新高考生物一轮复习精品讲义第11讲 细胞的分化、衰老、凋亡与癌变（含解析）

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[高中生物一轮复习教学讲义 必修1]第11讲  细胞的分化、衰老、凋亡与癌变考点一 细胞的分化及全能性1．细胞分化：在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。(1)细胞分化的原因——基因的选择性表达(2)细胞分化的结果：产生不同的组织和器官。(3)特点特点解释持久性发生在生物体的整个生命进程中，在胚胎时期达到最大限度相对稳定性(不可逆性)一般来说，分化了的细胞，不会再演变成原始的细胞，将一直保持分化后的状态，直到死亡遗传物质不变性分化后的细胞内遗传物质不发生改变普遍性在生物界中普遍存在，是生物个体发育的基础(4)细胞分化的意义：细胞分化是生物个体发育的基础；细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。注意说明：①细胞分化必须建立在细胞分裂的基础上，即细胞分化是伴随着细胞分裂进行的，但分裂的细胞不一定能分化。②细胞分化程度越高，细胞分裂的能力就越低，如细胞分化程度：体细胞>生殖细胞>受精卵；因此，细胞的分裂能力是体细胞<生殖细胞<受精卵。2．细胞的全能性：细胞的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。(1)植物细胞的全能性：①高度分化的植物细胞仍然具有全能性，如胡萝卜根细胞可以发育成完整的新植株。②植物体细胞的全能性表达的条件：在离体状态下，需要一定的物质条件(水、无机盐、有机营养和激素等)，还需要适宜的外界环境条件(温度、pH等)。③植物细胞全能性的应用——植物组织培养技术。(2)动物细胞核的全能性：高度分化的动物细胞，其全能性受到限制，但是，细胞核仍具有全能性。①非洲爪蟾的核移植实验：将肠上皮细胞的核移植到去核的卵细胞中，结果获得了新个体。②克隆羊多利的培育：将乳腺细胞的核移植到去核的卵细胞中。③结论：已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。注意说明(1)全能性表达的标志：细胞形成了完整的个体。(2)不同细胞全能性比较①受精卵(全能性最高)>生殖细胞(具有较高的全能性)>干细胞>体细胞(全能性较低)。
②未分化或分化程度低的细胞>分化程度高的体细胞。③植物细胞的全能性大于动物细胞的全能性。(3)细胞全能性与细胞的分裂能力呈正相关，即分裂能力越强，全能性越大。(4)体细胞具有全能性的原因：一般已分化的细胞都有一整套和受精卵完全相同的遗传物质，因此，已分化的细胞仍具有发育成完整新个体的潜能。3．干细胞：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。机体内的各种细胞、组织和器官都是由干细胞分化发育而来的。(1)类型：干细胞分为全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞三类名称特点实例全能干细胞可分化成各种细胞，形成各种组织和器官最终发育成完整个体胚胎干细胞多能干细胞可发育形成一种器官的各种组织，但不能发育成完整个体造血干细胞专能干细胞只能分化成某一类型的细胞神经干细胞干细胞分化成红细胞的过程：全能胚胎干细胞→多能骨髓造血干细胞→专能骨髓造血干细胞→红细胞。(2)应用：医学上，干细胞的研究为器官移植提供了新的思路，为癌症、癫痈、糖尿病等疾病的根治带来了希望。3．细胞的分化和细胞的全能性的相互比较：一般来说，细胞全能性的高低和分化程度呈负相关，分化程度越低，全能性越高，反之越低考点二  细胞的衰老、凋亡和癌变1．细胞的衰老：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。(1)细胞衰老的特征记忆方法：一大(细胞核变大，染色质收缩，染色加深)；一多(细胞内色素逐渐积累、增多)；一少(细胞内水分减少)；两低(细胞膜运输功能降低，有些酶的活性降低)；一慢(细胞代谢速率变慢)。知识延伸：从人体衰老的表现其分析原因
