细胞生物学 细胞衰老死亡
细胞生物学第十三章 第十四章 习题
第十三章细胞衰老与凋亡本章要点：本章着重阐述细胞生命的基本现象衰老与死亡。
要求掌握细胞衰老的基本特征及基本原理，重点掌握细胞凋亡的生物学意义，细胞凋亡的研究进展，细胞凋亡的形态和生化特征、分子机制及检测方法。
一、名词解释1、细胞衰老2、Hayflick界限3、致密体4、端粒5、细胞死亡6、细胞凋亡7、凋亡小体8、DNA ladders9、细胞坏死 10、caspase 家族 11、bcl-212、P53二、填空题1、体外培养的细胞的增殖能力与的年龄有关，也反映了细胞在体内的状况；细胞衰老的决定因素存在于内；决定了细胞衰老的表达而不是细胞质。
2、衰老细胞的膜的减弱、能力降低；线粒体的数目，嵴呈状；核的体积、核膜、染色质。
3、端粒是由简单的富含和的DNA片段的序列组成；随着每次细胞分裂，端粒会。
4、端粒酶以自身的一段为模板，通过出一段端粒片段连接在染色体的端粒末端，从而保持了细胞的生长；人类正常组织的体细胞端粒酶活性。
5、ROS主要有三种类型即：、和。
6、2002年的生理学或医学诺贝尔奖颁给了两位英国科学家和一位美国科学家，以表彰他们为研究器官发育和程序性细胞死亡过程中的所作出的重大贡献。
7、细胞凋亡的发生过程，在形态学上可分为三个阶段，即、和。
8、HIV进入人体后，引起CD4+T细胞数目的重要机制就是。
9、细胞凋亡最主要的生化特征是由于内源性的活化，被随机地在核小体的部位打断，结果产生含有不同数量的的片段，进行电泳时，产生了特征性的，其大小为的整倍数。
三、选择题1、下列不属于细胞衰老结构变化的是（）。
A、细胞核随着分裂次数的增加而增大B、内质网呈弥散状C、线粒体的数目随分裂次数的增加而减少D、线粒体体积随分裂次数的增加而减小2、致密体属于（）A、初级溶酶体B、次级溶酶体C、残体D、都不对3、端粒存在于（）。
A、细胞质中B、中心体C、线粒体上D、染色体上4、细胞凋亡是指（）。
A、细胞因年龄增加而导致正常死亡B、细胞因损伤而导致死亡C、细胞程序性死亡D、细胞非程序性死亡5、在caspase家族中，起细胞凋亡执行者作用的是（）。
细胞生物学名词解释 (2)
名词解释：1.cellular aging：即细胞衰老，是指细胞在执行生命活动的过程中，随着时间的推移，细胞的增殖能力和生理功能逐渐出现衰退的过程。
2.cell biology：即细胞生物学，是研究细胞生命现象发生的规律及其本质的科学。
3.cell differentiation：即细胞分化，是指由同一来源的细胞（如受精卵）逐渐产生出形态结构、功能和生化特征各不相同的一类细胞群，形成这种稳定性差异的过程称为细胞分化。
4.gene differential expression：即基因差异性表达，多细胞生物个体发育与细胞分化过程中，其基因组DNA 并不全部表达，而呈现选择性表达，它们按照一定的时空顺序，在不同性别和同一细胞的不同发育阶段发生差异性表达。
5.Cysteine aspartic acid speific protease：即半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶，简写为Caspase，是一类半胱氨酸蛋白水解酶，为线虫凋亡基因ced-3的同源物，是引起细胞凋亡的关键酶。
6.Caspase：是一类半胱氨酸蛋白水解酶，简称为Caspase；为线虫凋亡基因ced-3的同源物，是引起细胞凋亡的关键酶。
7.Apoptosis：即细胞凋亡，是指细胞在一定的生理或病理条件下，一种主动的由基因决定的细胞自杀过程。
8.限制点（restriction point）：或者称为启动点是G0期细胞进入G1早期的一个检查点，也是哺乳动物细胞周期G1晚期控制进入S期的调节点，相当于酵母的Start检查点。
9.检查点（checkpoint）：是细胞周期中的一套保证DNA复制和染色体分配质量的检查机制。
10.收缩环（contractile ring）：紧贴于细胞分裂部位细胞膜内侧，包含可收缩的肌动蛋白束和肌球蛋白II。
