2021新高考生物人教版一轮学案：必修部分模块1第4单元第3讲　细胞的分化、衰老、凋亡和癌变

第3讲　细胞的分化、衰老、凋亡和癌变

▌考纲研读备考定位▌

考点一　细胞的分化和细胞的全能性

ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG

自主学习·探究提升

1．细胞分化

(1)概念：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。

(2)时间：个体发育的整个生命进程均可发生，但在胚胎时期达到最大限度。

(3)结果：形成不同的细胞和组织。

巧记　细胞分化

(4)特点

①普遍性：多细胞生物普遍具有。

②持久性：贯穿于生物体整个生命进程中。

③稳定性：已分化的细胞将一直保持分化后的状态，直至死亡。

④不可逆性：细胞只能从全能干细胞最终走向高度分化的体细胞，不能反向进行。

(5)实质：在个体发育过程中，不同细胞中遗传信息的执行情况不同。即基因的选择性表达。

(6)意义

[知识拓展]

分化细胞表达的基因

①管家基因：所有细胞均表达的一类基因，基因产物是维持细胞基本生命活动所必需的基因，如呼吸酶基因、ATP水解酶基因等。

②奢侈基因：不同类型细胞特异性表达的一类基因，其产物赋予不同细胞特异性的生理功能，如血红蛋白基因、胰岛素基因等。

2．细胞的全能性

易错整合，判断正误。

(1)叶肉细胞和根尖细胞在结构和功能上的差异是细胞分化的结果(海南，T9D)(　√　)

(2)哺乳动物造血干细胞分化为成熟红细胞的过程不可逆(2018·全国Ⅲ，T2D)(　√　)

(3)同一个体茎分生组织细胞的分化能力比叶肉细胞的强(海南，T6D)(　√　)

(4)高度分化的成熟叶肉细胞不具备发育成完整植株的潜能(海南卷，T9A)(　×　)

(5)造血干细胞分化形成的红细胞和白细胞寿命不同(海南，T6D)(　√　)

1．下列①～⑤能说明人体中某细胞已经发生分化的是哪些？你的推断理由是？

①进行ATP的合成　②进行mRNA的合成　③存在甲状腺激素　④存在纤维蛋白原基因　⑤脱氧核苷酸序列改变

[提示]只有③可表明细胞已分化，理由如下：所有细胞都能合成ATP，几乎所有细胞都能转录合成mRNA，几乎所有细胞中都存在纤维蛋白原基因，故①②④均不能判断细胞已经分化，然而只有甲状腺细胞才能合成甲状腺激素，可判断细胞已经分化，此外，细胞分化中遗传物质不发生改变，故⑤不能表明细胞分化。

2．下图是人体三种细胞内的部分基因及它们的活动状态，请据图分析：

(1)上述基因属于管家基因的是a，属于奢侈基因的是b、c、d。

(2)这三种细胞“血红蛋白基因”均不能表达，所以这三种细胞不包括红细胞；A细胞可产生“胰岛素”，应为胰岛B细胞；B细胞可产生“生长激素”，应为垂体细胞。

(3)若用胰岛素基因作探针检测A、B、C三类细胞的DNA分子，则其杂交带状况如何？若将探针改作检测胰岛素基因的mRNA，其杂交带状况如何？

[提示](3)A、B、C三类细胞中均含胰岛素基因，但该基因只有在A细胞中才能转录产生mRNA，故用胰岛素基因作探针，三类细胞均可形成杂交带，但改为检测胰岛素基因的mRNA，则只有A细胞能产生杂交带。

KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN

考点突破·剖析难点

1．细胞分化、细胞全能性的比较

2．细胞分化的不可逆性及脱分化

(1)在生物体内，细胞分化是一种稳定的程序性变化，这种变化一般是不可逆转的。

(2)但在人工实验条件下，分化的组织细胞能脱分化，脱分化的组织细胞由于含有发育成完整生物体的全部遗传物质，因而经一定人工培养后理论上可发育成一个完整生物体。

　例1　下图表示人体造血干细胞在离体条件下，经诱导形成神经细胞和肝细胞的过程。下列有关叙述正确的是(　C　)

A．该图说明造血干细胞具有全能性

B．图中各细胞的遗传信息的执行情况相同

C．①过程可发生遗传信息从DNA→DNA的传递

D．②过程的实质是基因数量的变化

[解析]　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，图示内容仅得到肝细胞和神经细胞，没有得到个体，因而没有体现细胞的全能性，A项错误；细胞分化的实质是细胞内基因的选择性表达，B项错误；①过程是细胞增殖，可发生遗传信息从DNA→DNA的传递，C项正确；②过程是细胞分化，实质是基因的选择性表达，其基因种类和数量不变，mRNA和蛋白质的种类和数量发生变化，D项错误。

