基础课时案13细胞的分化.docx

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基础课时案13细胞的分化

基础课时案13　细胞的分化、衰老、凋亡与癌变

2018备考·最新考纲

1．细胞的分化（Ⅱ）。

2.细胞的全能性（Ⅱ）。

3.细胞的衰老和凋亡以及与人体健康的关系（Ⅱ）。

4.癌细胞的主要特征及防治（Ⅱ）。

一、细胞的分化与细胞的全能性

1．细胞的分化

（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：

发生在整个生命进程，胚胎时期达到最大限度。

（3）结果：

形成不同的组织和器官。

（4）特点：

普遍性、稳定性、持久性和不可逆性。

（5）意义：

是生物个体发育的基础；使多细胞生物体中细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。

（6）实质：

基因的选择性表达。

（7）标志：

①分子水平：

合成某种细胞特有的蛋白质（如唾液淀粉酶、胰岛素等）。

②细胞水平：

形成不同种类的细胞（尤其是细胞器种类和数量有较大差异）。

2．细胞的全能性

（1）概念：

已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。

（2）动、植物细胞全能性的区别：

高度分化的植物细胞仍具有全能性；实验表明已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。

（3）干细胞：

动物和人体内仍保留着的少数具有分裂和分化能力的细胞。

3．判断正误

（1）下图所示可表明胚胎干细胞具分化潜能（2014·广东卷，24D）（　　）

（2）细胞分裂使细胞趋向专门化，提高了机体生理功能的效率（2012·天津高考）（　　）

（3）不同分化细胞的遗传信息相同（2012·上海高考改编）（　　）

（4）断尾壁虎长出新尾巴过程中发生了细胞分化（2011·北京高考改编）（　　）

（5）玉米种子萌发长成新植株体现了细胞的全能性（2011·山东高考）（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）√　（4）√　（5）×

深度思考

下图是人体三种细胞内的部分基因及它们的活动状态，请思考：

（1）上述基因属于管家基因（基因产物是维持细胞基本生命活动所必需）的是________，属于奢侈基因（基因产物赋予不同细胞特异性的生理功能）的是________。

（2）这三种细胞是否包括红细胞？

细胞A、B分别是什么细胞？

（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　

（1）①　②③④

（2）这三种细胞“血红蛋白基因”均不能表达，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）A、B、C三类细胞中均含胰岛素基因，但该基因只有在A细胞中才能表达产生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。

二、细胞的衰老、凋亡与癌变

1．细胞的衰老

2．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）类型

（3）意义

易错警示！

（1）靶细胞被效应T细胞消灭的过程应属细胞“凋亡”（不可看成“坏死”）；

（2）细胞凋亡是主动的，受基因控制的程序性死亡，对生命具积极意义，而细胞坏死则是被动的，不受基因控制，非程序（无序）性，它对生命不利。

3．细胞的癌变

（1）癌变机理

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

（3）致癌因子分类[连线]

4．判断正误

（1）细胞凋亡使细胞自主有序死亡，有利于生物体内部环境的稳定（2013·天津高考）（　　）

（2）用花粉离体培养获得的抗病植株，其细胞仍具有全能性（2013·四川高考）（　　）

（3）衰老细胞内染色质固缩影响DNA复制和转录（2012·山东高考）（　　）

（4）细胞凋亡是各种不利因素引起的细胞死亡（2012·山东高考）（　　）

（5）原癌基因或抑癌基因发生多次变异累积可导致癌症，因此癌症可遗传（2013·江苏高考）（　　）

（6）细胞癌变导致细胞黏着性降低，易分散转移（2011·江苏高考）（　　）

答案　

（1）√　

（2）√　（3）√　（4）×　（5）×　（6）√

考点一　细胞的分化与细胞的全能性　

[典例引领]

【典例1】（2014·上海单科，5）植物细胞具有发育为完整植株潜能的决定因素是（　　）

A．细胞膜　　B．细胞核　　C．线粒体　　D．叶绿体

解析　细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。

因此，植物细胞具有发育为完整植株潜能的决定因素是细胞核。

答案　B

【典例2】（2014·安徽理综，3）分别用β－珠蛋白基因、卵清蛋白基因和丙酮酸激酶（与细胞呼吸相关的酶）基因的片段为探针，与鸡的成红细胞、输卵管细胞和胰岛细胞中提取的总RNA进行分子杂交，结果见下表（注：

