細胞凋亡是編程性死亡 【知識精講+高效課堂 】 高一生物 課件（浙科版2019必修1）

第4章

細胞的生命歷程4.3細胞凋亡是編程性死亡課程導入“生老病死”是生物界的普遍現(xiàn)象，生物個體是這樣，作為生物體基本結構和功能單位的細胞亦如此。細胞的衰老、死亡是如何發(fā)生的？對生命活動有什么意義？一、衰老細胞的結構和代謝產(chǎn)生異常早年衰老綜合征，又稱兒童早衰癥，屬遺傳病，1886年首見報道?；荚摬〉膬和纳眢w衰老速度比正常衰老過程快5～10倍，使其貌如老人。患者體內(nèi)的器官快速衰老，造成各種生理機能下降。兒童早衰癥病童常出現(xiàn)的癥狀包括脫發(fā)、較晚長牙、身材矮小及皮下脂肪減少等，但病童的心智年齡大多與同齡兒童無異。病童一般只能活7~20年，大多死于心血管疾病等衰老病。目前沒有有效治療兒童早衰癥的是什么原因讓這些患病兒童過早地衰老呢？（一）衰老（老化）的概念通常指生物個體發(fā)育成熟后，隨著年齡的增加，機能減退，內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定性下降，趨向死亡的不可逆現(xiàn)象。整體→種群→個體→細胞→分子機體的衰老是否源于細胞的衰老？單細胞生物個體衰老與死亡＝細胞衰老與死亡多細胞生物個體衰老與死亡＝細胞衰老與死亡細胞普遍衰老與死亡未分化分化衰老死亡細胞衰老是細胞生命活動的必然規(guī)律！絕大多數(shù)細胞的命運：1.人體衰老與細胞衰老并不是一回事。2.人體內(nèi)的細胞總是在不斷更新著，總有一部分細胞處于衰老或走向死亡的狀態(tài)。3.從總體上看，個體衰老的過程也是組成個體的細胞普遍衰老的過程。例如，高等動物和人的腸道上皮細胞，每24～48h就更新一次；人紅細胞的壽命為100～120天。人體每立方毫米血液中有數(shù)百萬個紅細胞，所以每分鐘就有數(shù)百萬至數(shù)千萬個紅細胞死亡，同時又有同樣多的新細胞生成。至于生物體表面每天死亡和脫落的細胞，更是數(shù)不勝數(shù)。生物體內(nèi)的細胞不斷地衰老和死亡，同時又有增殖產(chǎn)生的新細胞來代替它們。（二）細胞衰老的特征生理生化變化形態(tài)結構變化1.細胞膜：膜脂氧化導致細胞膜流動性降低；2.細胞質(zhì)：細胞質(zhì)色素積累、空泡形成；線粒體的數(shù)量隨年齡增大而減少，體積則隨年齡增大而變大；哺乳動物脂褐質(zhì)的沉積；3.細胞核：細胞核體積增大，染色加深，核膜內(nèi)陷，染色質(zhì)凝聚、碎裂、溶解；1.

DNA的功能受抑制，RNA含量降低；2.

蛋白質(zhì)合成下降，酶的活性降低；3.

