【学案】 第6章　第3节　细胞的衰老和死亡 人教版（2019）生物学 必修1

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第3节　细胞的衰老和死亡
学有目标——课标要求必明 记在平时——核心语句必背
1.描述细胞衰老的特征和原因。2.描述细胞凋亡和细胞坏死的区别。3.探讨细胞衰老和死亡与人体健康的关系，关注老年人的健康。 1.衰老的细胞内水分减少、多种酶活性降低、呼吸速率减慢、色素积累、膜通透性改变，物质运输功能下降。2.细胞凋亡是由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。
[主干知识梳理]
一、细胞衰老的特征
1．细胞衰老的含义
细胞衰老是细胞的生理状态和化学反应发生复杂变化的过程，最终表现为细胞的形态、结构和功能发生变化。
2．衰老细胞的主要特征
(1)细胞内的水分减少，细胞萎缩，体积变小。
(2)细胞内多种酶的活性降低，呼吸速率减慢，新陈代谢速率减慢。
(3)细胞内的色素逐渐积累，妨碍细胞内物质的交流和传递。
(4)细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低。
(5)细胞核的体积增大，核膜内折，染色质收缩，染色加深。
二、细胞衰老的原因
科学家对于细胞衰老的机制提出了很多假说，目前为大家普遍接受的是自由基学说和端粒学说。
1．自由基学说
(1)自由基的概念：通常把异常活泼的带电分子或基团称为自由基。
(2)自由基的特点：含有未配对电子，表现出高度的反应活泼性。
(3)自由基的危害
①攻击生物膜的组成成分磷脂分子，引发雪崩式的反应，对生物膜损伤比较大。
②攻击DNA，可能引起基因突变。
③攻击蛋白质，使蛋白质活性下降，导致细胞衰老。
2．端粒学说
(1)端粒的概念：每条染色体的两端都有一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体，称为端粒。
(2)端粒DNA序列在每次细胞分裂后会缩短一截。在端粒DNA序列被“截”短后，端粒内侧正常基因的DNA序列就会受到损伤，结果使细胞活动渐趋异常。
三、细胞衰老与个体衰老的关系
1．单细胞生物：细胞的衰老就是个体的衰老。
2．多细胞生物：细胞的衰老与个体的衰老是不同步的。然而个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程。
四、细胞的死亡
细胞死亡包括凋亡和坏死等方式，其中凋亡是细胞死亡的一种主要方式。
1．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。由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，所以它是一种程序性死亡。
(2)意义：对于多细胞生物体完成正常的生长发育，维持内部环境的稳定，以及抵御外界各种因素的干扰都起着非常关键的作用。
2．细胞坏死：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。
五、细胞自噬
1．概念：通俗地说，就是细胞吃掉自身的结构和物质。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，这就是细胞自噬。
2．类型
(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．意义：人类许多疾病的发生，可能与细胞自噬发生障碍有关，因此，细胞自噬机制的研究对许多疾病的防治有重要意义。
[边角知识发掘]
1．如图表示细胞衰老的自由基学说图解，据图回答有关问题：
(1)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_____________________________________。
(2)老年人容易发生癌变的原因是__________________________________。
(3)根据图示内容，提出延缓衰老的措施。___________________________。
