6.3细胞的衰老和死亡导学案-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

细胞的衰老和死亡 【学习目标】 1．描述细胞衰老的特征。 2．简述细胞凋亡与细胞坏死的区别。 3．探讨细胞的衰老和死亡与人体健康的关系，关注老年人的健康状况。 4．进行与社会老龄化相关的问题的资料搜集和分析。 【学习重难点】 1．细胞衰老与个体衰老的关系，细胞衰老的特征和原因。 2．细胞凋亡的含义。 【学习过程】 生物体都会衰老，衰老表现在很多方面：肌肉萎缩、行动迟缓、抵抗力下降、长老人斑、头发变白等等，个体衰老了，细胞会不会衰老？人体的衰老和细胞衰老有什么关系？ 生物体内的绝大多数细胞，都要经过未分化、分化、衰老、死亡几个阶段。生物体内每时每刻都有细胞在衰老、死亡，同时又有新增殖的细胞来代替它们。 【预学案】 一、细胞衰老 1．细胞衰老的特征 (1)概念：是细胞的生理状态和______发生复杂变化的过程，最终表现为细胞的_____________发生变化。 (2)特征：①_______通透性改变，使物质运输功能降低； ②_______的体积增大、核膜内折，染色质收缩、染色加深； ③细胞内的_______减少，细胞萎缩，体积变小； ④细胞内_______降低，呼吸速率减慢，新陈代谢速率减慢； ⑤细胞内的_______逐渐积累，妨碍细胞内物质的交流和传递。 (3)个体的表现 ①体现：个体的衰老则明显地体现在_______上。 ②举例：由于头发基部的_______细胞衰老，细胞中的_______降低，黑色素合成减少，所以老年人的头发会变白。老年人的皮肤上会长出“老年斑”，这是细胞内_______的结果。 2．细胞衰老的原因 (1)自由基学说 ①概念：自由基是指_____________________。 ②特点：自由基含有未配对电子，表现出高度的______________。 ③来源：细胞在不断进行______________中很容易产生自由基；辐射以及有害物质入侵也会刺激细胞 产生自由基。 ④危害：攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的_______。最为严重的是对_______损伤比较大；还会攻击_______，可能引起基因突变；攻击_______，使蛋白质活性下降，导致细胞衰老。 (2)端粒学说 ①概念：端粒是指每条染色体的两端都有一段特殊序列的______________。 ②特点：端粒DNA序列在每次细胞分裂后会_______。随着细胞分裂次数的增加，截短的部分会逐渐向内延伸。 ③对细胞衰老的影响：在端粒DNA序列被“截”短后，端粒内侧正常基因的DNA序列就会受到_______，结果使细胞活动渐趋异常。 3．细胞衰老与个体衰老的关系 (1)细胞的衰老≠个体的衰老 对于单细胞生物来说，细胞的衰老或死亡就是_______的衰老或死亡；但对多细胞生物来说，细胞的衰老和死亡与个体的衰老和死亡并不是一回事。 (2)年龄因素与细胞衰老的关系 一般情况下，体外培养的人体某种细胞，最多分裂_______左右就停止分裂了，并且丧失了正常的功能。随着年龄的增长，细胞继续分裂的次数会逐渐减少，这说明细胞会随着分裂次数的增多_______。 细胞核是细胞生命活动的控制中心，随着细胞分裂次数的增多，或者细胞进入衰老状态，细胞核中的遗传物质会出现_______状态，细胞中一些酶的_____会下降，从而影响细胞的生活。 (3)衰老的意义 细胞衰老是人体内发生的_______现象，正常的细胞衰老有利于机体更好地实现_______。但是机体中_ ______及组织的衰老，就会引起人的衰老。 二、细胞死亡 1．类型 细胞死亡包括_______和_______等方式，其中_______是细胞死亡的一种主要方式。 2．细胞凋亡 (1)概念：由______________的细胞自动结束生命的过程。 (2)特点：由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，所以它是一种_______。 (3)实例：人在_______时期尾部细胞的自动死亡；蝌蚪_______的消失；胎儿手的发育过程；在成熟的生物体中，细胞的_______；某些被_______的细胞的清除。 (4)意义：细胞凋亡对于多细胞生物体完成_______，维持_______的稳定，以及抵御外界各种因素的干扰都起着非常关键的作用。 3．细胞坏死：是指在种种_______影响下，如极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激的情况下，由细胞正常代谢活动_______引起的细胞损伤和死亡。 4．细胞自噬 (1)概念：通俗地说，就是细胞吃掉_____________________。 (2)过程：在一定条件下，细胞会将受损或功能退化的细胞结构等，通过_______降解后再利用。 (3)类型 ①处于_______条件下的细胞，通过细胞自噬可以获得维持生存所需的物质和能量。 ②在细胞受到损伤、_______入侵或细胞衰老时，通过细胞自噬，可以清除受损或衰老的细胞器，以及感染的微生物和毒素，从而维持细胞内部环境的稳定。 (4)意义：研究表明，人类许多疾病的发生，可能与细胞自噬发生_______有关，因此，细胞自噬机制的研究对许多疾病的防治有重要意义。 [预习诊断] 1．细胞衰老的特征是细胞不能继续分化。( ) 2．衰老的生物体中，细胞都处于衰老状态。( ) 3．当自由基攻击生物膜的组成成分磷脂分子时，产物同样是自由基。( ) 4．细胞死亡是细胞凋亡的同义词。 ( ) 5．有些激烈的细胞自噬，可能诱导细胞凋亡。( ) 6．细胞凋亡使细胞自主有序地死亡，对生物体是有利的。( ) 【探究案】 主题 　细胞衰老 1．衰老细胞中水、酶、色素等物质的变化及细胞膜、细胞核等结构的变化是怎样影响功能的？ 2． 解释老年人皮肤出现皱纹和老年斑的原因。 3．教材P125“年龄因素与细胞衰老的关系”的讨论： (1)从实验1中你能得出什么结论？ (2)是细胞核还是细胞质对细胞分裂的影响大一些？ 主题 　细胞死亡 1.下图为某动物体内细胞凋亡和细胞坏死过程示意图，据图思考回答以下问题： (1)凋亡细胞的内容物是否释放出来？ (2)细胞凋亡只发生在特定时期，而细胞坏死任何时期都可发生。这种说法正确吗？为什么？ (3)图中细胞凋亡过程中，细胞内各种酶活性是否都减弱？为什么？ (4)图中吞噬细胞清除凋亡细胞与细胞膜的何种特性有关？ 2.如图是青蛙的变态发育示意图。蝌蚪在发育过程中，长出的尾巴又逐渐消失，请分析： （1）蝌蚪尾巴的消失属于哪种生命现象？与哪种细胞器的关系最密切？ （2）将蝌蚪尾部用浓盐酸处理后，尾部溃烂消失，这与上述现象相同吗？ 3．教材P127“分析数据”讨论 (1)细胞的寿命与分裂能力之间有对应关系吗？比如寿命短的细胞是否一定能分裂？ (2)细胞的寿命和分裂能力与它们承担的功能有关系吗？ 【固学案】 1．下列哪项不是细胞衰老的特征 (　　) A.细胞内水分减少 B.细胞呼吸速率减慢 C.细胞内色素积累较多 D.细胞膜通透性不变，物质运输功能增强 2．下列不是细胞凋亡的意义的是 (　　) A.是生物体正常发育的基础 B.能维持组织细胞数目的相对稳定 C.是机体对外界不良刺激的反应 D.是机体的一种自我保护机制 3．下图是动物体内细胞凋亡和细胞坏死的过程示意图。细胞凋亡时，细胞崩溃，分解成多个凋亡小体。下列叙述正确的是(　　) A．坏死细胞和凋亡细胞的内容物都会释放到内环境中 B．凋亡小体出现的根本原因是细胞中相关凋亡基因的表达 C．细胞凋亡和细胞坏死都受环境的影响，不受机体控制 D．细胞凋亡只发生在个体发育的特定时期，而细胞坏死在任何时期都能发生 4．下列对于个体衰老与细胞衰老的关系的说法中，正确的是 （ ） A．个体衰老导致细胞衰老 B．幼年个体内没有衰老细胞 C．老年个体内没有幼嫩细胞 D．没有细胞的衰老就不会有个体的衰老 5．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(　　) 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 6.