“＋”表示阳性，“－”表示阴性）。

下列叙述不正确的是（　　）

　探针

细胞总RNA　　　

β－珠蛋白基因

卵清蛋白基因

丙酮酸激酶基因

成红细胞

＋

－

＋

输卵管细胞

－

＋

＋

胰岛细胞

－

－

＋

A．在成红细胞中，β－珠蛋白基因处于活动状态，卵清蛋白基因处于关闭状态

B．输卵管细胞的基因组DNA中存在卵清蛋白基因，缺少β－珠蛋白基因

C．丙酮酸激酶基因的表达产物对维持鸡细胞的基本生命活动很重要

D．上述不同类型细胞的生理功能差异与基因的选择性表达有关

解析　由表中结果可知，在鸡的成红细胞中，β－珠蛋白基因和丙酮酸激酶基因处于活跃状态，而卵清蛋白基因处于关闭状态，A正确；鸡的不同体细胞都是由同一受精卵分裂分化而来，所以输卵管细胞中也存在β－珠蛋白基因，B错误；丙酮酸激酶基因的表达产物参与细胞呼吸，C正确；不同类型的细胞功能不同与基因的选择性表达有关，D正确。

答案　B

1．细胞分化的机制

（1）不同细胞中基因“执行情况”不同，即基因“选择性表达”，如胰岛细胞中胰岛素基因表达，抗体基因关闭，而浆细胞则与之相反。

（2）由于基因的选择性表达，导致含遗传信息相同的细胞中mRNA和蛋白质“各不相同”，从而导致出现细胞形态、结构或生理功能的“与众不同”（即分化）。

2．比较细胞分化与细胞的全能性

细胞分化

细胞的全能性

原因

细胞内基因选择性表达

含有本物种全套遗传物质

特点

持久性、稳定性、不可逆性、普遍性

①分化程度的高低与全能性大小呈负相关

②受精卵＞配子＞体细胞

结果

形成形态、结构、功能不同的细胞群

形成新的个体

3．细胞全能性表达的4个条件

（1）离体（必要条件）。

（2）一定的营养物质（无机盐、维生素、氨基酸等）。

（3）激素，尤其是生长素与细胞分裂素对植物细胞全能性表达至关重要。

（4）适宜的条件（适宜的温度、pH等）。

名师点睛　

（1）细胞分化不会导致遗传物质改变，已分化的细胞都含有保持物种遗传特性所需要的全套遗传物质，因而理论上都具有全能性。

（2）一般来说，细胞分化程度越高，如叶肉细胞，全能性越难以表达，细胞分化程度越低，如分生区细胞、动物干细胞等，全能性就越高。

（3）确认是否体现出全能性，必须参照“起点”与“终点”，即起点为“离体的细胞组织或器官”，终点为“完整个体”，不能达到“完整个体”的，决不可称作实现了全能性。

考点二　细胞的分化、衰老、凋亡与癌变　

[典例引领]

【典例1】（2014·四川卷）TGF－β1－Smads是一条抑制肿瘤的信号传递途径。

研究表明，胞外蛋白TGF－β1与靶细胞膜上受体结合，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

解析　恶性肿瘤细胞膜上糖蛋白减少，导致细胞间黏着性降低而易分散转移，A项正确；抑癌基因阻止细胞异常增殖，由题干信息可知，复合物诱导的靶基因可阻止细胞异常增殖，因此具有抑癌基因的功能，B项正确；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项正确；若靶细胞膜上受体蛋白基因不表达，则会使靶细胞异常增殖，从而不能正常凋亡，D项错误。

答案　D

【典例2】（2014·山东理综，3）神经系统正常发育过程中神经细胞数量的调节机制如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．细胞程序性死亡不利于神经系统正常发育

B．生存因子影响了神经细胞的基因表达

C．神经细胞与靶细胞间通过电信号传递信息

D．死亡细胞被吞噬细胞清除属于细胞免疫

解析　细胞程序性死亡是受机体控制的，属于细胞的正常凋亡，利于神经系统的正常发育，A错误；由图中信息可知，生存因子的存在影响神经细胞的程序性死亡，神经细胞不死亡或发生程序性死亡均与基因的表达有关，B正确；神经细胞与靶细胞间通过化学信号传递信息，C错误；细胞免疫与效应T细胞的作用有关，而死亡细胞被吞噬细胞清除的过程无效应T细胞的参与，应属于非特异性免疫，D错误。

