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第15讲　细胞的分化、衰老和死亡
素养目标
考点一 细胞的分化与细胞的全能性
夯实基础 精研教材
1.细胞的分化
形态、结构和生理功能
形态
结构
功能
不可逆性
专门化
2.细胞的全能性
完整有机体
分化成其他各种细胞　
形成完整个体所需的全套基因
植物细胞
细胞核
3.干细胞
(1)概念:动物和人体内仍保留着少数具有　　　　　　　能力的细胞,这些细胞叫作干细胞。
(2)类型
项目 胚胎干细胞 成体干细胞
来源 来自早期胚胎 来自各式各样的组织
功能 可以分化成　　　　组织和器官 具有分化成　　　　　　　细胞的能力
举例 来自囊胚的内细胞团细胞 骨髓干细胞、造血干细胞、神经干细胞
分裂和分化
各种
特定功能
教材深挖
1.(必修1 P118~119思考讨论)人体的上皮细胞和神经细胞的核基因的种类和数量是相同的,但形态、结构和功能不同,请分析原因:
　。
2.(必修1 P122拓展应用)利用干细胞的分离和体外培养在体外培育出组织和器官,并最终通过组织或器官移植实现对临床疾病的治疗。利用干细胞在体外培育出组织和器官的过程能不能体现体细胞的全能性 为什么
　 。
两种细胞都是由同一个受精卵经分裂和分化而形成的,不同体细胞在形态、结构和功能上不同的根本原因是基因的选择性表达,直接原因是细胞中的蛋白质不同
不能,细胞全能性是指细胞经分裂和分化后,仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性,利用干细胞在体外培育出组织和器官只分化成部分种类的细胞,不能体现细胞的全能性
易错排查
1.肝细胞的形成是细胞分裂、分化的结果。(2024·浙江卷)(　　)
2.XO(去除Y染色体)胚胎干细胞转变为有功能的卵母细胞的过程发生了细胞分化。(2023·海南卷)(　　)
3.细胞分化只发生在胚胎发育阶段。(2022·海南卷)(　　)
4.胚胎干细胞为未分化细胞,不进行基因选择性表达。(2022·江苏卷)(　　)
5.细胞分化使各种细胞的遗传物质发生改变。(　　)
6.高度分化的细胞执行特定的功能,不能再分裂增殖。(　　)
√
√
×
×
×
×
考法练透 素养提升
考法一　细胞分化的实质和特点
1.(2024·陕西西安模拟)下列能说明细胞已发生分化的依据是(　　)
A.RNA聚合酶结合到DNA上
B.缺氧条件下进行无氧呼吸
C.细胞中有胰岛素的DNA
D.细胞中有胰岛素的mRNA
D
解析 RNA聚合酶结合到DNA上说明该DNA正在进行转录,不能说明细胞是否分化,A项错误;绝大多数细胞在缺氧条件下都能进行无氧呼吸,与细胞是否分化无直接关系,B项错误;通常同一生物体所有具核体细胞都含有全套相同的基因,因此具有胰岛素的DNA,不能说明细胞已经发生分化,C项错误;只有胰岛B细胞能合成胰岛素,其他细胞不能合成胰岛素,细胞中有胰岛素的mRNA,说明该细胞发生了分化,D项正确。
2.(2024·广东深圳模拟)人体成熟的红细胞经过几个阶段发育而来,各阶段细胞特征如下表。下列叙述错误的是(　　)
阶段 阶段1 阶段2 阶段3 阶段4
细胞 特征 无血红蛋白,有较强分裂能力 核糖体丰富,开始合成血红蛋白,有分裂能力 核糖体等细胞器逐渐减少,分裂能力减弱 无细胞核、核糖体等细胞器,血红蛋白含量高,无分裂能力
A.阶段1至阶段4是红细胞分化的过程
B.细胞特征发生变化的根本原因是基因选择性表达
C.核糖体增多有利于红细胞合成较多的血红蛋白
D.阶段4失去分裂能力与红细胞的功能无关
D
