人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第3节 细胞的衰老和死亡导学案

6.3 细胞的衰老和死亡

1.通过对细胞衰老特征示意图的观察、分析，说出细胞衰老在形态、结构和生理功能等方面的变化，解释老年人出现衰老有关外貌特征和生理变化的原因。

2.通过对“细胞衰老的原因”分析，理解细胞衰老的机制，认同细胞衰老是一种自然的生理现象；通过对“年龄因素与细胞衰老关系资料的分析”资料的分析，辩证说明个体衰老和细胞衰老的关系。

3.通过对涂6-10和图6-11的分析，说出细胞凋亡发生的时期及生理意义，阐明细胞凋亡是一种由基因控制的自然生理现象。

知识点01  细胞衰老

1.细胞衰老的特征

（1）细胞膜：通透性改变，使物质运输功能降低；细胞核：体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深；细胞质：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）细胞内的色素逐渐沉积，妨碍细胞内物质的交流和传递。

2.细胞衰老的原因

（1）自由基学说：自由基的本质是异常活泼的带电分子或基团；自由基来源：氧化反应中产生辐射或有害物质入侵；作用机理：攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子，攻击磷脂分子，损伤生物膜；攻击DNA，引起基因突变；攻击蛋白质，使蛋白质活性下降。

（2）端粒学说

端粒：DNA—蛋白质复合体；端粒位置：染色体两端；作用机理：端粒DNA序列被截短后，端粒内侧的正常DNA序列就会受到损伤。

知识点02 细胞衰老与个体衰老的关系

单细胞生物：细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡；多细胞生物：细胞的衰老和个体的衰老是不同步的；个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程；细胞会随着分裂次数的增多而衰老，衰老细胞的细胞核中遗传物质会收缩，一些酶的活性下降，从而影响细胞的生活。细胞衰老是正常生命现象，正常的细胞衰老有利于机体更好地实现自我更新。

知识点03  细胞的衰老

1.细胞死亡包括凋亡和坏死等方式，其中细胞凋亡是细胞死亡的一种主要方式。

2.细胞凋亡是指由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。

①个体发育中细胞的程序性死亡。

②成熟个体中细胞的自然更新。

③被病原体感染细胞的清除。

3.细胞坏死：在种种不利因素影响下，由细胞正常代谢活动受损或中断而导致的细胞损伤和死亡。

考法01  细胞衰老与个体衰老的关系

1.老年人体内有新细胞的产生，如造血干细胞一生都能增殖产生各种类型的血细胞；生长发育时期的儿童体内也有衰老的细胞，如皮肤表皮细胞衰老成角质层细胞。

2.细胞的正常衰老有利于有机体的自我更新，是机体健康的必要条件。如人体血液内红细胞的寿命只有120天，全年要更换3次。红细胞的快速更新使血液中始终有足量的新生红细胞来运输氧气。

3.细胞异常衰老会威胁人类的健康，如儿童早衰症就是细胞过早衰老导致的一种疾病。

【典例1】下图为人体某个细胞所经历的生长发育各个阶段示意图，图中①～⑥为各个时期的细胞，A～C表示细胞所进行的生理过程。据图分析，下列叙述正确的是（    ）

A．与①相比，②的表面积/体积比值增大，与外界环境进行物质交换的能力也增强

B．⑤与⑥的细胞核内遗传物质相同，细胞内的蛋白质也相同

C．虽然⑤⑥已失去分裂能力，但其细胞内的物质合成与分解仍能进行

D．细胞的衰老与死亡通常会引起人体的衰老与死亡

【答案】C

【解析】细胞体积越大，其相对表面积越小，因此与①相比，②的相对表面积减小，与外界环境进行物质交换的能力也降低；⑤与⑥的细胞核内遗传物质相同，但细胞选择表达的基因不同，因此细胞内的蛋白质有所区别；⑤与⑥细胞已经高度分化，不再分裂，但细胞内的物质合成与分解仍能进行；对于多细胞生物而言，细胞的衰老和死亡与人体的衰老和死亡不是一回事。

考法02  细胞凋亡与细胞坏死

1.细胞凋亡的机理：

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过程B显示凋亡信号是通过激活凋亡相关基因，并引起凋亡相关基因执行才引起细胞凋亡的。因此，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。

