第3节 细胞的衰老和死亡
基础过关练
题组一 细胞的衰老
1.随着人均寿命的延长,我国的老年人口逐渐增多。2015年,我国65岁及以上的人口占总人口的10.47%,已正式进入老龄化社会。下列有关叙述正确的是( )
A.在正常情况下,衰老细胞中各种酶的活性均降低
B.老年人的皮肤上会长出“老年斑”主要与衰老细胞中的色素积累有关
C.细胞衰老不利于机体的自我更新
D.自由基学说认为,自由基只能通过攻击细胞内蛋白质的方式使细胞衰老
2.细胞的衰老和死亡是普遍存在的生命现象,下列有关叙述错误的是 ( )
A.细胞衰老时细胞体积变小,细胞核体积增大
B.细胞衰老与端粒受损或代谢产生的自由基攻击DNA、蛋白质等结构有关
C.对多细胞生物体来说,个体衰老的过程是组成个体的细胞普遍衰老的过程
D.头发变白是因为细胞中呼吸酶活性降低
3.端粒是真核细胞线性染色体的末端结构,在细胞复制过程中起保护作用。端粒缩短被认为是细胞衰老的原因之一,在细胞有丝分裂的过程中,端粒会随着分裂次数的增加逐渐缩短,当端粒缩短到一定程度时便无法继续维持染色体的稳定,从而导致细胞功能障碍直至死亡。端粒酶可以将细胞中的端粒修复延长。下列相关叙述正确的是( )
A.抑制细胞端粒酶的活性有助于延缓细胞衰老
B.一旦端粒DNA序列变短,细胞的功能就会出现障碍
C.造血干细胞的端粒DNA序列也会随分裂次数的增加而变短
D.细胞衰老过程中染色体数目发生了改变
题组二 细胞的死亡
4.关于细胞凋亡与细胞坏死,下列说法正确的是( )
A.细胞凋亡是由细胞内的遗传物质控制的
B.细胞坏死是细胞凋亡的同义词
C.细胞坏死受到严格的由遗传机制决定的程序性调控
D.细胞的自我更新、被病原体感染的细胞的清除不是通过细胞凋亡完成的
5.(易错题)坏死性凋亡是一种程序性死亡。坏死性凋亡与细胞凋亡的差异如表所示。已知细胞内容物外泄会加重局部炎症反应,一方面有利于清除病原体,另一方面则可能造成严重的机体损伤。下列推断不合理的是( )
细胞死亡 方式 细胞凋亡 坏死性凋亡
形态特征 细胞内容物不外泄 细胞膜破坏,内容物外泄
发生原因 细胞自然更新,病原体感染 病理性刺激,病原体感染
A.坏死性凋亡对生物体可能有利,也可能有害
B.病毒感染可能导致细胞凋亡的发生,也可能导致坏死性凋亡的发生
C.坏死性凋亡对于多细胞生物体完成正常发育至关重要
D.坏死性凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控
能力提升练
题组 细胞的衰老和死亡
1.(不定项)最新研究表明,一种在人类中常见的病毒——人巨细胞病毒会在人体衰老细胞中长期潜伏,人体内的细胞毒性Т细胞通过识别人巨细胞病毒糖蛋白直接清除衰老细胞。下列叙述正确的是( )
A.衰老细胞的染色质收缩,所有基因的表达均受到影响,无新蛋白质合成
B.衰老细胞失去分裂和分化的能力
C.细胞毒性T细胞清除衰老细胞的过程受基因的控制,有利于维持人体内部环境的稳定
D.通过增强机体的抗病毒免疫反应可清除衰老的细胞,降低相关疾病的发病率
2.秀丽隐杆线虫在发育成熟的过程中,有131个细胞通过细胞凋亡的方式被去除。研究发现EGL-1、CED-3、CED-4、CED-9是控制线虫细胞凋亡的关键基因,调控过程见下图。下列叙述正确的是( )
说明:“-”表示抑制,“+”表示促进。
A.细胞凋亡是由特定基因调控、通过特定程序诱导的细胞偶然性死亡
B.发生凋亡的细胞内EGL-1、CED-3表达产物的含量通常会增加
C.用某种药物来抑制CED-9基因的表达,细胞凋亡可能会变慢
D.在严重病理性刺激下,细胞正常代谢中断,一定会引起细胞凋亡