一．简述细胞衰老的意义及研究途径。
细胞衰老研究具有越来越重要的意义：细胞衰老是机体衰老和死亡的基础，也是众多老年性疾病的基础。
细胞生物学中的细胞衰老和细胞老化
细胞生物学中的细胞衰老和细胞老化细胞生物学是研究细胞结构、功能和生命特性等方面的科学领域。
细胞衰老和细胞老化是细胞生物学中的两个重要概念，它们与生物体的衰老过程密切相关。
本文将从细胞衰老的定义、机制、影响因素以及细胞老化的类型和生理意义等方面进行探讨。
一、细胞衰老的定义和机制细胞衰老是指细胞内部生物化学过程逐渐失去正常功能和生命活力的过程，导致细胞机能下降和死亡。
细胞衰老是生物体衰老的基础和核心问题之一。
细胞衰老的机制非常复杂，目前主要包括损伤积累理论、基因表达调控失衡理论以及端粒理论等。
损伤积累理论认为细胞衰老是因为细胞内部发生的多种损伤积累而导致的。
这些损伤可以来自DNA损伤、蛋白质异常积累、线粒体功能损害等。
当损伤积累到一定程度时，细胞会进入衰老状态。
基因表达调控失衡理论认为细胞衰老是由于基因表达过程中的调控失衡导致的。
在细胞衰老过程中，某些基因的表达受到抑制，而其他基因的表达过程则出现紊乱。
这一失衡会影响细胞内部的正常功能，导致衰老。
端粒理论认为细胞衰老与端粒长度的缩短有关。
端粒是染色体末端的结构，随着细胞的分裂，端粒长度会逐渐缩短。
当端粒长度缩短到一定程度时，细胞就会进入衰老状态。
端粒长度的缩短可以通过端粒酶的活性调控。
二、细胞衰老的影响因素1. 遗传因素：遗传基因对细胞衰老起到了重要的作用。
一些基因突变或表达异常会导致细胞衰老的加速。
2. 生活方式和环境因素：生活中的不健康习惯（如烟草、酗酒等）、高强度的紫外线辐射、污染物和化学物质等都可加速细胞衰老的发生。
3. 氧化应激：氧化应激是指细胞内氧自由基和氧氮化物生成过多，导致氧化物质积累。
这会引起细胞内的氧化应激反应，加速细胞衰老。
4. 炎症反应和免疫系统异常：慢性炎症状态和免疫系统异常都会影响细胞的正常功能，加速细胞衰老。
三、细胞老化的类型和生理意义细胞老化是指细胞在一定条件下失去功能和生命活力的过程，有两种主要类型：增殖细胞的老化和非增殖细胞的老化。
细胞生物学(第五版)-第15章细胞死亡与细胞衰老
细胞凋亡的过程及特征
在分子水平上，细胞凋亡的途径包括4个小阶段： ① 接收凋亡信号 ② 凋亡相关分子的活化 ③ 凋亡的执行 ④ 凋亡细胞的清除 蛋白酶caspase (cysteine aspartic acid specific proteases) 家族成 员在细胞凋亡中发挥了重要作用，大部分凋亡过程依赖于 caspase的活性，称为caspase依赖性凋亡。
细胞凋亡的生理学意义
1. 保证正常的胚胎发育进程，塑造个体及器官形态，形成免疫耐受 动物个体发育的组织形成时期，往往会制造数量过多的细胞，然后再根据需 求选择，多余的细胞通过凋亡去除。如脊椎动物的神经系统的发育过程中， 神经细胞数量较靶细胞多，靶细胞通过分泌存活因子来调节神经细胞的数量。 不能获得足够存活因子的神经细胞发生凋亡，使剩下的神经细胞与靶细胞的 数量相当。
凋亡细胞的典型特征DNA梯状条带
被caspase失活的代表分子是聚腺苷酸二磷酸核糖转移酶 （PARP)。PARP能够识别损伤的DNA，在凋亡过程中PARP被 ca敏感。
效应caspase还通过切割细胞骨架蛋白使细胞的骨架体系发生结构 变化，便于细胞改变形态以及形成凋亡小体等
胁迫的早熟性衰老
除了细胞内端粒缩短可以诱发复制衰老 以外，许多刺激性因素，如超量的过氧 化物，原癌基因的非正常活化，非端粒 的DNA损伤均能够缩短细胞的复制寿命， 促进细胞衰老。这种类型的衰老成为胁 迫诱导的早熟性衰老（SIPS）。
这一衰老的发生，可能通过活化另一种 细胞周期抑制蛋白P16信号途径，引发细 胞周期停滞。
• 出现衰老相关异染色质集中现象，用DNA荧光染料对细胞核染色，年轻细 胞的细胞核荧光分布均匀，衰老细胞细胞核荧光出现点状聚集，一些细胞 周期正向调控蛋白的编码基因被多种蛋白包裹，处于转录失活状态。
医学细胞生物学-15 细胞衰老与细胞死亡-2017(1)