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，细胞体积变小细胞萎缩。头发变白头发的颜色与黑色素有关，衰老细胞中酪氨酸酶的活性降低，会导致黑色素的合成减少。老年斑老年斑是细胞内的色素随着细胞衰老而逐渐积累造成的，主要是脂褐素的堆积。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(2)细胞衰老的原因：20世纪90年代以来，关于细胞衰老机制的研究取得了重大进展。科学家提出了许多假说，目前为大家普遍接受的是自由基学说和端粒学说。2．细胞的凋亡：由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，是由遗传机制决定的程序性调控，又被称为细胞编程性死亡。(1)类型细胞凋亡的实例：①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。②蝌蚪尾的消失，也是通过细胞自动死亡实现的。③在胎儿手的发育过程中，五个手指最初是愈合在一起的，像一把铲子，后来随着指间的细胞自动死亡，才发育为成形的手指。(2)意义3．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。过程：4．癌细胞：在个体发育过程中，有的细胞受到致癌因子的作用，细胞中遗传物质发生变化，就变成不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞就是癌细胞。(1)主要特征：能够无限增殖；形态结构发生显著变化；癌细胞的表面发生了变化。(2)致癌因子：物理致癌因子(紫外线)；化学致癌因子(无机物如石棉等；有机物如黄曲霉素等)；病毒致癌因子(Rous肉瘤病毒等)(3)细胞癌变的机理环境中的致癌因子会损伤细胞中的DNA分子，使原癌基因和抑癌基因发生突变，导致正常细胞的生长和分裂失控而变成癌细胞。注意说明：原癌基因、抑癌基因原癌基因、抑癌基因存在于所有细胞中。其中原癌基因主要负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程，抑癌基因则主要是阻止组织细胞不正常的增殖。癌症发生并不是单一基因突变的结果，而是原癌基因、抑癌基因等多个基因突变的结果。5．细胞凋亡、衰老、癌变、坏死的区别和联系
(1)细胞凋亡、衰老、癌变、坏死的区别 实质特点结果与意义细胞衰老内因和外因共同作用的结果①酶活性降低，呼吸速率减慢；②细胞体积变小，线粒体减少；③细胞核增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深①生物体的绝大多数细胞都经历未分化→分化→衰老→死亡的过程；②细胞衰老是时刻都在发生的细胞凋亡受由遗传机制决定的程序性调控细胞膜内陷，细胞变圆，与周围细胞脱离①清除多余无用细胞；②清除完成使命的衰老细胞；③清除体内异常细胞细胞坏死电、热、冷、机械等不利因素引起的，不受基因控制细胞膜破裂伤害周围细胞，引发炎症细胞癌变物理、化学和病毒致癌因子影响下，原癌基因和抑癌基因发生突变①恶性增殖的“不死细胞”；②形状显著改变的“变态细胞”；③黏着性降低的“扩散细胞”癌细胞出现并大量增殖
1．上海生命科学研究院成功诱导人成纤维细胞重编程为hiHep细胞。hiHep细胞具有肝细胞的许多功能。下列相关叙述错误的是 (　　)A．人成纤维细胞重编程为hiHep细胞并未体现细胞的全能性B．该项成果表明，对于分化了的细胞，其分化后的状态是可以改变的C．人成纤维细胞与hiHep细胞内的核酸是完全一样的D．hiHep细胞的诱导成功为人类重症肝病的治疗提供了可能性[答案]C．[解析]要体现细胞的全能性需要发育成完整个体，A正确。该项成果表明，人成纤维细胞(即分化了的细胞)还可以重新编程，B正确。人成纤维细胞与hiHep细胞内的核DNA完全相同，但其中的mRNA不一定相同，C错误。hiHep细胞具有肝细胞的许多功能，因此可以为人类重症肝病的治疗提供可能，D正确。2．人体骨髓中存在少量属于多能干细胞的间充质干细胞(MSC)，如图为MSC分裂、分化成多种组织细胞的示意图，下列叙述正确的是A．组织细胞中的DNA和RNA与MSC中的相同B．