一、細胞的分化與細胞的全能性1.細胞分化(1)概念:在個體發(fā)育中,由一個或一種細胞增殖產生的后代,在　　　　　　　　　　　　　　　　上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。?(2)特點
形態(tài)、結構和生理功能
(3)分化細胞表達的基因
(5)實質:細胞中　　　　　　　　　　　　的結果,即在個體發(fā)育過程中,不同種類的細胞中　　　　　　　　　　　　　　　　。?
遺傳信息的表達情況不同
形成完整個體所需的全套基因
3.干細胞的概念動物和人體內仍保留著少數(shù)具有　　　　　　　　　　能力的細胞,這些細胞叫作干細胞。?旁欄邊角(必修1,第122頁,“拓展應用2”改編)利用干細胞的分離和體外培養(yǎng)在體外培育出組織和器官,并最終通過組織或器官移植實現(xiàn)對臨床疾病的治療,將干細胞體外培育出組織和器官的過程　　(填“是”或“否”)體現(xiàn)了體細胞的全能性,理由是　??　　　　　　　　　　。?
提示 是　細胞全能性是指細胞經分裂和分化后,仍具有產生完整有機體或分化成其他各種細胞的潛能和特性,將干細胞體外培育出組織和器官能體現(xiàn)細胞的全能性
易錯辨析基于對細胞的分化與細胞的全能性的理解,判斷下列表述是否正確。(1)同一人體內的上皮細胞、骨骼肌細胞、軟骨細胞、神經細胞等都源自早期胚胎中一群彼此相似的細胞。(　　)(2)肌細胞與紅細胞中的基因、mRNA、蛋白質均不同。(　　)(3)非洲爪蟾腸上皮細胞核移植實驗證明了動物體細胞具有全能性。(　　)(4)利用植物組織培養(yǎng)技術快速繁殖花卉、蔬菜的原理是植物體細胞的全能性。(　　)(5)臍帶血中含有大量的干細胞,可以培養(yǎng)并分化成人體的各種血細胞。(　　)(6)哺乳動物造血干細胞分化為成熟紅細胞的過程不可逆。(　　)
二、細胞的衰老、死亡1.細胞衰老(1)細胞衰老的過程是細胞的生理狀態(tài)和化學反應發(fā)生復雜變化的過程,最終表現(xiàn)為細胞的形態(tài)、結構和功能發(fā)生變化。(2)細胞衰老的特征①代謝的變化
②細胞核的變化:體積　　　　,核膜內折,染色質　　　　,染色加深。?
(3)細胞衰老的原因
損傷生物膜、攻擊DNA、
DNA-蛋白質復合體
正?；虻腄NA序列
(4)個體衰老與細胞衰老的關系
3.細胞壞死的概念:指在種種　　　　　　　　影響下,如極端的物理、化學因素或嚴重的病理性刺激的情況下,由細胞正常代謝活動　　　　　　　　　　引起的細胞損傷和死亡。?旁欄邊角(必修1,第127頁,“思維訓練”改編)有人認為“細胞壽命與細胞分裂能力之間有明顯對應關系——壽命越短的細胞,其分裂能力一定越強”,你認為題表數(shù)據是否支持上述觀點?請分析說明。
提示 不支持。表中數(shù)據顯示,細胞的壽命與分裂能力無明顯對應關系。壽命短的細胞不一定能分裂(如白細胞),壽命長的細胞也可能分裂(如平滑肌細胞)。
易錯辨析基于對細胞的衰老、死亡的理解,判斷下列表述是否正確。(1)自由基攻擊蛋白質可以引起細胞衰老。(　　)(2)衰老細胞內染色質收縮、染色加深,這樣會影響DNA復制和轉錄。(　　)(3)正常的細胞衰老有利于機體更好地實現(xiàn)自我更新。(　　)(4)細胞凋亡受基因調控,不利于個體生長發(fā)育。(　　)(5)蝌蚪尾的消失、被病原體感染的細胞的清除屬于細胞凋亡。(　　)