第十六章细胞衰老与细胞死亡第一节细胞衰老第十六章 细胞衰老与细胞死亡第十六章 细胞衰老与细胞死亡第十六章 细胞衰老与细胞死亡细胞来源人胚肺成纤维细胞中年人成纤维细胞老年人成纤维细胞可增殖代数60-80 40 30不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数细胞来源龟鸡小鼠可增殖代数90-120 15-35 14-28不同物种来源的成纤维细胞的增殖代数植物细胞未发现有最高分裂次数。
第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡目前人们根据端粒与端粒酶在细胞衰老上的研究成果，将细胞衰老区分为两大类：与端粒、端粒酶直接相关的复制性衰老；氧化应激诱导的非端粒依赖性衰老，也被称为早熟性衰老（premature senescence）。
第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第二节 细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章 细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第三节细胞凋亡第十六章细胞衰老与细胞死亡细胞凋亡信号途径LigandPlasma MembraneNucleusAPOPTOSISEffector CaspasesDeath receptor AdapterInitiator Caspase-8BidCa ++Cyto cInitiator caspase-9Apaf-1AIFEndo GCa ++IP3RAPOPTOSISER Stress(misfolded proteins)UV, radiation, chemo,hypoxiaInitiator Caspase-12APOPTOSISTRAF2Procaspase-12Bcl-2/ Bcl-x L Effector CaspasesINTRINSIC PATHWA YEXTRINSIC PATHWA YBcl-2/ Bcl-x LDeath domainMitochondriaEndoplasmic reticulum第十六章 细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡凋亡小体的形成有三种方式：发芽脱落机制；分隔机制；自噬体形成机制。
细胞生物学 第十五章细胞衰老与细胞程序性死亡-1
一、细胞衰老的概念
• 细胞是否具有无限增殖能 力的问题经历了曲折的认 识过程：细胞分裂能力有 限→体外培养细胞永生不 死→正常细胞只能进行有 限次数的分裂。
• Hayflick界限（Hayflick limit）：细胞的增殖能力 是有限的，有一定的界限。
§1 细胞衰老
二、细胞复制衰老的特征 • 形态特征：衰老细胞变得大而扁平• 个体衰老（aging）：指随 着年龄的增加，机体功能 呈现退行性变化的现象。
• 个体衰老伴随着：生殖能 力的下降，死亡率的上升， 以及对一系列疾病（如癌 症、糖尿病、心血管疾病、 神经退行性疾病等）易感 性的增加。
四、细胞衰老与个体衰老
• 个体衰老的机制：非常复杂， 涉及分子、细胞、组织、器 官各个层面。
胞进行选择性地消除。结果既形成了识别外来抗 原的免疫活性细胞，又产生了对自身抗原的免疫 耐受。 s T淋巴细胞凋亡的异常会导致自身免疫性疾病。
一、多种形式的细胞死亡及其生物学意义
（2）维持生物体的自稳态 • 在生物的生长发育过程中，通过细胞增殖增加
细胞数量，而通过细胞凋亡减少细胞数量，从 而维持机体组织中适宜的细胞数量，维持一个 动态平衡阶段。 （3）生理保护，肿瘤监控 • 通过细胞凋亡来清除机体内受损或危险的细胞， 遏制细胞的癌变。
• 因此，随着细胞的每次分裂， 端粒不断缩短；当端粒长度 缩短达到一定阈值时，细胞 就进入衰老。——端粒缩短 学说。
三、细胞复制衰老的机制
• 端粒缩短引发细胞复制衰老 的机制：