MSC不断增殖分化，所以比组织细胞更易衰老C．MSC中的基因都不能表达时，该细胞开始凋亡D．不同诱导因素使MSC分化形成不同类型的细胞[答案]D．[解析]本题考查细胞的分化、衰老和凋亡等知识。组织细胞是高度分化的细胞，由于分化的实质是基因的选择性表达，所以通常干细胞与其分化成的组织细胞的DNA相同，而RNA不完全相同，A错误；MSC属于干细胞，分化程度低，分裂能力强，而组织细胞是高度分化的细胞、成熟的细胞，所以组织细胞更容易衰老，B错误；细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程，细胞凋亡过程中与凋亡相关的基因表达，C错误；在培养MSC(多能干细胞)时，向培养液中加入分化诱导因子，如牛磺酸、丁酰环腺苷酸等化学物质时，可以诱导细胞向不同类型的组织细胞分化，D正确。3．近年来，婴儿出生后都会保留脐带血，脐带血中含有干细胞，可通过诱导使其分化形成多种器官，用于治疗个体生长发育过程中的一些难治之病，下列说法正确的是(　　)A．人体内的干细胞可以分化为多种器官，各种器官中的细胞在人体内也可以分化为干细胞B．干细胞有分裂、分化的能力，可无限增殖C．干细胞分化成多种器官过程中，基因的表达情况相同D．新生儿保留脐带血有可能解决器官移植所面临的器官短缺和免疫排斥问题[答案]D．[解析]人体内细胞的分化过程是不可逆的，A错误；干细胞分裂能力强，但不会无限增殖，无限增殖是癌细胞的特征，B错误；细胞分化的实质是基因的选择性表达，
干细胞分化成多种器官的过程中，基因的表达情况会出现差异，C错误；脐带血中的干细胞属于自身的细胞，通过将干细胞诱导分化成各种器官，有可能解决器官移植所面临的器官短缺和免疫排斥问题，D正确。4．2019年《自然》杂志发表文章：年轻小鼠胶原蛋白COL17A1基因的表达水平较低的干细胞比表达水平高的干细胞容易被淘汰，这一竞争有利于维持皮肤年轻态。随着年龄的增长，胶原蛋白COL17A1基因的表达水平较低的干细胞增多。以下分析正确的是 (　　)A．衰老皮肤中出现老年斑的原因是控制色素形成的酪氨酸酶活性降低B．衰老的皮肤细胞，细胞核体积增大，细胞膜的通透性改变C． COL17A1基因含量的高低可以作为皮肤是否衰老的一个标志D．皮肤干细胞分化为表皮细胞的过程就是COL17A1基因选择性表达的结果[答案]B．[解析]衰老皮肤中出现老年斑的原因是色素沉积，A错误；衰老的皮肤细胞，细胞核体积增大，细胞膜的通透性改变，物质运输能力降低，B正确；根据题干信息“随着年龄的增长，胶原蛋白COL17A1基因的表达水平较低的干细胞增多”可知，COL17A1基因表达水平的高低(而不是基因含量的高低)可以作为皮肤是否衰老的一个标志，C错误；皮肤干细胞分化为表皮细胞的过程中发生了基因的选择性表达，该过程中COL17A1基因表达水平降低，D错误。5．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．细胞凋亡与细胞坏死对机体的影响不同B．细胞凋亡和细胞坏死都是在遗传物质控制下的程序性死亡C．图示细胞凋亡过程有吞噬细胞参与，吞噬过程能体现细胞膜具有一定的流动性D．人体在胚胎正常发育过程中会发生细胞凋亡，但不一定发生细胞坏死[答案]B．[解析]细胞凋亡对机体维持内环境的稳态具有积极意义，但细胞坏死对机体是不利的，A正确；细胞坏死不是遗传物质控制下的程序性死亡，B错误；图中的凋亡小体会被吞噬细胞吞噬，吞噬过程能体现细胞膜具有一定的流动性，C正确；细胞凋亡是个体发育过程中必然发生的过程，但细胞坏死不一定发生，D正确。6．研究者将正常乳腺细胞(M)诱导成乳腺癌细胞(Me)，如图甲表示细胞癌变前后有关代谢水平的变化情况，图乙中实验组在培养液中加入线粒体内膜呼吸相关酶抑制剂(培养液、温度等条件均相同且适宜)后测得的相关数据。下列有关叙述正确的是 (　　)
