第22讲 细胞的分化、衰老和死亡
[课标要求]
1.说明在个体发育过程中,细胞在形态、结构和功能方面发生特异性的分化,形成了复杂的多细胞生物体。
2.描述在正常情况下,细胞衰老和死亡是一种自然的生理过程。
考点一 细胞的分化
1.细胞分化
2.细胞的全能性
3.干细胞
1.判断正误
(1)(必修1 P119正文)一般来说,分化的细胞将一直保持分化后的状态,直至死亡。( )
(2)(必修1 P119正文拓展)同一个体的肌细胞与肝细胞中的基因、mRNA、蛋白质均不同。( )
(3)(必修1 P121正文)受精卵没有分化,故受精卵没有全能性。( )
(4)(必修1 P121正文)脐带血中含有大量的干细胞,可以培养并分化成人体的各种血细胞。( )
2.规范表达
(1)(必修1 P121与社会的联系拓展)利用干细胞培养组织、器官来修复受到损伤的组织、器官的细胞学基础是 。
(2)(必修1 P121旁栏思考拓展)已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性的条件是什么 为什么整个细胞的全能性受到了限制
1.从不同水平理解细胞分化
细胞 水平 细胞在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异(细胞分化的结果)
细胞器 水平 细胞器的种类、数目及细胞质基质成分发生改变
分子 水平 蛋白质种类、数量、功能发生改变(细胞分化的直接原因);基因的选择性表达(细胞分化的根本原因)
2.细胞分化的“改变”与“不变”
3.分化细胞中表达的基因
管家 基因 在所有细胞中均表达的一类基因,其表达产物是维持细胞基本生命活动所必需的,如呼吸酶基因、ATP水解酶基因
奢侈 基因 在不同类型细胞中特异性表达的一类基因,其表达产物赋予不同细胞特异性的生理功能,如血红蛋白基因、胰岛素基因
能力1 围绕细胞分化的实质与特点,考查理解能力
1.(2024·湖南长沙一模)如图表示造血干细胞的生长、增殖和分化的过程。下列相关叙述错误的是( )
[A] 过程①细胞a体积增大,物质运输效率下降
[B] 造血干细胞形成各种血细胞的过程体现了细胞的全能性
[C] 造血干细胞分化成成熟红细胞的过程中,细胞器的种类、数量会发生变化
[D] 白细胞所含的遗传信息与造血干细胞相同
2.(2024·四川成都联考)研究表明myoD基因在黄颡鱼雌、雄成体的心、脑、肌肉等不同组织中均有表达,在肌肉组织中表达量最高。下列叙述正确的是( )
[A] myoD基因在肌肉组织中表达量最高,说明肌肉细胞的分化程度最高
[B] 心、脑、肌肉细胞中DNA和RNA相同,但蛋白质种类不一定相同
[C] myoD基因在雌、雄黄颡鱼肌肉中表达量不同,可能导致雌、雄个体出现生长差异
[D] 通过检测组织细胞的myoD基因和呼吸酶基因是否表达,可确定细胞是否分化
能力2 围绕细胞全能性和干细胞,考查生命观念与社会责任
3.(2024·广东茂名月考)人脐带血含有与骨髓中相同类型的干细胞。关于脐带血中的干细胞,下列叙述错误的是( )
[A] 可用来治疗造血功能障碍类疾病
[B] 分化后,表达的蛋白质种类发生变化
[C] 分化后,细胞结构发生变化
[D] 具有与早期胚胎细胞相同的分化程度
考点二 细胞衰老和死亡
1.细胞衰老
(1)细胞衰老的特征。
[思考] 细胞衰老过程中细胞代谢会减慢,原因有哪些
(2)细胞衰老的原因。
①自由基学说。
②端粒学说。
(3)个体衰老与细胞衰老的关系。
(4)细胞衰老的意义。
细胞衰老是个体内发生的正常生命现象,正常的细胞衰老有利于机体更好地实现 。
2.细胞的死亡
(1)细胞的凋亡和坏死。
点拨 注意区分与病原体感染有关的细胞死亡的不同情况。若是被病原体感染而死亡,则属于细胞坏死;若感染后被机体免疫系统清除,则属于细胞凋亡。
(2)细胞自噬。
1.判断正误
(1)(必修1 P123图68)衰老细胞内染色质收缩、染色加深,这样会影响DNA复制和转录。( )
(2)(必修1 P123图68)衰老细胞内的酶活性均下降,代谢减慢。( )
(3)(必修1 P124正文)对单细胞生物来说,细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡。( )
(4)(必修1 P125正文)正常的细胞衰老有利于机体更好地实现自我更新。( )
(5)(必修1 P126正文)细胞凋亡受基因调控,不利于个体生长发育。( )
(6)(必修1 P126正文)蝌蚪尾的消失、被病原体感染的细胞的清除属于细胞凋亡。( )
2.规范表达
(1)(必修1 P123问题探讨拓展)老年人的白发与白化病患者白发的原因各是什么
(2)(必修1 P124正文拓展)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,从而来稳定染色体的结构。据此从染色体水平分析癌细胞无限增殖的原因是
。
1.从组成、结构、功能的关系理解细胞衰老的特征
2.细胞凋亡的机理
能力3 围绕细胞衰老与细胞死亡,考查生命观念与理解能力
4.(2024·河南濮阳质检)如图是细胞衰老的自由基学说示意图。下列有关叙述错误的是( )
[A] ①②过程的作用效果会引起细胞内生物膜面积减小
[B] ③过程会使酪氨酸酶活性升高
[C] ④过程可能引起细胞内基因突变
[D] ⑤可来自辐射、有害物质入侵和细胞内的氧化反应等
能力4 围绕细胞凋亡及其他死亡方式,考查生命观念与社会责任
5.(2024·广东潮州月考)研究表明,激活某种蛋白激酶PKR,可诱导被病毒感染的细胞发生凋亡。下列叙述正确的是( )
[A] 上述病毒感染的细胞凋亡后其功能可恢复
[B] 上述病毒感染细胞的凋亡不是程序性死亡
[C] 上述病毒感染细胞的凋亡过程不受基因控制
[D] PKR激活剂可作为潜在的抗病毒药物加以研究
“三看法”判断细胞凋亡与细胞坏死
(1)从“方式”看
(2)从“机制”看
(3)从“结果”看
考向一 从科学思维和生命观念的角度,考查细胞分化与细胞全能性
1.(2024·浙江6月选考,4)同一个体的肝细胞和上皮细胞都会表达一些组织特异性的蛋白质。下列叙述错误的是( )
[A] 肝细胞和上皮细胞没有相同的蛋白质
[B] 肝细胞和上皮细胞所含遗传信息相同
[C] 肝细胞的形成是细胞分裂、分化的结果
[D] 上皮细胞的形成与基因选择性表达有关
2.(2024·贵州卷,2)蝌蚪长出四肢,尾巴消失,发育成蛙。下列叙述正确的是( )
[A] 四肢细胞分裂时会发生同源染色体分离
[B] 四肢的组织来自干细胞的增殖、分化
[C] 蝌蚪尾巴逐渐消失是细胞坏死的结果
[D] 蝌蚪发育成蛙是遗传物质改变的结果
3.(2024·黑吉辽卷,2)手术切除大鼠部分肝脏后,残留肝细胞可重新进入细胞周期进行增殖;肝脏中的卵圆细胞发生分化也可形成新的肝细胞,使肝脏恢复到原来体积。下列叙述错误的是( )
[A] 肝细胞增殖过程中,需要进行DNA复制
[B] 肝细胞的自然更新伴随着细胞凋亡的过程
[C] 卵圆细胞分化过程中会出现基因的选择性表达
[D] 卵圆细胞能形成新的肝细胞,证明其具有全能性
考向二 从科学思维和社会责任角度,考查细胞衰老和死亡
4.(2023·海南卷,4)根边缘细胞是从植物根冠上游离下来的一类特殊细胞,可合成并向胞外分泌多种物质形成黏胶层。用DNA酶或蛋白酶处理黏胶层会使其厚度变薄。将物质A加入某植物的根边缘细胞悬液中,发现根边缘细胞的黏胶层加厚,细胞出现自噬和凋亡现象。下列有关叙述错误的是( )
[A] 根边缘细胞黏胶层中含有DNA和蛋白质