解析 由表格可知,每个阶段细胞的形态结构是不同的,说明阶段1至阶段4是红细胞分化的过程,A项正确;细胞特征发生变化的原因是细胞分化,而细胞分化的实质是基因的选择性表达,B项正确;核糖体是合成蛋白质的场所,故核糖体增多有利于红细胞合成较多的血红蛋白,C项正确;红细胞在发育过程中随着血红蛋白的合成逐渐增多,分裂能力逐渐减弱、消失,血红蛋白的功能主要是运输氧气,因此分裂能力减弱、消失与其执行特定功能有关,D项错误。
考法二　细胞全能性与干细胞的应用
3.(2024·江苏卷)我国科学家利用人的体细胞制备多能干细胞,再用小分子TH34成功诱导衍生成胰岛B细胞。下列相关叙述错误的是(　　)
A.基因选择性表达被诱导改变后,可使体细胞去分化成多能干细胞
B.在小分子TH34诱导下,多能干细胞发生基因突变,获得胰岛素基因
C.衍生的胰岛B细胞在葡萄糖的诱导下能表达胰岛素,才可用于移植治疗糖尿病
D.若衍生的胰岛B细胞中凋亡基因能正常表达,细胞会发生程序性死亡
B
解析 体细胞可以通过特定的因子导入和培养条件,基因的调控和表达模式的改变,使得原本专一功能的体细胞去分化成多能干细胞,A项正确;小分子TH34通常是通过调节现有的生物通路和基因表达来实现其功能,而胰岛素基因在人体所有细胞中都存在,但只有在胰岛B细胞中才会表达,所以多能干细胞在诱导分化的过程中胰岛素基因选择性表达,而不是发生基因突变获得胰岛素基因,B项错误;胰岛B细胞在较高的血糖浓度下分泌胰岛素,降低血糖,所以衍生的胰岛B细胞需在葡萄糖的诱导下成功表达胰岛素,以确保衍生的胰岛B细胞能够正常发挥功能,才可用于移植治疗糖尿病,C项正确;凋亡基因的正常表达会导致衍生的胰岛B细胞发生程序性死亡,也就是发生细胞凋亡,D项正确。
4.科学家们发现了一种非转基因、快速且可控的“鸡尾酒”细胞重编程方法,能够将人的多能干细胞转化为全能性的8细胞期胚胎样细胞。下列叙述错误的是(　　)
A.人的多能干细胞转化为具有全能性细胞要经过细胞分化过程
B.细胞具有全能性的原因是细胞含有个体发育的全套基因
C.全能胚胎干细胞可分化为各种组织细胞,也可体现其全能性
D.该研究的成功说明高等动物体细胞的分化在体外特定条件下也是可逆的
A
解析 人的多能干细胞转化为具有全能性细胞的过程中发生了去分化,A项错误;细胞内含有个体发育所需的全部基因是细胞具有全能性的内在因素,B项正确;全能胚胎干细胞含有该生物全部遗传物质,可在一定条件下分化为各种组织细胞,也可体现其全能性,C项正确;该研究的成功说明高等动物体细胞的分化在体外特定条件下也是可逆的,D项正确。
考点二 细胞的衰老和死亡
夯实基础 精研教材
1.细胞衰老
(1)细胞衰老的特征
减少
降低
增大
积累
(2)细胞衰老的原因
损伤生物膜、攻击DNA、攻击蛋白质　
DNA—蛋白质复合体
正常基因的DNA序列
2.细胞死亡
基因
程序性死亡
自然更新
清除
3.细胞自噬
细胞器
微生物
和毒素
教材深挖
1.(必修1 P123图6-8)细胞衰老过程中细胞代谢会减慢,原因是
　。
2.(必修1 P124正文)端粒酶是延长端粒的一种酶,是由RNA和蛋白质组成的核糖核蛋白复合体,属于逆转录酶。它以自身的RNA作为端粒DNA复制的模板,合成出DNA序列后添加到染色体的末端并与蛋白质结合,从而稳定染色体的结构。据此从染色体水平分析癌细胞无限增殖的原因
　。
水分减少,多种酶活性降低,细胞膜通透性改变,染色质收缩等
癌细胞能激活端粒酶活性,合成出DNA序列后添加到染色体的末端并与蛋白质结合,从而稳定染色体的结构
易错排查
1.蝌蚪尾巴逐渐消失是细胞坏死的结果。(2024·贵州卷)(　　)
2.抑制细胞端粒酶的活性有助于延缓细胞衰老。(2023·江苏卷)(　　)
3.人体各组织细胞的衰老总是同步的。(2022·浙江卷)(　　)
4.细胞凋亡过程中不需要新合成蛋白质。(　　)
5.清除被病原体感染细胞的过程中不存在细胞凋亡现象。(　　)
×
×
×
×
×
思维探究 考教衔接
