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

第4章

細(xì)胞的生命歷程4.3細(xì)胞凋亡是編程性死亡課程導(dǎo)入“生老病死”是生物界的普遍現(xiàn)象，生物個(gè)體是這樣，作為生物體基本結(jié)構(gòu)和功能單位的細(xì)胞亦如此。細(xì)胞的衰老、死亡是如何發(fā)生的？對(duì)生命活動(dòng)有什么意義？一、衰老細(xì)胞的結(jié)構(gòu)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(bào)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?；颊唧w內(nèi)的器官快速衰老，造成各種生理機(jī)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(gè)體發(fā)育成熟后，隨著年齡的增加，機(jī)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(gè)體→細(xì)胞→分子機(jī)體的衰老是否源于細(xì)胞的衰老？單細(xì)胞生物個(gè)體衰老與死亡＝細(xì)胞衰老與死亡多細(xì)胞生物個(gè)體衰老與死亡＝細(xì)胞衰老與死亡細(xì)胞普遍衰老與死亡未分化分化衰老死亡細(xì)胞衰老是細(xì)胞生命活動(dòng)的必然規(guī)律！絕大多數(shù)細(xì)胞的命運(yùn)：1.人體衰老與細(xì)胞衰老并不是一回事。2.人體內(nèi)的細(xì)胞總是在不斷更新著，總有一部分細(xì)胞處于衰老或走向死亡的狀態(tài)。3.從總體上看，個(gè)體衰老的過程也是組成個(gè)體的細(xì)胞普遍衰老的過程。例如，高等動(dòng)物和人的腸道上皮細(xì)胞，每24～48h就更新一次；人紅細(xì)胞的壽命為100～120天。人體每立方毫米血液中有數(shù)百萬個(gè)紅細(xì)胞，所以每分鐘就有數(shù)百萬至數(shù)千萬個(gè)紅細(xì)胞死亡，同時(shí)又有同樣多的新細(xì)胞生成。至于生物體表面每天死亡和脫落的細(xì)胞，更是數(shù)不勝數(shù)。生物體內(nèi)的細(xì)胞不斷地衰老和死亡，同時(shí)又有增殖產(chǎn)生的新細(xì)胞來代替它們。（二）細(xì)胞衰老的特征生理生化變化形態(tài)結(jié)構(gòu)變化1.細(xì)胞膜：膜脂氧化導(dǎo)致細(xì)胞膜流動(dòng)性降低；2.細(xì)胞質(zhì)：細(xì)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(dòng)物脂褐質(zhì)的沉積；3.細(xì)胞核：細(xì)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(xì)胞衰老與機(jī)體衰老的關(guān)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(xì)胞水分減少，體積減小細(xì)胞內(nèi)的酶活性降低細(xì)胞內(nèi)色素（脂褐素）的累積細(xì)胞膜通透性功能改變無力細(xì)胞內(nèi)呼吸速度減慢細(xì)胞衰老是正常生命現(xiàn)象，人體細(xì)胞總在不斷更新，細(xì)胞衰老貫穿于多細(xì)胞生物個(gè)體生命始終。個(gè)別細(xì)胞的衰老≠機(jī)體的衰老細(xì)胞的普遍衰老→機(jī)體的衰老那細(xì)胞的衰老是不是就意味著機(jī)體衰老呢？（四）細(xì)胞衰老的原因差錯(cuò)學(xué)派認(rèn)為細(xì)胞衰老是各種細(xì)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(fù)，使“差錯(cuò)”積累而導(dǎo)致的。代謝廢物積累學(xué)說大分子交聯(lián)學(xué)說自由基學(xué)說體細(xì)胞突變學(xué)說DNA損傷修復(fù)學(xué)說遺傳論學(xué)派認(rèn)為衰老是遺傳決定的自然演變過程，一切細(xì)胞均有內(nèi)在的預(yù)定程序決定其壽命，而細(xì)胞壽命又決定種屬壽命的差異，外部因素只能是細(xì)胞壽命在限定范圍內(nèi)變動(dòng)。細(xì)胞有限分裂學(xué)說重復(fù)基因失活學(xué)說衰老基因?qū)W說細(xì)胞成分內(nèi)、外環(huán)境損傷作用缺乏完善的修復(fù)“差錯(cuò)”積累DNA分子中某些片段的長度“端粒DNA”長度衰老相關(guān)基因的活化細(xì)胞代謝產(chǎn)物積累自由基的攻擊機(jī)體自我修復(fù)能力下降“錯(cuò)誤”累積衰老的原因是細(xì)胞不再分裂，細(xì)胞之所以停止分裂，是因?yàn)槭艿蕉肆ｉL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(fù)合體，稱為端粒。端粒DNA序列在每次細(xì)胞分裂后會(huì)縮短一截。隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增加，截短的部分會(huì)逐漸向內(nèi)延伸。在端粒DNA序列被“截”短后，端粒內(nèi)側(cè)正常基因的DNA序列就會(huì)受到損傷，結(jié)果使細(xì)胞活動(dòng)漸趨異常。1.端粒學(xué)說端粒位于染色體的末端，保護(hù)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(xì)胞每次分裂后，端粒就會(huì)縮短，因?yàn)樗鼈冊(cè)诿總€(gè)復(fù)制周期中丟失了一部分。