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。

2.细胞衰老与细胞凋亡比较

【典例2】最新研究表明，决定细胞“命运”的内因是基因的选择性表达，而外因则取决于细胞对细胞外信号的特异性组合所进行的程序性反应，下图为部分信号决定细胞“命运”的示意图，图中字母分别代表不同的胞外信号，下列有关细胞外信号的说法正确的是(　　)

A．只要有胞外信号d和e，细胞就一定会进行分裂

B．对于癌细胞而言，细胞外信号a～e可能会持续起作用

C．只有细胞外信号f和g能诱导细胞内的基因选择性表达

D．由于细胞凋亡无胞外信号作用，可证明细胞凋亡与基因无关

【答案】B

【解析】由图可知，细胞分裂需要的信号组合为a、b、c、d、e，缺一不可，A项错误；与细胞存活相比，当信号d和e存在时，与细胞分裂有关的基因可以表达，这也属于基因选择性表达的范畴，C项错误；图中只给出了决定细胞“命运”的部分信号，根据教材知识可知，细胞凋亡又称细胞编程性死亡，该过程受遗传物质(基因)控制，D项错误。

【归纳提升】

①细胞凋亡时的形态特征包括：细胞变成圆球状、细胞外膜鼓起成腔泡，细胞核膜和细胞的一些内部结构破裂，细胞核内的染色体DNA被酶切成断片； 当细胞破裂成碎片之前细胞膜不破裂，引起细胞内容物不泄漏出来，不引起炎症反应；细胞碎片被周围的活细胞吞噬。
②细胞坏死是细胞受到急性损伤而出现的、病理性的死亡，表现为：细胞胀大，释放出大量内含物，引起炎症；坏死细胞最终被巨噬细胞清除。

题组A  基础过关练

1．下列各项不属于细胞衰老特征的是(　　)

A．细胞内水分减少

B．细胞呼吸速率减慢

C．细胞内色素积累较多

D．细胞膜通透性不变，物质运输功能增强

【答案】D

【解析】细胞衰老时细胞膜通透性改变，物质运输功能降低。

2．关于细胞凋亡的叙述，错误的是(　　)

A．细胞凋亡受细胞自身基因的调控

B．细胞凋亡也称为细胞编程性死亡

C．细胞凋亡不出现在胚胎发育过程中

D．被病原体感染的细胞可通过细胞凋亡清除

【答案】C

【解析】由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，就叫细胞凋亡，A正确；由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，所以也常常被称为细胞编程性死亡，B正确；人在胚胎时期，要经历有尾的阶段，后来尾部细胞自动死亡，尾才消失，所以细胞凋亡可以出现在胚胎发育过程中，C错误；在成熟的生物体中，细胞的自然更新、被病原体感染的细胞的清除，也是通过细胞凋亡完成的，D正确。

3．李白有诗云：“君不见，高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪。”从细胞角度分析，这个过程中不会出现的变化是(　　)

A．细胞核体积变大  B．细胞内水分增加

C．酶的活性降低    D．细胞内的呼吸速率减慢

【答案】B

【解析】“君不见，高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪”属于细胞衰老，衰老细胞中水分减少。

4．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新陈代谢的速度减慢　③某些酶的活性降低　④呼吸速率上升　⑤色素积累增多　⑥细胞的呼吸速度减慢　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

【答案】C

【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，体积缩小，新陈代谢速度减慢；(2)酶的活性降低；(3)细胞内的色素沉积，妨碍细胞内物质交流和传递，影响细胞正常的生理功能；(4)细胞呼吸速率减慢，细胞核的体积增大。核膜内折，染色质收缩，颜色加深；(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，但由于红细胞没有细胞核，因此应除去⑦。

5.老年人有老年斑,对此最合理的解释是 (　　)

A.细胞内水分增多,体积增大

B.细胞核体积增大,染色质收缩、染色加深

C.细胞中的酪氨酸酶活性降低

D.细胞内的色素会随着细胞的衰老而积累

【答案】D

【解析】 进入老年后,细胞代谢机能减退,体内脂肪容易发生氧化,产生老年色素,这种色素不能排出体外,细胞内的色素会随着细胞的衰老而逐渐积累,从而形成老年斑。

6.在人类中有时会出现一些返祖特征,如有尾巴、毛孩等。出现这些现象的原因是细胞的下列哪一过程受阻(　　)