答案：(1)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 　(2)自由基会攻击DNA，引起基因突变
(3)避免辐射危害、减少有害物质入侵和及时清除自由基等
2．细胞死亡包括凋亡和坏死。下列叙述中属于细胞凋亡的是________，属于细胞坏死的是________。(填编号)
①皮肤和消化道上皮每天都会有大量细胞死亡脱落　②骨折时造成的细胞死亡
③蝌蚪变态发育过程中尾部消失
④人的红细胞在经历120 d左右的寿命后死亡
答案：①③④　②
3．胚胎发育过程中是否有细胞的衰老？老年人的体内是否只有细胞的衰老而没有新细胞的产生？
答案：胚胎发育过程中有细胞的衰老；老年人体内既有细胞的衰老也有新细胞的产生。
[教材问题提示]
(一)旁栏思考(教材P124)
老年斑是由于细胞内的色素随着细胞衰老而逐渐积累造成的。衰老细胞中出现色素聚集，主要是脂褐素的堆积。脂褐素是不饱和脂肪酸的氧化产物，是一种不溶性颗粒物。不同的细胞在衰老过程中脂褐素颗粒的大小也有一定的差异。皮肤细胞的脂褐素颗粒较大，就出现了老年斑。
(二)思考·讨论(教材P125)
1．从实验1中得出的结论是：年龄越大的个体的体细胞可增殖代数越少，年龄越小的个体的体细胞可增殖代数越多，细胞增殖的能力与个体的年龄有密切的关系。
2．细胞核对细胞分裂的影响大一些。
(三)思维训练(教材P127)
1．细胞的寿命与分裂能力无关。寿命短的细胞不一定能分裂，如白细胞的寿命只有5～7 d，但也不能分裂。
2．有关系。
3．提示：学生可作出各种推测。皮肤表皮细胞的寿命约为10 d，生发层细胞分裂能力强。
新知探究一　细胞的衰老
[在探究中学]
[任务驱动]　
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，甚至不仅头发花白，而且满脸老年斑。结合教材，分析探究以下问题：
(1)年老的个体会有新生的细胞吗？新生婴儿体内含有衰老的细胞吗？
提示：老年人体内有新生的细胞，新生婴儿体内也有衰老的细胞，只是所占比例不同。新生婴儿体内衰老细胞较少，新生细胞较多，老年人则相反。
(2)老年人为什么大多头发花白，满脸老年斑？
提示：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；衰老细胞膜通透性改变，色素积累，出现老年斑。
(3)细胞是生物体结构和功能的基本单位，细胞的衰老就代表个体的衰老吗？
提示：对于多细胞生物而言，细胞的衰老不等于机体的衰老，如幼年个体中每天都有细胞衰老；机体的衰老也不等于细胞的衰老，如老年个体中每天也有新的细胞产生。但个体衰老时，组成该个体的细胞往往表现为普遍衰老现象。
(4)衰老的细胞内水分减少，减少的这部分水在细胞中以什么形式存在？
提示：自由水。
(5)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是什么？
提示：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。
[师说重难]　
1．简化记忆细胞衰老特征
2．衰老的表现及形成原因
个体衰老表现 对应的细胞衰老原因
皮肤干燥、发皱 细胞内水分减少，细胞体积变小
头发变白 细胞内的(酪氨酸)酶活性降低
老年斑 细胞内色素的积累
无力 细胞内呼吸速率减慢
吸收能力下降 细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低
[在应用中悟]
[典例]　人衰老的红细胞具有下列哪些特征(　　)
①水分减少，细胞萎缩　②新陈代谢的速率减慢　③某些酶的活性降低　④呼吸速率上升　⑤色素积累增多
⑥细胞的呼吸速率减慢　⑦细胞核体积增大　⑧细胞膜的通透性功能改变
A．①②③④⑤⑦⑧　 B．①②③⑤⑥⑦⑧
C．①②③⑤⑥⑧ D．①②③④⑤⑧
[解析]　衰老的细胞具有以下五项特征：(1)细胞内水分减少，细胞萎缩，体积变小；(2)多种酶的活性降低，细胞呼吸速率减慢，新陈代谢速率减慢；(3)细胞内的色素积累，妨碍细胞内物质交流和传递，影响细胞正常的生理功能；(4)细胞核的体积增大，核膜内折，染色质收缩，染色加深；(5)细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低。根据以上特征判断，①②③⑤⑥⑦⑧都符合衰老细胞的特征，但由于人衰老的红细胞没有细胞核，因此应除去⑦。