當(dāng)端粒無法再縮短時(shí)，細(xì)胞也就達(dá)到了衰老狀態(tài)。此時(shí)，細(xì)胞不可逆地停止分裂，并立即激活凋亡機(jī)制，即細(xì)胞走向凋亡。2009年諾貝爾獎(jiǎng)——端粒和端粒酶保護(hù)染色體的機(jī)理2.一些與衰老相關(guān)基因的活化；3.細(xì)胞代謝產(chǎn)物積累到一定量后會(huì)危害細(xì)胞，引起衰老，如哺乳動(dòng)物脂褐質(zhì)的沉積；4.化學(xué)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(jī)體自我修復(fù)能力下降，導(dǎo)致遺傳物質(zhì)發(fā)生改變時(shí)不能完全修復(fù)，“錯(cuò)誤”累積等導(dǎo)致細(xì)胞的衰老。健康細(xì)胞自由基破壞細(xì)胞異?；顫姷膸щ姺肿踊蚧鶊F(tuán)①什么是自由基？含有未配對(duì)的電子，有高度的反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)生B.輻射和有害物質(zhì)的入侵刺激細(xì)胞產(chǎn)生。④自由基的危害？二、衰老細(xì)胞的死亡受基因的調(diào)控（一）細(xì)胞凋亡的概念是借用古希臘語，表示細(xì)胞像秋天的樹葉一樣凋落的死亡方式。細(xì)胞凋亡是細(xì)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(yán)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(dǎo)致的病理性死亡。（二）細(xì)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(xì)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(jié)構(gòu)完整的細(xì)胞器，還有凝縮的染色質(zhì)，可被鄰近細(xì)胞吞噬、消化。細(xì)胞凋亡因始終有膜封閉，沒有內(nèi)含物釋放，故不會(huì)引起炎癥。正常白細(xì)胞凋亡白細(xì)胞細(xì)胞凋亡是細(xì)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(shí)期消失，就是通過細(xì)胞凋亡實(shí)現(xiàn)的。（三）細(xì)胞凋亡的實(shí)例2.人胚胎發(fā)育過程中會(huì)產(chǎn)生過量的神經(jīng)細(xì)胞，需要調(diào)整神經(jīng)細(xì)胞的數(shù)量，使之與受神經(jīng)細(xì)胞支配的細(xì)胞數(shù)量相適應(yīng)，以保證神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)生命活動(dòng)的精確調(diào)節(jié)。這種調(diào)整也是通過細(xì)胞凋亡實(shí)現(xiàn)的。每小時(shí)約有10億個(gè)細(xì)胞凋亡約有50%的細(xì)胞凋亡在發(fā)育過程中或成熟組織中，發(fā)生凋亡的細(xì)胞數(shù)量是驚人的。實(shí)質(zhì)：與凋亡相關(guān)的基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。思考：凋亡細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)都下降，酶活性都減弱嗎？不是。其中促進(jìn)細(xì)胞凋亡的基因加強(qiáng)，相應(yīng)的酶活性也增強(qiáng)。2002年諾貝爾獎(jiǎng)——細(xì)胞凋亡的分子機(jī)理（四）細(xì)胞凋亡的意義思考：某人因長期吸煙，導(dǎo)致肺部局部細(xì)胞病變死亡，屬于細(xì)胞凋亡嗎？（1）在胚胎發(fā)育時(shí)期清除多余的細(xì)胞，有利器官建成。（2）在成體中，細(xì)胞的自然更新，被病原體感染的細(xì)胞的清除，也是通過細(xì)胞凋亡完成的。（五）細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死細(xì)胞死亡有兩種形式：細(xì)胞壞死和細(xì)胞凋亡。細(xì)胞死亡細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死項(xiàng)目細(xì)胞的凋亡細(xì)胞的壞死別稱細(xì)胞編程性死亡細(xì)胞病理性死亡與基因的關(guān)系受基因控制的不受基因控制對(duì)機(jī)體的影響對(duì)機(jī)體有利對(duì)機(jī)體有害細(xì)胞壞死細(xì)胞凋亡線粒體形態(tài)學(xué)變化染色體樣式保守膜破裂線粒體形態(tài)學(xué)保守細(xì)胞核變化染色體片段凋亡小體完整的膜細(xì)胞凋亡是編程性死亡機(jī)體衰老細(xì)胞衰老普遍導(dǎo)致基因調(diào)控死亡基因調(diào)控的死亡小結(jié)拓展延伸秀麗隱桿線蟲與細(xì)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(gè)體細(xì)胞，雄成蟲有1031個(gè)體細(xì)胞，每一個(gè)體細(xì)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(gè)個(gè)體之間是幾乎不變的。兩種性別的個(gè)體，都有許多的細(xì)胞將經(jīng)由細(xì)胞凋亡的過程被除去。

