高中生物： 52 细胞分化、衰老和凋亡（教案）苏教版必修 1 - 1 - / 23 第第 2 2 节节 细胞分化、癌变和衰老细胞分化、癌变和衰老 1951 年，有黑人妇女海拉的宫颈癌细胞分裂建立的“海拉细胞系”至今已有半个世 纪，它仍然在世界上许多实验室中广泛传代使用，道理何在？ 细胞像生物体一样，也要经历出生、生长、成熟、繁殖、衰老、死亡的过程。本章沿 着细胞的生命历程这条主线，既介绍了细胞的增殖、细胞的分化、细胞的衰老和凋亡等正 常的生理过程，也介绍了给人类健康造成巨大威胁的细胞癌变。 许多学生会认为细胞衰老就会导致个体衰老。对于单细胞生物来说，的确如此。但是 对于多细胞生物，生物体内每时每刻都在进行新陈代谢，都有细胞衰老或死亡，也都有新 细胞在产生。细胞衰老的过程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。当然从总体上看，个体衰老的过程也是组成个体 的细胞普遍衰老的过程。 研习教材重难点研习教材重难点 教材文本研习教材文本研习 研习点 1 细胞的分化（识记） 1）细胞分化的概念： 细胞分化是在个体发育中，相同细胞的后代，在形态、结构和生 理功能上发生稳定性差异的过程。 细胞分化是生物界中普遍存在的一种生命现象。个体发育是从一个受精卵开始的，受 精卵通过细胞的增殖、分化，最后发育成一个完整的个体。在胚胎发育的早期，各个细胞 彼此之间是很相似的。通过体细胞的有丝分裂，细胞数量越来越多。与此同时，这些细胞 又逐渐向不同方面发生了变化，形成在形态、结构和功能等方面出现显著的差异。细胞分 化的结构是形成各种不同的组织，再由许多不同的组织形成器官，由许多不同的器官组成 系统，直至形成一个完整的个体。 2）细胞分化的特征 细胞分化是一个渐变的过程。 在胚胎发育的早期，细胞外观上尚未出现明显的变化， 但细胞的分化方向已经确定，即细胞分化方向的确定早于细胞形态差异的出现。细胞分化 的方向一经确定，以后依次渐变，不能逆转。分化是一种持久的、稳定的变化。 【领悟领悟整合整合】 细胞分化的机理细胞分化的机理 1、在个体发育过程中，细胞分化的过程是在遗传物质的控制下合成特异性组织蛋白质 的过程。 分化的细胞所呈现出的形态、结构和生理功能的变化，源于细胞内化学物质的变化， 高中生物： 52 细胞分化、衰老和凋亡（教案）苏教版必修 1 - 2 - / 23 特别是组成结构的蛋白质和催化化学反应的酶。如在动物发育过程中，红细胞和心肌细胞 都是来自中胚层。但在分化发育过程中，红细胞能够合成血红蛋白，而心肌细胞则能够合 成肌动蛋白和肌球蛋白（肌动蛋白和肌球蛋白之间的滑动可使肌细胞产生运动） 。 2、细胞质在细胞分化中的作用 受精卵细胞质的不均匀分配在一定程度上决定着细胞分化的方向。 卵细胞完成受精后即进行细胞分裂，这一过程称为卵裂。 卵裂过程的每次分裂，核物质都 均匀地分配到子细胞中，但由于受精卵细胞质中的物质分布是不均匀的，因此在有丝分裂 的末期，细胞质分配时，在各子细胞之间是不均等的，这种不均等分配在一定程度上决定 着细胞分化的方向。 3、细胞核在细胞分化中的作用 在生物的个体发育过程中，受精卵具有分化出各种组织和细胞，并建立起一个完整个体的 潜能，这种细胞称为全能细胞。细胞核是真核细胞贮存遗传物质的场所，具有个体发育所 需要的全部遗传物质，所以细胞的全能性在很大程度上是指细胞核的全能性。 细胞的全能性是指已经分化的细胞仍然具有发育的潜能。大量科学实验证明，高度分化的 植物细胞仍然有发育成完整植枝的能力，即保持着细胞的全能性。如 1958 年美国科学家斯 图尔德（F.C.Steward）将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养,由于细胞分化而最终发育成 完整的新植株。 