细胞死亡的生物学过程、类型、特点和研究意义等
2020-2021学年新教材生物苏教版必修一教案：第4章 第2节 细胞分化、衰老和死亡
第二节细胞分化、衰老和死亡课标内容要求核心素养对接说明在个体发育过程中，细胞在形态、结构和功能方面发生特异性的分化，形成了复杂的多细胞生物体。
1．生命观念——利用结构和功能观，说明细胞分化的实质和意义，以及衰老的特征。
2．科学思维——通过比较和分类，明确不同细胞全能性大小的不同，以及细胞死亡方式的不同。
3．社会责任——关注我国的老龄化问题。
一、细胞分化和细胞全能性1．细胞分化形成复杂的多细胞生物体(1)细胞分化概念：在个体发育中，由一个或一种细胞经细胞分裂产生的子代细胞，在形态结构和生理功能上逐渐发生稳定性差异的过程，称为细胞分化。
(2)细胞分化实例①骨髓中造血干细胞分裂产生的细胞发生特异性变化，形成红细胞、血小板和多种白细胞。
②在被子植物中，叶表皮细胞外侧有角质层，具有保护作用；叶肉细胞内有大量的叶绿体，能进行光合作用；营养组织细胞能储藏营养物质；输导组织参与营养物质的运输。
(3)细胞分化特点①细胞分化是一种持久性的变化。
②一般来说，分化后的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。
③细胞分化是生物界普遍存在的生命现象，是生物体发育的基础。
(4)细胞分化意义在个体发育中，细胞分化能增加细胞的类型，不同类型的细胞构成了多细胞生物体的各种组织和器官，执行不同的生理功能，从而有利于提高各种生命活动的效率。
2．分化后的细胞仍然具有全能性(1)1902年，德国植物学家哈伯兰特预言：离体的植物细胞既然具有本物种全套遗传信息，那么，在一定条件下应该能发育成为完整的植物体。
(2)1958年，美国植物学家斯图尔德等人，证实了哈伯兰特50多年前的预言，即离体的植物细胞能发育成完整的植物体。
(3)植物细胞具有全能性：高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力，即植物细胞具有全能性。
细胞的全能性是指细胞分裂和分化后，仍然具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。
(4)高等动物已分化的体细胞的细胞核仍然保持着全套的遗传物质，是具有全能性的。
细胞的分化、衰老和死亡
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。
二、细胞的衰老与死亡
结合资料比较细胞自噬和细胞凋亡 资料一：DNase酶和Caspase酶是细胞凋亡的两种关键酶，在凋亡诱导因 子与细胞膜受体结合后，通过细胞内信 号转导激活凋亡相关基因。这两种酶一 旦被激活，DNase酶能将DNA切割形成 DNA片段，Caspase酶能将细胞内蛋白 降解成多肽，导致细胞裂解形成凋亡小 体，进而被吞噬细胞吞噬清除。
细胞坏死不是由基因决定的，是一种非正常的死亡，对机体有害。
➢ 过程
正常细胞 进行 正常代谢活动 受损 细胞损伤或死亡
中断
种种不利因素
二、细胞的衰老与死亡
③ 细胞凋亡和细胞坏死的区别
项目 与基因的关系
特点 影响因素
方式 对机体的影响
细胞凋亡
受凋亡基因控制的
生理性
受到严格的由遗传机制 决定的程序性调控
➢ 细胞凋亡的意义
细胞凋亡对于多细胞生物体完成正常发育，维持内部环境的稳 定，以及抵御外界各种因素的干扰都起着非常关键的作用。
二、细胞的衰老与死亡
➢ 细胞凋亡的机理
二、细胞的衰老与死亡
② 细胞坏死
➢ 概念 细胞坏死是指在种种不利因素影响下，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受损或中断引起的细 胞损伤和死亡。
②成体干细胞：是成体组织或器官内的干细胞，具有组织特异性，只能分化 成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力。
造血干细胞、神经干细胞、精原干细胞
一、细胞的分化与全能性
4、细胞分化与全能性的比较
2020-2021生物人教1学案：第6章 第3节细胞的衰老和死亡含解析