考向探究考向1細胞分化的理解與分析1.人體的各種細胞都是從一個受精卵分裂分化而來。下列關于卵原細胞與肝細胞的敘述,正確的是(　　)A.卵原細胞只進行減數(shù)分裂,肝細胞只進行有絲分裂B.肝炎病毒的遺傳物質可以整合到肝細胞的DNA上,因此肝炎可遺傳C.卵原細胞與肝細胞含有的DNA和RNA分子相同,蛋白質不完全相同D.卵原細胞與肝細胞的基因組相同,基因的表達具有差異
答案 D　解析 卵原細胞是特殊的體細胞,可以進行有絲分裂,也可以進行減數(shù)分裂,A項錯誤;肝炎是傳染病,不是遺傳病,B項錯誤;卵原細胞和肝細胞含有的DNA基本相同,但RNA和蛋白質差別較大,C項錯誤;卵原細胞和肝細胞都是體細胞,都來自受精卵,所以卵原細胞和肝細胞的基因組相同,基因表達具有差異,D項正確。
2.(2022山東)細胞內分子伴侶可識別并結合含有短肽序列KFERQ的目標蛋白形成復合體,該復合體與溶酶體膜上的受體L結合后,目標蛋白進入溶酶體被降解。該過程可通過降解α-酮戊二酸合成酶,調控細胞內a-酮戊二酸的含量,從而促進胚胎干細胞分化。下列說法錯誤的是(　　)A.α-酮戊二酸合成酶的降解產物可被細胞再利用B.α-酮戊二酸含量升高不利于胚胎干細胞分化C.抑制L基因表達可降低細胞內α-酮戊二酸的含量D.目標蛋白進入溶酶體的過程體現(xiàn)了生物膜具有物質運輸?shù)墓δ?br/>答案 C　解析 α-酮戊二酸合成酶是蛋白質,其降解產物是氨基酸,可以被細胞重新利用,A項正確;根據題干信息推理,α-酮戊二酸含量減少,有利于干細胞的分化,因此,α-酮戊二酸含量增加不利于干細胞分化,B項正確;抑制L基因表達后,α-酮戊二酸合成酶的降解會減少,因此α-酮戊二酸的含量會增加,C項錯誤;目標蛋白進入溶酶體的過程體現(xiàn)了生物膜具有物質運輸功能,D項正確。
考向2細胞全能性與干細胞的理解3.(2020海南)下列關于人體造血干細胞的敘述,錯誤的是(　　)A.造血干細胞比胚胎干細胞的分化程度高B.造血干細胞分化產生的B細胞在胸腺中發(fā)育成熟C.造血干細胞可不斷增殖和分化,捐獻造血干細胞不影響人體健康D.造血干細胞移植是治療白血病的有效手段
答案 B　解析 造血干細胞可以分化成紅細胞、白細胞和血小板,胚胎干細胞可以分化為任何一種組織細胞,所以造血干細胞分化程度更高,A項正確;造血干細胞分化產生的T細胞在胸腺中發(fā)育成熟,B細胞在骨髓中成熟,B項錯誤;骨髓中的造血干細胞可不斷增殖和分化,捐獻后可以由分裂得到補充,所以捐獻造血干細胞不影響人體健康,C項正確;造血干細胞移植可以取代白血病患者病變的造血干細胞,是治療白血病的有效手段,D項正確。
方法突破1.細胞分化的實質
在個體發(fā)育過程中,不同種類的細胞中遺傳信息的執(zhí)行情況不同,即基因的選擇性表達。
2.細胞分化的兩個關鍵點(1)細胞分化的標志
(2)細胞分化的“改變”與“不變”
3.細胞分化與全能性的比較
考向探究考向1細胞衰老的特征與原因1.(2022山東聊城、泰安聯(lián)考)人體細胞中的染色體DNA會隨著復制次數(shù)的增加而逐漸縮短。在原始生殖細胞和癌細胞中有一定量的端粒酶(由RNA和蛋白質形成的復合體),能夠將變短的DNA末端重新加長,其作用機理如下圖所示。下列相關敘述錯誤的是(　　)A.抑制端粒酶的作用可抑制癌細胞增殖B.端粒酶作用的實質是催化逆轉錄過程C.人體除了生殖細胞以外的其他細胞不含端粒酶基因D.染色體DNA縮短可影響細胞的正常代謝而促使細胞衰老
