人教版高一生物必修一《第六章第三节细胞的衰老和凋亡》教案.doc

第3节细胞的衰老和凋亡一教学目标描述细胞衰老的特征简述细胞凋亡与细胞坏死的区别探讨细胞的衰老和凋亡与人体健康的关系关注老年人的健康状况进行与社会老龄化相关的问题的资料搜集和分析二教学重点和难点教学重点个体衰老与细胞衰老的关系细胞衰老的特征细胞凋亡的含义教学难点细胞凋亡的含义以及与细胞坏死的区别三教学策略本节教学建议用课时关于细胞的衰老和凋亡与人的衰老和寿命有关学生易感兴趣可以通过调查人体衰老的特征讨论如何延缓衰老延长寿命引出个体衰老与细胞衰老的关系个体衰老与细胞衰老有关但二者又不能划等号可围绕这一问题创设问题情境让学生展开讨论并为讲述细胞衰老的特征作铺垫接下来介绍细胞衰老的特征细胞衰老的原因一直是研究的热点和难点至今有多种学说学生接受起来有一定的难度教科书处理为选学内容如果有学生课堂上提出这方面的问题就介绍给学生最后从生物的寿命引入探讨细胞的死亡强调细胞死亡有两种形式细胞坏死它是由某些外界因素造成细胞急速死亡是一种被动性死亡细胞凋亡这是一种由特定基因控制的主动性死亡细胞坏死与细胞凋亡在形态学和生物化学上有着明显的区别细胞凋亡有广泛的生物学意义例如在胚胎发育时期清除多余的细胞有利于器官的建成当细胞被病毒感染或发生癌变时机体也会通过凋亡的方式加以清除为对学生进行关爱他人关注社会问题的情感教育应鼓励学生课下完成教材中的资料搜集和分析社会老龄化的相关问题的活动四答案和提示一问题探讨提示人体的衰老特征白发皱纹老年斑耳聋眼花行动迟缓记忆力减退等老年人体内还会有幼嫩的细胞如精原细胞仍能增殖产生精子造血干细胞一生都能增殖产生各种类型的血细胞年轻人体内也有衰老的细胞如皮肤表皮细胞衰老成角质层细胞最后细胞凋亡脱落人体衰老与细胞衰老并不是一回事人体内的细胞总是在不断更新着总有一部分细胞处于衰老或走向死亡的状态但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二旁栏思考题老年斑是由于细胞内的色素随着细胞衰老而逐渐积累造成的衰老细胞中出现色素聚集主要是脂褐素的堆积脂褐素是不饱和脂肪酸的氧化产物是一种不溶性颗粒物不同的细胞在衰老过程中脂褐素颗粒的大小也有一定的差异皮肤细胞的脂褐素颗粒大就出现了老年斑三技能训练细胞的寿命与分裂能力无关寿命短的细胞不一定能分裂如白细胞有关系提示学生可作出各种推测皮肤表皮细胞的寿命约为生发层细胞分裂能力强四练习基础题拓展题提示细胞凋亡的速率与它们的功能有关系因为白细胞的功能是吞噬病菌等所以白细胞凋亡的速率很快细胞凋亡不仅保证了多细胞生物个体发育的正常进行而且在维持生物体内部环境的稳定抵御外界各种因素的干扰方面也都起着非常关键的作用五参考资料个体衰老的特征老年人和青年人相比机体成分及结构有明显改变例如老年人全身含水量减少脂肪比例增加细胞萎缩导致各器官的重量减轻其中老年人的性腺脾和肾重量下降较明显甲状腺肾上腺和脑的重量下降则较少但是老年人的肺因异物沉积纤维化岁左右时重量反而增加衰老器官的功能改变主要表现为适应能力降低抵抗力减退以及器官整体机能的减弱和丧失例如更年期以后女性的排卵功能基本丧失有时衰老器官功能改变主要表现为部分细胞机能减退或细胞数目减少例如老年人神经细胞外形完整但传导速度减慢而老年人基础氧利用的减少起因于有活力细胞数目的减少此外因组织细胞萎缩减少了对营养的需求从而使各器官血流灌注量减少血液供应不足又促使组织进一步萎缩影响器官的机能细胞衰老的特征形态变化细胞核增大染色深核内有包含物核膜内陷染色质凝