[答案]　C
[在训练中评]
1．李白有诗云：“君不见，高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪。”从细胞学的角度分析，这个过程中不会出现的变化是(　　)
A．细胞核体积缩小　　 B．细胞内水分减少
C．酶的活性降低 D．细胞呼吸速率减慢
解析：选A　细胞衰老，细胞核的变化是体积增大，核膜内折，染色质收缩，染色加深，不会出现细胞核体积减小；衰老细胞内水分含量的变化是减少，因此细胞萎缩，细胞体积变小，细胞新陈代谢速率减慢；衰老细胞内许多酶的活性降低，如酪氨酸酶活性降低，黑色素合成减少，头发变白；衰老细胞的细胞呼吸速率减慢。
2．下列关于个体衰老和细胞衰老的叙述，正确的是(　　)
A．个体衰老和细胞衰老是一致的
B．细胞的衰老表示生物体各种功能的衰退，是一种不正常的状态
C．老年人骨折后很难愈合，与老年人成骨细胞的衰老有一定的关系
D．在正常情况下，细胞不会因为分裂次数增多而加速衰老
解析：选C　细胞衰老和个体衰老既有联系又有区别。个体衰老和细胞衰老对于单细胞生物而言是一致的，对于多细胞生物来说，个体衰老与细胞衰老不是一回事；细胞衰老和个体衰老都是正常现象，是一种自然规律；成骨细胞位于骨膜内，它对骨的生长和再生(如骨折后的愈合)有重要作用，老年人骨膜内的成骨细胞逐渐衰老，因而骨折后难以愈合；在正常情况下，细胞会因为分裂次数增多逐渐丧失正常的功能而加速衰老。新知探究二　细胞的死亡
[在探究中学]
[任务驱动]　
如图表示细胞凋亡的机理，据图分析回答有关问题：
(1)过程A体现了生物膜的信息传递功能，说明细胞凋亡有特异性，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选择性表达的结果，该过程中形成具膜的凋亡小体，体现了膜的流动性。
(3)过程C中凋亡小体被吞噬消化，此过程需要溶酶体(细胞器)的参与。
[师说重难]　
细胞凋亡与细胞坏死的比较
比较项目 细胞凋亡 细胞坏死
与基因关系 受基因控制 不受基因控制
影响因素 受遗传机制决定的程序性调控 极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激
与机体关系 机体控制的主动性死亡，对机体有利 不受机体控制的被动性死亡，对机体有害
形态变化 细胞变圆与周围细胞脱离 细胞外形不规则变化
结构变化 染色质凝集，细胞分为一个个小体(凋亡小体) 溶酶体破坏，胞浆外溢
[在应用中悟]
[典例1]　(2019·全国卷Ⅰ)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(　　)
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]　在胎儿手的发育过程中，五个手指最初是愈合在一起的，后来随着指间细胞的自动死亡，才发育为成形的手指，A错误；小肠上皮细胞的自然更新是通过细胞凋亡完成的，B正确；被病原体感染的细胞的清除也是通过细胞凋亡完成的，C错误；细胞坏死是在种种不利因素影响下，由细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡，不同于细胞凋亡，D错误。
[答案]　B
[典例2]　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(　　)
A．细胞凋亡是由基因控制的，对生物的个体生长发育和机体稳态的维持具有重要作用
B．细胞坏死最终细胞因细胞膜破裂，胞浆外溢而死亡
C．吞噬细胞吞噬凋亡小体与溶酶体有关
D．在成人体内，被病原体感染的细胞的清除是通过细胞坏死实现的
[解析]　细胞凋亡是由基因控制的，对生物的个体生长发育和机体稳态的维持具有重要作用；由图可知，细胞坏死是细胞膜被破坏，胞浆外溢造成死亡；吞噬细胞吞噬凋亡小体后在细胞内的溶酶体中将其消化；成人体内，被病原体感染的细胞的清除是通过细胞凋亡实现的。
[答案]　D
■方法规律