答案 C　解析 在原始生殖細胞和癌細胞中存在端粒酶(由RNA和蛋白質形成的復合體),能夠將變短的DNA末端重新加長,使得癌細胞能無限增殖,則抑制端粒酶的作用可使得癌細胞衰老,進而抑制癌細胞增殖,A項正確;根據圖示信息,端粒酶能以RNA為模板合成DNA,即能催化逆轉錄過程,B項正確;人體原始生殖細胞、癌細胞和其他細胞都含端粒酶基因,但由于基因的選擇性表達,使原始生殖細胞和癌細胞中含有一定量的端粒酶,C項錯誤;端粒學說認為人體細胞衰老的原因是染色體DNA會隨著復制次數(shù)增加而逐漸縮短,進而影響細胞的正常代謝而促使細胞衰老,D項正確。
考向2細胞的死亡2.細胞凋亡是細胞死亡的一種類型。下列關于人體中細胞凋亡的敘述,正確的是(　　)A.胎兒手的發(fā)育過程中不會發(fā)生細胞凋亡B.小腸上皮細胞的自然更新過程中存在細胞凋亡現(xiàn)象C.清除被病原體感染細胞的過程中不存在細胞凋亡現(xiàn)象D.細胞凋亡是基因決定的細胞死亡過程,屬于細胞壞死
答案 B　解析 細胞凋亡是細胞編程性死亡,在正在發(fā)育及發(fā)育成熟的人體中都有凋亡的細胞。胎兒手的發(fā)育過程中,5個手指最初是愈合在一起的,后來隨著指間的細胞自動死亡,才發(fā)育為成形的手指,A項錯誤。在成熟的生物體中,細胞的自然更新、被病原體感染細胞的清除都是通過細胞凋亡完成的,B項正確,C項錯誤。細胞壞死是在種種不利因素影響下,由于細胞正常代謝活動受損或中斷引起的細胞損傷和死亡,作為細胞自然生理過程的細胞凋亡不屬于細胞壞死,D項錯誤。
3.(2022廣東)研究表明,激活某種蛋白激酶PKR,可誘導被病毒感染的細胞發(fā)生凋亡。下列敘述正確的是(　　)A.上述病毒感染的細胞凋亡后其功能可恢復B.上述病毒感染細胞的凋亡不是程序性死亡C.上述病毒感染細胞的凋亡過程不受基因控制D.PKR激活劑可作為潛在的抗病毒藥物加以研究
答案 D　解析 細胞凋亡是指由基因所決定的細胞自動結束生命的過程。細胞凋亡是不可逆的,細胞凋亡后其功能不可恢復,A項錯誤;細胞凋亡也稱細胞編程性死亡,B項錯誤;根據定義可知,細胞凋亡過程受基因控制,C項錯誤;PKR激活劑可激活蛋白激酶PKR,從而誘導被病毒感染的細胞發(fā)生凋亡,因此可作為潛在的抗病毒藥物加以研究,D項正確。
方法突破1.細胞分化、衰老、凋亡與壞死的比較
2.細胞各生命歷程間的內在關系
細胞凋亡知識必備1.細胞凋亡的過程細胞凋亡的過程大致可分為以下幾個階段:接受凋亡信號→凋亡調控分子間的相互作用→蛋白水解酶的活化→進入連續(xù)反應過程。細胞凋亡的生化改變不僅僅是DNA的有控降解,在細胞凋亡的過程中往往還有新的基因的表達和某些生物大分子的合成作為調控因子。如TFAR-19就是在細胞凋亡時高表達的一種分子,再如在糖皮質激素誘導鼠胸腺細胞凋亡過程中,加入RNA合成抑制劑或蛋白質合成抑制劑即能抑制細胞凋亡的發(fā)生。
2.細胞凋亡的意義細胞凋亡和細胞增殖都是生命的基本現(xiàn)象,是維持體內細胞數(shù)量動態(tài)平衡的基本措施。在胚胎發(fā)育階段通過細胞凋亡清除多余的和已完成使命的細胞,保證了胚胎的正常發(fā)育。在成年階段通過細胞凋亡清除衰老和病變的細胞,保證了機體的健康。和細胞增殖一樣細胞凋亡也是受基因調控的精確過程。