秀麗隱桿線蟲具有價(jià)格低廉，試驗(yàn)操作方便簡單，基因組容量小、全序列已知，可操控性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，可作為模式生物應(yīng)用于眾多生物學(xué)研究。1963年，悉尼·布倫納（SydneyBrenner,1927—）選擇秀麗隱桿線蟲作為試驗(yàn)生物模型，把基因分析、細(xì)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(xì)胞分化，開創(chuàng)了一個(gè)全新的領(lǐng)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(xì)胞。20世紀(jì)60年代末，他開始追蹤秀麗隱桿線蟲發(fā)育過程中每個(gè)細(xì)胞的分裂和分化過程。他用該技術(shù)完成了從受精卵到成體的959個(gè)細(xì)胞的系統(tǒng)研究，繪制出秀麗隱桿線蟲發(fā)育細(xì)胞譜系。在研究細(xì)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(gè)細(xì)胞中的131個(gè)細(xì)胞以一種不變的方式，在固定的發(fā)育時(shí)間和固定位置消失，即細(xì)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(jì)70年代開始，他開展了一系列的實(shí)驗(yàn)，研究是否存在一個(gè)控制細(xì)胞凋亡的分子機(jī)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(gè)“致死基因”（ced-3和ced-4）是細(xì)胞凋亡得以完成的一個(gè)先決條件。繼而，他證明另一個(gè)基因（ced-9）可通過與前述兩個(gè)“致死基因”的相互作用來阻止細(xì)胞凋亡。開啟關(guān)閉細(xì)胞存活細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡鞏固練習(xí)1.關(guān)于細(xì)胞衰老和凋亡的相關(guān)說法錯(cuò)誤的是（）A.人胚胎時(shí)期尾的消失，手指的形成，蝌蚪尾的消失都是細(xì)胞凋亡B.細(xì)胞的自然更新、被病原體感染的細(xì)胞的清除，是通過細(xì)胞凋亡完成的C.細(xì)胞衰老和凋亡的過程不存在基因的選擇性表達(dá)D.人體不同細(xì)胞的壽命和分裂能力與它們承擔(dān)的功能有一定關(guān)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(dāng)?shù)捏w育運(yùn)動(dòng)D.主要依靠藥物和護(hù)膚品來維持D衰老的控制不僅在于細(xì)胞內(nèi)部，同時(shí)也與外部環(huán)境有關(guān)。良好的外部環(huán)境可以延緩細(xì)胞的衰老。對(duì)人類來說，合理的飲食結(jié)構(gòu)、良好的生活習(xí)慣、適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)和樂觀的人生態(tài)度等都有利于延緩衰老。3.下列關(guān)于細(xì)胞的衰老、凋亡與壞死的敘述，正確的是(

)A．成年人的紅細(xì)胞衰老后，細(xì)胞核的體積會(huì)變大，染色質(zhì)收縮，染色加深B．對(duì)于多細(xì)胞生物來說，細(xì)胞的衰老與個(gè)體的衰老是同步進(jìn)行的C．細(xì)胞凋亡對(duì)人體的影響是負(fù)面的D．細(xì)胞壞死是細(xì)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(xì)胞死亡，對(duì)人體是有害的D4.下列說法錯(cuò)誤的是(

)A．在個(gè)體發(fā)育過程中，特定部位的細(xì)胞會(huì)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(xì)胞，可通過啟動(dòng)細(xì)胞凋亡程序，及時(shí)將其清除C．生物體內(nèi)被病毒感染的細(xì)胞和所有腫瘤細(xì)胞均可以通過凋亡方式清除掉D．細(xì)胞凋亡和細(xì)胞增殖兩個(gè)過程共同維持機(jī)體內(nèi)器官和組織細(xì)胞數(shù)目的穩(wěn)定性C5.下列關(guān)于人體衰老與細(xì)胞衰老關(guān)系的敘述，正確的是(

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