[B] 物质A可导致根边缘细胞合成胞外物质增多
[C] 根边缘细胞通过自噬可获得维持生存所需的物质和能量
[D] 物质A引起的根边缘细胞凋亡,是该植物在胚发育时期基因表达的结果
5.(2023·湖南卷,7)基因Bax和Bcl2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。下列叙述错误的是( )
[A] 细胞衰老和细胞凋亡都受遗传信息的调控
[B] TRPM7基因可能通过抑制Bax基因的表达来抑制细胞凋亡
[C] TRPM7基因可能通过促进Bcl2基因的表达来抑制细胞凋亡
[D] 可通过特异性促进癌细胞中TRPM7基因的表达来治疗相关癌症
热点情境7 细胞自噬与人体健康
[情境链接]
1.细胞自噬的概念
细胞自噬是细胞通过溶酶体与包裹细胞自身物质或结构的自噬体融合,从而降解细胞自身病变物质或结构的过程,是真核生物细胞内普遍存在的一种自稳机制。
2.细胞自噬的类型
根据细胞内底物进入溶酶体腔方式的不同,可以把细胞自噬分为巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬三种方式,具体过程如图所示。
(1)巨自噬:即通常所指的自噬,胞质成分被一种非溶酶体来源的膜所包绕,形成自噬体或自噬泡,这种自噬体的膜有可能来源于预先形成的小的膜结构(自噬体前体)。
(2)微自噬:也发生与巨自噬相同的包绕过程,但包绕底物的是自身发生内陷的溶酶体膜。
(3)分子伴侣介导的自噬:可溶性胞质蛋白选择性地结合于溶酶体膜表面的受体,从而调节其向溶酶体腔隙的转运。这种选择性依赖于对底物氨基酸序列中一种靶向信号的识别,通常由胞质内的分子伴侣蛋白完成。
归纳比较:细胞自噬是细胞成分降解和循环利用的一个基本过程。巨自噬过程中的底物通常是细胞中损坏的蛋白质或线粒体等细胞器,隔离膜的形成可来自高尔基体或内质网;微自噬分解后的产物,如氨基酸等可以通过溶酶体膜上的载体蛋白转运进入细胞质基质供细胞代谢使用。
3.细胞自噬调控机制(营养匮乏时)
①当营养充足时,胰岛素与受体结合激活AKT,进而激活蛋白激酶mTor,促进营养物质的吸收、大分子的合成、ATP的产生等,同时抑制细胞自噬(图1)。②当生长因子缺乏时,PI3K/AKT信号途径失活,细胞停止营养物质的吸收,以及ATP的产生;同时效应分子mTor也失活,解除了对细胞自噬的抑制,细胞通过自噬来产生ATP。AKT的失活也能引发细胞凋亡(图2)。
[典型例题]
(2024·甘肃卷,4)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
[迁移应用]
1.(2024·四川成都诊断)细胞自噬是真核生物细胞内普遍存在的一种自稳机制,如图所示。它是通过对细胞内受损的蛋白质、细胞器或入侵的病原体进行降解并回收利用实现的。下列叙述错误的是( )
[A] 细胞器a源自高尔基体,需借助单位膜的融合发挥功能
[B] 细胞自噬受到自噬基因的调控,对细胞内物质的降解具有特异性
[C] 丙肝病毒感染的肝细胞中出现自噬泡大量堆积现象,会导致细胞内代谢废物和垃圾增多
[D] 饥饿状态下酵母菌的自噬作用增强,将自身物质或结构降解后作为细胞呼吸的原料
2.(2024·安徽六安模拟)酵母菌API蛋白是一种进入液泡后才能成熟的蛋白质,其进入液泡有两种途径。途径甲是在饥饿条件下,形成较大的双层膜包被的自噬小泡,自噬小泡携带着API蛋白及部分其他物质与液泡膜融合,以单层膜泡进入液泡;途径乙是在营养充足条件下,形成体积较小的Cvt小泡,该小泡仅特异性地携带API与液泡膜融合。下列叙述错误的是( )
[A] 自噬小泡的内膜与液泡膜融合后,API进入液泡
[B] 衰老的线粒体可通过类似途径甲的过程进入液泡
[C] 自噬小泡和Cvt小泡的移动过程与细胞骨架有关
[D] 酵母菌的液泡与动物细胞的溶酶体结构和功能相似
第22讲 细胞的分化、衰老和死亡
考点一 细胞的分化
必备知识·梳理
1.形态、结构和生理功能 普遍性 遗传信息的表达情况
2.全套遗传信息 细胞 细胞核 离体 受精卵 体细胞
3.少 造血干细胞
深挖教材
1.(1)√
(2)× 由于基因的选择性表达,同一个体的肌细胞与肝细胞中的基因相同,但mRNA、蛋白质不完全相同。
(3)× 受精卵没有分化,全能性最高。
(4)√
2.(1)干细胞具有分裂、分化的能力,可培养出组织或器官 (2)已分化的动物体细胞的细胞核中含有该动物几乎全部的遗传物质(少数遗传物质存在于线粒体的DNA中)。可能的原因是体细胞的细胞质中含有限制细胞核全能性发挥的物质。
关键能力·提升
能力1
1.B 细胞生长的过程中细胞的数量、形态不变,体积增大,细胞体积越大,物质运输效率越低;细胞的全能性指的是细胞经分裂和分化后,仍具有分化成其他各种细胞或完整有机体体的潜能和特性,因此,分化成各种血细胞没有体现造血干细胞的全能性;造血干细胞分化成成熟红细胞的过程中,由于基因的选择性表达,细胞器的种类、数量会发生变化;造血干细胞分化为白细胞的过程中,只是发生了基因的选择性表达,细胞中的遗传信息没有发生改变。
2.C 细胞分化的实质是基因的选择性表达,myoD基因在肌肉组织中表达量最高,但并不意味着肌肉细胞的分化程度最高;基因选择性表达不会造成心、脑、肌肉细胞中DNA的差异,但RNA和蛋白质种类是不完全相同的;所有细胞中都有呼吸酶基因的表达,因此不能通过检测组织细胞的呼吸酶基因是否表达来确定细胞是否分化。
能力2
3.D 脐带血中含有与骨髓中相同类型的干细胞,可以增殖、分化为血细胞,用来治疗造血功能障碍类疾病;细胞分化的实质是基因的选择性表达,使得细胞中蛋白质种类有所不同;基因的选择性表达使得不同组织细胞在形态、结构和生理功能上发生稳定性变化;早期胚胎细胞的全能性高于脐带血中的干细胞,其分化程度相对脐带血中的干细胞更低。
考点二 细胞衰老和死亡
必备知识·梳理
1.(1)通透性 内折 收缩 降低 减慢 色素
[思考] 细胞内水分减少,多种酶活性降低,细胞膜通透性改变,染色质收缩等。
(2)①氧化反应 磷脂分子 DNA 蛋白质 ②DNA—蛋白质复合体 DNA序列 DNA序列 (3)单 多 (4)自我更新
2.(1)基因 程序性死亡 自然更新 清除 受损或中断 (2)溶酶体 细胞器 微生物和毒素
深挖教材
1.(1)√
(2)× 衰老细胞中多种酶的活性下降,新陈代谢速率减慢。
(3)√ (4)√
(5)× 细胞凋亡受基因调控,有利于个体生长发育。
(6)√
2.(1)前者是由于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;白化病患者是由于细胞中控制合成酪氨酸酶的基因异常,不能合成酪氨酸酶,细胞中缺少酪氨酸酶,导致无法合成黑色素。
(2)癌细胞能激发端粒酶活性,合成DNA序列后添加到染色体的末端并与蛋白质结合,从而来稳定染色体的结构
关键能力·提升
能力3
4.B ③过程是自由基攻击细胞合成的蛋白质,可使酪氨酸酶的活性降低。
能力4
5.D 被病毒感染的细胞凋亡后,丧失其功能且不可恢复;细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程,是程序性死亡;细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程,受基因控制;由题意可知,激活蛋白激酶PKR,可诱导被病毒感染的细胞发生凋亡,故PKR激活剂可作为潜在的抗病毒药物加以研究。
研练真题·感悟高考
考向一
