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第3节　细胞的衰老和死亡
高中生物学　必修1　分子与细胞·学案
班级：________　姓名：________　学号：________
一、学习目标
1．生命观念：辩证说明个体衰老与细胞衰老的关系，理解细胞的衰老和死亡在个体发育和内部环境的维护中具有重要意义。
2．科学思维：通过分析资料，描述细胞衰老的特征和原因。
3．社会责任：关注社会议题，辨别伪科学；宣传健康生活和关爱生命等相关知识；关注老年人的身心健康，思考社会老龄化相关问题，增强社会责任感。
二、情境导入
诗仙李白在《将进酒》中写道：“君不见，高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪。”细胞衰老的过程是细胞的生理状态和化学反应发生复杂变化的过程，衰老的细胞还会死亡或者坏死。让我们走进本节，探究细胞衰老与死亡的科学内涵。
三、自主预学
（一）知识梳理
一、细胞衰老
1．细胞衰老的特征
图1　衰老细胞的特征示意图
2．细胞衰老的原因
图2　细胞衰老原因——自由基学说
图3　细胞衰老原因——端粒学说
3．细胞衰老与个体衰老的关系
(1)单细胞生物：细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡。
(2)多细胞生物：①细胞的衰老和死亡不等于个体的衰老和死亡；②从总体上看，个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程。
二、细胞死亡
1．细胞死亡：包括凋亡和坏死等方式。
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：细胞凋亡可分为细胞主动死亡和衰老细胞被吞噬清除等多种类型。
3．细胞坏死：在种种不利因素影响下，如极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激的情况下，由细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡。
4．细胞自噬
图4　细胞自噬的过程示意图
(1)概念：在一定条件下，细胞会将受损或功能退化的细胞结构等，通过溶酶体降解后再利用。
(2)意义：①处于营养缺乏条件下的细胞，通过细胞自噬可以获得维持生存所需的物质和能量；②在细胞受到损伤、微生物入侵或细胞衰老时，通过细胞自噬，可以清除受损或衰老的细胞器，以及感染的微生物和毒素，从而维持细胞内部环境的稳定；③有些激烈的细胞自噬，可能诱导细胞凋亡。
（二）判断正误
判断下列说法是否正确，正确的填“√”，错误的填“×”。
(1)衰老细胞的所有酶活性都降低。________
(2)自由基只有攻击细胞才会导致细胞衰老。________
(3)同一种体细胞端粒长度与其有丝分裂能力呈正相关。________
(4)细胞死亡都是主动进行的，对生物体是有利的。________
(5)蝌蚪尾的消失、被病原体感染的细胞的清除属于细胞凋亡。________
图5　细胞的衰老和死亡知识框架
四、课堂探究
探究一　细胞的衰老
[材料情境]资料1：人到了一定的年龄就会出现白头发，并且随着年龄的增长，白头发往往会越来越多，皮肤上也会出现“老年斑”。资料2：下图为“自由基学说”图解。
图6　“自由基学说”图解（资料2）
1．为什么大多数老年人的头发花白，皮肤上有“老年斑”？
2．一般情况下，老年人的心脏不如年轻人的心脏收缩有力，试从细胞水平上分析其主要原因。
3．结合资料2分析衰老细胞膜的通透性改变，物质运输功能降低的原因可能是什么？