s 缩短的端粒被识别为DNA损 伤，p53被激活，继而诱导细 胞周期抑制蛋白p21的表达。
s p21抑制CDK的活化，使得 Rb不能被磷酸化从而不能与 转录因子E2F分离，E2F处于 持续失活状态，不能进行 G1→S期许多关键因子的转 录，细胞不能从G1期进入S 期，细胞分裂停滞，最终引 发细胞衰老。
细胞生物学中的细胞周期和衰老
细胞生物学中的细胞周期和衰老在细胞生物学中，细胞周期是指细胞从分裂开始到下一次分裂结束的整个过程，一般分为四个阶段：G1期、S期、G2期和M 期。
G1期是从上一次分裂的结束到DNA复制开始之前的时间，S期是指DNA复制时期，G2期是指DNA复制后到细胞分裂前的时间，而M期则是指有丝分裂的阶段。
这四个阶段在细胞周期中密不可分，每个阶段的完成都是为了预备下一个阶段的开始。
而细胞衰老则是指细胞的寿命到了一定的时候会停止分裂和增殖，进入衰老阶段，这一进程受到内在和外在环境的影响。
细胞周期的调控是细胞生命活动的重要内容之一。
无论是细胞增殖还是分化，都需要借助于细胞周期调控机制才能保证正常的发育和功能。
细胞周期的调控过程是由一系列重要的调控分子和信号通路来完成的。
在调节分子中，CDKs是一个重要的家族，它包括四个周期调控蛋白激酶家族成员：CDK1、CDK2、CDK4和CDK6。
在调节通路中，Rb/E2Fs、p53/MDM2和ATM/ATR等信号通路起到了重要的作用。
这些调节分子和调节通路协同作用，能够精细地控制细胞周期的进展。
细胞衰老是一个生物学研究的热点领域。
细胞衰老与机体老化、各种疾病，如肿瘤的发生、衰老相关疾病等密切相关。
目前关于细胞衰老主要有两个假说：一是特定DNA序列的缩短引起的衰老假说，即“端粒缩短假说”，这是一个最长存在的关于衰老的理论，也是目前最受认可的衰老理论之一。
这一假说认为，随着细胞增龄，端粒会逐渐缩短，最终触发细胞进入有限增殖期，细胞衰老和死亡。
另一个假说是细胞功能和代谢逐渐衰退，即“功能下降假说”。
与细胞周期不同，细胞衰老并不是一个正常的生物过程。
通常情况下，年轻细胞具有更高的增殖和修复能力，老化细胞则很难再分裂或修复损伤，而这些功能损失可能导致多种疾病的出现。
而且，细胞衰老的机制极其复杂，与DNA损伤、遗传信息、细胞周期等多种生物过程有关。
细胞衰老与癌症的关系也十分密切。
癌症细胞具有异常的增殖能力和对细胞周期调控的控制机制的细微改变，能够绕过细胞周期“阀门”，导致不受控制的增殖，从而形成肿瘤。
细胞生物学_15程序性细胞死亡与细胞衰老分解
坏死细胞的形态变化
过去认为，细胞坏死是一种被动的死亡方式。 现在认பைடு நூலகம்可能是细胞程序性死亡的另一种形式。
细胞坏死与凋亡的形态区别
图 左，正常胸腺细胞；右，凋亡胸腺细胞（注意凋亡小体）
⒊细胞坏死和细胞凋亡的区别
区别点
细胞凋亡
细胞坏死
2002年10月7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 1090 –131= 959(cells)
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，获诺贝尔生
理与医学奖。
蝌蚪尾的消失 脊椎动物的神经系统的发育
发育过程中手的成形过程
B为敲除了细胞 凋亡的基因，小 鼠发育不正常， 死亡。
ladders) ⑶TUNEL测定法（末端标记法）
DNA分子断裂缺口中的3’-OH进行原位标 记。 ⑷慧星电泳法
DNA降解片段电泳速度快。 ⑸流式细胞分析
检测DNA含量的变化是否介 于二倍体和多倍体之间。
DNA电泳
（生化特征） 细胞凋亡的最主要特征是DNA发生核小体间的
断裂，结果产生数量不同的核小体片段，在进行 琼脂糖凝胶电游泳时，形成特征性DNA梯状条带。
细胞来源 可增殖代数
细胞凋亡的形态学特征 在细胞凋亡过程中，形态结构发生了明显
的变化。
⒈凋亡的起始 ⒉凋亡小体形成 ⒊凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬
⒉细胞凋亡的生理意义 在有机体生长发育过程中具有极其重要的意