1.A 肝细胞和上皮细胞有相同的蛋白质,如呼吸酶;肝细胞和上皮细胞的形成是细胞分裂、分化的结果,与基因选择性表达有关,二者是由同一受精卵分化而来的,所含遗传信息相同。
2.B 四肢细胞分裂属于有丝分裂,不会发生同源染色体分离,同源染色体分离发生在减数分裂过程中;动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞,这些细胞叫作干细胞,四肢的组织来自干细胞的增殖、分化;蝌蚪尾巴逐渐消失是细胞凋亡的结果;蝌蚪发育成蛙是细胞分裂、分化的结果,细胞分化是细胞中基因选择性表达的结果,而不是遗传物质改变的结果。
3.D 肝细胞增殖过程中,会发生细胞分裂使得细胞数目增多,需要进行DNA复制;肝细胞的自然更新伴随着细胞凋亡的过程,有利于机体维持内部环境的相对稳定;卵圆细胞分化过程中会出现基因的选择性表达,合成承担相应功能的蛋白质;细胞的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,卵圆细胞能形成新的肝细胞,未证明其具有全能性。
考向二
4.D 根据题干信息“用DNA酶或蛋白酶处理黏胶层会使其厚度变薄”,说明根边缘细胞黏胶层中含有DNA和蛋白质;根据题干信息“将物质A加入某植物的根边缘细胞悬液中,发现根边缘细胞的黏胶层加厚”,说明物质A可导致根边缘细胞合成胞外物质增多;在营养缺乏条件下,细胞通过自噬,分解部分细胞中的物质和结构,获得维持生存所需的物质和能量;物质A引起的细胞凋亡是由于外界环境不良造成的,不是该植物在胚发育时期基因表达的结果。
5.D 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,都受遗传信息的调控;据题图可知,siRNA干扰TRPM 7基因实验组的TRPM 7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,TRPM 7基因可能通过抑制Bax基因的表达来抑制细胞凋亡;siRNA干扰TRPM 7基因实验组细胞凋亡率高,Bcl2基因表达量降低,而Bcl2基因抑制细胞凋亡,故TRPM 7基因可能通过促进Bcl2基因的表达来抑制细胞凋亡;由题图可知,siRNA干扰TRPM 7基因实验组,Bax基因表达量增加,Bcl2基因表达量减少,细胞凋亡率增加,所以可以通过抑制癌细胞中TRPM 7基因表达来治疗相关癌症。
热点情境7 细胞自噬与人体健康
【典型例题】
C 由题干信息可知,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,可见在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,以保证基本的生命活动;当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物质,细胞自噬会增强,可能会引起细胞凋亡;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;细胞自噬是细胞感应外部环境刺激后表现出的应激性反应,有利于维持基本的生命活动。
【迁移应用】
1.B 细胞器a是溶酶体,源自高尔基体,溶酶体内有多种水解酶,需借助单位膜的融合发挥功能;细胞自噬受到自噬基因的调控,但细胞自噬对物质的降解没有特异性,细胞内衰老的结构或废物都会被降解;自噬泡内都是待降解物质,若自噬泡大量堆积,会导致细胞内代谢废物和垃圾增多;饥饿状态下,为了维持机体基本的生命活动,酵母菌的自噬作用增强,将自身物质或结构降解后,作为呼吸的原料,为生命活动提供能量。
2.A 自噬小泡携带着API蛋白及部分其他物质与液泡膜融合,以单层膜泡进入液泡,自噬小泡的外膜与液泡膜融合后,API进入液泡;途径甲是在饥饿条件下发生的,饥饿条件下细胞为了更高效地利用细胞内物质,衰老的线粒体可通过类似途径甲的过程进入液泡进行降解,从而为缺乏营养的细胞提供营养物质;细胞骨架不仅能够作为细胞支架,还参与细胞器转运、细胞分裂、细胞运动等,自噬小泡和Cvt小泡的移动过程与细胞骨架有关;自噬小泡进入液泡,类似于动物细胞的自噬小泡和溶酶体融合,因此酵母菌的液泡与动物细胞的溶酶体结构和功能相似。(共87张PPT)
第22讲
细胞的分化、衰老和死亡
[课标要求]
1.说明在个体发育过程中,细胞在形态、结构和功能方面发生特异性的分化,形成了复杂的多细胞生物体。
2.描述在正常情况下,细胞衰老和死亡是一种自然的生理过程。
细胞的分化
考点一
1.细胞分化
形态、结构和
生理功能
普遍性
遗传信息的表达情况
2.细胞的全能性
全
套遗传信息
细胞
细胞核
离体
受精卵
体细胞
3.干细胞
少
造血干细胞
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修1 P119正文)一般来说,分化的细胞将一直保持分化后的状态,直至死亡。( )
√
(2)(必修1 P119正文拓展)同一个体的肌细胞与肝细胞中的基因、mRNA、蛋白质均不同。( )
×
【提示】 由于基因的选择性表达,同一个体的肌细胞与肝细胞中的基因相同,但mRNA、蛋白质不完全相同。
(3)(必修1 P121正文)受精卵没有分化,故受精卵没有全能性。( )
×
【提示】 受精卵没有分化,全能性最高。
(4)(必修1 P121正文)脐带血中含有大量的干细胞,可以培养并分化成人体的各种血细胞。( )
√
2.规范表达
(1)(必修1 P121与社会的联系拓展)利用干细胞培养组织、器官来修复受到损伤的组织、器官的细胞学基础是
。
干细胞具有分裂、分化的能力,可培养
出组织或器官
(2)(必修1 P121旁栏思考拓展)已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性的条件是什么 为什么整个细胞的全能性受到了限制
【提示】 已分化的动物体细胞的细胞核中含有该动物几乎全部的遗传物质(少数遗传物质存在于线粒体的DNA中)。可能的原因是体细胞的细胞质中含有限制细胞核全能性发挥的物质。
1.从不同水平理解细胞分化
细胞 水平 细胞在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异(细胞分化的结果)
细胞器 水平 细胞器的种类、数目及细胞质基质成分发生改变
分子 水平 蛋白质种类、数量、功能发生改变(细胞分化的直接原因);基因的选择性表达(细胞分化的根本原因)
2.细胞分化的“改变”与“不变”
3.分化细胞中表达的基因
管家 基因 在所有细胞中均表达的一类基因,其表达产物是维持细胞基本生命活动所必需的,如呼吸酶基因、ATP水解酶基因
奢侈 基因 在不同类型细胞中特异性表达的一类基因,其表达产物赋予不同细胞特异性的生理功能,如血红蛋白基因、胰岛素基因
能力1 围绕细胞分化的实质与特点,考查理解能力
1.(2024·湖南长沙一模)如图表示造血干细胞的生长、增殖和分化的过程。下列相关叙述错误的是( )
[A] 过程①细胞a体积增大,物质运输效率下降
[B] 造血干细胞形成各种血细胞的过程体现了细胞的全能性
[C] 造血干细胞分化成成熟红细胞的过程中,细胞器的种类、数量会发生变化
[D] 白细胞所含的遗传信息与造血干细胞相同
B
【解析】 细胞生长的过程中细胞的数量、形态不变,体积增大,细胞体积越大,物质运输效率越低;细胞的全能性指的是细胞经分裂和分化后,仍具有分化成其他各种细胞或完整有机体体的潜能和特性,因此,分化成各种血细胞没有体现造血干细胞的全能性;造血干细胞分化成成熟红细胞的过程中,由于基因的选择性表达,细胞器的种类、数量会发生变化;造血干细胞分化为白细胞的过程中,只是发生了基因的选择性表达,细胞中的遗传信息没有发生改变。