聚固缩碎裂溶解细胞膜黏度增加流动性降低细胞质色素积聚空泡形成线粒体数目减少体积增大高尔基体碎裂包含物糖原减少脂肪积聚分子水平的变化在总体上复制与转录在细胞衰老时均受抑制但个别基因可能会异常激活端粒缩短线粒体特异缺失氧化断裂缺失和交联甲基化程度降低和含量降低蛋白质合成减弱细胞内蛋白质发生糖基化氨甲酰化脱氨基等修饰反应导致蛋白质稳定性抗原性可降解性下降自由基使蛋白质肽链断裂交联而变性氨基酸由左旋变为右旋酶分子活性中心被氧化金属离子等丢失酶分子的二级结构溶解度等电点发生改变酶部分或完全失活脂质不饱和脂肪酸被氧化引起膜脂之间或与脂蛋白之间交联膜的流动性降低细胞衰老的分子机理差错学派差错学派认为细胞衰老是各种细胞成分在受到内外环境的损伤作用后因缺乏完善的修复使差错积累而导致的根据对导致差错的主要因子和主导因素的认识不同可分为不同的学说这些学说各有实验证据代谢废物积累学说细胞代谢产物积累至一定量后会危害细胞引起衰老哺乳动物脂褐质的沉积是一个典型的例子脂褐质是一些长寿命的蛋白质与及脂质共价缩合形成的巨交联物由于脂褐质结构致密不能被彻底水解又不能排出细胞结果在细胞内沉积增多阻碍细胞的物质交流和信号传递最后导致细胞衰老研究还发现老年性痴呆脑内的脂褐质脑血管沉积物中均有淀粉样蛋白因此可作为的鉴定指标大分子交联学说过量的大分子交联是衰老的一个主要因素如交联和胶原交联均可损害细胞功能引起衰老在临床上胶原交联与动脉硬化微血管病变有密切关系自由基学说自由基是一类瞬时形成的含不成对电子的原子或功能基团普遍存在于生物系统其种类多数量大是活性极高的过渡态中间产物正常细胞内存在清除自由基的防御系统包括酶系统和非酶系统前者如超氧化物歧化酶过氧化氢酶谷胱甘肽过氧化物酶非酶系统有维生素醌类物质等电子受体自由基的化学性质活泼可攻击生物体内的蛋白质和脂质等大分子物质造成损伤结果导致断裂交联碱基羟基化蛋白质变性而失活膜脂中不饱和脂肪酸氧化细胞膜流动性降低大量实验证明和的活性升高能延缓机体的衰老将和基因导入果蝇使转基因果蝇比野生型的这两种酶基因多一个拷贝转基因果蝇中酶活性显著升高而平均年龄和最高寿限有所延长体细胞突变学说认为诱发和自发突变积累均可使基因部分或全部功能丧失导致功能性蛋白的合成减少细胞衰老或死亡例如辐射可以导致年轻的哺乳动物出现衰老的症状和个体正常衰老非常相似损伤修复学说外源的理化因子内源的自由基均可引起损伤正常机体内存在的修复机制通常可使损伤的得到修复但是随着年龄的增加这种修复能力逐渐下降结果导致错误累积最终细胞衰老死亡另外的修复并不均一转录活跃基因被优先修复而在同一基因中转录区被优先修复彻底的修复仅发生在细胞分裂的复制时期这也是干细胞能永葆青春的原因遗传论学派遗传论学派认为衰老是遗传决定的自然演变过程一切细胞均有内在的预定程序决定其寿命而细胞寿命又决定种属寿命的差异外部因素只能使细胞寿命在限定范围内变动细胞有限分裂学说许多实验证明正常的动物细胞无论是在体内生长还是在体外培养其分裂次数总存在一个极限值亦称最大分裂次数如人胚成纤维细胞在体外培养时只能增殖代现在普遍认为细胞增殖次数与端粒长度有关有研究表明体细胞染色体的端粒会随细胞分裂次数增加而不断缩短复制一次端粒就缩短一段当缩短到一定程度至极限值时细胞停止复制而走向衰亡资料表明人的成纤维细胞端粒每年缩短可见染色体的端粒有细胞分裂计数器的功能能记忆细胞分裂的次数端粒的长度还与端聚酶的活性有关端聚酶是一种反转录酶能以自身的为模板合成端粒在精原细胞和肿瘤细胞如细胞中有较高的端聚酶活性而正常体细胞中端聚酶的活性很低呈抑制