2020-2021学年生物新教材人教必修1学案：第6章第3节细胞的衰老和死亡含解析第3节细胞的衰老和死亡课标内容要求核心素养对接描述在正常情况下,细胞衰老和死亡是一种自然的生理过程.1。
生命观念--掌握细胞衰老的特征，并分析其原因；阐明细胞凋亡的意义。
2．科学思维——辨析细胞凋亡与细胞坏死. 3．社会责任——关注社会议题,辨别迷信和伪科学，主动向他人宣传健康生活和关爱生命等相关知识。
一、细胞衰老1．细胞衰老的特征错误!2．细胞衰老的原因(1）自由基学说：自由基攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子。
①自由基攻击磷脂分子，产生自由基,这些新产生的自由基又去攻击别的分子，引发雪崩式的反应,对生物膜损伤比较大。
②攻击DNA，可能引起基因突变。
③攻击蛋白质，使蛋白质活性下降。
(2)端粒学说①端粒：染色体两端特殊序列的DNA—蛋白质复合体.②特点:端粒DNA序列在每次细胞分裂后会缩短一截。
③结果：在端粒DNA序列被“截”短后,端粒内侧正常基因的DNA序列就会受到损伤，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)单细胞生物：个体衰老、死亡与细胞衰老、死亡是一致的.(2)多细胞生物①体内的细胞总是在不断更新，总有一部分细胞处于衰老或走向死亡的状态。
②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。
③细胞会随着分裂次数的增多而衰老。
④细胞核与细胞质相比，前者对细胞分裂影响更大。
二、细胞的死亡1．细胞凋亡(1）概念错误!（2）细胞凋亡的几种类型①个体发育过程中细胞的编程性死亡.②成熟个体中细胞的自然更新。
③被病原体感染的细胞的清除。
（3)意义①保证多细胞生物体完成正常的发育。
②维持内部环境的稳定。
③抵御外界各种因素的干扰.2．细胞坏死在种种不利因素影响下,由于细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡。
判断对错(正确的打“√"，错误的打“×")1．细胞的衰老或死亡和个体的衰老和死亡是一回事。
研究生细胞生物学-细胞自噬
胞吞作用：
概念：胞吞作用通过细胞膜内陷形成囊泡（胞吞泡），将 外界物质裹进并输入细胞的过程。
类型： ●胞饮作用（pinocytosis）
●吞噬作用（phagocytosis）
三、细胞自噬的生物学意义
1、应激功能 细胞自噬是细胞在饥饿条件下的一种存活机制。
在营养充足条件下，自噬发生处于较低水平，仅在胞
大自噬进程
第一步：自噬的诱导，细胞在接受自噬诱导信号后，在胞 浆中形成一个小的膜样结构:分离膜(isolation membrane， IM)， 然后不断向两边延伸，成扁平状，被称为自噬前体 (autophagosome precursor) ，是自噬发生的标志之一。 形态特点：自噬前体多呈新月形或半环形，为游离双层膜 结构，两层膜之间有腔。随着自噬前体增大和包裹内容物， 内腔变得不明显。多种ATG 蛋白参与自噬前体的组装。 组分来源：来源于独立形成的特殊膜结构或线粒体、内质 网或高尔基复合体等膜结构。但是，自噬前体膜与细胞器 膜不同，缺乏较大的跨膜蛋白质颗粒。
质中去除受损和多余的细胞器以维持细胞内环境稳定，称为
基本自噬。细胞营养缺失时，细胞立即启动自噬以维持胞质
中氨基酸池的平衡，可通过合成新的蛋白质、能量生成和促 进糖异生来避免细胞“饿死”。
2、防御功能
在细胞受到致病微生物感染时，细胞自噬起 一定的防御作用。
某些细菌和病毒可逃离异噬途径，避免溶酶体 消化。李斯特菌属、志贺杆菌属、立克次体属等的 细菌可通过降解异噬体膜逃入细胞质。细胞能够通 过自噬发挥先天性免疫作用，抵抗细菌入侵。结核 杆菌通常定居于异噬体内，但可激活自噬途径被溶 酶体酶杀死。 自噬也可以将病毒核酸转运至胞内感受器上激活 天然免疫，还可以将病毒抗原递呈给 ＭＨＣ 类分子 激活适应性免疫，发挥抗病毒作用。
细胞的衰老和死亡——高一生物人教版(2019)必修一课前导学
6.3细胞的衰老和死亡高一生物人教版（2019）必修一课前导学【新知导学】➢细胞衰老的特征1.水分，细胞体积，新陈代谢速率。