归纳总结

“关键点法”区分细胞分化与细胞全能性的表达

(1)判断关系

(2)实例

①同一来源的细胞形成形态、功能不同的组织细胞→细胞分化。

②植物体细胞新个体→细胞全能性表达。

〔对应训练〕

1．(2019·安徽马鞍山模拟)如图表示某生物纯合个体(2N＝8)的细胞分裂、分化示意图，下列叙述不正确的是(　D　)

A．仅过程①②发生了核DNA分子的复制

B．过程①能发生染色体结构与数目变异

C．过程②形成的细胞其蛋白质不完全相同

D．过程③A、a形成的原因可能是基因重组

[解析]　据图可知，①是有丝分裂、②是细胞分化、②是减数分裂，细胞分裂的间期发生了DNA的复制，A正确；在有丝分裂中能发生染色体结构与数目变异，B正确；细胞分化是基因选择性表达的结果，分化后的细胞蛋白质不完全相同，C正确；由于该生物体为纯合体，基因A、a的出现应为基因突变所致，D错误。

2．正常情况下，从同一株绿色植物的不同种类体细胞中提取物质进行比较，下列叙述正确的是(　D　)

A．蛋白质都不相同 B．糖类都不相同

C．核基因不都相同 D．DNA都相同

[解析]　同一生物不同细胞中DNA却相同，但由于基因的选择性表达，不同细胞合成了不同的蛋白质，不同细胞代谢状况不同，但并不是不同细胞中蛋白质、糖类等物质却不相同。

考点二　细胞的衰老、凋亡和癌变

ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG

自主学习·探究提升

1．个体衰老与细胞衰老的关系

2．细胞衰老的特征

巧学妙记：细胞衰老的特征

3．细胞的凋亡

(1)概念：由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。

(2)原因：细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控。

(3)类型

(4)意义

4．细胞的癌变

(1)癌变实质

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。

(2)癌细胞的特征

①能够无限增殖。

②形态结构发生显著变化，如成纤维细胞由扁平梭形变成球形。

③表面发生了变化，细胞膜上的糖蛋白等物质减少，导致癌细胞容易分散和转移。

(3)三种致癌因子

物理致癌因子、化学致癌因子和病毒致癌因子。

易错整合，判断正误。

(1)细胞凋亡是基因决定的细胞自动结束生命的过程(2017·全国卷Ⅲ，2D)(　√　)

(2)癌细胞是动物体内具有自养能力并快速增殖的细胞(2017·全国卷Ⅲ，2C)(　×　)

(3)胎儿手的发育过程中不会发生细胞凋亡(2019·全国卷Ⅰ，1A)(　×　)

(4)被病原体感染的细胞可通过细胞凋亡清除(海南卷，5D)(　√　)

下图为细胞的生命历程示意图，据图思考：

(1)癌细胞易扩散和转移的原因是什么？

(2)图示乙和丙过程中基因活动的区别是？

(3)图示丁和戊过程的区别是什么？

(4)图示甲、乙、丙、丁、戊、己六种生命历程中对机体有积极意义的有哪些？

[提示](1)细胞膜表面糖蛋白减少使细胞间黏着性降低。

(2)乙过程是相关基因选择性表达的结果，遗传物质没有发生改变；丙过程是原癌基因和抑癌基因突变导致的结果，遗传物质发生了改变。

(3)丁是在相关基因调控下细胞主动结束生命的历程，对生物体有利；戊是在外力作用下迅速使细胞破裂死亡的过程，对生物体是不利的。

(4)甲、乙、丁、己均具有积极意义，丙、戊对机体不利。

KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN

考点突破·剖析难点

1．细胞凋亡、衰老、坏死、癌变的区别

2．细胞分化、分裂、癌变、坏死及凋亡的关系

　　■

与细胞癌变、衰老、凋亡、坏死有关的四个易错点

(1)原癌基因和抑癌基因普遍存在于所有体细胞中，并非只存在于癌细胞中，只不过在癌细胞中两种基因已发生突变。

(2)细胞的癌变是细胞畸形分化的结果，对机体有害。

(3)细胞衰老和凋亡对机体的正常发育都是有利的，细胞坏死对机体有害。

(4)细胞凋亡与基因选择性表达有关，但不属于细胞分化过程。

考向一　细胞的衰老和凋亡分析

例2 (不定项选择题)(2020·山东省济南市模拟)下列有关人体细胞衰老和凋亡的叙述错误的是( AB )

