2023届高三生物三轮复习009细胞分化和细胞癌变

高中生物疑难解析36讲——009 细胞分化和细胞癌变 009 细胞分化和细胞癌变 “生物会经历出生、生长、成熟、繁殖、衰老直至最后死亡的生命历程,活细胞也一样”。“生长、增殖、衰老、死亡……细胞的生命历程大都短暂,却对个体的生命有一份贡献”。(人教2019版必修一109页) 1.细胞分化 细胞生命历程中,细胞分化是其中一个非常重要阶段。通过细胞分化,不同细胞呈现各异的形态、结构,变成专门化的、成熟的功能细胞,从而表现生命体的各项生命活动。就如同一个个儿童成长为各行各业的专业从业人员,在各个行业努力工作,维系整个社会正常运行。在植物体内,进行光合作用的叶肉细胞、输导养料的筛管细胞、具有保护作用的表皮细胞等都来自彼此相似的早期胚细胞;构成动物和人体的上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织也都是由一些彼此相似的胚胎细胞分化形成的。 1.1.细胞分化的特点 具体而言,细胞分化是生物在个体发育中,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。细胞分化表现出一系列特点。 ⑴细胞分化具有普遍性,它是多细胞生物个体发育的基础。使多细胞生物体中的细胞趋向专门化,有利于提高生物体各种生理功能的效率。 ⑵细胞分化是一种持久性的、稳定的、不可逆的变化。细胞一旦受到某种刺激决定开始向某一方向分化后,即使引起变化的刺激不再存在,分化仍能进行,并可通过细胞分裂不断继续下去;而且分化了的细胞将一直保持分化后的状态,直至死亡。这种变化不同于细胞的其他生理活动,如激素刺激等所引起的细胞变化,后者在刺激作用消失以后,细胞又将恢复到原来的状况。 ⑶细胞分化又是持续的、渐变的过程。细胞分化不是一蹴而就的,而往往要历经一个程序化的、逐渐演变的过程。通常要经历一段时间、或几代细胞的连续不断的、逐渐的变化过程,才能完成。以人的红细胞形成为例,骨髓中造血干细胞形成红细胞的发育过程是:多能干细胞→单能干细胞→原始红细胞→早幼红细胞→中幼红细胞→晚幼红细胞→网织红细胞→成熟红细胞。仅从原始红细胞增殖到晚幼红细胞阶段共分裂3~4次,约需72小时,红细胞数由一个变为8~16个,细胞核由大变小而浓缩,胞浆中含血红蛋白逐渐增多。晚幼红细胞以后细胞即不再分裂,发育过程中核被排出而成为网织红细胞。网织红细胞进一步成熟,细胞中的RNA消失而为成熟红细胞。 ⑷细胞分化还具有时空差异性。空间上由于每种细胞所处的空间位置不同,其环境也就不一样,同一种细胞的后代可以有不同的形态和功能;在时间上同一细胞与其从前的状态有所不同,即同一细胞在不同的发育阶段可以有不同的形态、结构和功能。在胚胎发育的早期,细胞之间在外观上并没有明显的差别,但此时不同部位的细胞将来分化的方向及分化的程度都已经确定,而后细胞的演化就是按照这种既定的程序有条不紊地向最终的特化方向依次进行下去,进而发育形成不同的组织、器官。 ⑸细胞分化具有可塑性。已分化的细胞在离体条件下经特殊诱导可重新转入未分化状态或转为具有一定分化潜能的细胞,进而分化另一种或多种类型细胞。 1958年,美国科学家斯图尔德(F.C.Steward)将部分胡萝卜韧皮部的细胞在体外经诱导培养成愈伤组织,继而分化,长成了一株新植株。 近年研究发现,一些“诱导”因子能够将小鼠和人的体细胞(如皮肤成纤维细胞)直接重编程而去分化为具有多向分化潜能的诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS细胞),其中小鼠的iPS细胞已被证明具有发育全能性。 【例】用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织,下列叙述错误的是( ) A.该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的 B.该愈伤组织的细胞没有全能性 C.该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成 D.该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构 【解析及答案】愈伤组织是外植体脱分化和分离形成的,A正确;愈伤组织细胞含有该生物全部的遗传物质,仍然具有全能性,且全能性比外植体高,B错误;愈伤组织是高度液泡化,无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松、无规则的组织,C正确;愈伤组织经过再分化可以形成胚状体,D正确。故选答案B。 1.2.细胞分化的原因 分化的细胞表现为形态、结构和生理功能的不同,其直接原因是组织特异性蛋白质的合成;而根本原因是基因组在时间和空间上的选择性表达,通过不同基因表达的开启或关闭,最终产生标志性蛋白质。 ⑴管家基因和奢侈基因,细胞分化的实质在于奢侈基因的选择性表达 分子杂交等大量实验表明,在细胞的全套基因组中,只有少数基因(5-10%)表达。基因组中表达的基因分为两类:一类是维持细胞基本生命活动所必须的,称管家基因(house keeping gene),另一类是指导合成组织特异性蛋白的基因,对分化有重要影响,称奢侈基因(luxury gen