2.(2024·四川成都联考)研究表明myoD基因在黄颡鱼雌、雄成体的心、脑、肌肉等不同组织中均有表达,在肌肉组织中表达量最高。下列叙述正确的是( )
[A] myoD基因在肌肉组织中表达量最高,说明肌肉细胞的分化程度最高
[B] 心、脑、肌肉细胞中DNA和RNA相同,但蛋白质种类不一定相同
[C] myoD基因在雌、雄黄颡鱼肌肉中表达量不同,可能导致雌、雄个体出现生长差异
[D] 通过检测组织细胞的myoD基因和呼吸酶基因是否表达,可确定细胞是否分化
C
【解析】 细胞分化的实质是基因的选择性表达,myoD基因在肌肉组织中表达量最高,但并不意味着肌肉细胞的分化程度最高;基因选择性表达不会造成心、脑、肌肉细胞中DNA的差异,但RNA和蛋白质种类是不完全相同的;所有细胞中都有呼吸酶基因的表达,因此不能通过检测组织细胞的呼吸酶基因是否表达来确定细胞是否分化。
能力2 围绕细胞全能性和干细胞,考查生命观念与社会责任
3.(2024·广东茂名月考)人脐带血含有与骨髓中相同类型的干细胞。关于脐带血中的干细胞,下列叙述错误的是( )
[A] 可用来治疗造血功能障碍类疾病
[B] 分化后,表达的蛋白质种类发生变化
[C] 分化后,细胞结构发生变化
[D] 具有与早期胚胎细胞相同的分化程度
D
【解析】 脐带血中含有与骨髓中相同类型的干细胞,可以增殖、分化为血细胞,用来治疗造血功能障碍类疾病;细胞分化的实质是基因的选择性表达,使得细胞中蛋白质种类有所不同;基因的选择性表达使得不同组织细胞在形态、结构和生理功能上发生稳定性变化;早期胚胎细胞的全能性高于脐带血中的干细胞,其分化程度相对脐带血中的干细胞更低。
考点二
细胞衰老和死亡
1.细胞衰老
(1)细胞衰老的特征。
通透性
内折
收缩
降低
减慢
色素
[思考] 细胞衰老过程中细胞代谢会减慢,原因有哪些
【提示】 细胞内水分减少,多种酶活性降低,细胞膜通透性改变,染色质收缩等。
(2)细胞衰老的原因。
①自由基学说。
氧化反应
磷脂分子
DNA
蛋白质
②端粒学说。
DNA—蛋白质复合体
DNA序列
DNA序列
(3)个体衰老与细胞衰老的关系。
(4)细胞衰老的意义。
细胞衰老是个体内发生的正常生命现象,正常的细胞衰老有利于机体更好地实现 。
单
多
自我更新
2.细胞的死亡
(1)细胞的凋亡和坏死。
基因
程序性死亡
自然更新
清除
受损或中断
【点拨】 注意区分与病原体感染有关的细胞死亡的不同情况。若是被病原体感染而死亡,则属于细胞坏死;若感染后被机体免疫系统清除,则属于细胞凋亡。
(2)细胞自噬。
溶酶体
细胞器
微生物和毒素
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修1 P123图6-8)衰老细胞内染色质收缩、染色加深,这样会影响DNA复制和转录。( )
√
×
【提示】 衰老细胞中多种酶的活性下降,新陈代谢速率减慢。
(2)(必修1 P123图6-8)衰老细胞内的酶活性均下降,代谢减慢。( )
(3)(必修1 P124正文)对单细胞生物来说,细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡。( )
(4)(必修1 P125正文)正常的细胞衰老有利于机体更好地实现自我更新。
( )
(5)(必修1 P126正文)细胞凋亡受基因调控,不利于个体生长发育。( )
√
√
×
【提示】 细胞凋亡受基因调控,有利于个体生长发育。
(6)(必修1 P126正文)蝌蚪尾的消失、被病原体感染的细胞的清除属于细胞凋亡。( )
√
2.规范表达
(1)(必修1 P123问题探讨拓展)老年人的白发与白化病患者白发的原因各是什么
【提示】 前者是由于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;白化病患者是由于细胞中控制合成酪氨酸酶的基因异常,不能合成酪氨酸酶,细胞中缺少酪氨酸酶,导致无法合成黑色素。
(2)(必修1 P124正文拓展)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,从而来稳定染色体的结构。据此从染色体水平分析癌细胞无限增殖的原因是
。
癌细胞能激发端粒酶活性,合成DNA序列后添加到染色体的末端并与蛋白质结合,从而来稳定染色体的结构
1.从组成、结构、功能的关系理解细胞衰老的特征
2.细胞凋亡的机理
能力3 围绕细胞衰老与细胞死亡,考查生命观念与理解能力
4.(2024·河南濮阳质检)如图是细胞衰老的自由基学说示意图。下列有关叙述错误的是( )
[A] ①②过程的作用效果会引起细胞内生物膜面积减小
[B] ③过程会使酪氨酸酶活性升高
[C] ④过程可能引起细胞内基因突变
[D] ⑤可来自辐射、有害物质入侵和细胞内的氧化反应等
B
【解析】 ③过程是自由基攻击细胞合成的蛋白质,可使酪氨酸酶的活性降低。
能力4 围绕细胞凋亡及其他死亡方式,考查生命观念与社会责任
5.(2024·广东潮州月考)研究表明,激活某种蛋白激酶PKR,可诱导被病毒感染的细胞发生凋亡。下列叙述正确的是( )
[A] 上述病毒感染的细胞凋亡后其功能可恢复
[B] 上述病毒感染细胞的凋亡不是程序性死亡
[C] 上述病毒感染细胞的凋亡过程不受基因控制
[D] PKR激活剂可作为潜在的抗病毒药物加以研究
D
【解析】 被病毒感染的细胞凋亡后,丧失其功能且不可恢复;细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程,是程序性死亡;细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程,受基因控制;由题意可知,激活蛋白激酶PKR,可诱导被病毒感染的细胞发生凋亡,故PKR激活剂可作为潜在的抗病毒药物加以研究。
归纳总结
“三看法”判断细胞凋亡与细胞坏死
考向一 从科学思维和生命观念的角度,考查细胞分化与细胞全能性
1.(2024·浙江6月选考,4)同一个体的肝细胞和上皮细胞都会表达一些组织特异性的蛋白质。下列叙述错误的是( )
[A] 肝细胞和上皮细胞没有相同的蛋白质
[B] 肝细胞和上皮细胞所含遗传信息相同
[C] 肝细胞的形成是细胞分裂、分化的结果
[D] 上皮细胞的形成与基因选择性表达有关
研练真题·感悟高考
A
【解析】 肝细胞和上皮细胞有相同的蛋白质,如呼吸酶;肝细胞和上皮细胞的形成是细胞分裂、分化的结果,与基因选择性表达有关,二者是由同一受精卵分化而来的,所含遗传信息相同。
2.(2024·贵州卷,2)蝌蚪长出四肢,尾巴消失,发育成蛙。下列叙述正确的是( )
[A] 四肢细胞分裂时会发生同源染色体分离
[B] 四肢的组织来自干细胞的增殖、分化
[C] 蝌蚪尾巴逐渐消失是细胞坏死的结果
[D] 蝌蚪发育成蛙是遗传物质改变的结果
B
【解析】 四肢细胞分裂属于有丝分裂,不会发生同源染色体分离,同源染色体分离发生在减数分裂过程中;动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞,这些细胞叫作干细胞,四肢的组织来自干细胞的增殖、分化;蝌蚪尾巴逐渐消失是细胞凋亡的结果;蝌蚪发育成蛙是细胞分裂、分化的结果,细胞分化是细胞中基因选择性表达的结果,而不是遗传物质改变的结果。
3.(2024·黑吉辽卷,2)手术切除大鼠部分肝脏后,残留肝细胞可重新进入细胞周期进行增殖;肝脏中的卵圆细胞发生分化也可形成新的肝细胞,使肝脏恢复到原来体积。下列叙述错误的是( )