3.自噬是一种细胞内的自我清理过程,细胞内部损伤或衰老的细胞器可通过选择性自噬机制被细胞特异性地降解。下图表示细胞对内质网降解的选择性自噬机制。
(1)内质网的选择性自噬依赖于一系列蛋白质,包括PINK1和泛素连接酶Parkin、Keap1。据图可知, 蛋白能够作用于下游的泛素连接酶 ,使内质网自噬受体泛素化。同时泛素化的内质网自噬受体会与 结合,促进自噬泡对内质网自噬。
(2)溶酶体中有多种 ,其在pH=5.0时活性最强。自噬泡与溶酶体结合形成自噬溶酶体后,将内质网降解成 、磷脂、单糖等小分子物质。
(3)研究人员用pH敏感的绿色荧光染料(低pH条件下荧光发生淬灭)和pH抗性的红色荧光染料(pH对荧光强度无较大影响)标记果蝇肠上皮细胞的内质网,在内质网自噬开始前,可观察到 。自噬激活后,包裹了内质网片段的自噬泡与溶酶体融合,可观察到 ,说明发生了内质网自噬。
答案与分层梯度式解析
第3节 细胞的衰老和死亡
基础过关练
1.B 2.D 3.C 4.A 5.C
1.B 在正常情况下,衰老细胞中多种酶(不是所有酶)的活性降低,A错误;细胞衰老属于细胞正常的生命历程,有利于机体的自我更新,C错误;自由基学说认为,自由基能攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子,如磷脂、DNA、蛋白质等,D错误。
2.D 细胞衰老时,细胞内的水分减少,细胞体积变小,但细胞核体积增大,A正确。头发变白是细胞中酪氨酸酶活性降低,黑色素合成减少导致的,D错误。
3.C
端粒DNA序列缩短到一定程度后(端粒内侧正常基因的DNA序列受损伤),细胞的功能出现障碍,B错误;造血干细胞的端粒DNA序列会随分裂次数的增加而变短,细胞也会出现衰老现象,C正确;细胞衰老过程中染色体的端粒会变短,但染色体的数目没有发生改变,D错误。
4.A 细胞凋亡是由基因所决定的细胞自动结束生命的过程,受到严格的由遗传机制决定的程序性调控;细胞的自然更新、某些被病原体感染的细胞的清除都是通过细胞凋亡完成的,A正确,D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,不是细胞凋亡的同义词,B、C错误。
5.C 坏死性凋亡一方面有利于清除病原体(对生物体有利),另一方面可能造成严重的机体损伤(对生物体有害),A正确;由题表可知,病毒感染可能导致细胞凋亡的发生,也可能导致坏死性凋亡的发生,B正确;细胞凋亡对于多细胞生物体完成正常发育至关重要,C错误;由题可知,坏死性凋亡是一种程序性死亡,程序性死亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控,D正确。
能力提升练
1.BCD 衰老细胞的染色质收缩,部分基因的表达受到影响,仍然有新蛋白质合成,A错误;衰老细胞失去分裂和分化的能力,B正确;细胞毒性T细胞清除衰老细胞的过程属于细胞凋亡,受基因的控制,有利于维持人体内部环境稳定,C正确;根据题干信息可知,细胞毒性T细胞通过识别人巨细胞病毒糖蛋白直接清除衰老细胞,因此通过增强机体的抗病毒免疫反应可消除衰老的细胞,降低相关疾病的发病率,D正确。
2.B 细胞凋亡是基因控制的细胞程序性死亡,不是偶然性死亡,A错误;在正常情况下,发生凋亡的细胞内EGL-1解除了CED-9对CED-4的抑制,使CED-4、CED-3大量表达从而启动凋亡,因此发生凋亡的细胞内EGL-1、CED-3表达产物的含量通常会增加,B正确;由题图可知,CED-9有抑制细胞凋亡的作用,所以用某种药物来抑制CED-9基因的表达,细胞凋亡可能会变快,C错误;在严重病理性刺激下,细胞正常代谢中断,可能会引起细胞坏死,D错误。