A．衰老细胞的体积变大，细胞核体积变大

B．人体中红细胞凋亡的速率比白细胞凋亡的速率快

C．自由基会攻击蛋白质，使蛋白质活性下降，致使细胞衰老

D．细胞凋亡在维持多细胞生物个体的发育正常进行和内部环境稳定方面起重要作用

[解析]　衰老细胞的细胞体积变小，细胞核变大，染色质收缩，颜色加深，A错误；白细胞与红细胞的功能不同，凋亡的速率也不一样，白细胞凋亡的速率比红细胞快得多，B错误；自由基学说认为，细胞代谢产生的自由基攻击蛋白质，使细胞衰老，C正确；细胞凋亡属于正常的生理过程，在维持多细胞生物个体的发育正常进行和内部环境稳定方面起重要作用，D正确。

〔对应训练〕

3．(2020·11月浙江选考)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(　D　)

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．衰老细胞的有氧呼吸变慢

[解析]　细胞凋亡发生在生物体的整个生命进程中，A错误；细胞凋亡是由基因决定的细胞编程性死亡，并非由机械损伤引发，B错误；衰老细胞中许多酶活性下降，但并非所有酶的活性降低，C错误；衰老细胞中由于细胞呼吸相关酶活性下降，有氧呼吸变慢，D正确。

考向二　细胞生命历程的综合考查

　例3　(2019·北京市丰台区高三期末)下列关于细胞生命历程的叙述，正确的是(　A　)

A．细胞凋亡是基因决定的细胞自动结束生命的过程

B．细胞分化时细胞中细胞器的种类和数量不发生改变

C．衰老过程中细胞的形态、结构发生变化而功能不变

D．环境中的致癌因子会损伤细胞中的DNA，使其产生原癌基因

[解析]　细胞凋亡是细胞编程性死亡，是基因决定的细胞自动结束生命的过程，A项正确；细胞分化时细胞中细胞器的种类和数量发生改变，执行特定的功能，B项错误；衰老过程中细胞的形态、结构发生变化，功能随之改变，C项错误；癌变的原因是原癌基因和抑癌基因发生突变，D项错误。

〔对应训练〕

4．(2019·江苏扬州高三期末)下列关于细胞分化、衰老、凋亡、癌变的说法，不正确的是(　B　)

A．胚胎干细胞经体外诱导分化可以用于治疗人类多种疾病

B．基因突变使酪氨酸酶无法合成，导致老年人头发变白

C．细胞凋亡能有效阻止入侵病毒的增殖，使人体获得免疫

D．原癌基因和抑癌基因都在细胞生长增殖过程中起调控作用

[解析]　胚胎干细胞具有发育的全能性，经体外诱导可分化为成年动物体内任何一种组织细胞，进而用于治疗人类的某些顽疾，如帕金森综合症、少年糖尿病等多种疾病，A项正确；基因突变使酪氨酸酶无法合成，导致白化病，而老年人头发变白是由于黑色素细胞中的酪氨酸酶活性降低，黑色素减少所致，B项错误；细胞凋亡能有效阻止入侵病毒的增殖，使人体获得免疫，C项正确；原癌基因主要负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的过程。抑癌基因主要是阻止细胞不正常的增殖，D项正确。

课末总结

1．〔思维导图〕

2．〔简答题常考长句分析〕

下图为细胞的生命历程示意图，据图分析：

(1)癌细胞易扩散和转移的原因是：细胞膜表面糖蛋白减少，使细胞间黏着性降低。

(2)原癌基因的主要功能是：调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程。

(3)乙和丙过程中基因活动的区别是：乙过程是相关基因选择性表达的结果，遗传物质没有发生改变；丙过程是原癌基因和抑癌基因突变导致的结果，遗传物质发生了改变。

(4)丁和戊过程的区别是：丁是在相关基因调控下细胞主动结束生命的过程，对生物体有利；戊是在外力作用下迅速使细胞破裂死亡的过程，对生物体是不利的。

(5)己过程中细胞代谢会减慢，原因有：水分减少，酶活性降低，细胞膜通透性改变，染色质收缩等。

3．〔探究高考·明确考向〕

1．(2019·全国卷Ⅰ，1)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(　B　)

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项错误。小肠上皮细胞的自然更新是通过细胞凋亡完成的，B项正确。被病原体感染的细胞的清除也是通过细胞凋亡完成的，C项错误。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项错误。

2．(2019·江苏卷，2)下列关于细胞生命活动的叙述，错误的是(　D　)

A．细胞分裂间期既有基因表达又有DNA复制

B．细胞分化要通过基因的选择性表达来实现

C．细胞凋亡由程序性死亡相关基因的表达所启动

D．细胞癌变由与癌有关基因的显性突变引起

[解析]　细胞分裂间期会进行染色质的复制(DNA的复制和有关蛋白质的合成)，故既有基因表达又有DNA复制，A项正确。细胞分化是通过基因的选择性表达实现的，B项正确。细胞凋亡是一个主动地由基因决定的自行结束细胞生命的过程，由严格的遗传机制决定的程序性调控，由程序性死亡相关基因的表达所启动，C项正确。细胞癌变是在致癌因子的作用下，原癌基因和抑癌基因发生突变并逐渐积累的结果，其中抑癌基因的突变是隐性的，原癌基因的突变是显性的，D项错误。