[A] 肝细胞增殖过程中,需要进行DNA复制
[B] 肝细胞的自然更新伴随着细胞凋亡的过程
[C] 卵圆细胞分化过程中会出现基因的选择性表达
[D] 卵圆细胞能形成新的肝细胞,证明其具有全能性
D
【解析】 肝细胞增殖过程中,会发生细胞分裂使得细胞数目增多,需要进行DNA复制;肝细胞的自然更新伴随着细胞凋亡的过程,有利于机体维持内部环境的相对稳定;卵圆细胞分化过程中会出现基因的选择性表达,合成承担相应功能的蛋白质;细胞的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,卵圆细胞能形成新的肝细胞,未证明其具有全能性。
考向二 从科学思维和社会责任角度,考查细胞衰老和死亡
4.(2023·海南卷,4)根边缘细胞是从植物根冠上游离下来的一类特殊细胞,可合成并向胞外分泌多种物质形成黏胶层。用DNA酶或蛋白酶处理黏胶层会使其厚度变薄。将物质A加入某植物的根边缘细胞悬液中,发现根边缘细胞的黏胶层加厚,细胞出现自噬和凋亡现象。下列有关叙述错误的是( )
[A] 根边缘细胞黏胶层中含有DNA和蛋白质
[B] 物质A可导致根边缘细胞合成胞外物质增多
[C] 根边缘细胞通过自噬可获得维持生存所需的物质和能量
[D] 物质A引起的根边缘细胞凋亡,是该植物在胚发育时期基因表达的结果
D
【解析】 根据题干信息“用DNA酶或蛋白酶处理黏胶层会使其厚度变薄”,说明根边缘细胞黏胶层中含有DNA和蛋白质;根据题干信息“将物质A加入某植物的根边缘细胞悬液中,发现根边缘细胞的黏胶层加厚”,说明物质A可导致根边缘细胞合成胞外物质增多;在营养缺乏条件下,细胞通过自噬,分解部分细胞中的物质和结构,获得维持生存所需的物质和能量;物质A引起的细胞凋亡是由于外界环境不良造成的,不是该植物在胚发育时期基因表达的结果。
5.(2023·湖南卷,7)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。下列叙述错误的是( )
[A] 细胞衰老和细胞凋亡都受遗传信息的调控
[B] TRPM7基因可能通过抑制Bax基因的表达来抑制细胞凋亡
[C] TRPM7基因可能通过促进Bcl-2基因的表达来抑制细胞凋亡
[D] 可通过特异性促进癌细胞中TRPM7基因的表达来治疗相关癌症
D
【解析】 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,都受遗传信息的调控;据题图可知,siRNA干扰TRPM 7基因实验组的TRPM 7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,TRPM 7基因可能通过抑制Bax基因的表达来抑制细胞凋亡;siRNA干扰TRPM 7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TRPM 7基因可能通过促进Bcl-2基因的表达来抑制细胞凋亡;由题图可知,siRNA干扰TRPM7基因实验组,Bax基因表达量增加,Bcl-2基因表达量减少,细胞凋亡率增加,所以可以通过抑制癌细胞中TRPM 7基因表达来治疗相关癌症。
热点情境7
细胞自噬与人体健康
[情境链接]
1.细胞自噬的概念
细胞自噬是细胞通过溶酶体与包裹细胞自身物质或结构的自噬体融合,从而降解细胞自身病变物质或结构的过程,是真核生物细胞内普遍存在的一种自稳机制。
2.细胞自噬的类型
根据细胞内底物进入溶酶体腔方式的不同,可以把细胞自噬分为巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬三种方式,具体过程如图所示。
(1)巨自噬:即通常所指的自噬,胞质成分被一种非溶酶体来源的膜所包绕,形成自噬体或自噬泡,这种自噬体的膜有可能来源于预先形成的小的膜结构(自噬体前体)。
(2)微自噬:也发生与巨自噬相同的包绕过程,但包绕底物的是自身发生内陷的溶酶体膜。
(3)分子伴侣介导的自噬:可溶性胞质蛋白选择性地结合于溶酶体膜表面的受体,从而调节其向溶酶体腔隙的转运。这种选择性依赖于对底物氨基酸序列中一种靶向信号的识别,通常由胞质内的分子伴侣蛋白完成。
归纳比较:细胞自噬是细胞成分降解和循环利用的一个基本过程。巨自噬过程中的底物通常是细胞中损坏的蛋白质或线粒体等细胞器,隔离膜的形成可来自高尔基体或内质网;微自噬分解后的产物,如氨基酸等可以通过溶酶体膜上的载体蛋白转运进入细胞质基质供细胞代谢使用。
3.细胞自噬调控机制(营养匮乏时)
①当营养充足时,胰岛素与受体结合激活AKT,进而激活蛋白激酶mTor,促进营养物质的吸收、大分子的合成、ATP的产生等,同时抑制细胞自噬(图1)。②当生长因子缺乏时,PI3K/AKT信号途径失活,细胞停止营养物质的吸收,以及ATP的产生;同时效应分子mTor也失活,解除了对细胞自噬的抑制,细胞通过自噬来产生ATP。AKT的失活也能引发细胞凋亡(图2)。
[典型例题]
(2024·甘肃卷,4)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】 由题干信息可知,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,可见在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,以保证基本的生命活动;当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物质,细胞自噬会增强,可能会引起细胞凋亡;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;细胞自噬是细胞感应外部环境刺激后表现出的应激性反应,有利于维持基本的生命活动。
思维建模
[迁移应用]
1.(2024·四川成都诊断)细胞自噬是真核生物细胞内普遍存在的一种自稳机制,如图所示。它是通过对细胞内受损的蛋白质、细胞器或入侵的病原体进行降解并回收利用实现的。下列叙述错误的是( )
[A] 细胞器a源自高尔基体,需借助单位膜的融合发挥功能
[B] 细胞自噬受到自噬基因的调控,对细胞内物质的降解具有特异性
[C] 丙肝病毒感染的肝细胞中出现自噬泡大量堆积现象,会导致细胞内代谢废物和垃圾增多
[D] 饥饿状态下酵母菌的自噬作用增强,将自身物质或结构降解后作为细胞呼吸的原料
B
【解析】 细胞器a是溶酶体,源自高尔基体,溶酶体内有多种水解酶,需借助单位膜的融合发挥功能;细胞自噬受到自噬基因的调控,但细胞自噬对物质的降解没有特异性,细胞内衰老的结构或废物都会被降解;自噬泡内都是待降解物质,若自噬泡大量堆积,会导致细胞内代谢废物和垃圾增多;饥饿状态下,为了维持机体基本的生命活动,酵母菌的自噬作用增强,将自身物质或结构降解后,作为呼吸的原料,为生命活动提供能量。
2.(2024·安徽六安模拟)酵母菌API蛋白是一种进入液泡后才能成熟的蛋白质,其进入液泡有两种途径。途径甲是在饥饿条件下,形成较大的双层膜包被的自噬小泡,自噬小泡携带着API蛋白及部分其他物质与液泡膜融合,以单层膜泡进入液泡;途径乙是在营养充足条件下,形成体积较小的Cvt小泡,该小泡仅特异性地携带API与液泡膜融合。下列叙述错误的是( )
[A] 自噬小泡的内膜与液泡膜融合后,API进入液泡
[B] 衰老的线粒体可通过类似途径甲的过程进入液泡
[C] 自噬小泡和Cvt小泡的移动过程与细胞骨架有关