义。 ①细胞调亡是维持个体正常生理过程所必需
的。如在生理条件下，许多退化过程都与之相关， 象断奶后乳房恢复静息状态；许多昆虫，两栖类 动物发育过程中的变态现象等。
第十五章细胞衰老与细胞死亡
医学细胞生物学
第一节 细胞衰老
• 他们在发育和程序性细胞死亡方面做出了 开创性的工作
医学细胞生物学
第三节 细胞凋亡
• 一、细胞凋亡的概念与特征
凋亡 起因 范围 细胞膜 细胞核 生理或病理性 单个散在细胞 保持完整，一直到形成凋亡小体 固缩，DNA片段化 坏死 病理性变化或剧烈损伤 大片组织或成群细胞 破损 弥漫性降解
染色质
线粒体 细胞体积
• 3.端粒钟学说
• 端粒：染色体末端的一种简单串联重复序列。分裂过程中，端粒逐渐 变短，端粒酶则可以合成端粒序列。端粒长短、端粒酶活性与细胞寿 命具有一定相关性。
医学细胞生物学
第一节 细胞衰老
• 4.细胞代谢废物累积可引起细胞衰老
• 细胞代谢产物无法及时排出胞外，也无法降解与消化，在胞内堆积， 影响正常生理功能。如脂褐质和b淀粉样蛋白堆积。
医学细胞生物学
第三节 细胞凋亡
• • • • 三、细胞凋亡的分子机制 （一）细胞凋亡受多种基因调控 1.ced基因家族 ced-3,-4：激活线虫细胞凋亡所必须，ced-3 在人类细胞中对应caspase家族蛋白，ced-4 对应人类Apaf-1 • ced-9：抑制线虫细胞凋亡，对应人类细胞 中的bcl-2
医学细胞生物学
第十五章 细胞衰老与细胞死亡
医学细胞生物学
第一节 细胞衰老
• 一、细胞衰老的概念 • 细胞在正常条件下发生的细胞的生理功能衰退 和增殖能力减弱，以及细胞形态发生改变并趋 向死亡的现象 • 1.细胞衰老与机体衰老既有区别又有联系 • 2.机体内各类细胞的寿命不同 • 3.细胞在体外培养下的寿命
细胞生物学_15程序性细胞死亡与细胞衰老
增大、染色深、核内有包含物 凝聚、固缩、碎裂、溶解 粘度增加、流动性降低 色素积聚、空泡形成 数目减少、体积增大 碎裂 消失 糖原减少、脂肪积聚 内陷
衰老细胞与“青年期”细胞的比 较
生长旺盛细胞富有 微绒毛
衰老细胞缺乏微绒毛， 体积缩小，呈园球形。
㈡分子水平的变化
⒈DNA：复制与转录受到抑制，但也有个别基因会异常 激活，端粒DNA丢失，线粒体DNA特异性缺失，DNA氧化、 断裂、缺失和交联，甲基化程度降低。 ⒉RNA：mRNA和tRNA含量降低。 ⒊蛋白质：含成下降，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， 可消化性下降，自由基使蛋白质肽断裂，交联而变性。氨 基酸由左旋变为右旋。 ⒋酶分子：活性中心被氧化，金属离子Ca2+、Zn2+、Mg2+、 Fe2+等丢失，酶分子的二级结构，溶解度，等电点发生改 变，总的效应是酶失活。 ⒌脂类：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。
肝细胞等寿命长于30天，为短于机体寿命的细胞。
皮肤表皮细胞、角膜上皮细胞、血细胞等为快速更 新的细胞，寿命短于30天。
二、体外培养细胞的衰老与Hayflick界限
Hayflick等人的研究证实：关于细胞增殖能力和寿 命是有限的观点。细胞，至少是培养的细胞，不是不死的， 而是有一定的寿命；细胞的增殖能力不是无限的，而是有 一定的界限，这就是著名的Hayflick界限。 他们的工作是对细胞“不死性”学说的彻底否定。研 究发现，物种寿命与培养细胞之间存在着正相关的关系， 即寿命愈长，其培养细胞的传代次数愈多。反之，其培养 细胞的传代次数愈少。
第二节
细胞衰老
一、细胞衰老的概念及特征
细胞生物学习题第十五章细胞衰老与细胞死亡
第十五章细胞衰老与细胞死亡一、名词解释1 . Hayflick界限(Hayflick limit)2. 程序性细胞死亡(programmed cell death)3 .细胞衰老(cellular aging，cell senescence )4．凋亡小体(apoptotic body)二、选择题1 . 下列那一种不是程序性死亡的特征？A. 核DNA在核小体连接处断裂成核小体片段B. 核纤层断裂消失C. 细胞通过发芽、起泡等方式形成一些球形的突起D. 细胞破裂，释放出内容物2．下列哪一项不是P53的正常功能?A．激活细胞周期抑制因子的转录B．在DNA修复中起作用C．触发损伤细胞的凋亡D．在小鼠胚胎发育中起基本作用3．迅速判断细胞是否死亡的方法是( )。