A．Me细胞膜上糖蛋白含量少的根本原因是原癌基因和抑癌基因表达能力下降B．Me对葡萄糖的摄取能力高于M，推测癌症患者体内胰岛素水平高于正常人C．M对该呼吸相关酶抑制剂的敏感性大于Me，此时M的代谢活动减弱，细胞分裂变慢D．若Me进行无氧呼吸，则其培养液中酒精含量高于M的培养液中酒精含量[答案]C．[解析]Me细胞膜上糖蛋白含量少的根本原因是原癌基因和抑癌基因发生突变，A错误；Me对葡萄糖的摄取能力高于M，但是癌症患者体内血糖含量不一定高于正常人，因此癌症患者体内胰岛素水平不一定高于正常人，B错误；由图乙分析可知，与Me相比，M对该呼吸相关酶抑制剂更为敏感，此时M的代谢活动减弱，细胞分裂变慢，C正确；乳腺细胞无氧呼吸的产物为乳酸，不是酒精，D错误。7．研究发现，直肠癌患者体内存在癌细胞和肿瘤干细胞。用姜黄素治疗，会引起癌细胞内BAX等凋亡蛋白高表达，诱发癌细胞凋亡；而肿瘤干细胞因膜上具有高水平的ABCG2蛋白，能有效排出姜黄素，从而逃避凋亡，并增殖分化形成癌细胞。下列说法不正确的是 (　　)A．肿瘤干细胞与癌细胞中基因的执行情况不同B．肿瘤干细胞的增殖及姜黄素的排出都需要消耗ATPC．编码BAX蛋白和ABCG2蛋白的基因都属于原癌基因D．用ABCG2抑制剂与姜黄素联合治疗，可促进肿瘤干细胞凋亡[答案]C．[解析]肿瘤干细胞与癌细胞的差异在于两者中基因的执行情况不同，A正确；肿瘤干细胞的增殖包括染色体的复制、相关蛋白质的合成等，这些过程都需要消耗ATP，用姜黄素治疗时，肿瘤干细胞会逆浓度梯度排出姜黄素，该过程也会消耗ATP，B正确；原癌基因主要负责调节细胞周期，控制细胞的生长和分裂进程，而BAX属于凋亡蛋白，因此编码BAX蛋白的基因属于控制细胞凋亡的基因，不属于原癌基因，C错误；姜黄素可引起癌细胞内BAX等凋亡蛋白高表达，诱发癌细胞凋亡，而ABCG2蛋白能使肿瘤干细胞有效排出姜黄素，从而使肿瘤干细胞逃避凋亡，因此抑制ABCG2蛋白的作用并联合姜黄素治疗，可促进肿瘤干细胞凋亡，D正确。8．如图所示为结肠癌发病过程中细胞形态与基因的变化。下列有关叙述正确的是(　　)
A．抑癌基因调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程B．与细胞增殖有关的某一基因发生突变，就会导致细胞癌变C．癌细胞易转移与其细胞膜上糖蛋白增多有关D．通过镜检观察细胞形态可作为判断细胞癌变的依据之一[答案]D．[解析]原癌基因主要负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程，抑癌基因的作用主要是阻止细胞不正常的增殖，A错误；由图可知，癌症的发生并不是单一基因突变的结果，B错误；细胞膜上糖蛋白等物质减少使得癌细胞易分散和转移，C错误；与正常细胞相比，癌细胞的形态发生改变，因此通过镜检观察细胞形态可作为判断细胞癌变的依据之一，D正确。9．TGF-β1-Smads是一条抑制肿瘤的信号传递途经。研究表明，胞外蛋白TGF-β1与靶细胞膜上的受体结合，激活胞内信号分子Smads，生成复合物转移到细胞核内，诱导靶基因的表达，阻止细胞异常增殖，抑制恶性肿瘤的发生。下列叙述错误的是(　　)A．恶性肿瘤细胞膜上糖蛋白减少，因此易分散和转移B．从功能来看，复合物诱导的靶基因属于抑癌基因C．复合物的转移实现了细胞质向细胞核的信息传递D．若该受体蛋白基因不表达，靶细胞仍能正常凋亡[答案]D．[解析]恶性肿瘤细胞膜上的糖蛋白等物质减少，使得细胞间的黏着性降低，容易发生分散和转移，A正确；由题干信息“复合物转移到细胞核内，诱导靶基因的表达，阻止细胞异常增殖，抑制恶性肿瘤的发生”可知该复合物诱导的靶基因属于抑癌基因，B正确；复合物转移到细胞核内实现了细胞质向细胞核的信息传递，C正确；若该受体蛋白基因不表达，则靶细胞异常增殖，从而不能正常凋亡，D错误。10．科研人员通过对缺少H蛋白的癌细胞进行研究，发现染色体在一些关键位置处于展开状态，一系列基因被激活，使癌细胞“永生”，癌细胞因此持续分裂。下列相关叙述错误的是(　　)A．肿瘤的发生可能与染色体解螺旋有关B．癌细胞无限增殖与基因表达调控无关C．在癌细胞中H蛋白基因可能处于关闭状态D．提高癌细胞H蛋白合成的药物可能有助于攻克癌症[答案]B．[解析]由题意可知，缺少H蛋白的癌细胞中染色体在一些关键位置处于展开状态，
因此肿瘤的发生可能与染色体解螺旋有关，A正确；由题意可知，癌细胞中一系列基因被激活，使癌细胞“永生”，因此癌细胞无限增殖与基因表达调控有关，B错误；题干中提出，癌细胞中缺少H蛋白，故在癌细胞中H蛋白基因可能处于关闭状态，C正确；提高癌细胞H蛋白合成的药物可能有助于攻克癌症，D正确。