[D] 酵母菌的液泡与动物细胞的溶酶体结构和功能相似
A
【解析】 自噬小泡携带着API蛋白及部分其他物质与液泡膜融合,以单层膜泡进入液泡,自噬小泡的外膜与液泡膜融合后,API进入液泡;途径甲是在饥饿条件下发生的,饥饿条件下细胞为了更高效地利用细胞内物质,衰老的线粒体可通过类似途径甲的过程进入液泡进行降解,从而为缺乏营养的细胞提供营养物质;细胞骨架不仅能够作为细胞支架,还参与细胞器转运、细胞分裂、细胞运动等,自噬小泡和Cvt小泡的移动过程与细胞骨架有关;自噬小泡进入液泡,类似于动物细胞的自噬小泡和溶酶体融合,因此酵母菌的液泡与动物细胞的溶酶体结构和功能相似。
(时间:30分钟 满分:34分)
基础强化练
选择题:1～7题,每题2分。
1.(细胞凋亡|2024·济南一模)植物细胞存在程序性死亡的现象。下列现象不属于细胞程序性死亡的是( )
[A] 在植物木质部成熟过程中管状细胞逐渐空心化成为运输水和无机盐的通道
[B] 小麦种子萌发过程中糊粉层会慢慢退化直到消失
[C] 某植物水淹时,茎秆中某些细胞发生自溶现象形成通气组织,时间持久出现烂根现象
[D] 植物细胞在遭受细菌或真菌感染后发生主动、快速死亡,限制病原体的生长和扩散
C
【解析】 在植物木质部成熟过程中管状细胞逐渐空心化成为运输水和无机盐的通道,是生物体正常的生命现象,对生物体是有利的,属于细胞程序性死亡;小麦种子萌发过程中糊粉层会慢慢退化直到消失,属于由基因控制的细胞死亡,属于程序性死亡;物理或化学因素及缺氧与营养不良等均可能导致细胞坏死,某植物水淹时,茎秆中某些细胞发生自溶现象形成通气组织,时间持久出现烂根现象,这属于细胞坏死;植物细胞在遭受细菌或真菌感染后发生主动、快速死亡,限制病原体的生长和扩散,是由遗传机制决定的程序性调控,属于程序性死亡。
2.(细胞核重编程|2024·武汉模拟)“细胞核重编程”即将人类成熟的体细胞重新诱导回干细胞状态,它们就有再分化形成多种类型细胞的可能,可应用于临床医学。下列有关叙述错误的是( )
[A] 多细胞生物体内的细胞没有表现出全能性的原因是分化中丢失了大量的基因
[B] 干细胞可用于治疗因胰岛B细胞受损而引起的糖尿病
[C] “细胞核重编程”和干细胞的再分化均与细胞内基因的选择性表达相关
[D] 该项研究为临床上解决器官移植的免疫排斥反应带来希望
A
【解析】 多细胞生物体内的细胞没有表现出全能性是因为发生了特定的细胞分化,即发生了基因的选择性表达。
3.(细胞分化|2024·成都诊断)如图表示体外培养胚胎干细胞使其形成不同类型细胞的过程。下列有关叙述正确的是( )
[A] 胚胎干细胞在体外培养时,可以只发生①过程,而不发生②过程
[B] 细胞c、d形态、结构和功能不同的根本原因是其遗传物质存在差异
[C] 图示①过程一般会发生突变和基因重组等现象
[D] 细胞a可一直保持分裂能力,具有无限增殖的特点
A
【解析】 由题图可知,①表示细胞增殖,②表示细胞分化,胚胎干细胞在体外培养时可以只增殖不分化;细胞分化时遗传物质不发生变化,细胞分化的根本原因是基因的选择性表达;过程①表示细胞增殖,进行的是有丝分裂,而基因重组发生在减数分裂过程中;一般而言,只有癌细胞在适宜条件下具有无限增殖的能力,细胞a属于正常细胞,不能无限增殖。
4.(线粒体损伤|2024·长沙三模)研究发现细胞衰老与其线粒体损伤有关。线粒体损伤后功能出现障碍,进而导致活性氧(ROS)类代谢紊乱,ROS过多会使蛋白质的功能发生改变。下列相关叙述错误的是( )
[A] ROS可能使蛋白质的空间结构发生改变
[B] 提高溶酶体中酶的活性可以延缓细胞衰老
[C] 线粒体的衰老是一种正常的生命现象
[D] 线粒体受损后,其分解葡萄糖的速率下降
D
【解析】 蛋白质的结构决定其功能,ROS过多会改变蛋白质的功能,由此推测ROS可能改变了蛋白质的结构,如空间结构;溶酶体中的酶可以分解衰老损伤的细胞器,因此提高溶酶体中酶的活性可以及时分解衰老、损伤的线粒体进而延缓细胞衰老;细胞与细胞器的寿命都是有限的,因此细胞或细胞器的衰老都是正常的生命现象;葡萄糖在细胞质基质中被分解为丙酮酸和[H],因此,线粒体中不发生葡萄糖的分解。
5.(细胞的衰老|2025·山东联合质检)端粒酶是一种含有RNA序列的核糖核蛋白,可利用自身RNA中的一段重复序列作为模板合成端粒DNA的重复序列,以弥补细胞分裂过程中染色体端粒的缺失。下列说法正确的是( )
[A] 有无端粒可作为细胞是否连续分裂的判断依据
[B] 端粒酶的基本组成单位为氨基酸
[C] 端粒酶可在癌细胞中发挥作用
[D] 可通过降低端粒酶的活性来延缓细胞的衰老
C
【解析】 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,一般真核细胞才有端粒,原核细胞没有端粒的存在,但是原核细胞也可以连续分裂;端粒酶是一种含有RNA序列的核糖核蛋白,因此,端粒酶的基本组成单位是核糖核苷酸和氨基酸;根据端粒学说,端粒变短是细胞衰老的原因,而端粒酶可以弥补细胞分裂过程中染色体端粒的缺失,故癌细胞具有无限增殖的能力,可能与端粒酶活性较高有关,因此端粒酶可在癌细胞中发挥作用;细胞会随着细胞分裂次数的增多而衰老,若增加端粒酶的活性或促进端粒酶的表达,有利于避免端粒DNA序列随分裂而截短,可延缓细胞衰老。
6.(细胞的分化与衰老|2025·汕头期中)幼红细胞排出细胞核后会变成网织红细胞,网织红细胞丧失细胞器后会变成成熟红细胞。下列叙述正确的是( )
[A] 网织红细胞具有细胞的全能性
[B] 网织红细胞丧失细胞器与溶酶体相关
[C] 网织红细胞在每次分裂后端粒会缩短
[D] 成熟红细胞衰老后其凋亡的基因开始表达
B
【解析】 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,网织红细胞没有细胞核,不能发育成完整个体,所以不具有细胞的全能性;溶酶体中含有多种水解酶,网织红细胞丧失细胞器与溶酶体中的水解酶对细胞器的分解作用相关;网织红细胞是由幼红细胞排出细胞核后形成的,不再进行分裂;红细胞没有细胞核和各种细胞器,不存在基因表达。
7.(细胞的衰老|2025·福州期中)人体胎盘素的功效主要有促进新生角质层细胞的增殖与生长、加速死皮细胞的脱落等。下列叙述错误的是( )
[A] 衰老细胞的细胞核体积缩小,核膜内折、染色质收缩,染色加深
[B] 注射人体胎盘素以后,新生的角质层细胞的细胞周期将缩短
[C] 衰老的肝细胞和新生的肝细胞,用甲紫溶液能将染色质染色
[D] 老年人皮肤上会长出“老年斑”,这是因为衰老的细胞内色素积累的结果
A
【解析】 衰老细胞具有细胞核体积增大,核膜内折、染色质收缩,染色加深的特征;衰老的肝细胞和新生的肝细胞都具有染色质,染色质易被甲紫溶液等碱性染料染成深色。
选择题:8～10题,每题4分。
8.(细胞自噬|2025·德阳模拟)动物细胞中受损细胞器被内质网包裹后形成自噬体,与溶酶体融合后被降解为小分子物质,这一现象称为细胞自噬。在鼻咽癌细胞中抑癌基因NOR1的启动子呈高度甲基化状态,NOR1蛋白含量低,而用DNA甲基化抑制剂处理后的鼻咽癌细胞,NOR1基因的表达得到恢复,自噬体囊泡难以形成,癌细胞增殖受到抑制,下列叙述错误的是( )
[A] 细胞自噬在细胞废物清除、结构重建、生长发育中发挥着重要作用
[B] 细胞自噬受相关基因调控,自噬过强时会引起细胞凋亡
[C] 鼻咽细胞癌变后,NOR1基因转录受到抑制,自噬作用减弱
[D] 癌细胞可借助细胞自噬作用对抗营养缺乏造成的不利影响
C
能力提升练