4．结合资料2分析老年人的细胞容易发生癌变的原因。
5．根据资料2图示内容，提出延缓衰老的措施。
知识小结
1．个体衰老的表现与细胞衰老的关系
2.细胞衰老的原因
(1)自由基学说
图7　细胞衰老原因——自由基学说机理
(2)端粒学说
图8　细胞衰老原因——端粒学说过程
影响细胞衰老的因素并不只来自内部：细胞的衰老由细胞自身的因素决定，但良好的外部环境和生活饮食习惯可以延缓细胞衰老，进而延缓机体衰老。
1．“黑发不知勤学早，白首方悔读书迟”，衰老是生命的基本现象。“黑发”与酪氨酸酶有关，酪氨酸酶催化产生的黑色素传递给毛发的角质细胞，使毛发着色。下列相关叙述正确的是（　　）
A．人体所有细胞的衰老造成了个体的衰老
B．人体衰老的红细胞自由水含量降低，细胞核体积增大
C．人体内黑色素细胞衰老，酪氨酸酶活性降低，头发变白
D．人体细胞中线粒体体积随年龄增大而变小，呼吸速率变慢
2．研究表明，醋酸可通过增强SESAME复合体与乙酰转移酶复合体SAS之间的相互作用，特异性地促进端粒附近区域组蛋白H4K16乙酰化的水平，破坏端粒染色体结构从而加速细胞衰老。下列有关叙述错误的是（　　）
A．衰老细胞的细胞核变大，细胞代谢速率变慢
B．所有的细胞都有端粒，破坏端粒的结构会导致细胞衰老
C．正常细胞分裂次数有限，可能和端粒不断被截短有关
D．抑制端粒附近区域组蛋白H4K16乙酰化，可延缓细胞衰老
探究二　细胞凋亡与坏死
[材料情境]通俗地说，细胞自噬就是细胞吃掉自身的结构和物质。通过细胞自噬可清除细胞内错误折叠或聚集的蛋白质、受损或衰老的细胞器。如图表示细胞自噬的三种形式以及溶酶体参与自噬的过程。
图9　溶酶体参与的细胞自噬机制示意图
1．从形态学上看细胞凋亡和细胞自噬有何区别？从生理意义上看细胞凋亡和细胞自噬有何区别？
2．细胞内受损蛋白质可与热休克蛋白形成复合物，与溶酶体膜上的受体结合，并在其作用下转入溶酶体腔被降解；细胞自噬后的降解产物，一部分以代谢废物的形式排出细胞外，另一部分被细胞再利用。
3．神经退行性疾病是由功能异常的蛋白质在神经细胞中堆积而引起的神经系统失调症。提高神经细胞的自噬能力能治疗该类疾病，结合所给信息分析其原因是什么？
4．细胞自噬过程主要依赖于溶酶体内水解酶的作用，已知溶酶体内部pH在5.0左右，而细胞质基质中pH在7.0左右。少量溶酶体破裂，水解酶溢出，一般不会损伤细胞，原因是什么？
5．当细胞中的线粒体受损后，由内质网的无核糖体附着区脱落的双层膜包裹形成自噬体，随后自噬体与溶酶体融合，最终被降解。受损的线粒体功能逐渐退化，会直接影响有氧呼吸的过程。细胞及时清除受损线粒体的意义是什么？
知识小结
细胞衰老、细胞凋亡和细胞坏死的区别：可从引发因素、形态学变化、对机体的影响等方面进行比较。细胞凋亡是程序性死亡，受基因调控；细胞坏死是在种种不利因素影响下引起的细胞损伤和死亡。
对细胞凋亡的四点提醒：(1)不同的细胞寿命不同，凋亡的速率也不同；(2)细胞凋亡不是仅发生在个体发育的胚胎时期，而是贯穿于整个生命过程；(3)细胞增殖、分化、衰老和凋亡是细胞的正常生命活动，细胞凋亡与细胞增殖都是维持生物体内细胞动态平衡的基本行为；(4)细胞凋亡与基因选择性表达有关，但不属于细胞分化过程。
3．细胞凋亡的大致过程如下图所示。下列有关叙述错误的是（　　）
图10　细胞凋亡的过程示意图
A．细胞凋亡是细胞在特定条件下的被动死亡过程
B．细胞凋亡过程中需要消耗能量
C．细胞凋亡发生过程中，细胞内容物不释放出来
D．吞噬细胞吞噬凋亡小体与溶酶体含有的水解酶密切相关
4．铁死亡是一种铁依赖性的脂质过氧化物积累引发的细胞程序性死亡。GPX4是铁死亡的核心调控因子，能够依赖谷胱甘肽特异性催化细胞中脂质过氧化物还原为无毒的脂质醇，从而抑制铁死亡发生。下列说法正确的是（　　）