2.酶活性。
3.色素逐渐。
4.细胞内呼吸速率，细胞核体积、核膜、染色质收缩、染色。
5.细胞膜通透性改变，物质运输功能。
➢细胞衰老的原因1.自由基学说：自由基攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子。
（1）自由基攻击磷脂分子，产生自由基，这些新产生的自由基又去攻击别的分子，引发雪崩式的反应，对损伤比较大。
（2）攻击DNA，可能引起基因突变。
（3）攻击蛋白质，使蛋白质活性。
2.端粒学说（1）端粒：染色体两端特殊序列的DNA——蛋白质复合体。
（2）特点：端粒DNA序列在每次细胞分裂后会缩短一截。
（3）结果：在端粒DNA序列被“截”短后，端粒内侧的就会受到损伤，结果使细胞活动渐趋异常。
➢细胞衰老与个体衰老的关系1.单细胞生物：个体衰老、死亡与细胞衰老、死亡是的。
2.多细胞生物：（1）体内的细胞总是在不断更新，总有一部分细胞处于衰老或走向死亡的状态。
（2）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。
（3）细胞会随着分裂次数的增多而。
（4）细胞核与细胞质相比，对细胞分裂影响更大。
➢细胞的死亡1．细胞凋亡（细胞死亡的主要方式）（1）概念：由所决定的细胞自动结束生命的过程，是由遗传机制决定的程序性调控，所以它是一种程序性死亡。
（2）类型① 过程中某些细胞的死亡。
①细胞的自然更新。
①被病原体感染的细胞的清除。
（3）意义①完成正常的。
①维持内部环境的稳定。
①抵御外界各种因素的干扰。
2．细胞坏死不利因素影响下，由细胞活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡。
【问题思考】1.胚胎发育过程中是否有细胞的衰老？老年人的体内是否只有细胞的衰老而没有新细胞的产生？2.老年人的心脏没有年轻人的心脏收缩有力，从细胞衰老的角度分析产生这种现象的原因。
3.强烈的细胞自噬也可能诱导细胞凋亡。
请举例说明在什么情况下会发生细胞自噬？【易错辨析】1.细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡。
免疫细胞的凋亡
三、生物大分子的合成
凋亡过程的发生一般需要合成新的RNA和蛋白质， 如在激素、射线作用下，或由于去除生长因子等 所引起的细胞凋亡中，即为如此。蛋白质或RNA合 成抑制剂如吐根碱、放线菌素等可抑制这种类型 凋亡的发生。
TNFR超家族成员的膜配体都是II型膜蛋白，这些 配体构成了TNF超家族。
（一） TNFR超家族的结构特征
TNFR超家族和TNF超家族是以结构为基础的，各 成员间不仅在氨基酸序列上具有不同程度的同 源性，而且在空间结构上也很相似。
TNFR超家族成员均为I型跨膜糖蛋白，它们在胞 膜外区含有2-6个约由40个氨基酸残基组成的富 含半胱氨酸的结构域(cysteine-rich domain, CRD)。
上述结果提示，PKC在成熟或未成熟淋巴细胞的凋 亡信号传递过程中发挥不同效应。
（七）超抗原、丝裂原
超抗原金色葡萄球菌肠毒素可诱导胸腺内CD4+CD8+ 细胞凋亡
丝裂原PWM可诱导成熟及未成熟T细胞凋亡。
第三节 细胞凋亡的生化改变
一、胞内Ca2+ 浓度增高
在所有类型的细胞凋亡过程中，都观察到胞内Ca2+ 浓度增高，这可能是由于Ca2+内流所致。
（1） Fas与FasL的结构与分布
Fas（CD95）也称Apo-1，Fas基因定位于人染 色体10q24.1。其编码产物分子量为45kDa的 I 型 跨膜蛋白，由胞外区（157aa）、跨膜区（17aa） 及胞浆区（145aa）组成。
对Fas胞浆区氨基酸序列的比较发现，它与TNFRI 有一段68aa的同源序列，这段序列对Fas和TNFRI 所介导的细胞凋亡起着决定性的作用，用基因突 变的方法将同源区进行改造后，它们就丧失了致 凋亡的能力，所以这一同源区被命名为死亡结构 域（death domain，DD）。
细胞凋亡的概念和意义
细胞凋亡的概念和意义细胞凋亡（apoptosis）是指细胞在特定生理或病理条件下，受到内在遗传机制的触发，而主动进行的一种细胞自我毁灭的过程。
