2021高考生物人教版一轮教师用书第四单元第13讲　细胞的分化、衰老、凋亡和癌变

第13讲　细胞的分化、衰老、凋亡和癌变

考点一　细胞的分化与全能性

1.细胞分化

(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)过程图解

(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,即基因的选择性表达。

(4)特点

①普遍性:是生物界中普遍存在的生命现象。

②持久性:细胞分化贯穿于生物体的整个生命进程中,在胚胎时期达到最大限度。

③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。

(5)结果

①分子水平的变化:mRNA种类不同→蛋白质种类不同。

②细胞水平的变化:细胞形态、结构和生理功能的变化,逐渐失去分裂能力。

③组织器官水平的变化:产生不同类型的细胞构成不同的组织和器官。

(6)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)基础:每个细胞中有发育成生物体所需要的全套遗传信息。

(3)动物细胞和植物细胞全能性的差异

①已分化的动物细胞的细胞核具有全能性,在一定的条件下经过培养只能形成细胞群。

②植物细胞在一定的条件下经过培养可以形成植物体。

(4)把实例和相应的原理或过程连线

提示:①—b　②—a　③—d　④—c、d

[纠误诊断]

(1)断尾壁虎长出新尾巴过程中发生了细胞分化。(　√　)

(2)同一个体的小肠上皮细胞和平滑肌细胞所含基因不同。(　×　)

提示:同一个体不同的细胞所含有的基因相同。

(3)同一个体的小肠上皮细胞和平滑肌细胞中表达的基因都不相同。(　×　)

提示:同一个体不同的细胞表达的基因不完全相同。

(4)克隆羊“多利”的诞生证明了动物体细胞仍然具有全能性。(　×　)

提示:动物细胞的细胞核仍具有全能性。

(5)用动物胚胎干细胞培育出组织和器官体现了动物细胞的全能性。(　×　)

提示:细胞全能性的体现是发育成完整的个体。

(6)玉米种子萌发长成新植株体现了细胞的全能性。(　×　)

提示:细胞全能性是指已经分化的细胞,仍然具有发育成完整个体的潜能,玉米种子是器官。

1.如图是人体三种细胞内的部分基因及它们的活动状态,据图思考探究:

(1)上述基因属于管家基因(基因产物是维持细胞基本生命活动所必需)的是a,属于奢侈基因(基因产物赋予不同细胞特异性的生理功能)的是b、c、d。

(2)这三种细胞是否包括红细胞?细胞A、B分别是什么细胞?

提示:不包括红细胞,因为这三种细胞“血红蛋白基因”均不能表达;细胞A可产生“胰岛素”,应为胰岛B细胞;细胞B可产生“生长激素”,应为垂体细胞。

(3)若用胰岛素基因作探针检测A、B、C三类细胞的DNA分子,则其杂交带状况如何?若用该探针检测胰岛素基因的mRNA,其杂交带状况如何?

提示:A、B、C三类细胞中均含胰岛素基因,但该基因只有在细胞A中才能转录产生mRNA,用胰岛素基因作探针,三类细胞均可形成杂交带,但改为检测胰岛素基因的mRNA,则只有细胞A能产生杂交带。

(4)请从分子水平和细胞水平分别说明细胞分化后,细胞发生改变和不发生改变的分别是什么?

提示:

2.比较细胞分化与细胞的全能性

 [深度思考]

与体细胞相比生殖细胞中的遗传物质减少了一半,是否还具有全能性?为什么?

提示:生殖细胞仍然具有全能性。在生物的体细胞中染色体是成对的,基因也是成对的。生殖细胞中的染色体数目减少了一半,基因也减少了一半,但基因的种类没有少,仍然含有控制生长发育的全部遗传信息,因此仍然具有全能性。

题型一　考查细胞分化

1.(2016·全国Ⅱ卷)在细胞的生命历程中,会出现分裂、分化等现象。下列叙述错误的是(　B　)

A.细胞的有丝分裂对生物性状的遗传有贡献

B.哺乳动物的造血干细胞是未经分化的细胞

C.细胞分化是细胞内基因选择性表达的结果

D.通过组织培养可将植物叶肉细胞培育成新的植株

解析:有丝分裂是将亲代细胞的染色体经过复制(实质为DNA的复制)之后,精确地平均分配到两个子细胞中,因而在亲代和子代细胞之间保持了遗传的稳定性,可见细胞的有丝分裂对生物性状的遗传具有很大的贡献;哺乳动物的造血干细胞是由受精卵分裂分化而来的,属于已分化的细胞,只是分化程度不高,仍保留了分裂和分化能力;细胞分化的根本原因是在个体发育的过程中,同一生物的不同细胞中遗传信息的执行情况不同,即基因的选择性表达;高度分化的植物细胞仍具有全能性,故通过植物组织培养技术可将离体的植物叶肉细胞培育成新的植株。