A.细胞分裂　　　　　　 B.细胞分化

C.细胞衰老             D.细胞凋亡

【答案】D

【解析】人类在胚胎发育时期,毛发较多,存在尾巴,通过细胞凋亡,使这些特征在发育过程中逐渐消失,若细胞凋亡受阻,则可能会出现有尾巴、毛孩等返祖特征。

题组B  能力提升练

7.如图表示动物细胞生命历程,下列叙述错误的是 (　　)

A.①过程的主要方式是有丝分裂

B.②过程的实质是基因的选择性表达

C.③过程中细胞含水量增加,代谢降低

D.④过程对生物体的生长发育具有积极意义

【答案】C

【解析】①过程体细胞增殖的主要方式是有丝分裂,A正确;②过程细胞分化的实质是基因的选择性表达,增加细胞的种类,B正确;③过程细胞衰老过程中细胞含水量减少,代谢降低,C错误;④过程细胞凋亡是基因决定的细胞自动结束生命的正常死亡,对生物体的生长发育具有积极意义,D正确。

8．细胞凋亡又称细胞编程性死亡，其大致过程如图所示。下列有关叙述不正确的是(　　)

A．细胞凋亡是细胞在特定条件下的被动死亡过程

B．细胞凋亡过程中以小泡形式形成凋亡小体，需要消耗能量

C．细胞凋亡过程中，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释放的水解酶密切相关

【答案】A

【解析】细胞凋亡是细胞的编程性死亡，细胞凋亡是细胞在特定条件下的主动死亡过程，细胞凋亡对于多细胞生物体完成正常发育起着非常关键的作用，A错误；细胞凋亡过程中以小泡形式形成凋亡小体，需要消耗能量，B正确；细胞凋亡发生过程中，细胞内容物不释放出来，C正确；据图示可知，吞噬细胞吞噬凋亡小体被吞噬细胞内的溶酶体酶水解，D正确。

9．下列现象中属于编程性细胞死亡的是(　　)

A．挤压使细胞死亡    B．射线杀死细胞

C．成熟的白细胞死亡  D．化学药品使细胞死亡

【答案】C

【解析】受外来因素干扰，细胞提前结束生命的现象为细胞坏死，细胞的编程性死亡即细胞凋亡，A～D中，A、B、D均属于细胞坏死，只有C选项所述为编程性细胞死亡即细胞凋亡。

10．细胞凋亡的生理意义不包括(　　)

A．清除体内多余、无用的细胞

B．清除体内衰老、病变的细胞

C．维持组织器官中细胞数目的相对稳定

D．维持细胞和生物体的正常衰老过程

【答案】D

【解析】在成熟的生物体中，细胞的自然更新、被病原体感染的细胞的清除，是通过细胞凋亡完成的。细胞凋亡对于多细胞生物体完成正常发育，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。

11.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，细胞可降解自身大分子或细胞器为生存提供能量。下图1、图2为酵母细胞自噬的信号调控过程，AKT和mTor是抑制酵母菌凋亡和自噬的两种关键蛋白激酶。

（1）酵母菌的异化作用类型是____________，判断依据是____________。

（2）据图1所示，营养物质充足时，胰岛素与受体结合，激活____________来抑制凋亡，激活的该酶一方面可促进葡萄糖进入细胞，另一方面可以促进葡萄糖分解为____________（中间产物）进入线粒体产生大量ATP。在ATP充足时激活的mTor抑制自噬的发生。

（3）据图2所示，当环境中营养物质或胰岛素缺乏时，mTor失活，酵母细胞通过启动____________过程为细胞提供ATP；如果上述过程无法满足代谢需要，酵母细胞则启动____________程序。

（4）酵母菌在饥饿状态下，内质网或高尔基体会产生膜泡包围细胞内容物形成自噬体。酵母菌液泡内富含水解酶，科学家在研究液泡与自噬的关系时，以野生型酵母菌为对照组，液泡水解酶缺陷型酵母菌突变体为实验组，在饥饿状态下，得到图3所示结果。此结果证明____________。自噬发生过程中，液泡在酵母细胞中的地位和人体细胞中____________的地位类似。

【答案】（1）兼性厌氧    有氧无氧条件下都能存活   

（2）AKT    丙酮酸和[H]   