答案　B

1．细胞分化、衰老、凋亡、坏死与癌变的比较

实质

特点

结果与意义

细胞分化

基因的选择性表达

①持久性；②普遍性；③稳定性和不可逆性

产生各种不同的组织、器官

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

2.细胞生命历程各过程之间的关系

名师点睛　

（1）除细胞癌变发生了遗传信息改变外，细胞的其余生命历程（如细胞分裂、分化、衰老、凋亡）均未改变遗传信息。

（2）除细胞癌变与细胞坏死对细胞不利外，细胞的其余生命历程（细胞分裂、分化、衰老、凋亡）均对生命有积极意义。

（3）除细胞坏死外，其余各类生命历程（含癌变）均与“基因”有关，即受基因控制。

题组一　全国课标卷高考集锦

1．（2014·课标全国理综Ⅱ，2）同一动物个体的神经细胞与肌细胞在功能上是不同的，造成这种差异的主要原因是（　　）

A．二者所处的细胞周期不同

B．二者合成的特定蛋白不同

C．二者所含有的基因组不同

D．二者核DNA的复制方式不同

解析　同一动物个体的神经细胞与肌细胞在功能上不同是细胞分化的结果，其实质是基因的选择性表达，合成了特定的蛋白质，从而表现出特定的生理功能，B正确；二者都是高度分化的细胞，均不具有分裂能力，所以二者均没有细胞周期，核DNA也不能进行复制，A、D错误；细胞分化过程中基因组不变，所以二者基因组相同，C错误。

答案　B

2．（2012·新课标全国卷，1）同一物种的两类细胞各产生一种分泌蛋白，组成这两种蛋白质的各种氨基酸含量相同，但排列顺序不同。

其原因是参与这两种蛋白质合成的（　　）

A．tRNA种类不同

B．mRNA碱基序列不同

C．核糖体成分不同

D．同一密码子所决定的氨基酸不同

解析　在任何细胞中tRNA的种类都是相同的；核糖体的成分也是相同的，都是由蛋白质和rRNA组成的；同一种密码子决定的氨基酸是相同的；同一物种的不同细胞中，由于遗传信息的执行情况不同，即基因的选择性表达，这将导致不同细胞中基因转录的mRNA不同。

答案　B

3．（2012·全国新课标，2）下列关于细胞癌变的叙述，错误的是（　　）

A．癌细胞在条件适宜时可无限增殖

B．癌变前后，细胞的形态和结构有明显差别

C．病毒癌基因可整合到宿主基因组诱发癌变

D．原癌基因的主要功能是阻止细胞发生异常增殖

解析　本题主要考查癌细胞的特点、形成过程等知识。

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，D错误；癌细胞在适宜的条件下具有无限增殖的特点，A正确；组织细胞发生癌变后，细胞形态和结构均发生明显变化，如细胞变为球形，细胞膜上的糖蛋白等物质减少，B正确；生物致癌因子中的病毒癌基因可以整合到宿主基因组诱发癌变，C正确。

答案　D

题组二　其他各省市高考选萃

4．（2014·江苏，2）下列关于蛙胚胎发育过程的叙述，正确的是（　　）

A．通过细胞分裂不断增加细胞数量，并在一定时期发生细胞分化

B．胚胎发育过程中细胞不断分裂，但不发生凋亡

C．随着细胞分裂次数的增加，蛙胚的有机物总量不断增加

D．发育过程中蛙胚从环境中获得的氧气和营养物质逐渐增加

解析　本题考查蛙胚胎发育的有关知识，蛙受精卵经过卵裂使细胞数目增加，并在一定时期出现细胞分化，A项正确；在胚胎发育过程中既有细胞的分裂、分化，也有细胞的衰老和凋亡，B项错误；随着细胞分裂次数增加，细胞数量增加，从环境中吸收的氧气量不断增加，但由于此时不能从外界吸收营养且有机物不断消耗，蛙胚的有机物总量在减少，C、D两选项错误。

