细胞生物学细胞衰老与凋亡
(细胞生物学基础)第十章细胞分化、衰老与凋亡
细胞衰老与疾病的关系
肿瘤
肿瘤细胞通常具有永生化和抗凋亡的特性，可以 逃避机体免疫系统的监视和清除，导致肿瘤的发 生和发展。
心血管疾病
心血管系统中的血管内皮细胞和心肌细胞的衰老 可能参与心血管疾病的发生和发展。
神经退行性疾病
神经元细胞的衰老和凋亡可能与神经退行性疾病 的发生和发展有关，如阿尔茨海默病、帕金森病 等。
参与免疫反应
细胞凋亡在免疫反应中也起着 重要作用，能够清除被感染或 异常的细胞，防止疾病的发生 和扩散。
05
细胞分化、衰老与凋亡的相互关系
细胞分化与衰老、凋亡的相互影响
细胞分化
细胞分化是细胞在发育过程中获得各自特有形态 和功能的过程，是生物体发育的基础。
细胞衰老
细胞衰老是指细胞随着时间的推移，逐渐失去其 增殖和分化的能力，表现为细胞活性降低、代谢 减缓等。
细胞类型特异性的非编码RNA
非编码RNA在细胞分化过程中发挥重要作用，它们 可以调控基因的表达。
细胞分化的调控因子
80%
转录因子
转录因子是调控细胞分化的关键 因子，它们可以激活或抑制特定 基因的表达。
100%
信号分子
信号分子可以影响细胞的分化命 运，通过与细胞膜上的受体结胞骨架和细胞膜蛋白也可以影 响细胞的分化，通过改变细胞的 形态和功能。
细胞分化的信号转导途径
1 2
MAPK信号转导途径
MAPK信号转导途径在细胞分化过程中发挥重要 作用，它可以传递生长因子和激素的信号。
PI3K信号转导途径
PI3K信号转导途径也可以影响细胞的分化，它可 以通过影响细胞的代谢和生长来调控细胞的命运。
细胞的衰老和凋亡 课件
本课知识小结 网络构建
结论语句 1．衰老的细胞内水分减少、酶活性降低、呼吸速率减 慢、色素积累和膜通透性改变。 2．细胞凋亡是由基因调控的自动结束生命的过程。 3．个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过 程。 4．细胞衰老的过程是细胞的生理状态和化学反应发生 复杂变化的过程。
凋亡过程 自动结束生命
别称 细胞 编程性 死亡
(2)意义 ①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 细胞损伤或死亡 。
1．细胞衰老的特征之一是细胞水分增多。(×) 【提示】 衰老的细胞水分减少。 2．对于草履虫来说，细胞的衰老或死亡就是个体的衰 老或死亡。(√) 3．细胞衰老时，细胞内代谢速率加快，使细胞迅速的 死亡。(×) 【提示】 代谢速率减慢。
4．细胞凋亡是一种病理过程。(×) 【提示】 细胞凋亡是自然的生理过程。 5．细胞坏死与细胞凋亡不同。(√)
①细胞衰老
a．蝌蚪尾的消失
②细胞凋亡
b．组织器官的形成
③细胞坏死
c．老年斑
④细胞分化
d．由伤害引起的细胞损伤
【提示】 ①－c ②－a ③－d ④－b
细胞的衰老
【问题导思】 ①衰老的细胞在结构、功能上有何变化？ ②细胞衰老的原因是什么？
⑥细胞的呼吸速率减慢 ⑦细胞核体积增大 ⑧细胞膜 的通透性功能改变
A．①②③④⑤⑦⑧ B．①②③⑤⑥⑦⑧ C．①②③⑤⑥⑧ D．①②③④⑤⑧
【审题导析】 解答本题的一个关键点是明确细胞衰老 的特征“一大一少一多两低”。
【精讲精析】 衰老的细胞具有以下五项特征：(1)细 胞内水分减少，细胞萎缩，体积变小，新陈代谢的速率减 慢。(2)有些酶的活性降低。(3)细胞内的色素会随着细胞衰 老而逐渐积累。(4)呼吸速率减慢，细胞核体积增大，染色 质收缩、染色加深。(5)细胞膜通透性改变。根据上述特征 判断：①②③⑤⑥⑦⑧都符合衰老细胞的特征，但由于红细 胞没有细胞核，因此还应除去⑦。
《细胞的衰老和死亡》 说课稿
《细胞的衰老和死亡》说课稿尊敬的各位评委、老师：大家好！今天我说课的题目是《细胞的衰老和死亡》。
下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教学方法、教学过程以及教学反思这几个方面来展开我的说课。
一、教材分析《细胞的衰老和死亡》是人教版高中生物必修 1《分子与细胞》第6 章的内容。
细胞作为生命活动的基本单位，其衰老和死亡是生命历程中的重要环节。
通过对细胞衰老和死亡的学习，学生能够更深入地理解生命的本质和规律，为后续学习细胞的癌变等内容奠定基础。
