快D.与黑色素合成相关的酶活性降低衰老细胞中含水量低是老年人出现皱纹等的原因。【答案】D【思
12、路剖析】老年人头发变白的直接原因是头发基部细胞内与黑色素合成相关的酶的活性降低导致的,3.下列有关细胞生命活动的叙述,正确的是()A.分裂期的细胞不进行DNA复制和蛋白质合成B.免疫系统中的记忆细胞既有分化潜能又有自我更新能力C.凋亡细胞内的基因表达都下降,酶活性减弱D.原癌基因突变促使细胞癌变,抑癌基因突变抑制细胞癌变DNA的复制和有关蛋白质的合成;凋亡细胞内促使细胞凋亡的基因进行表达,与之有关的酶的活性不减弱;原癌基因和抑癌基因都发生突变,导致细胞癌变的发生。【答案】B【思路剖析】分裂期的细胞在细胞质中也可以进行4.下图表示细胞内发生的一系列重大生命活动,请回答下列问题:(1)对于人体来说
13、,在A、B、C、D四项生命活动中,无积极意义的是。(2)B过程的实质是。(3)人在胚胎时期尾会自动消失,这是通过实现的。(4)具有图示各项生命活动的个体,在其体细胞增殖的后期,染色体的动态变化是、。(5)癌症患者的免疫系统,在方面的功能比较低下。【思路剖析】(1)细胞癌变后会无限增殖,形成恶性肿瘤。(2)细胞分化的实质是基因的选择性表达。(3)人在胚胎时期尾会自动消失,属于细胞凋亡,是一种自然的生理过程。(4)体细胞增殖的后期,染色体上的着丝点分裂,姐妹染色单体分离,成为两条子染色体,在纺锤丝的牵引下分别移向细胞的两极。(5)免疫系统具有防卫、监控和清除功能,癌症患者的免疫系统的监控、清除功能
14、比较低下。【答案】(1)D(2)基因的选择性表达(3)细胞凋亡(4)着丝点分裂,姐妹染色单体分离两套子染色体分别移向细胞两极(5)监控(“和清除”可不答)基础角度思路一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分)1.(基础再现)下列生命过程中,没有发生细胞分化的是()A.断尾壁虎长出新尾巴B.砍伐后的树桩上长出新枝条C.蝌蚪尾巴消失的过程D.胚胎发育中出现造血干细胞【思路剖析】该题解题的依据是细胞分化与细胞凋亡的概念。细胞分化是指在个体发育中,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。根据这个概念可以判断出选项A、B、D都发生了细胞分化,而C项发生了细胞凋
15、亡。【答案】C2.(基础再现)骨髓移植是治疗白血病常用的有效方法之一,最主要的原因是移植骨髓中的造血干细胞可在患者体内()A.正常生长B.增殖并分化成多种细胞C.分泌抗体D.杀死各种病原菌髓移植是目前治疗白血病的一种比较有效的方法。【答案】B【思路剖析】考查学生的理解能力。白血病又称血癌,病人产生大量的异常白细胞,而正常的白细胞、红细胞和血小板产生量减少。移植骨髓中的造血干细胞可以增殖分化形成各种血细胞和淋巴细胞,因此骨3.(基础再现)下列对于细胞分化不同水平的分析,不正确的 是()A.从细胞水平分析,细胞分化是细胞的形态、结构和功能改变的结果B.从细胞的亚显微结构水平分析,细胞分化是细胞器的
16、数目、形态、结构、功能及细胞质基质成分和功能改变的结果C.从蛋白质分子的角度分析,细胞分化是蛋白质种类、数量、功能改变的结果,这是细胞分化的根本原因D.从核酸分子的角度分析,细胞分化是基因选择性表达的结果【思路剖析】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,叫做细胞分化。从核酸分子的角度分析,细胞分化是基因选择性表达的结果,这是细胞分化的根本原因。【答案】C4.(基础再现)肿瘤是21世纪人类最主要的杀手,它是一种由环境因素与遗传因素相互作用所产生的复杂性疾病,下列有关癌细胞的叙述不 正 确的是()A.癌变的内在因素是致癌因子使原癌基因和抑癌基因