2.(2019·河北衡水中学检测)下列关于人体内细胞分化的叙述,错误的是(　D　)

A.细胞分化是基因在不同时间或空间选择性表达的结果

B.细胞分化使细胞功能专门化,提高了各项生理功能的效率

C.细胞内合成了血红蛋白是造血干细胞分化为红细胞的标志

D.胚胎干细胞、成肌细胞及造血干细胞的分化程度依次降低

解析:细胞分化是基因选择性表达的结果;细胞分化形成不同组织,使多细胞生物体中的细胞功能趋向专门化,有利于提高各项生理功能的效率;红细胞来源于造血干细胞的增殖分化,红细胞分化的标志是合成了其特有的血红蛋白;胚胎干细胞是全能干细胞,造血干细胞是多能干细胞,成肌细胞是专能干细胞,可见,成肌细胞、造血干细胞及胚胎干细胞的分化程度依次降低。

题型二　考查细胞的全能性

3.下列关于细胞全能性的叙述,正确的是(　A　)

A.水稻的正常体细胞及其卵细胞均具有全能性

B.细胞的全能性是指细胞具有全面的生理功能

C.玉米种子萌发长成新植株能体现细胞全能性

D.造血干细胞形成各种血细胞能体现细胞全能性

解析:水稻正常的体细胞及其卵细胞均含有本物种全套的遗传物质,均具有全能性;细胞的全能性是指高度分化的细胞仍然具有发育为完整个体的潜能;玉米种子萌发长成新植株是正常发育的结果,不能体现细胞的全能性;造血干细胞形成各种血细胞,没有形成完整的个体,该过程不能体现细胞全能性。

4.在下列实例中,能说明“动物细胞具有全能性”的是(　B　)

A.壁虎断尾后重新长出尾部

B.蜜蜂未受精的卵细胞发育成雄蜂

C.用体外培养的皮肤治疗烧伤病人

D.小鼠肝脏细胞的自我复制

解析:细胞全能性是指高度分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。只有离体的单个细胞发育成完整的动物体才可体现出动物细胞的全能性。蜜蜂未受精的卵细胞发育成雄蜂说明卵细胞具有全能性;A、C、D项中细胞均未发育成完整个体,不能体现细胞的全能性。

考点二　细胞的衰老、凋亡和癌变

1.细胞衰老

(1)个体衰老与细胞衰老的关系

(2)细胞衰老的特征

①代谢变化

②细胞核体积增大,染色质收缩,核膜向内折叠。

(3)细胞衰老的假说

①自由基假说:细胞代谢中产生的自由基会攻击生物膜、DNA和蛋白质,致使细胞衰老。

②端粒假说:染色体两端的端粒会随着细胞分裂次数的增加而缩短,导致正常的DNA序列损伤,使细胞逐渐衰老。

2.细胞凋亡

(1)概念:由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。

(2)类型

(3)意义

3.细胞的癌变

(1)癌细胞的概念:正常机体细胞在致癌因子的作用下,细胞中遗传物质发生变化,就变成不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞,这种细胞就是癌细胞。

(2)癌细胞的特征

(3)癌变机理

①致癌因子的类型(连线)

提示:Ⅰ—b　Ⅱ—c　Ⅲ—a

②原癌基因和抑癌基因

a.原癌基因:主要负责调节细胞周期,控制细胞生长和分裂的进程。

b.抑癌基因:主要是阻止细胞不正常的增殖。

③细胞癌变的机理:环境中的致癌因子会损伤细胞中的DNA分子,使原癌基因和抑癌基因发生突变,导致正常细胞的生长和分裂失控而变成癌细胞。

④特点:癌症的发生不是单一基因突变的结果,至少在一个细胞中发生5～6个基因突变,才能导致细胞癌变,细胞癌变具有累积效应。

[纠误诊断]

(1)细胞的衰老和凋亡是生物体异常的生命活动。(　×　)

提示:细胞的衰老和凋亡是正常生命活动。

(2)细胞普遍衰老会导致个体衰老。(　√　)

(3)衰老细胞内染色质固缩影响DNA复制和转录。(　√　)

(4)细胞凋亡是各种不利因素引起的细胞死亡。(　×　)

提示:细胞凋亡是基因控制的。

(5)细胞凋亡受基因调控,不利于个体生长发育。(　×　)