答案　A

5．（2013·海南卷，6）关于细胞分化的叙述，错误的是（　　）

A．白细胞和红细胞都是由造血干细胞分化来的

B．基因突变可使已分化的正常细胞变成癌细胞

C．同一个体的小肠上皮细胞和平滑肌细胞所含基因不同

D．同一个体茎尖分生组织细胞的分化能力比叶肉细胞的强

解析　白细胞和红细胞都是由造血干细胞分化而来的，A项正确；癌细胞产生的根本原因是原癌基因和抑癌基因发生了基因突变，B项正确；同一个体的不同体细胞是由同一个受精卵经有丝分裂而来的，所含基因完全相同，C项错误；随细胞分化程度的提高，其分化能力逐渐下降，茎尖分生组织细胞没有分化，其分化能力较强，D项正确。

答案　C

6．（2013·山东高考）将小鼠myoD基因导入体外培养的未分化肌肉前体细胞，细胞分化及肌纤维形成过程如图所示。

下列叙述正确的是（　　）

A．携带myoD基因的载体以协助扩散的方式进入肌肉前体细胞

B．检测图中细胞核糖体蛋白基因是否表达可确定细胞分化与否

C．完成分化的肌肉细胞通过有丝分裂增加细胞数量形成肌纤维

D．肌肉前体细胞比肌肉细胞在受到电离辐射时更容易发生癌变

解析　携带myoD基因的载体为大分子物质，基因工程中，通过显微注射方法将携带myoD基因的载体导入肌肉前体细胞，自然条件下通过胞吞方式进入肌肉前体细胞，A项错。

细胞分化产生不同类型的组织细胞，这与基因的选择性表达有关，图中细胞的核糖体蛋白基因都会表达，不能体现细胞是否发生分化，B项错。

已分化的细胞不再进行有丝分裂，C项错。

癌变的根本原因是原癌基因和抑癌基因发生突变导致的，基因突变发生在细胞分裂间期，肌肉前体细胞的分化程度比肌肉细胞低，分裂能力比肌肉细胞强，因此受到电离辐射更容易发生癌变，D项对。

答案　D

7．（2013·四川，7）哺乳动物红细胞的部分生命历程如下图所示，图中除成熟红细胞外，其余细胞中均有核基因转录的RNA。

下列叙述错误的是（　　）

A．成熟红细胞在细胞呼吸过程中不产生二氧化碳

B．网织红细胞仍然能够合成核基因编码的蛋白质

C．造血干细胞与幼红细胞中基因的执行情况不同

D．成熟红细胞衰老后控制其凋亡的基因开始表达

解析　本题考查细胞呼吸、细胞分化、细胞凋亡等基础知识。

哺乳动物成熟红细胞无线粒体，只能通过无氧呼吸获得能量，因此呼吸过程中的产物是乳酸；由于网织红细胞含有核基因转录的RNA，因此能通过翻译合成核基因编码的蛋白质；造血干细胞与幼红细胞之间形态、结构和功能的稳定性差异是细胞分化的结果，细胞分化的本质是基因的选择性表达；因为成熟红细胞无核基因转录的RNA，因此红细胞成熟前控制其凋亡的基因已经开始表达。

答案　D

[常考易错全清零]

易错点1　误认为所有细胞都有细胞周期

点拨　只有连续分裂的细胞才具有细胞周期，高度分化的细胞（如神经细胞）不具有细胞周期；进行减数分裂的性原细胞也没有细胞周期。

易错点2　误认为在装片中可以观察一个细胞的有丝分裂的连续过程

点拨　根尖细胞在解离的同时已被杀死，细胞分裂停止，细胞固定在被杀死的瞬间所处的细胞分裂时期，不再变化，故对于装片中的某一特定细胞来说，并不能观察到一个细胞的有丝分裂的连续过程。

易错点3　误认为所有细胞都能观察到染色体

点拨　只有处于有丝分裂前期、中期、后期（或减数分裂）的细胞其染色质才会高度螺旋化，形成染色体，不进行分裂的细胞，其染色质极其细长，不能通过光学显微镜观察到，故欲观察染色体，必须取“分生组织”制片。

易错点4　误认为所有的细胞都能形成四分体

点拨　联会形成四分体是减数第一次分裂前期特有的现象，也是判断是否为该时期的重要依据（交叉互换发生在这个时期），不进行减数分裂的细胞不形成四分体

易错点5　误认为精原细胞减数分裂的结果是产生精子

点拨　实际上精细胞变形成为精子不属于减数分裂的范畴，所以，精原细胞减数分裂的结果是产生精细胞。

易错点6　误认为受精卵中的遗传物质一半来自父方，一半来自母方

点拨　

（1）核内染色体一半来自父方，一半来自母方。

（2）细胞质中的遗传物质几乎都来自母方。

易错点7　误认为原癌基因和抑癌基因是“坏基因”