17、发生突变B.减少癌细胞的营养供应可以抑制癌细胞的增殖C.所有癌细胞中DNA的含量都相同D.用化学药剂抑制肿瘤细胞DNA的复制,使其停留在间期【思路剖析】癌变是由于环境中的致癌因子损伤细胞中的DNA分子,使原癌基因和抑癌基因发生突变。因为癌细胞属于恶性增殖细胞,不同的癌细胞所处的细胞分裂时期可能不同,所以所有癌细胞中的DNA含量不一定相同。【答案】C5.(视角拓展)下列能说明某细胞已经发生分化的是()A.进行ATP的合成B.进行mRNA的合成C.存在血红蛋白D.存在纤维蛋白原基因【思路剖析】同一个体的不同细胞含有本物种全套的基因,所以D项错;分化和未分化的细胞都要合成自身的必需蛋白质,因此都有A
18、TP和mRNA的合成,排除A、B项;血红蛋白是红细胞特有的蛋白质,因此存在血红蛋白的细胞是已经分化的细胞,故选C。【答案】C6.(视角拓展)下图为人体某早期胚胎细胞所经历的生长发育阶段示意图,图中甲、乙为两个阶段的细胞,a、b表示发育变化的模式过程。下列叙述正确的是()A.B.C.D.【思路剖析】DNA复制过程中基因易发生突变;a过程为细胞增殖,间期要进行DNA的复制,故正确。导致b过程产生不同细胞的原因是基因的选择性表达,故错误。细胞的分化程度越高,全能性越低,因此,与甲细胞相比,上皮细胞的分化程度高,全能性低,故错误。b过程为细胞分化,其实质是基因的选择性表达,基因的表达是通过DNA控制蛋
19、白质的合成来实现的,故正确。【答案】A7.(视角拓展)干细胞移植现已成为治疗糖尿病的一种临床新技术。自体骨髓干细胞植入胰腺组织后可分化为 胰 岛 样 细 胞 , 以 替 代 损 伤 的 胰 岛 B 细 胞 , 达 到 治 疗 糖 尿病的目的。下列叙述正确的是()A.骨髓干细胞与胰岛样细胞的基因组成不同,基因表达产物不同B.骨髓干细胞与胰岛样细胞的基因组成相同,基因表达存在差异C.胰腺组织微环境造成骨髓干细胞基因丢失,分化成为胰岛样细胞D.胰腺组织微环境对骨髓干细胞分化无影响,分化是由基因决定的【思路剖析】由题中信息知,胰岛样细胞由自体骨髓干细胞分化而来,胰腺组织是体细胞有丝分裂、分化的细胞,基
20、因与体细胞相同,所以骨髓干细胞与胰岛样细胞及胰腺组织的基因组成相同,但基因选择性表达,产物不同,A项错,B项对;胰腺组织微环境不会造成骨髓干细胞基因丢失,C项错;由骨髓干细胞植入胰腺组织后可分化为胰岛样细胞,可知胰腺组织微环境对骨髓干细胞分化有影响,D项错。【答案】B8.(视角拓展)下列关于细胞增殖、分化、衰老和凋亡的叙述中,不合理的 是()A.细胞总体的衰老导致个体的衰老,但细胞衰老不等同于机体的衰老B.体内正常细胞的寿命受分裂次数的限制C.细胞分化是基因选择性表达的结果,细胞全能性的实现与分化无关D.被病原体感染的细胞的清除是通过细胞凋亡完成的【思路剖析】细胞全能性的实现要经过脱分化和再分
21、化两个阶段,如果没有细胞分化就不会产生组织,也就无法形成个体。【答案】C9.(基础再现,14分)阅读以下资料,回答有关问题:皮肤干细胞的研制成功被评为2007年国际十大科技新闻之一。美国和日本的两个科研小组于2007年11月20日同时宣布:成功地利用人体皮肤细胞制造出具备胚胎干细胞功能的干细胞。随后,美国科学家利用皮肤干细胞治疗老鼠的镰刀型细胞贫血症获得进展,病鼠的血液功能恢复正常。这是科学界利用皮肤干细胞进行医疗研究的首次尝试。随着研究的深入,这一技术将有望用于人类糖尿病、癌症等疾病的干细胞研究和治疗,从而二、非选择题(本题共4小题,共52分)避开利用胚胎干细胞研究面临的伦理争议,并且皮肤细
22、胞可以取自自体,所以不会发生身体排斥反应。(1)皮肤细胞在体内无法转变成其他体细胞,这是因为它是高度分化的细胞,其分化的根本原因是。(2)由皮肤干细胞可以诱导形成各种体细胞,其根本原因是。(3)皮肤干细胞和癌细胞都具有旺盛的能力。但是皮肤干细胞却可以通过诱导而发生,形成各种体细胞。而癌细胞由于细胞膜上的等物质减少,容易在体内分散和转移。(4)利用皮肤干细胞进行疾病研究和治疗,与利用胚胎干细胞相比具有很多优势,请你说出其中两点。干细胞可以避开利用胚胎干细胞面临的伦理争议皮肤细胞可以取自自体,不会发生排斥反应皮肤细胞比胚胎细胞更容易采集(任选两点)【答案】(1)在个体发育过程中遗传信息的执行情况不