提示:细胞凋亡对个体的生长发育是有利的。

(6)原癌基因或抑癌基因发生多次变异累积可导致癌症,因此癌症可遗传。(　×　)

提示:体细胞中发生的癌变不能遗传给后代。

(7)原癌基因的主要功能是阻止细胞发生异常增殖。(　×　)

提示:原癌基因的功能是调节细胞周期,控制细胞生长和分裂的进程。

1.细胞分化、衰老、凋亡、坏死与癌变的比较

2.实验室中有癌细胞、细胞培养液,如何通过实验验证某种抗癌药物X的抗癌作用,请写出实验思路。

提示:将癌细胞分成两组用培养液进行培养。实验组培养液中加入抗癌药物X,对照组不加,一段时间后记录并比较两组癌细胞的增殖代数(分裂次数)。实验组比对照组增殖代数少,则证明药物X具有抗癌作用。

3.研究人员试图通过动物细胞培养实验,探究葡萄糖和乳酸中的哪一种是肺癌细胞的主要营养来源。现在实验室提供肺癌细胞和必备的实验材料,请你写出简要的实验思路。

提示:在适宜的条件下,用等量的、分别以葡萄糖和乳酸为营养物质的细胞培养液培养等量的肺癌细胞,一段时间后,统计两组中肺癌细胞的数量(要体现出等量原则和对照原则,空白对照组可设可不设)。

名师点拨:(1)细胞凋亡是由基因所决定的细胞自动结束生命的过程,也称细胞编程性死亡,对生物体是有利的。细胞坏死是在种种不利因素影响下,由于细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡,不受基因控制,对生物体是有害的。

(2)原癌基因和抑癌基因普遍存在于所有体细胞中,并非只存在于癌细胞中,只不过在癌细胞中两种基因已发生突变。

题型一　细胞衰老和凋亡的特征及机理

1.(2019·全国Ⅰ卷)细胞凋亡是细胞死亡的一种类型,下列关于人体中细胞凋亡的叙述,正确的是(　B　)

A.胎儿手的发育过程中不会发生细胞凋亡

B.小肠上皮细胞的自然更新过程中存在细胞凋亡现象

C.清除被病原体感染细胞的过程中不存在细胞凋亡现象

D.细胞凋亡是基因决定的细胞死亡过程,属于细胞坏死

解析:胎儿手发育的过程中,手指间隙的细胞会发生细胞凋亡;小肠上皮细胞中衰老的细胞将会发生细胞凋亡,不断完成细胞的自然更新;被病原体感染的细胞属于靶细胞,机体通过细胞免疫将靶细胞裂解,释放抗原,属于细胞凋亡;细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程,细胞坏死是在种种不利因素的影响下,由于细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡。

2.某研究小组发现,血液中含有一种名为GDF11的蛋白质,其含量减少可导致神经干细胞中端粒酶的活性下降。因端粒酶在细胞中可以将端粒修复延长,而让端粒不因细胞分裂而有所损耗,使细胞分裂次数增加,所以GDF11含量减少会导致细胞分裂能力下降,下列分析错误的是(　C　)

A.GDF11可能与人体神经干细胞的衰老有关

B.血液中GDF11含量减少可导致神经干细胞的形态、结构发生改变

C.控制GDF11合成的基因发生突变,可导致神经干细胞发生癌变

D.细胞的衰老和癌变都与基因的调控有关

解析:GDF11含量减少可导致神经干细胞中端粒酶的活性下降,从而抑制端粒的修复延长,使细胞衰老;衰老的细胞会发生细胞形态、结构和功能的改变;控制GDF11合成的基因发生突变,则机体无法合成GDF11,可能会加速细胞衰老,但不会导致神经干细胞发生癌变;血液中GDF11含量受基因的调控,细胞癌变与原癌基因和抑癌基因的突变有关,因此细胞的衰老和癌变都与基因的调控有关。

题型二　癌细胞的特点及对癌细胞的相关研究

3.(2018·全国Ⅱ卷)在致癌因子的作用下,正常动物细胞可转变为癌细胞。有关癌细胞特点的叙述错误的是(　A　)