A．铁死亡是一种自然的生理过程，属于细胞凋亡
B．GPX4是一种酶，其作用底物是细胞中的谷胱甘肽
C．GPX4失活将导致细胞中脂质过氧化物积累而诱发铁死亡
D．提高细胞中Nrf2含量能够降低细胞的抗氧化能力，抑制铁死亡发生
“三看法”判断细胞凋亡与细胞坏死：(1)从方式上看，细胞凋亡是程序性主动死亡，细胞坏死是被动性损伤死亡；(2)从机制上看，细胞凋亡受基因调控，细胞坏死不受基因调控；(3)从结果上看，细胞凋亡一般不引起炎症反应，细胞坏死往往引起炎症反应。
五、分层训练
课后分层练(二十六)　细胞的衰老和死亡
（选择题每题5分，非选择题每题15分）
【基础巩固练】
考点一　细胞衰老
1．下列关于细胞衰老和个体衰老的说法，正确的是（　　）
A．细胞衰老是细胞的正常生命历程，个体衰老不遵从自然规律
B．细胞衰老与个体衰老无关
C．延缓细胞的衰老，可以在一定程度上延缓个体的衰老
D．在正常情况下，细胞不会因为分裂次数增多而加速衰老
2．某同学在检测动物组织时，发现部分细胞出现细胞核的体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深等变化。除了上述变化，这些细胞可能出现的变化还有（　　）
A．细胞内的水分增加，细胞体积变大
B．细胞膜通透性改变，物质运输功能降低
C．细胞内所有酶的活性都降低，呼吸速率减慢
D．细胞内的色素逐渐减少，妨碍细胞内物质的交流和传递
图11　细胞衰老特征判断示意图（“三看”之一）
图12　细胞衰老特征判断示意图（“三看”之二）
考点二　细胞凋亡和细胞坏死
3．细胞凋亡与细胞坏死是两个不同的过程，如图所示。下列有关叙述错误的是（　　）
图13　细胞凋亡与细胞坏死的对比示意图
A．细胞凋亡是基因控制的，对生物的生长发育具有重要作用
B．细胞坏死最终会导致细胞膜被破坏，细胞内容物外溢
C．凋亡小体被吞噬与溶酶体有关
D．蝌蚪尾的消失是通过细胞坏死实现的
图14　细胞凋亡与坏死的性质梳理示意图
4．脊椎动物在胚胎发育过程中产生了过量的运动神经元，它们彼此竞争靶细胞（如肌肉细胞）分泌的存活因子，只有接受了足量存活因子刺激的神经元才能生存并与靶细胞建立连接，其他没有与靶细胞建立连接的细胞则发生凋亡。下列说法错误的是（　　）
A．脊椎动物细胞的凋亡仅发生在胚胎发育时期
B．脊椎动物细胞凋亡与溶酶体等结构有关
C．神经元细胞膜上有存活因子的受体
D．存活因子可能抑制神经细胞凋亡基因的表达
5．如图为人体细胞所经历的生长发育过程示意图，图中字母a～c表示细胞所进行的生理过程。回答下列问题：
图15　人体细胞生长发育过程示意图
(1)图中a过程是细胞的生长，与细胞①相比，细胞②与外界环境进行物质交换的能力________，b、c过程分别是________、________。
(2)细胞衰老时，其细胞核的主要变化是________。
(3)细胞坏死是在种种不利因素影响下，由细胞________引起的细胞损伤和死亡。由图示可知，该过程细胞膜通透性改变，引起细胞________，进而出现炎症反应。
(4)图中细胞凋亡过程中细胞片段化后会形成凋亡小体，凋亡小体的形成和被分解都与膜的________（填“选择透过性”或“流动性”）有关，其分解与________（填细胞器）有关。
【综合提升练】
6．自由基的产生可引起细胞衰老。细胞产生的自由基会攻击磷脂和蛋白质分子而损伤细胞，当自由基攻击生物膜的组成成分磷脂分子时，会产生更多的自由基。某小组分别在正常温度、中度高温和极端高温条件下处理组织细胞，这三组细胞内的自由基产生速率情况如图所示。下列分析错误的是（　　）