3.細胞凋亡的應用舉例胸腺細胞成熟過程中的凋亡:胸腺細胞經過一系列的發(fā)育過程而成為各種類型的免疫活性細胞。在這一發(fā)展過程中,涉及了一系列的陽性細胞選擇和陰性細胞選擇過程。以形成CD4+的T淋巴細胞亞型及CD8+的T淋巴細胞亞型。同時,對識別自身抗原的T細胞克隆進行選擇性地消除,其細胞克隆死亡的機制主要是通過程序性細胞死亡。因此,正常的免疫系統(tǒng)發(fā)育的結局,既形成了有免疫活性的淋巴細胞,又產生了對自身抗原的免疫耐受。耐受機制的形成,主要靠識別自身抗原的T淋巴細胞克隆的程序性細胞死亡機制的活化。
專項突破典例.(2022北京)為研究毒品海洛因的危害,將受孕7 d的大鼠按下表隨機分組進行實驗,結果如下。
以下分析不合理的是(　　)A.低劑量海洛因即可嚴重影響胚胎的正常發(fā)育B.海洛因促進Bax含量提高會導致腦細胞凋亡C.對照組胚胎的發(fā)育過程中不會出現(xiàn)細胞凋亡D.結果提示孕婦吸毒有造成子女智力障礙的風險
答案 C　解析 據表分析,低劑量組的腦畸形胚胎比例為33%,與對照組(0)相比明顯升高,故低劑量海洛因即可嚴重影響胚胎的正常發(fā)育,A項正確;BaX為腦中促凋亡蛋白,分析表格數(shù)據可知,與對照組相比,海洛因處理組的Bax含量升高,故海洛因促進Bax含量提高會導致腦細胞凋亡,B項正確;細胞凋亡是由基因決定的細胞編程性死亡,是一種正常的生理現(xiàn)象,且據表可知,對照組的Bax含量為6.7 μg/L,故對照組胚胎的發(fā)育過程中也會出現(xiàn)細胞凋亡,C項錯誤;據表格數(shù)據可知,海洛因處理組的活胚胎比例降低,腦畸形胚胎比例和Bax均升高,故推測孕婦吸毒有造成子女智力障礙的風險,D項正確。
專項訓練1.(2022山東菏澤一模)科學研究發(fā)現(xiàn),4種基因控制著某種線蟲細胞凋亡的啟動,4種基因的表達產物EGL-1、CED-9、CED-4、CED-3之間的關系如下圖。以下相關說法錯誤的是(　　)A.調控該種線蟲細胞凋亡全過程的基因應該多于4種B.正常情況下,發(fā)生凋亡的細胞內EGL-1、CED-3的含量增加C.若CED-4基因發(fā)生突變而不能表達,細胞凋亡過程會受很大影響D.若CED-9基因發(fā)生突變而不能表達,則不會引起細胞凋亡
答案 D　解析 由題圖可知,4種基因控制著某種線蟲細胞凋亡的啟動,而凋亡過程也是細胞內基因選擇性表達的過程,因此調控該線蟲細胞凋亡全過程的基因應該多于4種,A項正確;正常情況下,發(fā)生凋亡的細胞內EGL-1解除了CED-9對CED-4的抑制,使CED-4、CED-3大量表達從而啟動凋亡,因此細胞內EGL-1、CED-3的含量增加,B項正確;若CED-4基因發(fā)生突變而不能表達,會影響CED-3基因的正常表達,進而影響細胞凋亡過程的啟動,C項正確;CED-9起抑制作用,若CED-9基因發(fā)生突變而不能表達,會使CED-4基因正常表達進而啟動細胞凋亡,D項錯誤。
2.(2022山東省實驗中學一模)在胚胎發(fā)育期間,秀麗新小桿線蟲有1 090個體細胞,但在發(fā)育過程中有131個體細胞程序性死亡。細胞程序性死亡與4組共15個基因共同作用有關,如下圖所示。
遺傳學研究發(fā)現(xiàn):ced-3、ced-4、ced-9這3個基因在所有131個程序性死亡的細胞中都起作用,ced-9可阻斷ced-3、ced-4的作用,防止細胞死亡;ced-3或ced-4突變體中,應該死去的131個細胞都活下來了;nuc-1突變體中,DNA裂解受阻,但細胞仍然死亡。根據以上信息,下列推斷不合理的是(　　)A.健康細胞接受內外信號從而啟動程序性死亡B.組1中2個基因對ced-9基因的開啟與關閉具有調控作用C.ced-9與ced-3、ced-4在細胞程序性死亡中的作用是相互拮抗的D.ced-3、ced-4、nuc-1中任意1個基因發(fā)生突變都會導致細胞凋亡受阻