这部分内容不仅与前面所学的细胞结构和功能等知识密切相关，还与日常生活中的健康、衰老等实际问题紧密相连，具有重要的理论和实践意义。
二、学情分析授课对象是高一年级的学生，他们已经具备了一定的细胞生物学知识基础，对于细胞的结构和功能有了初步的认识。
但对于细胞衰老和死亡的机制以及其与生命活动的关系等较为抽象的内容，理解起来可能存在一定的困难。
同时，这个年龄段的学生思维活跃，好奇心强，喜欢探究新鲜事物。
因此，在教学中可以通过创设情境、引导探究等方式激发学生的学习兴趣，提高他们的学习积极性。
三、教学目标1、知识目标（1）描述细胞衰老的特征。
（2）简述细胞衰老的原因。
（3）阐明细胞凋亡的概念和意义。
（4）区分细胞凋亡和细胞坏死。
2、能力目标（1）通过对细胞衰老特征的观察和分析，培养学生的观察能力和逻辑思维能力。
（2）通过探讨细胞衰老的原因，培养学生的科学探究能力和创新思维。
3、情感目标（1）引导学生关注生命科学的发展，激发学生对生物学的兴趣。
（2）使学生认识到生命的有限性，树立珍惜生命、关爱健康的意识。
四、教学重难点1、教学重点（1）细胞衰老的特征和原因。
（2）细胞凋亡的概念和意义。
2、教学难点（1）细胞衰老的机制。
（2）细胞凋亡和细胞坏死的区别。
五、教学方法1、讲授法：对于一些基本概念和理论知识，通过讲授的方式让学生有初步的了解。
2、直观教学法：利用多媒体展示细胞衰老和凋亡的图片、视频等，帮助学生直观地感受和理解相关内容。
《细胞的衰老和凋亡》 讲义
《细胞的衰老和凋亡》讲义一、细胞衰老细胞衰老，这是生命进程中一个不可避免的阶段。
就好像一台机器，用久了总会出现磨损和性能下降。
那么，细胞衰老到底是怎么一回事呢？从细胞的层面来看，衰老意味着细胞的功能逐渐减退，不再像年轻时那样高效和活跃。
细胞衰老的特征有很多。
首先，细胞的体积会变小，这就好比一个瘪了的气球。
细胞的细胞膜通透性会发生改变，物质进出细胞不像以前那么顺畅了。
其次，细胞内的水分减少，使得细胞变得干瘪。
再者，细胞内的多种细胞器也会出现功能下降的情况。
比如说线粒体，它是细胞的“能量工厂”，衰老的细胞中，线粒体提供能量的效率会降低。
还有内质网和高尔基体，它们在蛋白质合成和运输方面的能力也会变弱。
细胞衰老的原因是多方面的。
自由基学说认为，细胞在代谢过程中会产生自由基，这些自由基就像“小捣蛋鬼”，会攻击细胞内的各种分子，导致细胞损伤。
端粒学说则指出，染色体末端的端粒会随着细胞分裂而逐渐缩短，当端粒短到一定程度，细胞就不能再分裂，从而进入衰老状态。
另外，外界环境的因素也会促使细胞衰老。
比如长期暴露在紫外线辐射下，细胞容易受到损伤，加速衰老的进程。
不良的生活习惯，如吸烟、酗酒、长期熬夜等，也会对细胞造成伤害，使得细胞更快地衰老。
细胞衰老虽然是一个不可逆转的过程，但它对于生物体来说并非毫无意义。
在个体发育过程中，细胞衰老有利于清除那些已经完成使命或者受损的细胞，为新生细胞腾出空间，保证组织和器官的正常发育和功能。
在机体衰老的过程中，细胞衰老可以防止细胞过度增殖，降低癌变的风险。
二、细胞凋亡细胞凋亡，又被称为程序性细胞死亡，是细胞的一种主动死亡方式。
它与细胞坏死有着本质的区别。
细胞坏死往往是由于外界的不利因素，如物理损伤、化学毒物等，导致细胞突然死亡，这种死亡是被动的、无序的。
而细胞凋亡则是细胞在基因的调控下，有计划、有步骤地进行的自我毁灭过程。
细胞凋亡的过程是十分有序的。
首先，细胞会发生形态上的改变。
细胞会皱缩，细胞膜会起泡，细胞核内的染色质会凝聚、边缘化。
《细胞的衰老和凋亡》 讲义
《细胞的衰老和凋亡》讲义一、细胞衰老（一）什么是细胞衰老细胞衰老，简单来说，就是细胞在正常生理过程中逐渐失去功能和活力的现象。
就好像一个人随着年龄增长，身体的机能会逐渐下降一样，细胞也会经历这样的变化。
细胞衰老并非随机发生，而是受到多种因素的调控和影响。
它是生命进程中一个不可避免的阶段，对于维持生物体的正常生理平衡和功能具有重要意义。
（二）细胞衰老的特征1、细胞体积变小随着细胞衰老，其体积会逐渐减小。
这是因为细胞内的物质代谢减缓，细胞无法像年轻时那样维持正常的大小。
2、细胞核增大细胞核在衰老的细胞中往往会变得更大，核膜内折，染色质固缩。
3、细胞膜通透性改变细胞膜的通透性会发生变化，使得细胞对物质的进出控制能力减弱。