1.(根据2023·湖南卷情境设计)基因Bax和Bcl-2分别促进和抑制细胞凋亡。研究人员利用siRNA干扰技术降低TRPM7基因表达,研究其对细胞凋亡的影响,结果如图所示。回答下列问题。
(1)细胞衰老和细胞凋亡是否都受遗传信息
的调控 　　　　。为什么
　 　。
是
细胞衰老和细胞凋亡都是由基因控制的细胞正常的生命活动,所以都受遗传信息的调控
(2)TRPM7基因可能通过　　　　(填“抑制”或“促进”)Bax基因的表达来抑制细胞凋亡,判断的依据是
　 　。
(3)TRPM7基因可能通过　　　　(填“促进”或“抑制”)Bcl-2基因的表达来抑制细胞凋亡,判断的依据是
　 　 。
抑制
据题图可知,siRNA干扰TRPM7基因实验组的TRPM7基因表达量下降,Bax基因表达量增加,细胞凋亡率增加,由此可以得出,TRPM7基因可能通过抑制Bax基因的表达来抑制细胞凋亡
促进
siRNA干扰TRPM7基因实验组细胞凋亡率高,Bcl-2基因表达量降低,而Bcl-2基因抑制细胞凋亡,故TRPM7基因可能通过促进Bcl-2基因的表达来抑制细胞凋亡
2.细胞凋亡大致过程和机理如图所示。请分析回答相关问题。
(1)过程A体现了生物膜的
　　　　　　　　功能,说明细胞凋亡有　　　　性,在特定时期凋亡特定细胞。
(2)从过程B中可以看出,细胞凋亡是相关基因　　　　　　　　的结果,该过程中形成具膜的凋亡小体,体现了膜的　　　　性。
(3)过程C中凋亡小体被吞噬消化,此过程需要　　　　　　(细胞器)的参与。
信息传递
特异
选择性表达
流动
溶酶体
考法练透 素养提升
考法一　细胞衰老的特征、原因及意义
1.(2024·河北卷)核DNA受到损伤时ATM蛋白与受损部位结合,被激活后参与DNA修复,同时可诱导抗氧化酶基因H的表达。下列分析错误的是(　　)
A.细胞在修复受损的DNA时,抗氧化能力也会提高
B.ATM在细胞质合成和加工后,经核孔进入细胞核发挥作用
C.H蛋白可减缓氧化产生的自由基导致的细胞衰老
D.ATM基因表达增强的个体受辐射后更易患癌
D
解析 ATM蛋白被激活后参与核DNA的修复,同时可诱导抗氧化酶基因H的表达,所以细胞在修复受损的DNA时,抗氧化能力也会提高,A项正确。ATM在细胞质的核糖体上合成经加工后通过核孔进入细胞核发挥作用,B项正确。在生命活动中,细胞不断进行各种氧化反应,在这些反应中很容易产生自由基,自由基会攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子,导致细胞衰老,H蛋白是抗氧化酶,能提高细胞的抗氧化能力,减缓细胞衰老,C项正确。ATM基因表达增强的个体,核DNA损伤后更容易修复,不易癌变,D项错误。
2.(必修1 P124“正文”素材分析)在人体生命活动中,细胞不断进行各种氧化反应,很容易产生异常活泼的带电分子或基团。自由基攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子,致使细胞衰老。下列有关说法正确的是(　)
A.若自由基攻击细胞膜上的受体分子,不会影响细胞间的信息交流
B.若自由基攻击细胞膜中的DNA分子,可能会引起基因碱基序列的改变
C.若自由基攻击磷脂分子,可能影响葡萄糖进入线粒体氧化分解
D.人体细胞若能及时清除自由基,可能延缓细胞衰老
D
解析 信息分子与受体结合,完成信息的传递,若自由基攻击细胞膜上的受体分子,会影响细胞间的信息交流,A项错误;细胞膜中没有DNA分子,B项错误;葡萄糖的氧化分解发生在细胞质中,葡萄糖不会进入线粒体,C项错误;依题意,自由基会使细胞内多种物质氧化,影响这些物质的功能,加速衰老,因此,人体细胞若能及时清除自由基,可能延缓细胞衰老,D项正确。
考法二　细胞的死亡与细胞自噬