3.答案 (1)PINK1 Keap1 自噬蛋白 (2)水解酶 氨基酸 (3)果蝇肠上皮细胞的内质网同时发出绿色和红色荧光 (自噬泡与溶酶体融合形成的)自噬溶酶体发出红色荧光,无绿色荧光
解析 (1)分析题图:
PINK1蛋白作用于Keap1→内质网自噬受体泛素化→泛素化的内质网自噬受体与自噬蛋白结合→促进自噬泡对内质网自噬。(2)溶酶体中有多种水解酶,能够分解衰老、损伤的细胞器等;内质网是单层膜结构,主要由蛋白质和脂质组成,还有少量的糖类,所以水解酶能将其降解成氨基酸、磷脂、单糖等小分子物质。(3)在内质网自噬开始前,可观察到果蝇肠上皮细胞的内质网(约为中性条件下)同时发出绿色和红色荧光。自噬激活后,包裹了内质网片段的自噬泡与溶酶体融合,形成自噬溶酶体,pH降低,绿色荧光淬灭,此时可观察到自噬溶酶体只发出红色荧光,无绿色荧光。
3(共17张PPT)
1.细胞衰老的特征及对个体表现的影响
第3节 细胞的衰老和死亡
必备知识 清单破
知识点 1 细胞的衰老
2.细胞衰老的原因
(1)自由基学说
①自由基的产生方式
a.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。
b.辐射以及有害物质入侵也会刺激细胞产生自由基。
②自由基产生后的危害
攻击磷脂分子 损伤生物膜,产物同样是自由基,引发雪崩式的反应
攻击DNA 可能引起基因突变
攻击蛋白质 使蛋白质活性下降,导致细胞衰老
(2)端粒学说
知识拓展 研究发现,细胞中存在一种端粒酶,它能催化合成端粒。正常人成熟体细胞中一般检测不到端粒酶活性,一些良性病变细胞、体外培养的成纤维细胞中也检测不到端粒酶活性。但在睾丸、卵巢、胎盘等的细胞中此酶有活性,恶性肿瘤细胞具有高活性的端粒酶。
3.细胞衰老与个体衰老的关系
多细胞生物个体衰老的过程是组成个体的细胞普遍衰老的过程。机体中众多细胞及组
织的衰老,会引起人的衰老,导致免疫力下降、适应环境能力减弱等。
4.细胞衰老的意义:是人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自
我更新。
知识点 2 细胞的死亡
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)使营养缺乏条件下的细胞获得维持生存所需的物质和能量。
(2)能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。
知识点 3 细胞自噬
知识辨析
1.细胞衰老后,细胞膜通透性改变,使物质运输功能降低;细胞内色素积累较多;细胞内所有酶
的活性降低,是否正确
不正确。衰老细胞内多种酶的活性降低,但不是所有酶的活性都降低,如与细胞衰老有关的酶的活性会升高。
2.细胞凋亡是主动的、生理性的,受基因调控;细胞坏死是被动的、病理性的,由外界因素引
起。细胞凋亡和细胞坏死都是发生在个体衰老阶段的生命现象,是否正确
不正确。细胞凋亡是基因控制的细胞程序性死亡,是正常生理现象,可发生在个体不同发育阶段;细胞坏死是在不利因素影响下细胞正常代谢受损或中断引起的损伤和死亡,是细胞的
被动死亡,属于病理现象,不只在个体衰老阶段发生。
提示
提示
关键能力 定点破
定点 细胞生命历程不同阶段的比较
细胞分裂 细胞分化 细胞衰老 细胞凋亡 细胞坏死
与基因 的关系 受基因控制 基因的选择
性表达 受基因控制 受基因控制 不受基因控
制
细胞 变化 细胞数量增
多 细胞种类增多 细胞内水分减少,色素积累,多种酶活性降低,呼吸速率和代谢速率减慢;细胞核体积增大,核膜内折,染色质收缩、染色加深;细胞膜通透性改变,物质运输功能
降低 细胞膜内陷,
体积变小,与
周围细胞脱
离 细胞破裂
发生 时间 受精卵开始,
一些细胞终
生保留分裂
能力,有的细