图16　不同温度处理下细胞自由基产生速率柱状图
A．自由基攻击生物膜的磷脂分子后会导致细胞损伤加剧
B．在处理时间相同的情况下，三组中极端高温组细胞的物质运输功能最强
C．正常温度下细胞也会产生自由基，说明正常温度下细胞也会衰老
D．该实验结果可说明，长期处于高温环境中，细胞衰老的速率会加快
7．细胞自噬过程中，受损或退化的细胞结构由两层内质网膜包裹形成自噬体，然后进入溶酶体。以下是科学家以酵母菌为材料对细胞自噬进行的有关研究：①光学显微镜下观察正常酵母菌，胞内除细胞核、液泡和贮藏粒可见外，其他结构因过小以及显微镜放大倍数不够而不可见；②研究酵母菌液泡膜的物质输送过程发现，液泡不断向外输送氨基酸等物质，若酵母菌陷入饥饿状态，则该过程加剧；③将某类酵母菌突变体植入缺乏某种营养的培养基上，一段时间后在显微镜下观察到液泡中积累了大量自噬体，如图2。
图17　酵母菌（正常状态下）与自噬状态下的细胞观察示意图
(1)液泡膜的基本支架是________，其内部是磷脂分子的________（填“亲水”或“疏水”）端，阻碍水溶性分子或离子通过，因此具有屏障作用。
(2)据资料分析，酵母菌液泡具有________（填“降解”或“合成”）功能，因此液泡内可能含有多种________。
(3)科学家基于“若扰乱液泡的功能，则饥饿时自噬体就会在液泡中聚集，并在显微镜下可见”的设想设计了③所示实验，该实验对照组的处理应该是________。
(4)在饥饿状态下酵母菌突变体液泡内的自噬体清晰可见，表明：①自噬体的分解过程被________（填“加速”或“阻断”）；②部分自噬体在细胞内发生了________，这与膜具有________的特性有关。
六、参考答案
（一）自主预学·判断正误
（1）×　（2）×　（3）√　（4）×　（5）√
解析：（1）衰老细胞中多种酶活性降低，但与衰老有关的酶活性增强。（2）自由基攻击磷脂分子、蛋白质都会导致细胞衰老。（4）细胞死亡有坏死等方式，细胞坏死是在种种不利因素影响下产生的，对生物体是有害的。
（二）课堂探究·探究一（细胞的衰老）
探究1　毛囊中的黑色素细胞衰老，细胞中酪氨酸酶活性降低，黑色素合成减少，故头发变白；细胞内的色素随着细胞衰老而逐渐积累，出现老年斑。
探究2　老年人体内衰老细胞多，衰老细胞呼吸速率减慢，新陈代谢速率减慢。
探究3　自由基攻击磷脂分子和蛋白质，会引起细胞膜的磷脂分子和转运蛋白等损伤，物质运输功能降低。
探究4　老年人的细胞内自由基较多，自由基会攻击DNA，引起基因突变。
探究5　避免辐射、减少有害物质入侵和多食用抗氧化类食物等。
对练1　C
解析：对于多细胞生物而言，细胞衰老不等于个体衰老，从总体上看，个体衰老的过程是组成个体的细胞普遍衰老的过程，A错误；人体成熟的红细胞没有细胞核，B错误；人体内黑色素细胞衰老，酪氨酸酶活性降低，黑色素合成减少，导致头发变白，C正确；人体细胞中线粒体体积随年龄增大而变大，数目减少，呼吸速率变慢，D错误。
对练2　B
解析：衰老细胞的细胞核变大，染色质收缩，染色加深，细胞代谢速率变慢，A正确；原核细胞不具有染色体，也不具有端粒，B错误；根据端粒学说，细胞每分裂一次，端粒DNA序列缩短一截，因此正常细胞分裂次数有限可能和端粒不断被截短有关，C正确；据题意可知，促进端粒附近染色质H4K16乙酰化会加速细胞衰老，因此抑制其乙酰化可延缓细胞衰老，D正确。
（三）课堂探究·探究二（细胞的凋亡与坏死）
探究1　细胞凋亡会使细胞膜内陷形成凋亡小体，最后细胞解体；细胞自噬是形成双层膜的自噬体，包裹细胞质内的物质，然后与溶酶体融合解掉内容物。凋亡一定引起细胞死亡；自噬不一定引起细胞死亡。
探究3　细胞自噬能清除细胞内功能异常的蛋白质。