下列关于细胞生命历程的叙述中，正确的是 (　　) A．所有体细胞都不断地进行细胞分裂 B．细胞的衰老和凋亡是正常的生命现象 C．衰老的细胞水分含量增加，代谢速率加快 D．细胞坏死是由细胞内的遗传物质所控制的 7、演艺圈的女明星，有些为了保持年轻貌美，不惜重金到香港注射人体胎盘素，人体胎盘素的功效主要有：全面激活面部休眠的成体细胞，使之转化为功能细胞；加强全身皮肤纤维母细胞、胶原纤维与弹性纤维的新陈代谢，增加表皮与真皮层的厚度；全面促进新生角质层细胞的增殖与生长，加速死皮细胞的脱落。据此回答下列问题： （1）衰老的细胞内水分__________（填“增加”或“减少”）。 （2）细胞衰老后细胞核变大，核膜内折，那么人体内所有细胞衰老都会出现这种情况吗？__________，为什么？___________________________________________________________。 （3）现有衰老的肝细胞和新生的肝细胞，用____________（染色剂）能将染色质染色，染色深浅的比较情况是____________________________________________________________。 （4）与题干中休眠细胞相比，功能细胞内的水分__________、酶的活性__________，进而细胞代谢__________。 （5）注射人体胎盘素以后，新生角质层细胞的细胞周期将__________（填“缩短”或“延长”）。 8、人体细胞内的溶酶体是一种含有多种水解酶的细胞器，其内部的pH为5.0左右（水解酶的最适pH）。如图表示吞噬细胞内溶酶体的产生和其作用过程。回答下列问题。 （1）溶酶体的膜含有________层磷脂分子；自噬溶酶体的形成体现了生物膜的结构特点是具有________。 （2）已知细胞质基质的pH为7.0，那么细胞质基质中的H＋进入溶酶体内的方式是________，溶酶体内少量的水解酶泄漏到细胞质基质中不会引起细胞损伤，原因是________。 （3）硅肺是矿工常见的职业病，发病的原因是肺部吸入硅尘后，乔噬细胞会吞噬硅尘，而吞噬细胞的溶酶体中缺乏________，而硅尘却能破坏溶酶体膜，使其中的水解酶释放出来，破坏细胞结构，使吞噬细胞发生________（填“细胞凋亡”或“细胞坏死”），最终导致肺的功能受损。 资料拓展：细胞衰老的机制 细胞衰老（cell ageing，cell senescence），细胞的生命过程中其生理状态及化学反应发生的复杂变化，包括细胞的形态、结构和生理功能等发生的变化，具体表现为酶的活性降低、新陈代谢速率减慢、通透性发生变化等。除了大部分肿瘤细胞和胚胎干细胞，大多数正常细胞均表现出细胞衰老现象。针对细胞衰老，科学家提出了许多假说，目前被大家普遍接受的是自由基学说和端粒学说。 1、自由基学说任何新事物从发现到被定义都要经历一段时期，自由基也不例外。1900年冈伯格便首次发现了自由基，然而直到1980年，科学家才对自由基下了较为规范的定义：异常活泼的带点分子或基团称为自由基，也称游离基。自由基含有未配对的电子，而电子都是倾向配对的，所以自由基表现出高度的反应活性。 体内自由基产生的原因既有内源性，也有外源性，如机体非正常代谢产物、有毒有害化学品接触、酗酒、吸烟、长时间的日晒、长期生活在富氧或缺氧环境、不健康的饮食习惯、疾病、过量运动、环境污染和心理因素等。自由基具有高度的反应活性和极强的氧化反应能力，产生后会攻击破坏细胞内各种正常的生物分子。例如，自由基产生后会攻击生物膜中的不饱和脂肪酸，引起过氧化反应，产生过氧化脂质，使膜结构遭到破坏，导致细胞器功能障碍。过氧化脂质和蛋白质形成脂褐素，并在皮肤沉积， 形成老年斑。自由基还会攻击DNA，使其内部的化学键发生断裂，甚至还会使DNA链内或者链间发生交联。 2、端粒学说 早在1970年，研究者就提出了所谓DNA末端复制的问题。由于DNA聚合酶不能从头合成子链，复制母链3’端时，子链5’端与之配对的RNA引物被切除后会产生末端缺失，使得子链的5’端随着复制次数的增加而逐渐缩短。