点拨　正常细胞中既有原癌基因，又有抑癌基因，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。

致癌因子使原癌基因或抑癌基因发生突变，从而导致正常细胞畸形分化为恶性增殖细胞，即癌细胞。

易错点8　误认为只有癌细胞内才有原癌基因与抑癌基因，且只要有一个基因突变即可引发细胞癌变

点拨　人和动物细胞的染色体上本来就存在着与癌有关的基因－原癌基因和抑癌基因。

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基因突变，导致正常细胞的生长和分裂失控而变成癌细胞。

根据大量的病例分析，癌症的发生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，这是一种累积效应。

易错点9　误认为种子萌发成植株或干细胞分化成多种组织器官即实现了“全能性”

点拨　确认是否实现了全能性必须把握“起点”与“终点”，即起点为离体的已分化的细胞、组织或器官，终点为“完整个体”，种子为未来植株的幼体，它的萌发应属于正常发育，不是全能性表达；而干细胞形成的器官种类虽多，但并非“完整的个体”故也未实现全能性。

易错点10　错将着丝点分裂后形成的两条染色体看作“同源染色体”

点拨　同源染色体是指一条来自父方，另一条来自母方，形态大小一般相同的染色体，着丝点分裂后形成的两条染色体原本为姐妹染色单体，不属同源染色体（其DNA或基因通常情况下应完全相同，只有在发生交叉互换或基因突变等情形下才可能有差异）。

[核心知识再强化]

1．细胞分裂类型

（1）原核细胞（如细菌、蓝藻等）——二分裂。

（2）真核细胞

（注：

上述

（1）、

（2）中均涉及DNA分子复制与平分。

）

2．减数分裂过程中要熟记的三个数量关系

（1）染色体数＝着丝点数。

（2）在四分体中，1个四分体＝1对同源染色体＝2条染色体＝4条染色单体＝4个DNA分子。

（3）染色单体数＝DNA分子数。

3．减数分裂与有丝分裂中的特例

（1）处于减数第二次分裂过程中的细胞，可能含有同源染色体，如多倍体（四倍体的减数分裂）。

（2）处于有丝分裂过程中的细胞可能没有同源染色体，如二倍体生物形成的单倍体体细胞进行的有丝分裂。

4．减数分裂异常发生时期的判断

（1）若生殖细胞中含有等位基因，通常是减数第一次分裂后期同源染色体未分离进入同一个细胞的结果。

（2）若生殖细胞中含有相同基因，通常是减数第二次分裂后期姐妹染色单体未分开的结果。

（3）个别染色体数目的变异

在正常减数分裂过程中将产生含X或Y染色体的精子，以及含有X染色体的卵细胞。

但偶尔也会出现异常精子和异常卵细胞，各种情况及出现的原因大致如下：

5．减数分裂产生配子的种类和数目（n对同源染色体，且无交叉互换）

项目

性细胞数目

性细胞种类

一个精原细胞

4个精子

2种

一个雄性动物

无数个精子

2n种

一个卵原细胞

1个卵细胞

1种

一个雌性动物

无数个卵细胞

2n种

（注：

如果减数第一次分裂时发生了非姐妹染色单体的交叉互换，那么一个精原细胞可能产生4种精子。

）

6．理清细胞分化四要点

（1）细胞分化是指细胞在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，而遗传信息不发生改变。

同一个体的不同体细胞中遗传信息相同，但由于基因的选择性表达，mRNA和蛋白质的种类不同（并非完全不同，而是不完全相同），故同一个体不同体细胞的形态、功能等存在差异的根本原因是基因的选择性表达，直接原因是细胞中的蛋白质不同。

（2）细胞分化是生物个体发育的基础，是多细胞生物才具有的。

细菌等单细胞生物，不具有细胞分化现象。

（3）分裂能力越强的细胞，分化程度越低，细胞的全能性越高，如受精卵的分裂能力最强，是未分化的细胞，其全能性也最高。

（4）高度分化的动物体细胞不再具有分裂的能力，故动物细胞培养时不能选择高度分化的体细胞。