“两看法”区分细胞凋亡与细胞坏死
(1)从方式看
(2)从结果看
[在训练中评]
1．(2018·浙江11月选考)人体细胞凋亡和衰老是细胞生命活动的必然规律。下列叙述正确的是(　　)
A．细胞凋亡仅发生在衰老细胞中
B．细胞凋亡由机械损伤引发
C．衰老细胞中所有酶的活性降低
D．衰老细胞的需氧呼吸变慢
解析：选D　细胞凋亡是细胞的自然更新，不只发生在衰老的细胞中；细胞凋亡是基因编程性死亡，机械损伤可引发细胞坏死；衰老细胞内多种酶的活性降低，不是所有酶的活性都降低，凋亡时水解酶活性上升；衰老的细胞呼吸速率减慢，新陈代谢减慢。
2．下列有关细胞凋亡、细胞坏死的说法，错误的是(　　)
A．人在胚胎时期要经历尾的消失、指间细胞死亡，原因是遗传物质决定的程序性调控
B．细胞的自动更新、被病原体感染的细胞清除是通过细胞凋亡完成的
C．细胞坏死是由于细胞代谢活动受损或中断引起的，如蛋白质合成受阻
D．吸烟引起的肺部细胞死亡属于细胞凋亡
解析：选D　吸烟引起的肺部细胞死亡属于细胞坏死。
科学视野——细胞自噬与人类健康
细胞自噬是近年来热门研究领域。“自噬”字面意思是“将自己吃掉”，实则是一种细胞自身成分降解和循环的基本过程。通俗地说，细胞可以通过降解自身的非必需成分来提供营养和能量，也可以降解一些毒性成分以阻止细胞损伤和凋亡。
对细胞自噬的研究成果有助于人类更好地了解细胞如何实现自身的循环利用。在适应饥饿或应对感染等许多生理进程中，细胞自噬机制都有重要意义。此外，细胞自噬基因的突变会引发疾病，因此干扰自噬过程可以用于癌症和神经系统疾病等的治疗。
[素养评价]
1．在一定条件下，真核细胞通过溶酶体降解自身非必需成分，获得所需要的物质和能量，这是一种细胞自噬的现象。下列有关叙述正确的是(　　)
A．处于营养缺乏条件下的细胞，细胞自噬现象会减弱
B．人的红细胞成熟过程中通过细胞自噬清除线粒体等细胞器
C．细胞自噬和细胞凋亡都是不利因素引起的，不受基因的调控
D．溶酶体内合成的水解酶，在细胞自噬过程中发挥催化作用
解析：选B　根据题意可知，处于营养缺乏条件下的细胞，细胞自噬现象会增强，A错误；人红细胞成熟过程中通过细胞自噬清除线粒体等细胞器，B正确；细胞自噬和细胞凋亡都受基因的调控，C错误；溶酶体内的水解酶在核糖体上合成，D错误。
2．细胞自噬是真核生物中进化保留的对细胞内物质进行周转的重要过程，它与细胞凋亡、细胞衰老一样，是十分重要的生物学现象，参与生物的生长、发育等多种过程。如图为细胞通过自噬作用清除衰老线粒体的过程，下列相关叙述错误的是(　　)
A．自噬前体来源于内质网，吞噬衰老线粒体的过程体现了膜的流动性
B．自噬体具双层膜结构，其中降解线粒体的水解酶在溶酶体中合成
C．自噬体的形成需借助于膜的流动性，这一过程需要消耗能量
D．细胞凋亡和细胞衰老的过程中，细胞的自噬作用可能增强
解析：选B　由图可知，自噬前体来源于内质网，吞噬衰老线粒体的过程体现了膜的流动性，A正确；自噬体具双层膜结构，其中降解线粒体的水解酶在核糖体上合成，B错误；自噬体的形成需借助于膜的流动性，这一过程需要消耗能量，C正确；细胞凋亡和细胞衰老的过程中，细胞的自噬作用可能增强，D正确。
3．细胞自噬是指细胞通过降解自身结构或物质使细胞存活的自我保护机制。细胞面临代谢压力时，可通过降解自身大分子物质或细胞器为生存提供能量。图1、2表示酵母细胞自噬的信号调控过程，其中AKT和mTor是抑制酵母细胞凋亡和自噬的两种关键蛋白激酶。下列分析错误的是(　　)
A．溶酶体与细胞自噬有关
B．细胞凋亡受基因控制，细胞自噬不受基因控制
C．当营养物质充足时，胰岛素可激活AKT抑制细胞凋亡
D．酵母细胞启动自噬过程的意义是为细胞生命活动提供ATP
解析：选B　溶酶体的主要功能是分解衰老、损伤的细胞器，吞噬并杀死侵入细胞的病毒或病菌。溶酶体与细胞自噬有关，A正确；细胞凋亡和细胞自噬都受基因控制，贯穿细胞正常的生长发育过程，在生物体的生命活动中发挥积极作用，B错误；据图1可知，当营养物质充足时，胰岛素可激活AKT抑制细胞凋亡，C正确；据图2可知，营养物质缺乏时，酵母细胞启动自噬过程，其意义是为细胞生命活动提供ATP，D正确。
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