胞停止分裂 整个生命历
程,胚胎期达
到最大限度 整个生命历
程 整个生命历
程 细胞受损伤
时
联系 ①细胞分裂是细胞分化的基础,生物体的生长发育依赖细胞的分裂、分化; ②细胞的分裂、分化、衰老、凋亡都是正常的生命现象,对多细胞生物个
体有利; ③细胞坏死是种种不利因素引起的细胞损伤和死亡,对机体有害 经过间期的复制,一条染色体上存在两条染色单体,黏连蛋白将两条姐妹染色单体绑在
一起形成巨大的蛋白环,防止它们分开。
在后期起始阶段,一种称为后期促进复合物(APC)的蛋白复合物破坏抑制蛋白。当抑制
蛋白被移除,分离酶就被释放出来切割姐妹染色单体间的黏连蛋白,从而实现姐妹染色单体
的分开。
学科素养 情境破
情境探究
素养 科学思维——染色单体分开模型的建构
问题1 黏连蛋白合成于细胞周期哪一个阶段 是在什么场所合成的
在间期完成有关蛋白质(黏连蛋白)的合成,蛋白质合成的场所为核糖体。
问题2 活化的APC与分离酶发挥作用之间有怎样的关系
活化的APC通过降解分离酶抑制蛋白使分离酶不再受抑制,分离酶恢复活性。
问题3 染色体数目加倍和平均分配到子细胞中分别与图中哪些结构或物质有关
染色体数目加倍依赖分离酶发挥作用,黏连蛋白复合物被切割;染色体平均分配到子
细胞中与纺锤丝牵引有关。
问题4 从蛋白质功能角度分析,APC和分离酶属于哪种类型的蛋白质
APC能降解分离酶抑制蛋白,分离酶能降解黏连蛋白,说明APC和分离酶都具有蛋白
酶功能,属于具有催化功能的蛋白质。
提示
提示
提示
提示
讲解分析
1.如果一个分裂中的细胞在所有染色体完全连接纺锤丝之前就开始进行姐妹染色单体的分
开,那么可能有一个子细胞得到的染色体数量减少,而另一个子细胞得到过多的染色体,这两
种情况对于细胞来说都是致命的。因此,一个分裂中的细胞在进行染色单体的分开之前必须
保证全部染色体完全连接在纺锤丝上。
2.为了监控染色体连接纺锤丝的情况,细胞使用负信号:未连接的染色体发送一个“停止”信
号给细胞周期控制系统,该信号通过阻断APC的活化来抑制细胞有丝分裂进一步进行。没有
了活化的APC,姐妹染色单体就维持结合在一起的状态。如此,在每一条染色体正确地连接
纺锤丝之前,没有姐妹染色单体能够分开,这就是纺锤体装配检验点。APC不但可引起黏连
蛋白的降解,而且还可破坏调控分裂期的细胞周期蛋白,导致其失活,从而有利于细胞退出有
丝分裂,避免产生遗传物质异常的子细胞。
典例呈现
例题 真核细胞的分裂间期,染色体完成复制后产生的姐妹染色单体保持相互黏附状态,在分
裂期才会分开并平均分配到子细胞中。黏连蛋白(姐妹染色单体之间的连接蛋白)的裂解是
分开姐妹染色单体的关键性事件,分离酶(SEP)是水解黏连蛋白的关键酶,它的活性被严密调
控。如图a、b、c分别表示细胞周期中细胞内发生的变化以及对应细胞内某些化合物的含
量变化。下列说法不正确的是 ( )
C
A.a时期,SCR能与SEP紧密结合,阻止SEP水解黏连蛋白
B.b时期,APC含量上升,使SCR分解
C.与b时期相比,c时期染色体数目和核DNA数目均加倍
D.若APC的活性被抑制,姐妹染色单体就难以分开
解题思路 a时期,细胞中存在细胞核,处于分裂间期;SCR与SEP紧密结合,阻止SEP水解黏连
蛋白,A正确。b时期,染色体的着丝粒排列在赤道板上,处于有丝分裂中期;APC含量上升,作
用于SCR使其分解,随着SCR的分解,SEP抑制状态被解除,B正确。c时期着丝粒分裂,姐妹染
色单体分开,处于有丝分裂后期,染色体数目加倍,但核DNA数目不变,C错误。APC可使SCR
分解,从而将分离酶(SEP)分离出来,SEP水解黏连蛋白,使姐妹染色单体分开,若APC的活性被
抑制,姐妹染色单体就难以分开,D正确。