A.细胞中可能发生单一基因突变,细胞间黏着性增加

B.细胞中可能发生多个基因突变,细胞的形态发生变化

C.细胞中的染色体可能受到损伤,细胞的增殖失去控制

D.细胞中遗传物质可能受到损伤,细胞表面的糖蛋白减少

解析:正常细胞转变为癌细胞并不是单一基因突变的结果,至少在一个细胞中发生5～6个基因突变,才能赋予癌细胞所有的特征,癌细胞膜上的糖蛋白减少,从而使癌细胞之间的黏着性降低;癌细胞是原癌基因和抑癌基因突变的累积效应,癌细胞的形态结构发生显著变化,例如,体外培养的呈扁平梭形的正常成纤维细胞转变为癌细胞后变成球形;环境中的致癌因子会损伤细胞中的染色体,使正常细胞成为不受机体控制的恶性增殖细胞;细胞癌变的内因是原癌基因和抑癌基因发生突变,即细胞中的遗传物质可能受到损伤,使细胞表面的糖蛋白减少。

4.(2019·河北衡水中学二调)科研人员在研究外源性PLCE1基因的作用时,将导入PLCE1基因并高度表达的结肠癌细胞注入裸小鼠体内,与对照组相比,实验组裸小鼠形成的肿瘤较小,癌细胞被大量阻滞在分裂间期,部分癌细胞死亡。下列分析正确的是(　A　)

A.对癌症患者的治疗选择肿瘤药物,其作用的时间最好是细胞分裂间期

B.实验表明PLCE1基因具有原癌基因的功能

C.对照组的裸小鼠应不做任何处理

D.实验组的裸小鼠体内大量癌细胞的细胞周期会变短

解析:绝大多数抗肿瘤药物抗癌的原理是通过不同的方式抑制细胞增殖;因为抑制了细胞增殖,相当于抑制了肿瘤的生长与扩散,从而达到抗肿瘤的效果。其作用的时间最好是细胞分裂间期,抑制DNA的复制,使细胞停滞在分裂间期,不能完成细胞周期;实验表明:PLCE1基因的表达产物能抑制癌细胞的增殖,所以PLCE1基因具有抑癌基因的功能;根据单一变量的原则,对照组的裸小鼠应注入不含PLCE1基因的结肠癌细胞;根据题意实验组裸小鼠形成的肿瘤较小,癌细胞大量阻滞在分裂间期,部分癌细胞死亡,所以实验组的裸小鼠大量癌细胞的细胞周期受影响,但不会变短。

题型三　细胞生命历程的综合考查

5.(2019·江苏卷)下列关于细胞生命活动的叙述,错误的是(　D　)

A.细胞分裂间期既有基因表达又有DNA复制

B.细胞分化要通过基因的选择性表达来实现

C.细胞凋亡由程序性死亡相关基因的表达所启动

D.细胞癌变由与癌有关基因的显性突变引起

解析:细胞分裂间期会进行染色质的复制(DNA的复制和有关蛋白质的合成),故既有基因表达又有DNA复制,A项正确。细胞分化是通过基因的选择性表达实现的,B项正确。细胞凋亡是一个主动地由基因决定的自行结束细胞生命的过程,受到由严格的遗传机制决定的程序性调控,由程序性死亡相关基因的表达所启动,C项正确。细胞癌变是在致癌因子的作用下,原癌基因和抑癌基因发生突变并逐渐积累的结果,D项错误。

6.(2019·河北衡水二调)下列关于细胞生命历程的叙述,正确的是(　D　)

A.干细胞均是未经分化的具有分裂能力的细胞

B.神经干细胞发育成神经细胞体现了细胞的全能性

C.神经细胞被病毒侵染后裂解死亡,属于细胞凋亡

D.细胞分裂、分化、癌变过程中均有核糖核酸的种类和数量的变化

解析:干细胞是一类具有分裂和分化能力的细胞,不同干细胞的分化程度是不同的;神经干细胞发育成神经细胞没有体现细胞的全能性;神经细胞被病毒侵染后裂解死亡,属于细胞坏死;细胞分裂、分化离不开基因的表达,会有mRNA的种类和数量的变化,细胞癌变是原癌基因与抑癌基因发生突变所致,也与基因表达密切相关,因此癌变过程中既有DNA的种类和数量的变化,又有mRNA的种类和数量的变化。

 [构建知识网络]

[强化思维表达]

1.细胞分化的实质是基因的选择性表达,此过程中遗传物质并未改变。

2.雌蜂未受精的卵细胞发育成雄蜂证明了动物生殖细胞具有全能性。

3.细胞衰老最终表现为细胞的形态、结构和功能发生变化。

4.细胞凋亡是受到严格的遗传机制决定的细胞程序性死亡。

5.细胞癌变的机理是在致癌因子作用下原癌基因和抑癌基因发生突变。

6.原癌基因主要负责调节细胞周期,控制细胞生长和分裂的进程。

7.抑癌基因主要是阻止细胞不正常的增殖。