这一过程涉及一系列有序的细胞内分子事件，包括细胞形态的改变、基因的调控以及能量的代谢等。
细胞凋亡不仅是一种自然的生理过程，而且对生物体具有重要的生物学意义。
一、细胞凋亡的概念细胞凋亡这一概念最早由比利时学者V. Kerr于1972年提出，是指细胞在一定的生理或病理条件下，受到内在遗传机制的触发，而主动进行的一种细胞自我毁灭的过程。
这一过程具有一系列独特的形态学和生物化学特征，如细胞皱缩、核染色质凝集、细胞器完整性的丧失以及细胞膜内陷或出芽等。
这些特征标志着细胞的死亡过程与细胞的自然生长和分裂过程有着根本的区别。
二、细胞凋亡的意义1.维持内环境稳定：细胞凋亡在维持生物体内环境稳定中起着重要的作用。
例如，人体手指和脚趾的末端细胞在发育过程中会受到程序性的死亡信号，以保证我们的手脚指尖能够保持正常的形状和功能。
同样，生殖器官中精子和卵子的死亡也是为了保证生物体的生殖过程能够正常进行。
2.清除有害细胞：当体内出现异常细胞，如癌变或病毒感染的细胞时，细胞凋亡机制会对其进行识别并启动死亡程序，以清除这些有害细胞。
这在一定程度上阻止了疾病的发生和扩散。
3.塑造胚胎发育：在胚胎发育过程中，细胞凋亡起着至关重要的作用。
例如，人类胚胎在发育过程中会经历一系列的细胞凋亡过程，以确保身体各部分能够正常形成。
4.防止过度生长：细胞凋亡能够防止生物体过度生长。
例如，当手指或脚趾末端受到损伤时，周围的细胞会通过凋亡机制进行自我毁灭，以防止伤口处过度生长形成赘生物。
5.参与免疫反应：细胞凋亡在免疫反应中也起着关键作用。
当体内出现病原体（如病毒、细菌等）时，免疫系统会通过激活细胞凋亡机制来清除这些病原体及其宿主细胞。
这有助于保护生物体免受感染和疾病侵害。
6.保持组织更新：在成年阶段，人体需要不断更新和修复受损的组织。
细胞凋亡在生物学中的作用
细胞凋亡在生物学中的作用细胞凋亡，也称为程序性细胞死亡，是细胞自我毁灭的生物学过程。
它在多种生理和病理过程中扮演着重要的角色，包括维持组织稳态、发育、免疫、肿瘤形成等。
在本文中，我们将深入探讨细胞凋亡在生物学中的作用。
维持组织稳态组织是由许多不同类型的细胞构成的。
细胞凋亡是维持组织稳态的一个重要机制。
在正常情况下，组织细胞会经常发生细胞凋亡，清除老化、受损或不需要的细胞，以维持健康的组织状态。
如果这种机制中断，会导致过度细胞增殖和组织失调，可能会引发各种疾病，包括肿瘤和自身免疫性疾病等。
发育在多细胞生物的发育过程中，细胞凋亡是一个极为重要的机制。
它可以清除不需要的细胞或组织，以形成完整的器官或组织结构。
例如，在人类胚胎的手指形成过程中，细胞凋亡中止了指骨的增长，为手指的形成提供了必要的结构。
免疫细胞凋亡在免疫系统中也扮演着重要角色。
例如，在免疫反应时，一些细胞需要迅速扩增，在免疫度过后这些细胞需要被消除。
细胞凋亡是免疫细胞发挥这种“自我清理”功能的主要手段之一。
此外，细胞凋亡还可以通过释放信号分子，促进免疫细胞间的交流和合作。
肿瘤形成肿瘤是一类细胞不受控制增殖造成的异常过程。
因此，细胞凋亡在肿瘤发生和治疗中的作用备受关注。
在正常情况下，损伤的DNA可以引发细胞凋亡，以防止从一种异常的细胞中产生癌细胞。
同时，肿瘤细胞可以通过操控细胞凋亡信号途径或生成可能干扰肿瘤生长的细胞因子抑制剂，使其逃脱细胞凋亡死亡。
这种规避细胞凋亡的机制促进了肿瘤细胞的长期生存和扩散，并且影响着肿瘤治疗方案的设计。
总结尽管细胞凋亡有时会带来不良影响，但它在维持正常生理过程和抑制病理过程中发挥着至关重要的作用。
了解细胞凋亡的机制对改善多种疾病的预防和治疗具有重要意义。
同时，我们对细胞凋亡的研究也有助于我们更好地了解生命的本质，这也将为我们探索更深层的生命奥秘提供指导。
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细胞死亡可根据其表观形态学分为: 细胞凋亡、坏死、焦亡、细胞自噬等
• 细胞死亡的生物学过程
• 细胞死亡的生物学过程
一种由基因调控的细胞死亡过程。 特征有：从形态上来看，细胞收缩，细胞膜冒泡