答案 D　解析 結合圖示可以看出,在內、外相關信號的刺激下,健康細胞啟動程序性死亡,A項正確;圖中顯示ces-2基因能阻斷ces-1基因的開啟,從而ced-9基因開啟,可阻斷ced-3基因、ced-4基因的作用,若ces-1基因開啟,ced-9基因關閉,從而ced-3基因、ced-4基因開啟,進而執(zhí)行死亡程序,因此組1中2兩個基因對ced-9基因的開啟與關閉具有調控作用,B項正確;ced-9可阻斷ced-3、ced-4的作用,防止細胞死亡;而ced-3、ced-4基因的作用是執(zhí)行死亡程序,ced-9與ced-3、ced-4在細胞程序性死亡中的作用是相互拮抗的,C項正確;題意顯示ced-3或ced-4突變體中,應該死去的131個細胞都活下來了,而nuc-1突變體中,DNA裂解受阻,但細胞仍然死亡,即nuc-1基因發(fā)生突變并未導致細胞凋亡受阻,D項錯誤。
3.(2022山東日照一模)Dnase酶和Caspase酶是細胞凋亡的兩種關鍵酶,在凋亡誘導因子與細胞膜受體結合后,通過細胞內信號傳導激活凋亡相關基因。這兩種酶一旦被激活,Dnase酶能將DNA切割形成DNA片段,Caspase酶能將細胞內蛋白降解成多肽,導致細胞裂解形成凋亡小體,進而被吞噬細胞吞噬清除。下列分析錯誤的是(　　)A.Dnase酶和Caspase酶被激活,是不同細胞遺傳信息執(zhí)行情況不同的結果B.吞噬細胞以胞吞方式吞噬凋亡小體并利用自身溶酶體中的水解酶將其水解C.通過抑制癌細胞中控制Caspase酶合成的相關基因的表達可以促進其凋亡D.癌細胞膜上的糖被減少可能導致其無法識別凋亡誘導因子而不能啟動凋亡
答案 C　解析 由題意可知Dnase酶、Caspase酶被激活,導致細胞凋亡,細胞凋亡是基因的程序性表達,是不同細胞遺傳信息執(zhí)行情況不同的結果,A項正確;吞噬細胞的溶酶體中含有大量的水解酶,能吞噬并水解凋亡小體,B項正確;Caspase酶合成的相關基因的表達導致細胞凋亡,通過抑制癌細胞中控制Caspase酶合成的相關基因的表達可以抑制其凋亡,C項錯誤;癌細胞結構改變,因為識別具有特異性,很可能無法識別凋亡誘導因子而不能啟動凋亡程序,D項正確。
4.(2022山東青島一模)秀麗隱桿線蟲具有身體透明、細胞數(shù)量少、發(fā)育周期短等特點,在細胞凋亡的研究中發(fā)揮了極其重要的作用。雌雄同體型秀麗隱桿線蟲從受精卵到發(fā)育成熟,共產生1 090個體細胞,其中131個細胞發(fā)生凋亡而被清除,最終成體共有959個體細胞。下圖為蘇爾斯頓揭示的秀麗隱桿線蟲的細胞譜系(字母代表細胞譜系的分支;右側框內代表AB分支中部分細胞的生命歷程)。
下列分析錯誤的是(　　)A.EMS、P2、MS、P3等分支中,細胞中基因的執(zhí)行情況不同B.131個細胞凋亡而被清除的過程發(fā)生在特定的時間和空間C.細胞“X”衰老后控制其凋亡的基因開始表達D.細胞凋亡是在信號分子作用下由基因決定的程序性死亡

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