4、细胞器数量减少例如线粒体数量减少，能量产生降低；内质网和高尔基体等细胞器的功能也会逐渐衰退。
（三）细胞衰老的原因1、自由基学说自由基是一种具有高度反应活性的分子，它们在细胞内产生并可能对细胞成分造成损害，如蛋白质、脂质和 DNA 等。
随着时间的推移，这些损害累积起来，导致细胞衰老。
2、端粒学说染色体末端的端粒会随着细胞分裂而逐渐缩短。
当端粒缩短到一定程度时，细胞就会停止分裂，进入衰老状态。
（四）细胞衰老与机体衰老的关系细胞衰老并不是孤立的事件，它与整个机体的衰老密切相关。
虽然不是所有衰老的细胞都会导致机体衰老，但大量细胞的衰老累积最终会影响到组织和器官的功能，从而表现出机体的衰老特征，如皮肤松弛、器官功能下降等。
二、细胞凋亡（一）细胞凋亡的概念细胞凋亡，也称为程序性细胞死亡，是一种由基因控制的细胞主动死亡过程。
它是细胞为了适应环境变化或维持体内平衡而采取的一种自我调节机制。
（二）细胞凋亡的特征1、细胞皱缩凋亡的细胞会出现体积缩小、表面皱缩的现象。
2、染色质凝聚染色质会在细胞核内凝聚成块状，并边缘化。
3、形成凋亡小体细胞膜会向内凹陷，将细胞分割成多个含有细胞器和细胞质的小泡，即凋亡小体。
细胞衰老和凋亡的分子机制
细胞衰老和凋亡的分子机制细胞衰老和凋亡是生物体内常见的生命现象，它们在维持机体稳态和组织器官的正常功能中发挥重要作用。
下面将分别介绍细胞衰老和细胞凋亡的分子机制。
1.细胞衰老细胞衰老是指细胞在完成分裂后，逐渐失去分裂能力，最终走向死亡的现象。
以下是一些与细胞衰老相关的分子机制：1.1 基因组不稳定性随着年龄的增长，细胞内基因组容易发生变异，导致遗传信息的混乱和不稳定性。
这种不稳定性可能是由于DNA复制过程中发生的错误、端粒缩短等原因引起的。
基因组不稳定性的积累会导致细胞功能异常，加速衰老进程。
1.2 端粒缩短端粒是染色体末端的结构，它在每次细胞分裂后都会缩短一截。
当端粒缩短到一定程度时，染色体易发生变异和折叠，导致细胞衰老。
研究发现，端粒长度与人类寿命密切相关，端粒越短，寿命越短。
1.3 细胞周期停滞细胞在分裂过程中会经历不同的生长阶段，当细胞受到外界刺激或内部变异时，会导致细胞周期停滞，使细胞无法继续分裂。
这种情况下，细胞会逐渐衰老并失去功能。
1.4 活性氧自由基积累活性氧自由基是一种氧化剂，它在细胞代谢过程中会产生。
随着年龄的增长，活性氧自由基的积累会导致细胞膜和DNA的损伤，进而引发细胞衰老。
2.细胞凋亡细胞凋亡是指细胞在特定条件下主动结束生命的过程。
以下是一些与细胞凋亡相关的分子机制：2.1 基因调控细胞凋亡受到多种基因的调控，其中最重要的基因是Bcl-2家族和Caspase 家族。
Bcl-2家族是一组原癌基因，它们控制细胞的生长和分裂。
当细胞受到外界刺激时，Bcl-2家族中的促凋亡基因（如Bax、Bid等）会被激活，导致细胞凋亡。
Caspase家族是一组蛋白水解酶，它们在促凋亡信号的诱导下被激活，进而降解细胞内的蛋白质和DNA，最终导致细胞死亡。
2.2 细胞外信号细胞外信号是诱导细胞凋亡的重要因素之一。
例如，肿瘤坏死因子（TNF）是一种能够诱导细胞凋亡的细胞因子。
当TNF与其受体结合后，会激活死亡受体通路，进而诱导细胞凋亡。
细胞衰老和凋亡
（3）三块骨骼肌细胞内，代谢废物沉积最多的是
___C__。
主要是自由水减少
细 ①水分减少，使细胞萎缩，体积变小，代
胞
谢速率减慢。
皱纹
衰 ②酶的活性降低。 老人的白发 老 的 ③细胞内的色素逐渐积累。老年斑
主 ④呼吸速率减慢,细胞核体积增大,染色质
要 特
收缩,染色加深。
征 ⑤细胞膜通透性发生改变,使物质运输功
ห้องสมุดไป่ตู้
能降低。 膜的流动性降低
二、细胞的凋亡
是由 基因 决定的细胞自动结束生命的过程。 也称为 细胞编程性 死亡，是一种自然的生理过程。
3、（双选）下列关于细胞分裂、分化、衰老和死亡
的叙述，正确的是（ B D ）
A．细胞分化使各种细胞的遗传物质有所差异，导致 细胞的形态和功能各不相同 B．个体发育过程中细胞的分裂、分化和凋亡对于生 物体都是有积极意义的 C．细胞分裂存在于个体发育整个生命进程中，细胞 分化仅发生于胚胎发育阶段 D．单细胞生物细胞的衰老与机体的衰老总是同步进 行的 E. 细胞凋亡受环境影响很大