3．(2018·全国Ⅱ，6)在致癌因子的作用下，正常动物细胞可转变为癌细胞。有关癌细胞特点的叙述错误的是(　A　)

A．细胞中可能发生单一基因突变，细胞间黏着性增加

B．细胞中可能发生多个基因突变，细胞的形态发生变化

C．细胞中的染色体可能受到损伤，细胞的增殖失去控制

D．细胞中遗传物质可能受到损伤，细胞表面的糖蛋白减少

[解析]　A错：正常细胞转变为癌细胞并不是单一基因突变的结果，至少在一个细胞中发生5～6个基因突变，才能赋予癌细胞所有的特征。癌细胞膜上的糖蛋白减少，从而使癌细胞之间的黏着性降低。B对：癌细胞是原癌基因和抑癌基因突变的累积效应，癌细胞的形态结构发生显著变化，例如，体外培养的呈扁平梭形的正常成纤维细胞转变为癌细胞后变成球形。C对：环境中的致癌因子会损伤细胞中的染色体，使正常细胞成为不受机体控制的恶性增殖细胞。D对：细胞癌变的内因是原癌基因和抑癌基因发生突变，即细胞中的遗传物质可能受到损伤，使细胞表面的糖蛋白减少。

4．(2018·江苏卷，23)人体骨髓中存在少量属于多能干细胞的间充质干细胞(MSC)，下图为MSC分裂、分化成多种组织细胞的示意图，下列叙述错误的是(多选)(　ABC　)

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

[解析]　A错：组织细胞中的DNA与MSC中的相同，由于组织细胞和MSC中的基因进行选择性表达，所以两者的RNA不完全相同。B错：细胞会随着分裂次数的增多而逐渐衰老，组织细胞是MSC分裂、分化后形成的，所以组织细胞更容易衰老。C错：组织细胞中的凋亡基因表达，细胞才开始凋亡。D对：MSC在不同诱导因素的作用下，可分化形成不同类型的细胞。

5．(2017·江苏卷，18)下列关于人体细胞分化、衰老、凋亡与癌变的叙述，错误的是(　B　)

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．癌细胞无接触抑制特征

[解析]　通常，细胞分化程度越高分裂能力越低，A项正确；衰老细胞中多种酶的活性显著降低，但有些酶的活性会提高，B项错误；细胞凋亡有利于清除多余的、受损的细胞，有助于机体维持自身的稳定，C项正确；癌细胞的细胞膜由于糖蛋白减少，会失去接触抑制特征，D项正确。

6．(全国卷Ⅱ，1)在细胞的生命历程中，会出现分裂、分化等现象。下列叙述错误的是(　B　)

A．细胞的有丝分裂对生物性状的遗传有贡献

B．哺乳动物的造血干细胞是未经分化的细胞

C．细胞分化是细胞内基因选择性表达的结果

D．通过组织培养可将植物叶肉细胞培育成新的植株

[解析]　细胞有丝分裂的重要意义是将亲代细胞的染色体经复制后，精确地平均分配到两个子细胞中，从而使细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性，A项正确；哺乳动物的造血干细胞是一种专能干细胞，分化程度不高，但已经分化，B项错误；细胞分化是细胞内基因选择性表达的结果，C项正确；高度分化了的植物细胞仍具有全能性，通过组织培养可以将植物叶肉细胞培育成新植株，D项正确。

7．(天津卷，6)在培养人食管癌细胞的实验中，加入青蒿琥酯(Art)，随着其浓度升高，凋亡蛋白Q表达量增多，癌细胞凋亡率升高。下列叙述错误的是(　D　)

A．为初步了解Art对癌细胞的影响，可用显微镜观察癌细胞的形态变化

B．在癌细胞培养液中加入用放射性同位素标记的Art，可确定Art能否进入细胞

C．为检测Art对凋亡蛋白Q表达的影响，须设置不含Art的对照试验

D．用凋亡蛋白Q饲喂患癌鼠，可确定该蛋白能否在动物体内诱导癌细胞凋亡

[解析]　根据题干信息可知，Art可促进细胞中凋亡蛋白Q的表达，从而使癌细胞凋亡率升高，而细胞在凋亡过程中形态会发生变化，故用显微镜观察癌细胞的形态变化可以初步了解Art对癌细胞的影响，A项正确；为了确定Art能否进入细胞，可以用放射性同位素标记的Art加入癌细胞培养液中，B项正确；设置含有Art与不含Art的对照实验，才能确定Art对凋亡蛋白Q表达的影响，C项正确；用蛋白质饲喂患癌鼠，蛋白质会被消化成氨基酸，所以饲喂凋亡蛋白Q不能确定该蛋白的作用，D项错误。