23、同(或基因的选择性表达)(2)细胞含有一整套的遗传信息(3)分裂分化糖蛋白(4)利用皮肤10.(视角拓展,14分)图甲为人体的部分细胞分化示意图,图乙为人体细胞结构示意图。请据图回答:(1)图甲中细胞全能性最高的是细胞,骨髓移植实质上是将图甲中的细胞移植到患者体内。(填字母)(2)图甲中的皮肤细胞、肝细胞、白细胞结构和功能不同的原因是。(3)图乙中不具有膜结构的细胞器是。遗传物质存在的场所是。(填序号)(4)若图乙所示细胞为浆细胞,则其抗体从产生到分泌出细胞外,所经历的结构依次为(填序号),研究该过程一般采用的研究方法是。为受精卵;骨髓移植实质上是将图甲中的造血干细胞c移植到患者体内。(2)图
24、甲中的皮肤细胞、肝细胞、白细胞结构和功能不同的实质是基因的选择性表达。(3)图乙中不具有膜结构的细胞器是中心体和核糖体,即。遗传物质存在的场所是线粒体和细胞核,即。(4)若图乙所示细胞为浆细胞,则其抗体从产生到分泌出细胞外,所经历的结构依次为核糖体、内质网、高尔基体和细胞膜,即,研究该过程一般采用的研究方法是放射性同位素标记法。【思路剖析】(1)图甲中细胞全能性最高的是a细胞,a【答案】(1)ac(2)基因选择性表达(3)(4)放射性同位素标记法11.(高度提升,10分)白血病是一种常见的造血组织肿瘤性疾病。该病是由于造血干细胞受到致癌因子的作用,不能正常地完成分化,而变成了不受机体控制的、连
25、续进行分裂的恶性增殖细胞。这种细胞在骨髓中堆积,使造血干细胞的分化增殖受阻。另据报道,近年来儿童中白血病患者人数有上升的趋势。而北京儿童医院的一份调查显示,最近就诊的白血病的儿童患者中,90%的家庭曾进行过豪华装修。请据上述资料回答下列问题:(1)这种变异细胞的特点是。(2)以家庭装修为例,试说明造血干细胞产生这种变异的诱因是。(3)目前治疗白血病的首选方法是,但前提是找到配型相合的骨髓,否则会引起反应而失败。(4)接受骨髓捐献,血型可发生改变,病人恢复健康后,其出生子女的血型是否按原来的血型遗传?试分析说明。【答案】(1)无限增殖、形态结构发生改变、容易扩散和转移(2)化学致癌物质如苯、甲醛
26、,物理致癌因素如辐射等(3)骨髓移植免疫排斥(4)是因为子女是由受精卵发育而来,虽然母体血细胞的血型改变了,但生殖细胞中决定血型的基因没有改变,因此子女的血型是按原来的血型遗传的12.(能力综合,14分)生物学家研究发现,癌细胞的无限增殖受某调控基因的控制,该调控基因能激发所有动物细胞大量增殖,为探究该调控基因是存在于细胞质还是细胞核上,科研人员做了以下实验设计。请根据以上思路,请继续完成下列实验设计方案:A.实验方案:(实验提示:癌细胞能传代培养,细胞形态发生明显改变。如何观察细胞形态不作实验设计要求。)用胰蛋白酶分别处理宫颈癌细胞和小鼠肝脏使之分散成单个细胞。分别使单个癌细胞和单个肝脏细胞
27、核质分离。取2只培养编号甲、乙,各加入等量的培养液。B.预期实验结果及结论:。于细胞质还是细胞核,因此利用细胞工程实现细胞重组就可以将癌细胞的细胞核和细胞质的作用相互分开来研究,而不会相互干扰。因为癌细胞的形态结构发生了显著变化,所以正常细胞和癌细胞可以从细胞形态上加以区分。【答案】A.取癌细胞核和肝细胞质形成重组细胞甲,取癌细胞质和肝细胞核形成重组细胞乙分别取等量重组细胞甲和重组细胞乙,依次加入甲、乙两只培养瓶中,进行细胞培养分别观察甲、乙培养【思路剖析】本实验的目的是探究调控基因是存在瓶中的细胞形态B.若甲瓶的细胞(或重组甲细胞分裂产生的细胞)形态发生明显变化,则调控基因存在细胞核中。若乙瓶中的细胞(或重组乙细胞分裂产生的细胞)形态发生明显变化,则调控基因存在细胞质中。若甲、乙两瓶中的细胞(或重组甲、重组乙细胞分裂产生的细胞)形态均发生明显变化,则调控基因可能同时存在细胞核和细胞质中