【解析】 鼻咽细胞癌变后,抑癌基因NOR1的启动子呈高度甲基化状态,
NOR1蛋白含量低,NOR1基因转录受到抑制,有利于自噬体囊泡的形成,自噬作用增强。
9.(细胞分化|2024·郑州模拟)ACM为星形胶质细胞的培养液,ATRA为全反式维A酸。为探究胚胎干细胞(ES)分化为神经元的机制,研究人员采取用ATRA单独诱导和ATRA联合ACM诱导ES定向生成神经元样细胞。结果发现,联合诱导组的分化细胞中NF-200和NSE(两者为神经元特异性标志物)的表达率高于单独用ATRA组。下列叙述正确的是( )
[A] ES定向生成神经元样细胞,细胞器的数量不变
[B] ES定向生成神经元样细胞,核遗传物质改变
[C] 与单独用ATRA组比,单独用ACM组诱导ES定向生成神经元样细胞的NF-200和NSE表达率更高
[D] ACM中可能存在某种诱导细胞分化的因子
D
【解析】 ES定向生成神经元样细胞过程中发生细胞分化,细胞器的数量改变,细胞的形态、结构改变,但核遗传物质不变,发生了基因的选择性表达;没有进行单独用ACM诱导ES分化的实验,不能得出单独用ACM组比单独用ATRA组诱导ES定向生成神经元样细胞的NF-200和NSE表达率高的结论;ATRA联合ACM诱导ES定向生成神经元样细胞,NF-200和NSE的表达率高于单独用ATRA组,说明ACM中可能存在某种诱导细胞分化的因子。
10.(细胞凋亡|2024·泉州模拟)当紫外线、DNA损伤等导致细胞损伤时,线粒体膜的通透性发生改变,细胞色素c被释放,引起细胞凋亡,机理如图所示。下列相关叙述错误的有( )
[A] 细胞色素c主要分布在线粒体内膜,参与有氧呼吸过程中丙酮酸的分解
[B] 细胞损伤时,细胞色素c释放到细胞质基质与蛋白A结合,进而引起细胞凋亡
[C] 已知活化的C-3酶可作用于线粒体,加速细胞色素c的释放,这属于正反馈调节
[D] 减少ATP的供给可能会导致图示中的凋亡过程受到抑制,进而引发细胞坏死
A
【解析】 线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所,有氧呼吸第三阶段是[H]和氧气结合形成水,丙酮酸的分解属于有氧呼吸第二阶段,因此细胞色素c不参与丙酮酸的分解;据题中信息可知,细胞损伤时,细胞色素c被释放到细胞质基质,与蛋白A结合,进而促使C-9酶前体转化为活化的C-9酶,进而激活C-3酶,引起细胞凋亡;正反馈调节是某一生成的变化所引起的一系列变化促进或加强最初所发生的变化,活化的C-3酶可作用于线粒体,加速细胞色素c的释放,从而加速细胞的凋亡,这属于正反馈调节;据题图分析可知,在ATP的作用下,使C-9酶前体转化为活化的C-9酶,减少ATP的供给可能会导致题图中的凋亡过程受到抑制,进而引发细胞坏死。
11.(8分)(细胞凋亡和坏死|2024·湖北卷,20节选)苏云金芽孢杆菌产生的Bt毒蛋白,被棉铃虫吞食后活化,再与肠道细胞表面受体结合,形成复合体插入细胞膜中,直接导致细胞膜穿孔,细胞内含物流出,直至细胞死亡。科学家将编码Bt毒蛋白的基因转入棉花植株,获得的转基因棉花能有效防控棉铃虫的危害。回答下列问题。
(1)Bt毒蛋白引起的细胞死亡属于 (填“细胞坏死”或“细胞凋亡”)。
细胞坏死
【解析】 (1)细胞坏死指的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,Bt毒蛋白作为化学因素刺激细胞,导致细胞的死亡,属于细胞坏死。
(2)如果转基因棉花植株中Bt毒蛋白含量偏低,取食后的棉铃虫可通过激活肠干细胞分裂和 产生新的肠道细胞,修复损伤的肠道,由此导致杀虫效果下降。请据此提出一项可提高转基因棉花杀虫效果的改进思路: 。
分化
调控Bt毒蛋白基因的表达,以增加抗虫棉细胞中Bt毒蛋白的含量
【解析】 (2)分析题意可知,干细胞能够通过增殖和分化不断补充到体细胞中去,即肠干细胞分裂和分化产生新的肠道细胞,修复损伤的肠道,由此导致杀虫效果下降,所以可以调控Bt毒蛋白基因的表达,以增加抗虫棉细胞中Bt毒蛋白的含量来提高转基因棉花杀虫效果。第22讲 细胞的分化、衰老和死亡
(时间:30分钟 满分:34分)
基础强化练
选择题:1~7题,每题2分。
1.(细胞凋亡|2024·济南一模)植物细胞存在程序性死亡的现象。下列现象不属于细胞程序性死亡的是( )
[A] 在植物木质部成熟过程中管状细胞逐渐空心化成为运输水和无机盐的通道
[B] 小麦种子萌发过程中糊粉层会慢慢退化直到消失
[C] 某植物水淹时,茎秆中某些细胞发生自溶现象形成通气组织,时间持久出现烂根现象
[D] 植物细胞在遭受细菌或真菌感染后发生主动、快速死亡,限制病原体的生长和扩散
2.(细胞核重编程|2024·武汉模拟)“细胞核重编程”即将人类成熟的体细胞重新诱导回干细胞状态,它们就有再分化形成多种类型细胞的可能,可应用于临床医学。下列有关叙述错误的是( )
[A] 多细胞生物体内的细胞没有表现出全能性的原因是分化中丢失了大量的基因
[B] 干细胞可用于治疗因胰岛B细胞受损而引起的糖尿病
[C] “细胞核重编程”和干细胞的再分化均与细胞内基因的选择性表达相关
[D] 该项研究为临床上解决器官移植的免疫排斥反应带来希望
3.(细胞分化|2024·成都诊断)如图表示体外培养胚胎干细胞使其形成不同类型细胞的过程。下列有关叙述正确的是( )
[A] 胚胎干细胞在体外培养时,可以只发生①过程,而不发生②过程
[B] 细胞c、d形态、结构和功能不同的根本原因是其遗传物质存在差异
[C] 图示①过程一般会发生突变和基因重组等现象
[D] 细胞a可一直保持分裂能力,具有无限增殖的特点
4.(线粒体损伤|2024·长沙三模)研究发现细胞衰老与其线粒体损伤有关。线粒体损伤后功能出现障碍,进而导致活性氧(ROS)类代谢紊乱,ROS过多会使蛋白质的功能发生改变。下列相关叙述错误的是( )
[A] ROS可能使蛋白质的空间结构发生改变
[B] 提高溶酶体中酶的活性可以延缓细胞衰老
[C] 线粒体的衰老是一种正常的生命现象
[D] 线粒体受损后,其分解葡萄糖的速率下降
5.(细胞的衰老|2025·山东联合质检)端粒酶是一种含有RNA序列的核糖核蛋白,可利用自身RNA中的一段重复序列作为模板合成端粒DNA的重复序列,以弥补细胞分裂过程中染色体端粒的缺失。下列说法正确的是( )
[A] 有无端粒可作为细胞是否连续分裂的判断依据
[B] 端粒酶的基本组成单位为氨基酸
[C] 端粒酶可在癌细胞中发挥作用
[D] 可通过降低端粒酶的活性来延缓细胞的衰老
6.(细胞的分化与衰老|2025·汕头期中)幼红细胞排出细胞核后会变成网织红细胞,网织红细胞丧失细胞器后会变成成熟红细胞。下列叙述正确的是( )
[A] 网织红细胞具有细胞的全能性
[B] 网织红细胞丧失细胞器与溶酶体相关
[C] 网织红细胞在每次分裂后端粒会缩短
[D] 成熟红细胞衰老后其凋亡的基因开始表达
7.(细胞的衰老|2025·福州期中)人体胎盘素的功效主要有促进新生角质层细胞的增殖与生长、加速死皮细胞的脱落等。下列叙述错误的是( )
[A] 衰老细胞的细胞核体积缩小,核膜内折、染色质收缩,染色加深
[B] 注射人体胎盘素以后,新生的角质层细胞的细胞周期将缩短
[C] 衰老的肝细胞和新生的肝细胞,用甲紫溶液能将染色质染色
[D] 老年人皮肤上会长出“老年斑”,这是因为衰老的细胞内色素积累的结果
能力提升练
选择题:8~10题,每题4分。