A．形态学改变B．功能状态检测C．繁殖能力测定D．活性染色法E．内部结构观察4．细胞凋亡（）。
A．是特定细胞的编程死亡B．是发育中的正常现象C．只有当Fas与TNF受体与其配体结合时才被诱发D．涉及细胞核的浓缩，DNA与蛋白质的降解以及膜的解体5．机体中寿命最长的细胞是（）。
A．红细胞B．表皮细胞C．白细胞D．神经细胞三、填空题1. 衰老是机体在退化时期生理功能下降和紊乱的综合表现,是不可逆的生命过程。
就其产生的性质来说，有三种不同的类型：①_________衰老，②_________ 衰老，③_________ 衰老。
2 ．细胞的死亡一般定义为_________ ，通常用_________鉴别细胞的死活，活细胞容易被_________染色，死细胞容易被_________ 染色。
3 ．细胞死亡有。
两种形式：一种为_________死亡，另一种为_________ 死亡；前者是受到_________ 而造成的细胞崩溃裂解；后者是细胞在一定的_________ 或_________条件下按照自身的程序结束其生存。
4．虽然衰老的理论很多，但归纳起来主要分为两类：一类是_________ 衰老理论，另一类是_________ 衰老理论。
细胞生物学细胞衰老与凋亡
●7个与死亡细胞被吞噬细胞所吞噬的基因，即
ced-1 、 ced-2 、 ced-5 、 ced-6 、 ced-7 、 ced-10和ced-11。
●死亡细胞在吞噬体中被降解的基因
22
●ced-3、ced-4、ced-9和egl1-4个基
9
◆线粒体的变化
●通常，细胞中线粒体的数量随龄 减少，而其体积则随龄增大
10
细胞衰老的理论
◆衰老的基因程序理论 ◆衰老的损伤积累理论 ◆细胞衰老的端粒假说 ◆细胞衰老的线粒体损伤论 ◆自由基理论
11
●氧化性损伤学说
该理论认为，代谢过程中产生的活性氧基团或分子 （reactive oxygen species，ROS）引发的氧化性损伤的积 累，最终导致衰老。ROS主要有三种类型：
6
◆ 细胞核的变化
●体外培养的二倍体细胞，细胞核 随着细胞分裂次数的增加不断增大 ●细胞核的核膜内折 （invagination）、染色质固缩化
7
◆内质网的变化
●衰老动物内质网成分弥散性地分散于
核周胞质中，粗面内质网的总量似乎是 减少了
8
◆ 膜系统的变化
●衰老的细胞，其膜流动性降低、 韧性减小 ●衰老细胞间间隙连接及膜内颗粒 的分布也发生变化
Chapter 13.细胞衰老与凋亡
13.1 细胞衰老
现代人类面临着3种衰老：
◆生理性衰老
◆病理性衰老
◆心理性衰老
●衰老(senescing，aging)是机体在退化时期生 理功能下降和紊乱的综合表现,是不可逆的生命过 程。人的衰老与细胞的衰老相关联。
1
Hayflick界限
医学细胞生物学细胞衰老与死亡
“生、老、病、死”是生命的四重奏。人类 自出生均要经过生长、发育、成熟、衰老直 至死亡的几个阶段，这是生命的必然规律。
生命是物质的，人体是由细胞组织起来的。 组成细胞的化学物质在运动中不断受到内外 环境的影响而发生损伤，致使人体内某些细 胞不断地衰老与死亡。
细胞的衰老与死亡是新陈代谢的自然现象
26
细胞坏死与凋亡的形态区别
h
27
细胞坏死
h 细胞凋亡
28
细胞凋亡的生化改变
① 核酸内切酶激活
Ca 2+ /Mg 2+ Zn 2+
② DNA片断化
③ caspase激活
灭活凋亡抑制物
水解活性蛋白
水解结构蛋白
h
29
细胞凋亡中的DNA的片段化
h
30
DNA断裂与“梯状条带”(1)
h
31
DNA断裂与“梯状条带”(2)
h
2
第一节 细胞的衰老
h
3
衰老:是机体在退化时期生理功能下降和