1、下列哪一组是细胞衰老的特征（ C） ①细胞无限分裂 ②水分减少 ③畸形改变 ④酶活性降低 ⑤色素沉着 ⑥易分散转移 ⑦呼吸速率减慢 ⑧细胞膜通透性改变 A.①③⑥⑧ B.①②⑤⑦ C.②④⑤⑦⑧ D.②④⑥⑧
2、（双选）关于细胞凋亡与细胞坏死，下列说法正确 的是( A D )
A.细胞凋亡是由细胞内的遗传物质控制的 B.细胞坏死与细胞凋亡的原理都是一样的 C.细胞坏死受到严格的由遗传机制决定的程序性调控 D.细胞的自然更新、被病原体感染的细胞的清除是通 过细胞凋亡完成的
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●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
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●ced-3、ced-4、ced-9和egl1-4个基
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◆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
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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
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●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：
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◆ 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
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◆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
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◆ 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
1961年，Hayflick 首次报道了体外培养殖分裂的极 限。他利用来自胚胎和成体的成纤维细胞进行体外培养， 发现胚胎的成纤维细胞分裂传代50次后开始衰退和死 亡，而来自成年组织的成纤维细胞只能培养15～30代 就开始死亡。
的过程。
●Apoptosis的概念源自于希腊语，原意是指树 叶或花的自然凋落； ●细胞发生程序性死亡时，就像树叶或花的自然 凋落一样，凋亡的细胞散在于正常组织细胞中， 无炎症反应，不遗留疤痕。 ●死亡的细胞碎片很快被巨噬细胞或邻近细胞清 除，不影响其他细胞的正常功能。
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细胞坏死与程序性细胞死亡
14
构程 变序 化性
死 亡 细 胞 的 形 态 结
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细胞凋亡的生化特征
◆ 细 胞 凋 亡 的 主 要 特 征 是 形 成 大 小 为 180 ～ 200bp特征性的DNA ladders ◆ 凋 亡 细 胞 tTG （ 组 织 转 谷 氨 酰 胺 酶 tissue Transglutaminase）积累并达到较高水平
天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶
◆自杀性蛋白水解酶是天冬氨酸特异性半胱氨酸 蛋 白 酶 (cysteine-containing aspartate specific protease),简称caspase;
◆caspase-3、6、7和8 在FAS/TNF介导的程 序性细胞死亡途径中起作用；
◆caspase-9和3 一起参与线粒体中Apaf-I、细 胞色素c介导的程序性细胞死亡; ◆Caspase活化