1972年，俄国的理论生物学家AlexeyOlovnikov在地铁站中获得灵感，提出随着复制不断缩短的DNA末端可能是正常细胞有限分裂的原因。1978年，Elizabeth Blackburn发现四膜虫的端粒由TTGGGG重复序列构成，而哺乳动物细胞的端粒序列是类似的TTAGGG，从而使得端粒的长度得以测算。1986年，研究证实，不同组织细胞端粒长度不同，而体外培养细胞的端粒长度随着世代增加确实在不断缩短。1998年，研究者获得了端粒的缩短能够导致细胞衰老的直接证据：在人的生殖细胞以及能够无限分裂的癌细胞中存在一种酶，端粒酶（telomerase），它能够以自身含有的RNA为模板，反转录出母链末端的端粒DNA，从而避免了子链端粒序列的缩短，而在正常的体细胞中，端粒酶处于失活状态。端粒的缩短又是如何引发细胞的衰老呢？1989年，研究发现病毒感染介导的抑癌蛋白p53和pRb失活会导致人成纤维细胞的永生化。pRb是已知在细胞周期调控中发挥重要作用的调节因子，能够与转录因子E2F家族成员结合并阻抑其活性。E2F负责有丝分裂的细胞从G，到S期转换，当E2F的活性被pRb阻抑时，细胞将无法进入s期而停滞在G，期。随着细胞周期重要调控因子——cyclin依赖性激酶（cyclindependent kinase，CDK）的活化，pRbCDK磷酸化，磷酸化的pRb不再与E2F结合，E2F被释放并活化靶基因的转录，使得细胞可以正常进入s期。 如果CDK的活化被抑制，或pRb自身发生突变，导致pRb不能被磷酸化，则G，期无法到达S期，从而阻断细胞周期的正常进行，引发复制型细胞衰老。CDKs的活化受到细胞内多种信号的调控，如CDK抑制因F（CDKI）p16和p21，p16制CDK4和CDK6的活性，p21抑制CDK2.CDK4和CDK6的活性。p21是转录因子p53的下游产物。p53是著名的肿瘤抑制因子，通过诱导细胞凋亡，避免细胞由于DNA损伤而发生癌变，DNA损伤会诱导p53的表达。端粒缩短（可看作DNA的一种损伤）会使细胞中的p53含量显著增加。因此p53通过识别被“截”短的端粒，诱导p21的表达，从而抑制CDK的活化，使得pRb不能被磷酸化，pRb与E2F结合使其失活，最终引发细胞衰老。 背景资料：中国人口老龄化现状与趋势 　　20世纪90年代以来，中国的老龄化进程加快。65岁及以上老年人口从1990年的6299万增加到2000年的8811万，占总人口的比例由5.57%上升为6.96%，目前中国人口已经进入老年型。性别间的死亡差异使女性老年人成为老年人口中的绝大多数。预计到2040年，65岁及以上老年人口占总人口的比例将超过20%。同时，老年人口高龄化趋势日益明显：80岁及以上高龄老人正以每年5%的速度增加，到2040年将增加到7400多万人。 　　迅速发展的人口老龄化趋势，与人口生育率和出生率下降，以及死亡率下降、预期寿命提高密切相关。目前中国的生育率已经降到更替水平以下，人口预期寿命和死亡率也接近发达国家水平。随着20世纪中期出生高峰的人口陆续进入老年，可以预见，21世纪前期将是中国人口老龄化发展最快的时期。 中国政府高度重视和解决人口老龄化问题，积极发展老龄事业，初步形成了政府主导、社会参与、全民关怀的发展老龄事业的工作格局。国家成立了全国老龄工作委员会，确定了老龄工作的目标、任务和基本政策；颁布了《中华人民共和国老年人权益保障法》，制定了《中国老龄事业发展“十五”计划纲要》，把老龄事业明确纳入了经济社会发展的总体规划和可持续发展战略。 老年人的基本生活得到了保障。城市初步建立了养老保险制度和包括老年人在内的医疗保险制度，以及居民最低生活保障制度；农村实行以土地保障为基础的“家庭养老为主与社会扶持相结合”的养老保障制度。许多地方还对救助贫困老年人和高龄老年人采取了特殊的措施。 老年服务事业发展迅速。中国政府修订了《老年人建筑设计规范》、《城市道路和建筑物障碍设计规范》等相关条例，方便老年人的居住与出行。社区卫生站、托老所、老年活动中心、老年学校、老年休闲广场等老年服务设施逐渐增加，服务老年人的志愿者队伍不断壮大。（来源：中国网） 2/2 学科网（北京）股份有限公司 $$