在动物的个体发育过程中，受精卵具有全能性，但随着发育，囊胚细胞及原肠胚细胞等， 虽然具有分化出多种组织的潜能，但却不能发育成完整个体，这类细胞称为多能细胞。在 动物成体中，仍存在着保持增殖能力的细胞，它们产生的细胞后代可分化为多种组织细胞， 有的只有分化出一种细胞，这种只能分化出一种细胞的类型称为单能细胞。由此可见，动 物体中，随着细胞分化程度的提高，细胞分化潜能越来越窄，但它们的细胞核仍然保持着 原有的全部遗传物质，具有全能性。1996 年英国生物学家维尔莫特（J.Wilmut）首次用羊 的体细胞（乳腺细胞）成功地克隆出一只小母羊。这一实验说明高度分化的动物细胞的细 胞核仍然具有全能性，但高度分裂的动物细胞，从整个细胞来说，它的细胞全能性是受到 限的。 【迁移迁移 体验体验】 典例典例 1 1：下列关于细胞分化和细胞分裂的叙述，错误的是（ ） A、生物体的生长发育是细胞分裂和细胞分化的结果 B、细胞分化发生在生物体的整个生命进程中 C、细胞分裂是细胞分化的基础 D、细胞分化的过程中细胞中的遗传物质逐渐减少 研析：细胞分化是生物界普遍存在的一种生命现象，生物体的生长和发育是细胞分裂和 细胞分化的结果。如果只有细胞分裂，而没有细胞的分化，生物体是不能进行正常的生长 高中生物： 52 细胞分化、衰老和凋亡（教案）苏教版必修 1 - 3 - / 23 发育的。细胞分化是一种持久性的变化，它发生在生物体的整个生命进程中，但是在胚胎 时期达到最大限度。没有细胞分裂细胞就不可能分化，所以细胞分裂是细胞分化的基础。 在细胞分化过程中遗传物质并没有发生变化，因为细胞核中含有保持物种遗传性所需要的 全套遗传物质，正因为如此，一个细胞就能培养成一个生物体。在细胞分化过程中，有的 基因被抑制，有的基因被激活，如果要使一个分化了的细胞培养成一个生物体，必须设法 使该细胞中所有的基因都被激活，像克隆羊的培育过程就是如此。本常见错误是选 C，这 是把细胞分裂与细胞分化割裂开来，其实细胞的分化离不开细胞的分裂。 答案：D 典例典例 2 2：左下图为某植物根示意图，右下图是左下图中的 P、Q、R 的放大示意图。回答:哪 个细胞表面积最大？哪一个细胞最老？哪一个细胞生长速率最快？哪一对细胞是刚刚由一 个细胞分裂而成的？以上依次是（ ） A、7；1；7；4 和 7 B、2 或 3；1；2 或 3；5 和 6 C、7；1；7；2 和 3 D、1；1；2 或 3；5 和 6 研析：本题考查学生能通过对图的分析与综合，正确获取信息，并做出正确判断的能力。 涉及的知识点有细胞的生长，细胞的分裂，以及初中的相关知识：植物根尖的结构。分析 图可知：P 为成熟区，Q 为伸长区，R 为生长点。成熟区的细胞特点是表皮向外突出形成根 毛，增大了与土壤溶液的接触面积，因此表面积最大，且细胞不再分裂与生长，因此也最 老。伸长区的细胞特点是生长速度最快，体积不断增大。生长点的细胞特点是具有很强的 分裂能力，不断分裂增加细胞的数目，细胞 5 与细胞 6 是由同一个细胞分裂而成的。由上 推断可知，本题的正确选项为 D 。 答案：D 研习点研习点 2 2 细胞的癌变（识记） 1 1）癌细胞）癌细胞 在个体发育中，有的细胞由于受到致癌因子的作用，不能正常地完成细胞分化，而变 成不受机体控制的，连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞称为癌细胞。 2 2）癌细胞的特征）癌细胞的特征 高中生物： 52 细胞分化、衰老和凋亡（教案）苏教版必修 1 - 4 - / 23 能够无限增殖 在人的一生中，体细胞能够分裂 5060 次，而癌细胞却不受限制， 可以长期增殖下去。如年由一位名叫海拉（Henriett a Lacks）的宫颈癌细胞分 离建立的 HeLa 细胞系，至今仍在世界许多实验室中广泛传代使用，成为研究癌症的材料。 但这位患者已死去四十多年。 