紊乱的综合表现,是不可逆的生命过程。 人的衰老与细胞的衰老相关联
现代人类面临着3种衰老：
◆生理性衰老 ◆病理性衰老 ◆心理性衰老
h
4
h
5
细胞衰老是客观存在的。同新陈代谢一样, 细胞衰老是细胞生命活动的客观规律。
对多细胞生物而言, 细胞的衰老和死亡与机 体的衰老和死亡是两个不同的概念, 机体的 衰老并不等于所有细胞的衰老, 但是细胞的 衰老又是同机体的衰老紧密相关的。
维持细胞钙稳态 h
53
Bax亚家族：它们的作用与Bcl-2亚家族的作用相 反，可促进细胞凋亡
成员：Bax、Bak、Bok
细胞生物学-细胞衰老与死亡
衰老细胞的结构变化
❖ 细胞核的变化 体积增大、核膜内折、染色质固缩化、端粒变短， DNA甲基化程度增加；
❖ 内质网的变化 内质网排列无序，膜腔膨胀，膜面上核糖体减少；
❖ 线粒体的变化 线粒体的数量随着年龄的增大而减少，而其体积则随着 年龄的增大而增大。线粒体DNA的损伤程度增加，线粒 体DNA的转录产物减少；
外在信号
内在信号
Cell - extrinsic activation of caspase cascade
❖ 细胞表面具有死亡受体（death receptor） Fas，属于肿瘤坏死因子受体超家族； ❖ 三聚体的Fas与配体（FasL）结合； ❖ 募集接头蛋白FADD和 procaspase-8； ❖ 通过自身剪接，产生caspase-8 ，引起caspase cascade。
❖ 活化的caspase 再切割其他的 caspase，即为 caspase级联反 应（cas胞质蛋白质或 核纤层蛋白
caspase家族与细胞凋亡
❖ 目前认为细胞凋亡的起始者（caspase 2， 8，9和 10）和执行者（caspase 3，6和7） 之间存在着上下游关系，即起始者活化执 行者。
H2O
CuZn-SOD
H2O2 GSH-Px
H2O 细胞质
线粒体
细胞生物学PPT课件 细胞衰老与死亡
第一节 细 胞 衰 老
一、细胞衰老与个体衰老的关系
对多细胞生物而言，细胞的寿命、衰老、死亡与机体 的寿命、衰老和死亡是不同的概念。
二、细胞的寿命
根据细胞寿命，将细胞分为三类：
第一类细胞的寿命接近于动物的整体寿命，如神经元、脂 肪细胞、肌细胞等；
第二类是缓慢更新的细胞，其寿命比机体的寿命短，如肝 细胞、胃壁细胞等；
正常儿童（左）和婴幼儿早衰症患者（右）
37岁的成人早衰症患者
（二）自由基学说（free radical theory）
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。
人体内自由基的产生有两方面：一是环境中的高温、辐射、光 解、化学物质等引起的外源性自由基；二是体内各种代谢反应 产生的内源性自由基。
（六）线粒体DNA损伤学说 老年糖尿病、老年痴呆症、帕金森氏病、心脑血管病等的 患者，线粒体DNA 均有不同程度的片段缺失。
五、细胞衰老的相关基因 抗衰老基因 衰老基因
第二节 细胞死亡
一、细胞死亡的概念与特征 细胞死亡：细胞生命现象不可逆的停止。 根据细胞死亡的模式，主要分为坏死（necrosis）
和凋亡（apoptosis）两种类型。
1、细胞坏死（necrosis）
表现为细胞膜和细胞器的质膜发生破裂、细胞质外溢、细胞解体 并引起周围组织发生炎症反应。细胞核在坏死过程中的主要变化 为：①核浓osis）
质膜始终保持完整，胞膜内陷将细胞内容物包被成一些囊状小泡， 即凋亡小体（apoptotic body），后者被周围细胞吞噬，不引起炎 症反应。
3.自噬体形成机制: 凋亡细胞内线粒体等细胞器和其他胞质成分 一起被内质网膜包裹形成自噬体，自噬体在与凋亡细胞膜融合后 排出胞外，形成凋亡小体。
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细胞坏死
强烈刺激 成群细胞死亡 早期即丧失 稀疏呈网状 晚期破裂 肿胀、破裂 释放 破裂成碎片 随机降解 不需要 无 引起炎症反应 病理死亡方式
第十一章 细胞衰老死亡
►细胞凋亡（apoptosis） ►也称程序性细胞死亡（programmed cell