呼吸變慢等（三）細胞衰老與機體衰老的關系衰老癥狀原因分析皮膚干燥、發(fā)皺頭發(fā)變白老人斑吸收能力下降細胞水分減少，體積減小細胞內(nèi)的酶活性降低細胞內(nèi)色素（脂褐素）的累積細胞膜通透性功能改變無力細胞內(nèi)呼吸速度減慢細胞衰老是正常生命現(xiàn)象，人體細胞總在不斷更新，細胞衰老貫穿于多細胞生物個體生命始終。個別細胞的衰老≠機體的衰老細胞的普遍衰老→機體的衰老那細胞的衰老是不是就意味著機體衰老呢？（四）細胞衰老的原因差錯學派認為細胞衰老是各種細胞成分在受到內(nèi)外環(huán)境的損傷作用后，因缺乏完善的修復，使“差錯”積累而導致的。代謝廢物積累學說大分子交聯(lián)學說自由基學說體細胞突變學說DNA損傷修復學說遺傳論學派認為衰老是遺傳決定的自然演變過程，一切細胞均有內(nèi)在的預定程序決定其壽命，而細胞壽命又決定種屬壽命的差異，外部因素只能是細胞壽命在限定范圍內(nèi)變動。細胞有限分裂學說重復基因失活學說衰老基因?qū)W說細胞成分內(nèi)、外環(huán)境損傷作用缺乏完善的修復“差錯”積累DNA分子中某些片段的長度“端粒DNA”長度衰老相關基因的活化細胞代謝產(chǎn)物積累自由基的攻擊機體自我修復能力下降“錯誤”累積衰老的原因是細胞不再分裂，細胞之所以停止分裂，是因為受到端粒長短的限制。每條染色體的兩端都有一段特殊序列的DNA-蛋白質(zhì)復合體，稱為端粒。端粒DNA序列在每次細胞分裂后會縮短一截。隨著細胞分裂次數(shù)的增加，截短的部分會逐漸向內(nèi)延伸。在端粒DNA序列被“截”短后，端粒內(nèi)側(cè)正?；虻腄NA序列就會受到損傷，結果使細胞活動漸趨異常。1.端粒學說端粒位于染色體的末端，保護染色體末端免于融合和退化。你可以把DNA想象成一根鞋帶，那么端粒就是鞋帶末端的塑料頭。它可以防止鞋帶磨損，并保持其形狀。細胞每次分裂后，端粒就會縮短，因為它們在每個復制周期中丟失了一部分。當端粒無法再縮短時，細胞也就達到了衰老狀態(tài)。此時，細胞不可逆地停止分裂，并立即激活凋亡機制，即細胞走向凋亡。2009年諾貝爾獎——端粒和端粒酶保護染色體的機理2.一些與衰老相關基因的活化；3.細胞代謝產(chǎn)物積累到一定量后會危害細胞，引起衰老，如哺乳動物脂褐質(zhì)的沉積；4.化學性質(zhì)活潑的自由基攻擊生物體內(nèi)的DNA、蛋白質(zhì)和脂類等大分子物質(zhì)，造成損傷；5.隨著年齡的增加，機體自我修復能力下降，導致遺傳物質(zhì)發(fā)生改變時不能完全修復，“錯誤”累積等導致細胞的衰老。健康細胞自由基破壞細胞異?；顫姷膸щ姺肿踊蚧鶊F①什么是自由基？含有未配對的電子，有高度的反應活潑性。②自由基的特性？③自由基的產(chǎn)生？A.胞內(nèi)的氧化反應產(chǎn)生B.輻射和有害物質(zhì)的入侵刺激細胞產(chǎn)生。④自由基的危害？二、衰老細胞的死亡受基因的調(diào)控（一）細胞凋亡的概念是借用古希臘語，表示細胞像秋天的樹葉一樣凋落的死亡方式。細胞凋亡是細胞發(fā)育過程中的必然步驟，是由某種基因引發(fā)的。這種嚴格受基因調(diào)控的死亡，屬于正常的生理性變化，不同于病變或傷害導致的病理性死亡。（二）細胞凋亡的表現(xiàn)1.染色質(zhì)聚集、分塊、位于核膜上；2.胞質(zhì)凝縮；3.DNA被有規(guī)律地降解為大小不同的片段，最后核斷裂，細胞通過出芽的方式形成許多凋亡小體；4.凋亡小體內(nèi)有結構完整的細胞器，還有凝縮的染色質(zhì)，可被鄰近細胞吞噬、消化。細胞凋亡因始終有膜封閉，沒有內(nèi)含物釋放，故不會引起炎癥。正常白細胞凋亡白細胞細胞凋亡是細胞死亡的一種主要方式1.蝌蚪在發(fā)育過程中，尾和鰓都在一定時期消失，就是通過細胞凋亡實現(xiàn)的。（三）細胞凋亡的實例2.人胚胎發(fā)育過程中會產(chǎn)生過量的神經(jīng)細胞，需要調(diào)整神經(jīng)細胞的數(shù)量，使之與受神經(jīng)細胞支配的細胞數(shù)量相適應，以保證神經(jīng)系統(tǒng)對生命活動的精確調(diào)節(jié)。這種調(diào)整也是通過細胞凋亡實現(xiàn)的。每小時約有10億個細胞凋亡約有50%的細胞凋亡在發(fā)育過程中或成熟組織中，發(fā)生凋亡的細胞數(shù)量是驚人的。實質(zhì)：與凋亡相關的基因選擇性表達的結果。思考：凋亡細胞內(nèi)基因表達都下降，酶活性都減弱嗎？不是。其中促進細胞凋亡的基因加強，相應的酶活性也增強。2002年諾貝爾獎——細胞凋亡的分子機理（四）細胞凋亡的意義思考：某人因長期吸煙，導致肺部局部細胞病變死亡，屬于細胞凋亡嗎？（1）在胚胎發(fā)育時期清除多余的細胞，有利器官建成。（2）在成體中，細胞的自然更新，被病原體感染的細胞的清除，也是通過細胞凋亡完成的。（五）細胞凋亡與細胞壞死細胞死亡有兩種形式：細胞壞死和細胞凋亡。細胞死亡細胞凋亡細胞壞死項目細胞的凋亡細胞的壞死別稱細胞編程性死亡細胞病理性死亡與基因的關系受基因控制的不受基因控制對機體的影響對機體有利對機體有害細胞壞死細胞凋亡線粒體形態(tài)學變化染色體樣式保守膜破裂線粒體形態(tài)學保守細胞核變化染色體片段凋亡小體完整的膜細胞凋亡是編程性死亡機體衰老細胞衰老普遍導致基因調(diào)控死亡基因調(diào)控的死亡小結拓展延伸秀麗隱桿線蟲與細胞凋亡的發(fā)現(xiàn)秀麗隱桿線蟲是一種在土壤中自由生活的線蟲，成體僅1.5mm長。其生命周期短，全身透明，易于觀察。其雌雄同體成蟲有959個體細胞，雄成蟲有1031個體細胞，每一個體細胞的發(fā)育情況都研究得較為清楚，且發(fā)育規(guī)律在每個個體之間是幾乎不變的。兩種性別的個體，都有許多的細胞將經(jīng)由細胞凋亡的過程被除去。