3.(2024·甘肃卷)某研究团队发现,小鼠在禁食一定时间后,细胞自噬相关蛋白被募集到脂质小滴上形成自噬体,随后与溶酶体融合形成自噬溶酶体,最终脂质小滴在溶酶体内被降解。关于细胞自噬,下列叙述错误的是(　　)
A.饥饿状态下自噬参与了细胞内的脂质代谢,使细胞获得所需的物质和能量
B.当细胞长时间处在饥饿状态时,过度活跃的细胞自噬可能会引起细胞凋亡
C.溶酶体内合成的多种水解酶参与了细胞自噬过程
D.细胞自噬是细胞受环境因素刺激后的应激性反应
C
解析 由题意可知,饥饿状态下自噬参与了细胞内的脂质代谢,使细胞获得所需的物质和能量,维持基本的生命活动,A项正确;细胞长时间处在饥饿状态时,细胞可能无法获得足够的能量和营养,过度活跃的细胞自噬可能会引起细胞凋亡,B项正确;溶酶体内水解酶的化学本质是蛋白质,其合成场所是核糖体,在溶酶体内发挥作用,参与了细胞自噬过程,C项错误;细胞自噬是细胞感应外部环境刺激后表现出的应激性行为,是为了适应环境、维持基本的生命活动,D项正确。
4.(2024·湖南怀化三模)细胞焦亡是细胞程序性死亡的方式之一,在抗击感染性疾病中发挥重要作用。该过程可分为三步:第一步是启动促炎因子基因的转录;第二步是炎症小体活化后裂解Pro-Caspase-1形成具有活性的Caspase-1,Caspase-1裂解GSMD蛋白产生具有活性的N端与C端,N端促使细胞膜穿孔而死亡;第三步是释放IL-1β到细胞外扩大炎症反应。下列分析错误的是(　　)
A.细胞焦亡与促炎因子基因进行选择性表达有关
B.检测Caspase-1的活性可判断细胞发生焦亡还是坏死
C.细胞焦亡与细胞内液渗透压发生剧烈变化密切相关
D.细胞释放IL-1β并扩大炎症反应不利于维持内环境稳态
D
解析 细胞焦亡过程中启动促炎因子基因的转录,说明细胞焦亡与促炎因子基因进行选择性表达有关,A项正确;由题干可知,炎症小体活化后裂解Pro-Caspase-1形成具有活性的Caspase-1是细胞焦亡的过程之一,检测Caspase-1的活性可在一定程度上判断细胞是发生焦亡还是坏死,B项正确;细胞焦亡时N端促使细胞膜穿孔,会使细胞内液渗透压发生变化,所以细胞焦亡与细胞内液渗透压发生剧烈变化密切相关,C项正确;在抗击感染性疾病中,细胞释放IL-1β并扩大炎症反应有利于机体清除病原体,对维持内环境稳态有一定积极作用,D项错误。
聚焦表达 回扣落实
1.(原因分析类)细胞分化形成不同的组织细胞,不同组织细胞形态、结构不同的直接原因是 　 　 　 　 　　。
2.(原因分析类)人的胰岛B细胞和神经细胞的核基因的种类和数量是相同的,其原因是 　。
3.(原因分析类)老年人白发与白化病患者白发的原因分别是
　。
不同组织细胞中蛋白质的种类和含量不同
人的胰岛B细胞和神经细胞都是体细胞且都由受精卵分化而来
老年人白发是由于毛囊中的黑色素细胞衰老,细胞中的酪氨酸酶活性降低,黑色素合成减少;白化病患者的白发是细胞中控制合成酪氨酸酶的基因异常,不能合成酪氨酸酶,从而无法合成黑色素
4.(原因推理类)与克隆羊多莉培育成功一样,其他克隆动物的成功获得也证明了 　。
5.(原因推理类)白细胞与红细胞的功能不同,凋亡的速率也不一样,白细胞凋亡的速率比红细胞快得多。请结合这一实例说明细胞凋亡的生物学意义:
　。
已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性
细胞凋亡的速率与它们的功能有关系。因为白细胞的主要功能是吞噬病菌等,所以白细胞凋亡的速率很快。细胞凋亡不仅保证了多细胞生物个体发育的正常进行,而且在维持生物体内部环境的稳定、抵御外界各种因素的干扰方面也都起着非常关键的作用

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