（3）自噬    凋亡   

（4）酵母菌自噬与液泡中水解酶有关    溶酶体   

【解析】（1）酵母菌既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸，在有氧无氧条件下都能存活，故其异化作用类型是兼性厌氧型。

（2）据图1所示，营养物质充足时，胰岛素与受体结合，激活AKT来抑制凋亡；由于胰岛素有降血糖的作用，一方面可促进葡萄糖进入细胞，另一方面可以促进葡萄糖分解为丙酮酸和[H]进入线粒体产生大量ATP.在ATP充足时激活的mTor抑制自噬的发生。

（3）据图2所示，当环境中营养物质或胰岛素缺乏时，mTor失活，酵母细胞通过启动自噬过程为细胞提供ATP；如果上述过程无法满足代谢需要，酵母细胞则启动凋亡程序。

（4）据图3细胞结构比较克制.突变体液泡中形成许多自噬体，故说明酵母菌自噬与液泡中水解酶有关。自噬发生过程中，液泡在酵母细胞中的地位和人体细胞中溶酶体的地位类似。

12.细胞自主有序的死亡过程称为细胞凋亡。这一过程是机体为了更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程，涉及到内外因素的相互作用以及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用。下图表示细胞凋亡的过程，请据图回答下列问题。

（1）图中的凋亡诱导因素往往来自于细胞外，这些信号需要经过信号转导才能转变为死亡信号，据此推测，图中X指的是________，X极有可能分布在________上。

（2）细胞凋亡过程中核酸内切酶主要破坏DNA分子中部分的________，形成较小的脱氧核糖核酸片段，而蛋白酶则能够破坏特定蛋白质中部分肽键，形成________________，使蛋白质失活。这些酶原本贮存在________________中。

（3）执行凋亡的细胞因________________被破坏从而导致细胞形态发生改变、细胞结构解体、细胞体积缩小、与周围的细胞脱离，并逐步形成数个被膜结构包裹的凋亡小体，最终由________将凋亡的细胞清除。

【答案】（1）受体/特异性受体    细胞膜

（2）磷酸二酯键    多肽    溶酶体

（3）细胞骨架    吞噬细胞   

【解析】（1）凋亡诱导因素往往来自于膜外，通常需要与细胞膜上特异性受体结合进行信号转导。因此X指的是受体，X极有可能分布在细胞膜上。

（2）细胞凋亡过程中核酸内切酶主要破坏DNA分子中部分的磷酸二酯键，形成较小的脱氧核糖核酸片段，而蛋白酶则能够破坏特定蛋白质中部分肽键，形成多肽，使蛋白质失活。这些酶原本贮存在溶酶体中（溶酶体中存在很多水解酶）。

（3）细胞骨架能维持细胞的形态，执行凋亡的细胞因细胞骨架被破坏从而导致细胞形态发生改变、细胞结构解体、细胞体积缩小、与周围的细胞脱离，并逐步形成数个被膜结构包裹的凋亡小体，最终由吞噬细胞将凋亡的细胞清除。

题组C  培优拔尖练

13.（2020·江苏卷改编）下列关于细胞生命活动的叙述，正确的是（    ）

A. 高度分化的细胞执行特定的功能，不能再分裂增殖

B. 衰老细胞细胞核体积缩小、染色质收缩、染色加深

C. 正常组织细胞在体外长时间培养，一般会走向衰老

D. 凋亡细胞内有活跃的基因表达，主动引导走向坏死

【答案】C

【解析】高度分化的细胞能执行特定的功能，但也可能继续分裂增殖，如性原细胞能进行有丝分裂和减数分裂，A错误；衰老细胞细胞核体积增大、染色质收缩、染色加深，B错误；正常组织细胞在体外长时间培养，细胞分裂达到一定次数后一般都会走向衰老，C正确；细胞凋亡是由基因控制的程序性死亡，细胞坏死与细胞凋亡不同，它是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，D错误。

14.（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

【答案】B

【解析】胎儿手发育的过程中，手指间隙的细胞会发生细胞凋亡，A错误；小肠上皮细胞中衰老的细胞将会发生细胞凋亡，不断完成细胞的自然更新，B正确；被病原体感染的细胞属于靶细胞，机体通过细胞免疫将靶细胞裂解死亡，释放抗原，属于细胞凋亡，C错误；细胞凋亡是由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，细胞坏死是在种种不利因素的影响下导致的细胞非正常死亡，D错误。