8.(细胞自噬|2025·德阳模拟)动物细胞中受损细胞器被内质网包裹后形成自噬体,与溶酶体融合后被降解为小分子物质,这一现象称为细胞自噬。在鼻咽癌细胞中抑癌基因NOR1的启动子呈高度甲基化状态,NOR1蛋白含量低,而用DNA甲基化抑制剂处理后的鼻咽癌细胞,NOR1基因的表达得到恢复,自噬体囊泡难以形成,癌细胞增殖受到抑制,下列叙述错误的是( )
[A] 细胞自噬在细胞废物清除、结构重建、生长发育中发挥着重要作用
[B] 细胞自噬受相关基因调控,自噬过强时会引起细胞凋亡
[C] 鼻咽细胞癌变后,NOR1基因转录受到抑制,自噬作用减弱
[D] 癌细胞可借助细胞自噬作用对抗营养缺乏造成的不利影响
9.(细胞分化|2024·郑州模拟)ACM为星形胶质细胞的培养液,ATRA为全反式维A酸。为探究胚胎干细胞(ES)分化为神经元的机制,研究人员采取用ATRA单独诱导和ATRA联合ACM诱导ES定向生成神经元样细胞。结果发现,联合诱导组的分化细胞中NF200和NSE(两者为神经元特异性标志物)的表达率高于单独用ATRA组。下列叙述正确的是( )
[A] ES定向生成神经元样细胞,细胞器的数量不变
[B] ES定向生成神经元样细胞,核遗传物质改变
[C] 与单独用ATRA组比,单独用ACM组诱导ES定向生成神经元样细胞的NF200和NSE表达率更高
[D] ACM中可能存在某种诱导细胞分化的因子
10.(细胞凋亡|2024·泉州模拟)当紫外线、DNA损伤等导致细胞损伤时,线粒体膜的通透性发生改变,细胞色素c被释放,引起细胞凋亡,机理如图所示。下列相关叙述错误的有( )
[A] 细胞色素c主要分布在线粒体内膜,参与有氧呼吸过程中丙酮酸的分解
[B] 细胞损伤时,细胞色素c释放到细胞质基质与蛋白A结合,进而引起细胞凋亡
[C] 已知活化的C3酶可作用于线粒体,加速细胞色素c的释放,这属于正反馈调节
[D] 减少ATP的供给可能会导致图示中的凋亡过程受到抑制,进而引发细胞坏死
11.(8分)(细胞凋亡和坏死|2024·湖北卷,20节选)苏云金芽孢杆菌产生的Bt毒蛋白,被棉铃虫吞食后活化,再与肠道细胞表面受体结合,形成复合体插入细胞膜中,直接导致细胞膜穿孔,细胞内含物流出,直至细胞死亡。科学家将编码Bt毒蛋白的基因转入棉花植株,获得的转基因棉花能有效防控棉铃虫的危害。回答下列问题。
(1)Bt毒蛋白引起的细胞死亡属于 (填“细胞坏死”或“细胞凋亡”)。
(2)如果转基因棉花植株中Bt毒蛋白含量偏低,取食后的棉铃虫可通过激活肠干细胞分裂
和 产生新的肠道细胞,修复损伤的肠道,由此导致杀虫效果下降。请据此提出一项可提高转基因棉花杀虫效果的改进思路:
。
第22讲 细胞的分化、衰老和死亡
1.C 在植物木质部成熟过程中管状细胞逐渐空心化成为运输水和无机盐的通道,是生物体正常的生命现象,对生物体是有利的,属于细胞程序性死亡;小麦种子萌发过程中糊粉层会慢慢退化直到消失,属于由基因控制的细胞死亡,属于程序性死亡;物理或化学因素及缺氧与营养不良等均可能导致细胞坏死,某植物水淹时,茎秆中某些细胞发生自溶现象形成通气组织,时间持久出现烂根现象,这属于细胞坏死;植物细胞在遭受细菌或真菌感染后发生主动、快速死亡,限制病原体的生长和扩散,是由遗传机制决定的程序性调控,属于程序性死亡。
2.A 多细胞生物体内的细胞没有表现出全能性是因为发生了特定的细胞分化,即发生了基因的选择性表达。
3.A 由题图可知,①表示细胞增殖,②表示细胞分化,胚胎干细胞在体外培养时可以只增殖不分化;细胞分化时遗传物质不发生变化,细胞分化的根本原因是基因的选择性表达;过程①表示细胞增殖,进行的是有丝分裂,而基因重组发生在减数分裂过程中;一般而言,只有癌细胞在适宜条件下具有无限增殖的能力,细胞a属于正常细胞,不能无限增殖。
4.D 蛋白质的结构决定其功能,ROS过多会改变蛋白质的功能,由此推测ROS可能改变了蛋白质的结构,如空间结构;溶酶体中的酶可以分解衰老损伤的细胞器,因此提高溶酶体中酶的活性可以及时分解衰老、损伤的线粒体进而延缓细胞衰老;细胞与细胞器的寿命都是有限的,因此细胞或细胞器的衰老都是正常的生命现象;葡萄糖在细胞质基质中被分解为丙酮酸和[H],因此,线粒体中不发生葡萄糖的分解。
5.C 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,一般真核细胞才有端粒,原核细胞没有端粒的存在,但是原核细胞也可以连续分裂;端粒酶是一种含有RNA序列的核糖核蛋白,因此,端粒酶的基本组成单位是核糖核苷酸和氨基酸;根据端粒学说,端粒变短是细胞衰老的原因,而端粒酶可以弥补细胞分裂过程中染色体端粒的缺失,故癌细胞具有无限增殖的能力,可能与端粒酶活性较高有关,因此端粒酶可在癌细胞中发挥作用;细胞会随着细胞分裂次数的增多而衰老,若增加端粒酶的活性或促进端粒酶的表达,有利于避免端粒DNA序列随分裂而截短,可延缓细胞衰老。
6.B 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,网织红细胞没有细胞核,不能发育成完整个体,所以不具有细胞的全能性;溶酶体中含有多种水解酶,网织红细胞丧失细胞器与溶酶体中的水解酶对细胞器的分解作用相关;网织红细胞是由幼红细胞排出细胞核后形成的,不再进行分裂;红细胞没有细胞核和各种细胞器,不存在基因表达。
7.A 衰老细胞具有细胞核体积增大,核膜内折、染色质收缩,染色加深的特征;衰老的肝细胞和新生的肝细胞都具有染色质,染色质易被甲紫溶液等碱性染料染成深色。
8.C 鼻咽细胞癌变后,抑癌基因NOR1的启动子呈高度甲基化状态,NOR1蛋白含量低,NOR1基因转录受到抑制,有利于自噬体囊泡的形成,自噬作用增强。
9.D ES定向生成神经元样细胞过程中发生细胞分化,细胞器的数量改变,细胞的形态、结构改变,但核遗传物质不变,发生了基因的选择性表达;没有进行单独用ACM诱导ES分化的实验,不能得出单独用ACM组比单独用ATRA组诱导ES定向生成神经元样细胞的NF200和NSE表达率高的结论;ATRA联合ACM诱导ES定向生成神经元样细胞,NF200和NSE的表达率高于单独用ATRA组,说明ACM中可能存在某种诱导细胞分化的因子。
10.A 线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所,有氧呼吸第三阶段是[H]和氧气结合形成水,丙酮酸的分解属于有氧呼吸第二阶段,因此细胞色素c不参与丙酮酸的分解;据题中信息可知,细胞损伤时,细胞色素c被释放到细胞质基质,与蛋白A结合,进而促使C9酶前体转化为活化的C9酶,进而激活C3酶,引起细胞凋亡;正反馈调节是某一生成的变化所引起的一系列变化促进或加强最初所发生的变化,活化的C3酶可作用于线粒体,加速细胞色素c的释放,从而加速细胞的凋亡,这属于正反馈调节;据题图分析可知,在ATP的作用下,使C9酶前体转化为活化的C9酶,减少ATP的供给可能会导致题图中的凋亡过程受到抑制,进而引发细胞坏死。
11.【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)细胞坏死
(2)分化 调控Bt毒蛋白基因的表达,以增加抗虫棉细胞中Bt毒蛋白的含量(4分)
【解析】 (1)细胞坏死指的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,Bt毒蛋白作为化学因素刺激细胞,导致细胞的死亡,属于细胞坏死。(2)分析题意可知,干细胞能够通过增殖和分化不断补充到体细胞中去,即肠干细胞分裂和分化产生新的肠道细胞,修复损伤的肠道,由此导致杀虫效果下降,所以可以调控Bt毒蛋白基因的表达,以增加抗虫棉细胞中Bt毒蛋白的含量来提高转基因棉花杀虫效果。