癌细胞的形态结构发生了变化 细胞培养中的正常的成纤维细胞是呈扁平梭形的， 当这种细胞转化成癌细胞后就变成球形了；癌细胞的细胞核也较正常细胞的大，有时形态 也变得不规则，核仁也变大了，染色时核的着色也明显加深。 细胞膜的表面也发生了变化 细胞膜上有糖脂、糖蛋白等物质，这些物质在细胞 识别、细胞通讯和细胞连接中起着重要的作用，但癌细胞的表面这些物质明显减少，糖链 短缺不全，彼此间的粘着性减小，在机体内到处游走，穿入到各种组织器官中去，这就是 所谓的“癌细胞转移” ，到处分裂、繁殖，形成肿块。癌细胞失去接触抑制，正常细胞生长 相互接触后，其运动和分裂活动都要停顿下来。在体外培养条件下则表现为细胞贴壁生长 汇合成单层后即停止生长。癌细胞则不同，其分裂和增殖并不因细胞相互接触而终止，在 体外培养时细胞可堆累成立体细胞群，故癌细胞接触对癌细胞的增殖无抑制作用。 3 3）致癌因子）致癌因子 物理致癌因子 物理致癌因子主要是指辐射致癌。 最早发现具有致癌作用的是放射性物质发出的电离辐射，后来发现象 X 射线、紫外线 等均可致癌。卓越的物理学家，放射性元素发现者贝克勒尔 （A.H.Begueral，18521908）和居里夫人（M.Curie，19671934）均因长期接触放射性 物质受到辐射损伤而为科学事业损躯（居里夫人最后死于白血病） ，1903 年他们因发现放 射性物质而获得诺贝尔奖金。40 年后（1945 年）日本广岛和长崎两地的原子弹受害者因受 辐射损伤而诱发了大批的白血病患者。 化学致癌因子 迄今为止，已知的具有致癌作用的化学物质达数千种之多，有无 机物也有有机物。无机物中有砷、石棉、铬化合物、镍化合物等。有机物中有苯、联苯胺、 杂环烃、煤焦油、黄曲霉素、亚硝酸胺等。由于致癌物质具有时间和剂量效应，故还可能 有若干化学致癌物质尚未发现。 病毒致癌因子 能引起细胞癌变的病毒称为肿瘤病毒或致癌病毒。现已发现有 150 余种病毒可引起动物或植物产生肿瘤，肿瘤病毒中有 DNA 病毒，也有 RNA 病毒。 癌基因学说 在人和动物细胞的染色体上普遍存在着原癌基因，在正常情况下，原 癌原因处于抑制状态。如果由于某种原因，如紫外线照射，使原癌基因本身发生改变，就 有可能使原癌基因从抑制状态转变成激活状态，从而使正常细胞发生癌变转化为癌细胞。 在 1969 年，R.Huebner 和 G.Todaro 在反转录病毒致癌的研究中发现，许多脊椎动物 的基因组中含有内源性的反转录病毒，这些动物的细胞在一些诱导剂的作用下可产生出反 转录病毒粒子。因此，肿瘤病毒引起细胞癌变是由病毒的某一基因造成的。根据这一研究 高中生物： 52 细胞分化、衰老和凋亡（教案）苏教版必修 1 - 5 - / 23 成果提出了癌基因学说。该学说主张：细胞癌变是由于病毒基因组中的癌基因引起的，癌 基因是病毒基因组的一部分。如果癌基因受到阻抑，则细胞可以保持在正常状态，一旦这 种阻遏被打破，细胞就发生恶性转化。致癌因子，如化学物质、辐射等，能激活这种潜在 的内源病毒。他们认为细胞的癌基因是病毒基因组遗迹。细胞癌基因与病毒癌基因有同源 关系。但在以后的研究中发现，有的细胞癌基因也存在于酵母中，而在人体肿瘤中分离出 的一些具转化活性的基因，并没有在病毒中找到相应的序列。因此，关于病毒癌细胞和细 胞癌基因的关系，上前普遍的一种看法是：细胞癌基因不同病毒癌基因的同源物，在进化 上病毒癌基因是来源于细胞癌基因。细胞癌基因称为原癌基因。在正常情况下，细胞癌基 因的存在不仅是无害的，而且在个体发育、细胞生长、组织再生等方面需要这些基因按程 序控制表达，如某些为生长因子或生长因子受体编码的基因等。 【归纳归纳整理整理】 细胞生长到一定的时期受到细胞体积增大而相 对表面积减少的制约，进入到分裂状态。绝大多数 生物个体发育都是从一个受精卵开始的，按下列方 式进入到其后的生命活动状态： 【迁移迁移 体验体验】 典例典例 3 3：癌细胞通常是由正常细胞