秀麗隱桿線蟲具有價格低廉，試驗操作方便簡單，基因組容量小、全序列已知，可操控性強等諸多優(yōu)點，可作為模式生物應用于眾多生物學研究。1963年，悉尼·布倫納（SydneyBrenner,1927—）選擇秀麗隱桿線蟲作為試驗生物模型，把基因分析、細胞分化及組織器官發(fā)育聯(lián)系起來，并通過顯微鏡直接觀察研究細胞分化，開創(chuàng)了一個全新的領域，具有里程碑的意義。約翰·薩爾斯頓（SirJohnSulston，1942-2018）利用微分干涉顯微鏡研究秀麗隱桿線蟲的細胞。20世紀60年代末，他開始追蹤秀麗隱桿線蟲發(fā)育過程中每個細胞的分裂和分化過程。他用該技術完成了從受精卵到成體的959個細胞的系統(tǒng)研究，繪制出秀麗隱桿線蟲發(fā)育細胞譜系。在研究細胞譜系的過程中，薩爾斯頓發(fā)現(xiàn)秀麗隱桿線蟲的全部1090個細胞中的131個細胞以一種不變的方式，在固定的發(fā)育時間和固定位置消失，即細胞凋亡。羅伯特·霍維茨（H.RobertHorvitz，1947—）繼承了悉尼·布倫納及約翰·薩爾斯頓的研究工作。從20世紀70年代開始，他開展了一系列的實驗，研究是否存在一個控制細胞凋亡的分子機制。在1986年所發(fā)表的一篇開創(chuàng)性的論文中，他證明了兩個“致死基因”（ced-3和ced-4）是細胞凋亡得以完成的一個先決條件。繼而，他證明另一個基因（ced-9）可通過與前述兩個“致死基因”的相互作用來阻止細胞凋亡。開啟關閉細胞存活細胞凋亡細胞凋亡鞏固練習1.關于細胞衰老和凋亡的相關說法錯誤的是（）A.人胚胎時期尾的消失，手指的形成，蝌蚪尾的消失都是細胞凋亡B.細胞的自然更新、被病原體感染的細胞的清除，是通過細胞凋亡完成的C.細胞衰老和凋亡的過程不存在基因的選擇性表達D.人體不同細胞的壽命和分裂能力與它們承擔的功能有一定關系C2.下列是延緩衰老的一些方法中不合理的是（）A.多吃水果和蔬菜，綠色蔬菜和柑橘類水果B.培養(yǎng)樂觀的人生態(tài)度C.適當?shù)捏w育運動D.主要依靠藥物和護膚品來維持D衰老的控制不僅在于細胞內(nèi)部，同時也與外部環(huán)境有關。良好的外部環(huán)境可以延緩細胞的衰老。對人類來說，合理的飲食結構、良好的生活習慣、適當?shù)倪\動和樂觀的人生態(tài)度等都有利于延緩衰老。3.下列關于細胞的衰老、凋亡與壞死的敘述，正確的是(

)A．成年人的紅細胞衰老后，細胞核的體積會變大，染色質(zhì)收縮，染色加深B．對于多細胞生物來說，細胞的衰老與個體的衰老是同步進行的C．細胞凋亡對人體的影響是負面的D．細胞壞死是細胞在受到外界各種不利刺激后，所引發(fā)的一種不受基因控制的細胞死亡，對人體是有害的D4.下列說法錯誤的是(

)A．在個體發(fā)育過程中，特定部位的細胞會發(fā)生自然凋亡，這有利于器官的正常發(fā)育B．人體在生長發(fā)育過程中產(chǎn)生的衰老細胞，可通過啟動細胞凋亡程序，及時將其清除C．生物體內(nèi)被病毒感染的細胞和所有腫瘤細胞均可以通過凋亡方式清除掉D．細胞凋亡和細胞增殖兩個過程共同維持機體內(nèi)器官和組織細胞數(shù)目的穩(wěn)定性C5.下列關于人體衰老與細胞衰老關系的敘述，正確的是(

)A．正在衰老的個體，體內(nèi)沒有幼嫩的細胞B．處于青春期的年輕人，體內(nèi)沒有衰老的細胞C．總體上看，衰老的個體內(nèi)，細胞普遍衰老D．對于單細胞生物來說，個體的衰老不同于細胞衰老C6.