状态重复基因失活学说真核生物基因组重复序列不仅增加基因信息量而且也是使基因信息免遭机遇性分子损害的一种方式主要基因的选择性重复是基因组的保护性机制也可能是决定细胞衰老速率的一个因素重复基因的一个拷贝受损或选择关闭后其他拷贝被激活直到最后一份拷贝用完细胞因缺少某种重要产物而衰亡衰老基因学说统计学资料表明子女的寿命与双亲的寿命有关各种动物都有相当恒定的平均寿命和最高寿命成人早衰症病人平均岁时出现衰老岁生命结束婴幼儿早衰症的小孩在岁时出现明显的衰老岁即过早夭折由此看来物种的寿命主要取决于遗传物质链上可能存在一些长寿基因或衰老基因来决定个体的寿限研究表明当细胞衰老时一些衰老相关基因表达特别活跃其表达水平大大高于年轻细胞已在人号染色体号染色体及染色体上发现用线虫的研究表明基因确可影响衰老及寿限的平均寿命仅该虫单基因突变可提高平均寿命提高最大寿命突变型有较强的抗氧化酶活性对农药紫外线和高温的耐受性均高于野生型对早老综合症的研究发现体内解旋酶存在突变该酶基因位于号染色体短臂称为基因对的研究发现至少与个基因的突变有关其中淀粉样蛋白前体基因的突变导致基因产物淀粉样蛋白易于在脑组织中沉积引起细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞坏死是细胞受到急性强力伤害时立即出现的早期反应包括细胞膜直接被破坏大量水进入细胞线粒体外膜肿胀而密度增加核染色质呈絮状蛋白质合成减慢如及时去除伤害因素以上早期反应尚可逆转若伤害外因持续存在则发生不可逆的变化如细胞骨架破坏溶酶体解体下降最后细胞膜和细胞器破裂降解细胞内容物流出引起周围组织炎症反应细胞凋亡是借用古希腊语表示细胞像秋天的树叶一样凋落的死亡方式年最先提出这一概念他发现结扎大鼠肝的左中叶门静脉后其周围细胞发生缺血性坏死但肝动脉供应区的实质细胞仍存活只是范围逐渐缩小其间一些细胞不断转变成细胞质小块不伴有炎症后在正常鼠肝中也偶然见到这一现象细胞凋亡与细胞坏死的区别在于染色质聚集分块位于核膜上细胞质凝缩最后细胞核破裂细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体凋亡小体内有结构完整的细胞器还有凝缩的染色体可被邻近细胞吞噬消化因始终有膜封闭没有内容物释放故不会引起炎症线粒体无变化溶酶体活性不增加内切酶活化降解凝胶电泳图谱呈梯状凋亡通常是生理性变化而细胞坏死是病理性变化细胞程序性死亡在细胞凋亡一词出现之前胚胎学家已观察到动物发育过程中存在着细胞程序性死亡现象近年来和细胞凋亡常被作为同义词使用但两者实质上是有差异的首先是一个功能性概念描述在一个多细胞生物体中某些细胞的死亡是个体发育中一个预定的并受到严格控制的正常组成部分而凋亡是一个形态学概念指与细胞坏死不同的受到基因控制的细胞死亡形式其次的最终结果是细胞凋亡但细胞凋亡并非都是程序化的线虫是研究个体发育和细胞程序性死亡的理想材料其生命周期短细胞数量少成熟的成虫若是雌雄同体则有个体细胞约个生殖细胞若是雄虫则有个体细胞和约个生殖细胞神经系统由个细胞组成这些细胞来自于个前体细胞这些前体细胞中有个发生了程序死亡控制线虫细胞凋亡的基因主要有个和和的作用是诱发凋亡在缺乏的突变体中不发生凋亡有多余细胞存在抑制的作用使凋亡不能发生功能不足导致胚胎因细胞过度凋亡而死亡年月日英国人悉尼布雷诺尔美国人罗伯特霍维茨和英国人约翰苏尔斯顿因在器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究荣获诺贝尔生理学或医学奖