death，PCD） ►是多细胞生物为调控机体发育、维护内环境
酸片段 在琼脂糖凝胶电泳中呈特征性的“梯状”条
带（ladder）
细胞色素c诱导的凋亡细胞DNA电泳图
1．细胞色素c诱导0 h 2．细胞色素c诱导1 h 3．细胞色素c诱导2 h 4．细胞色素c诱导3 h 5．细胞色素c诱导4 h 6．阴性对照 7．Marker
（ 自赵允、翟中和）
坏死细胞
凋亡细胞
细胞凋亡的调控基因
一、ced基因家族 线虫（caenorhabditis elegans，CE） 称细胞死亡变异基因（cell death abnormal，ced） 15个
细胞凋亡的调控基因
二、bcl-2家族 哺乳动物中 bcl-2是一种癌基因 bcl-2是B细胞淋巴瘤/白血病-2（B-cell
第十一章 细胞衰老死亡
第十一章 细胞衰老死亡
►重要的生命现象，但目前的认识有限 ►衰老机制假说 （1）氧化性损伤假说：代谢过程中产生的活
性 氧 基 团 或 分 子 （ ROS ， O2- ， OH- ， H2O2 ），引发氧化性损伤的积累，最终导 致衰老
超氧化物歧化酶（SOD）保护
第十一章 细胞衰老死亡
细胞凋亡的生物学意义和作用
►（3）清除多余的、发育不正常的细胞（如大 脑中没有正确连接的神经元）
►（4）清除对机体有害的细胞（如对自身抗原 起反应的胸腺T细胞）
►（5）清除受损的、有癌前病变或受病毒等感 染的细胞
细胞凋亡的生物学意义和作用
►细胞凋亡异常是许多疾病发生的重要原因 ►如肿瘤、艾滋病、系统性红斑狼疮、老年痴
物等因素强烈刺激而导致的死亡，被动 ►（2）凋亡（apoptosis）：在基因调控下的
主动死亡，自杀
细胞凋亡与细胞坏死的区别
特征
诱导因素 细胞数量 膜完整性 染色质 细胞核 细胞器 细胞内容物 细胞形状 基因组DNA 大分子合成 基因调控 后果 意义
细胞凋亡
生理及弱刺激 单个细胞丢失 保持到晚期 凝聚呈半月状 早期固缩断裂 无明显变化 无释放 形成凋亡小体 有控降解 一般需要 有 不引起炎症反应 生理死亡方式
lymphoma/leukemia-2, bcl-2）的缩写 13种
细胞凋亡的调控基因
三、ICE基因家族 白细胞介素1β转化酶（interleukin-1
βconverting enzyme, ICE）家族 哺乳类中 ICE有5个成员
细胞凋亡的调控基因
四、p53基因 抑癌基因，
五、其它癌基因 myc、jun、fos、myb、fas、bcr/abl等
呆、帕金森综合症等
第十一章 细胞衰老死亡
►细胞调亡有许多特定的形态学和生化特征 ►主要： （1）DNA片段化（fragmentation） （2）调亡小体（apoptotic body）
细胞凋亡的形态和生物化学特征
DNA片段化（fragmentation） 由核酸内切酶将核小体间的连接DNA降解 形成长度为180～200bp整倍数的寡聚核苷
Caspase蛋白酶家族
►Caspase（cysteine aspartic acid specific protease）
►天冬酰氨特异的半胱氨酸蛋白酶 ►属于半胱氨酸蛋白酶家族， ►凋亡蛋白酶（Caspase蛋白酶） ►目前已报道了14种，按发现顺序，分别命名
为Caspase1~14 ►在调亡信号转导中发挥重要作用
（2）端粒与衰老 发现端粒长度、端粒酶活性与衰老有着密
切的关系，提出细胞衰老的“端粒钟”或 “有丝分裂钟”学说 （ 3 ） 其 它 ： rDNA 、 Sir 复 合 物 、 SGS1 和 WRN基因、mitDNA 等，p450
第十一章 细胞衰老死亡
►细胞死亡： ►（1）坏死（necrosis）：物理、化学、生
稳定，由基因控制的细胞主动死亡过程
细胞凋亡的生物学意义和作用
1、在发育中，幼体器官的缩小和退化 ►如蝌蚪尾巴的消失 ►神经细胞数量的调节（约50％凋亡，使神经
细胞数量与需要神经支配的靶细胞数量相适 应） ►官腔结构形成，指（趾）、视网膜的发育等
细胞凋亡的生物学意义和作用
2、成熟个体中，组织细胞的自然更新 ►如骨髓和肠中，每小时约