15.（2017年江苏卷改编）下列关于人体细胞分化、衰老、死亡的叙述，错误的是（　　）

A．细胞分裂能力随细胞分化程度的提高而减弱

B．衰老细胞中各种酶的活性显著降低

C．细胞凋亡有助于机体维持自身的稳定

D．细胞坏死由细胞正常代谢活动受损或中断引起

【答案】B

【解析】细胞分化程度越高，分裂能力越弱，A正确；衰老的细胞中大多数酶的活性普遍降低，B错误；细胞凋亡能够维持内部环境的稳定，以及抵御外界各种因素的干扰，C正确；细胞坏死由细胞正常代谢活动受损或中断引起，D正确。

16．线粒体是细胞中最重要的细胞器之一，其在细胞内不断分裂、融合、衰老、清除，实现自我更新，这一过程由多种蛋白质精确调控完成。请回答：

（1）线粒体是__________的主要场所，其内膜向内折叠形成嵴，从而可以___________，有利于酶的附着。线粒体中还有少量的DNA和_____________，能合成一部分自身需要的蛋白质。

（2）真核细胞中一些衰老的线粒体会被消化清除，这种清除行为称为细胞自噬。下图甲和图乙表示真核细胞自噬的一种信号调控过程，其中AKT和mTor是抑制细胞自噬的两种关键蛋白激酶。

据图可知，当营养物质充足时，物质X与特异性受体结合激活AKT，该酶被激活一方面可促进__________________，另一方面可促进__________________，同时激活了mTor，从而抑制_________________；当环境中营养物质缺乏时，mTor失活，细胞会启动自噬过程，其意义是____________________，可见细胞自噬还是细胞存活的自我保护机制。

 （3）由于衰老的线粒体通过细胞自噬被清除，为保证细胞供能，线粒体的分裂在真核细胞内经常发生。研究发现，线粒体的分裂与内质网有关，过程如下图丙所示。

①马达蛋白与Ca2＋结合后能才能启动运动，研究发现，细胞内Ca2＋离子主要储存在内质网中，在细胞溶胶中浓度极低，据此推测，受到调控信号的刺激后，内质网________________，进而启动运动牵引线粒体在细胞内移动。

②据图可知，线粒体移动到特定位置后，___________形成细管状结构缠绕线粒体，使线粒体局部缢缩，同时募集细胞质中游离的__________，在缢缩部位形成蛋白复合物，不断收缩使线粒体分裂。

【答案】有氧呼吸    增大膜面积    核糖体（RNA和核糖体）

（2）葡萄糖进入细胞    葡萄糖氧化分解供能    细胞自噬的发生    通过细胞自噬产生小分子有机物，为细胞生命活动提供能量

（3）①释放Ca2＋离子，促进Ca2＋离子与马达蛋白结合  

②内质网(膜)    M蛋白与D蛋白   

【解析】（1）线粒体是有氧呼吸的主要场所，其内膜向内折叠形成嵴，从而可以增大内膜面积，有利于酶的附着。线粒体中还有少量的DNA和核糖体（RNA和核糖体），能合成一部分自身需要的蛋白质。

（2）分析图甲可知：当营养物质充足时，物质X与特异性受体结合，激活AKT来抑制凋亡，激活的该酶一方面可促进葡萄糖进入细胞，并且进一步促进葡萄糖分解生成的丙酮酸和[H]进入线粒体产生大量ATP，另一方面可激活mTor，从而抑制细胞自噬的发生。据图乙所示，当环境中营养物质缺乏时，mTor失活，细胞会启动细胞自噬过程，为细胞生命活动提供能量。

（3）①研究发现，细胞内Ca2+离子主要储存在内质网中，在细胞质基质中浓度较低，而马达蛋白表面有Ca2+离子结合位点。据此推测，受到调控信号的刺激后，内质网释放Ca2+离子，使细胞质基质内Ca2+离子浓度升高，Ca2+离子与马达蛋白结合，进而使线粒体在细胞内移动。

②由图可知，内质网（膜）形成细管状结构缠绕线粒体，使线粒体局部收缩，同时募集细胞质中游离的M蛋白与D蛋白，在收缩部位形成蛋白复合物，不断收缩使线粒体断开。