探究4　由于pH改变，水解酶活性降低甚至失活。
探究5　维持细胞内部环境的相对稳定。
对练3　A
解析：细胞凋亡是由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，A错误；由题图可知，细胞凋亡过程中细胞崩溃，分解成多个被膜包裹的凋亡小体，细胞内容物不释放出来，凋亡小体最终被吞噬细胞吞噬，这一过程需要消耗能量，B、C正确；吞噬细胞中含有大量的溶酶体，溶酶体中的水解酶能消化凋亡小体，D正确。
对练4　C
解析：细胞铁死亡受环境因素的影响，不属于细胞凋亡，A错误；GPX4的作用底物是细胞中的脂质过氧化物，B错误；GPX4失活会导致脂质过氧化物积累进而诱发铁死亡，C正确；提高细胞中Nrf2水平能提高细胞抗氧化能力，抑制铁死亡发生，D错误。
（四）课后分层练(26)
1　C
解析：个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程，遵从自然规律，A错误；对于单细胞生物来说，细胞的衰老就是个体的衰老，B错误；延缓细胞的衰老可以从一定程度上延缓个体的衰老，C正确；正常情况下，细胞会因为分裂次数增多逐渐丧失正常的功能，从而加速衰老，D错误。
2　B
解析：衰老细胞内的水分减少，细胞萎缩体积变小，细胞膜通透性改变，物质运输功能降低，细胞内多种酶的活性降低、呼吸速率减慢，色素逐渐积累，故选B。
3　D
解析：细胞凋亡是基因控制的，对生物生长发育具有重要作用，A正确；细胞坏死最终会导致细胞膜被破坏，细胞内容物外溢，B正确；凋亡小体被吞噬与溶酶体有关，C正确；蝌蚪尾的消失是通过细胞凋亡实现的，D错误。
4　A
解析：细胞凋亡发生在个体发育的各个时期，A错误；溶酶体参与细胞凋亡，B正确；根据题意，神经元细胞膜上有存活因子的受体，C正确；存活因子可能抑制神经细胞凋亡基因的表达，D正确。
5（1）　降低；细胞增殖；细胞分化
5（2）　细胞核体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深
5（3）　正常代谢活动受损或中断；膨大、破裂
5（4）　流动性；溶酶体
解析：细胞生长体积变大，故与细胞①相比，细胞②的表面积与体积的比值减小，与外界环境进行物质交换的能力降低。b过程细胞数量变多表示细胞增殖，c过程细胞种类变多表示细胞分化。凋亡小体的形成和被分解都与膜的流动性有关，其分解与溶酶体有关。
6　B
解析：自由基攻击生物膜组成成分磷脂分子时，会新增更多自由基继续攻击，导致细胞损伤加剧，A正确；由图可知，极端高温组自由基产生速率最快，导致细胞衰老加速，细胞膜通透性改变，物质运输功能降低，B错误；正常温度组也会产生自由基，说明正常温度下细胞也会衰老，C正确；长期处于高温环境中自由基产生速率加快，细胞衰老速率加快，D正确。
7（1）　磷脂双分子层；疏水
7（2）　降解；水解酶
7（3）　将某类正常酵母菌植入缺乏某种营养的培养基上
7（4）　①阻断；②融合；一定的流动性
解析：液泡不断向外输送氨基酸等物质，若酵母菌陷入饥饿状态，该过程加剧，说明液泡内含有多种水解酶，具有降解功能。液泡膜的基本骨架是磷脂双分子层，内部是磷脂分子的疏水端。对照组应排除酵母菌种类这一变量，故将某类正常酵母菌植入缺乏某种营养的培养基上。饥饿状态下突变体自噬体清晰可见，说明自噬体的分解过程被阻断；部分自噬体在细胞内发生了融合，这与膜具有一定的流动性的特性有关。
AIGC标识: 1569a448-eed8-4f32-b15f-88b39f538f10

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