（blebbing），释放凋亡小体 （Apoptotic bodies）。诱导途径包括内始式途径 （Intrinsic pathway）和外始式途径 (Extrinsic pathway)。 细胞凋亡过程由Caspase家族调控。Caspase是近 年来发现的一组存在于胞质溶胶中的结构上相关的 半胱氨酸蛋白酶，它们的一个重要共同点是活性位 点都含有半胱氨酸，幵特异地断开天冬氨酸残基后 的肽键。细胞凋亡之后会被专业（巨噬细胞）/非 专业（邻近上皮细胞等）吞噬细胞所吞噬。
死亡也起着重要作用. 基于此, 一些铁死亡的抑制 剂, 如Liproxstatin-1等可能成为重要的癌症治疗候 选药物。
多种多样的细胞死亡形式就如同一曲 曲死亡交响乐, 奏响生命最后的乐 章, 不协调的音符会影响整首乐曲. 同 样, 细胞死亡的不正常调节也将会影响 正常的生理功能. 我们应当作为一位指 挥者, 发现不和谐的音符, 将其改正, 发 挥正常功能, 开启生命的新篇章。
花朵的凋零, 树枝的飘落幵不仅仅是生命的结束, 只 是为了来年的花更红, 叶更绿。 正如龚自珍的诗一样: “落红不是无情物, 化作春泥更 护花”. 细胞的死亡亦是如此, 方生方死, 机体正是通 过细胞死亡来调节正常的功能, 维持细胞内稳态。 细胞死亡还与疾病的发生息息相关, 一旦细胞死亡调 控机制紊乱,则会引起相关疾病的发生, 包括自身免 疫性疾病, 神经退行性疾病及癌症等。
不同于频死细胞(dying
cell)的可逆细胞状 态, 死亡细胞(death cell)是指细胞到达生命 终点, 处于不可逆转的状态。
界定细胞死亡的形态学条件主要包括: (1)细胞失去了质膜的完整性; (2)细胞形成凋亡小体; (3)细胞碎片被邻近的细胞吞噬。
• • • •
细胞死亡的类型
• 细胞死亡的生物学过程
与细胞凋亡的区别是细胞膜在此过程中会破裂，
细胞内容物泄露，会引起炎症。 之前研究者倾向于相信细胞坏死是没有调控过 程的，但其实细胞坏死中有特殊的几类也会被 相关基因调控： 程序性坏死（Necroptosis），分子机制已经 大致清楚，Necrosomes在其中非常重要， MLKL在细胞膜上形成选择性通道，导致细胞 内渗透压增高，细胞膨胀，最后细胞膜爆裂， 细胞内容物流出。
• 细胞死亡的生物学过程
与炎症密切相关。
由Caspase-1和Caspase-11调控，细菌感
染可以导致细胞焦亡，细胞膜上会形成没有 选择性的孔洞，导致细胞膜结构发生变化， 释放出类似于凋亡小体的焦亡小体 （Pyroptotic bodies），细胞变得扁平。
• 细胞死亡的生物学过程
也是一种被调控的细胞死亡过程，涉及到细
胞自身结构通过溶酶体分解过程。与凋亡过 程机制有很大区别。
细胞体积缩小,连接消失,与周围的细胞脱离 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ细胞质密度增加,线粒体膜电位消失,通透性改
变,释放细胞色素C到胞浆 核质浓缩,核膜核仁破碎,DNA降解成为约 180bp-200bp片段 胞膜有小泡状形成,膜内侧磷脂酰丝氨酸外翻到 膜表面,胞膜结构仍然完整,最终可将凋亡细胞 遗骸分割包裹为几个凋亡小体,无内容物外溢, 因此不引起周围的炎症反应,凋亡小体可迅速被 周围专职或非专职吞噬细胞吞噬。
• 人的胚胎成纤维细胞的平均分裂周期为 2.4 年， 随着对细胞死亡机制的深入研究 , 细胞死亡已成为治 分裂次数一般只能有约 50 次，由此可以推算 疗各种癌症 , 例如淋巴瘤、白血病、卵巢癌、乳腺癌、 前列腺癌、神经胶质瘤和神经退行性变等疾病的重 出人的自然寿命约为2.4×50=120 年。随着细 要切入点 . 由于这些癌症对化疗诱导凋亡比较敏 胞分裂次数的增加，基因出现复制错误的可能 感 , 因此通过化疗介导相关肿瘤细胞发生凋亡,从而 性也就变得越来越大，因此增加分裂次数会不 起到抗癌效果 同样, 自噬与坏死等其他死亡方式在 断累积 DNA.复制错误。如果能提高细胞的代 癌症治疗方面也起着重要的指导作用. 研究表明, 铁 谢速度，延长细胞的分裂周期，就可以在不增 死亡在一些病理条件下起着关键作用 , 尤其在缺血性 加分裂次数的情况下延长人的寿命。因此对细 组织损伤 , 如肾衰竭, 中风, 心血管疾病等疾病. 另 胞死亡方式的研究具有重要意义。 外 , 在一些神经退行性疾病及幵发性糖尿病中, 细胞