细胞，至少是培养的细胞，不是不死的，而是有一 定的寿命； 它们的增殖能力不是无限的，而是有一定 的界限，这就是Hayflick界限。
2
体外培养的年轻和老的人 成纤维细胞的显微形态
3
物种的寿命与体外培养 时细胞传代次数的关系
4
早老症儿童与正常儿童的比较
5
细胞衰老的特征
◆细胞内水分减少 ◆色素生成和色素颗粒沉积 ◆细胞核 ◆内质网 ◆细胞质膜 ◆线粒体 ◆蛋白质合成的变化
◆ O2-，即超氧自由基； ◆ OH-，即羟自由基； ◆ H2O2。它们的高度活性引发脂类、蛋白质和核酸分子
的氧化性损伤，从而导致细胞结构的损伤乃至破坏。清 除ROS，就可以延长寿命
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13.2 细胞凋亡(Apoptosis)
◆ 又 称 程 序 性 细 胞 死 亡 (programmed cell death,PCD)。是一个主动的由基因决定的自动结束生命
◆在人类，已经鉴◆定胞了外1信0种号不分同子的诱c导as的pa细s胞e。凋亡途径 25
执行者caspase在程序性细胞死亡中的作用
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◆能够被caspase切割的靶蛋白 ●蛋白激酶 ●核纤层蛋白 ●细胞结构蛋白 ●与DNA修复相关的酶类 ● caspase 激 活 的 DNase 抑 制 蛋
细胞坏死与程序性细胞死亡比较
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细胞表面的特化结构如微绒 毛消失，细胞间接触的消失， 但细胞膜依然完整；线粒体 大体完整，但核糖体逐渐从 内质网上脱离，内质网囊腔 膨胀，并逐渐与质膜融合； 染色质固缩，形成新月形帽 状结构等形态，沿着核膜分 布。
凋亡小体的形成
凋亡小体逐渐为邻近 的细胞吞噬并消化
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13.3 程序性细胞死亡的机理
程序性细胞死亡相关基因
◆程序性细胞死亡遗传学相关基因 ●程序性死亡的遗传控制 ●程序性死亡抑制基因 ◆程序性细胞死亡的过程 ●死亡激活期 ●死亡执行期
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雌雄同体的秀丽新小杆线虫
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◆秀丽新小杆线虫中参与 程序性细胞死亡控制的基因
●决定死亡的两个基因，即ces-1(ces表示CE细 胞存活的调控基因)和ces-2基因
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DNA
程
序
降 解
性 死 亡
细ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
胞
的
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细胞凋亡的检测
◆形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察 ◆DNA电泳：DNA片段就呈现出梯状条带 ◆TUNEL测定法，即DNA断裂的原位末端标记法 ◆彗星电泳法（comet assay） ◆流式细胞分析
根 据 凋 亡 细 胞 DNA 断 裂 和 丢 失 ， 采 用 碘 化 丙 啶 使 DNA 产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细 胞，同时又能观察细胞的周期状态。
因构成了线虫执行死亡的“死亡机 器”(death machinery);
●ced-3 和ced-4是细胞杀手; ●ced-9可抵消ced-3和ced-4 的作用，
防止细胞被杀死，因此是存活因子; ●进一步的研究发现真正的细胞杀手是
ced-3而不是ced-4。
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程序性细胞死亡途径及相关基因
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Caspase家族与凋亡