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细胞的生物历程

第六章细胞的生命历程

一、本章知识结构

细胞不能无限长大的

原因

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　实验：

细胞大小与物质运输的关系

细胞的增殖

　　　　　　　　　　　　　　减数分裂

细胞周期各时期的特点

实验：

观察根尖分生组织细胞的有丝分裂

概念

举例

　　　　　　　　　分裂方式　有丝分裂

细胞的生命历程

　　　　　　　　　　　　　　无丝分裂

　　　　　　　　　概念

细胞的分化　　意义

　　　　　　　细胞的全能性

细胞的衰老与调亡

细胞衰老

个体衰老与细胞衰老的关系

概念

细胞凋亡与细胞死亡的关系

细胞衰老特征

　　　　　　　　　细胞调亡（细胞程序性死亡）

　　　　　　　　　癌细胞的概念

细胞的癌变

　　　　　　　　　癌细胞的主要特征

　　　　　　　　　致癌因子

　　　　　　　　　成因及预防

二、新课程标准

1、简述细胞的生长和增殖的周期性

2、描述细胞的无丝分裂

3、观察细胞的有丝分裂并概述其过程

4、摸拟探究细胞表面积与体积的关系

5、说明细胞的分化

6、举例说明细胞的全能性

7、搜集有关干细胞研究进程和应用的资料

8、探讨细胞的衰老和凋亡与人体健康的关系

9、说出癌细胞的主要特征，讨论恶性肿瘤的防治

10、搜集恶性肿瘤防治方面的资料

三、预测新课标高考热点

1、细胞生长和增殖的周期性

2、真核细胞有丝分裂的过程

3、细胞的无丝分裂

4、探究细胞表面积与体积的关系

5、使用高倍显微镜观察细胞有丝分裂

6、细胞的分化

7、细胞的全能性的概念

8、描述细胞衰老的特征

9、简述细胞凋亡与细胞坏死的区别

10、说出癌细胞的主要特征

11、讨论恶性肿瘤的防治

清单一七

细胞增殖

一、知识结构

多细胞生物体生长的原因：

细胞的分裂和生长

细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。

细胞不能无限生长的原因：

细胞核是细胞的控制中心，如果细胞太大，细胞核的“负担”就会过重．从而限制了细胞的长大．文档收集自网络，仅用于个人学习

细胞增殖

意义：

是生物体生长、发育、繁殖、遗传和变异的基础．

过程：

包括物质准备和细胞分裂整个连续过程。

细胞

周期

方式（真核生物）：

有丝分裂、无丝分裂、减数分裂。

细胞增殖

概念：

连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止

有丝分裂

分裂

间期

阶段：

分裂间期和分裂时期。

染色体复制

　　　　　DNA复制

蛋白质合成

前期：

出现染色体；核膜、核仁消失；形成纺锤体；染色体散乱地分布在纺锤体中央。

中期：

染色体的着丝点排列在细胞赤道板上；染色体形态、数目清晰。

分裂

期

后期：

着丝点断裂、染色单体分开；每个细胞染色体数目加倍，染色体平分移向细胞两极。

末期：

染色怀解旋成染色质，纺锤体消失；核膜、核仁重新出现，形成两个子细胞．

意义：

遗传物质复制后，平均分配到子细胞中，在亲、子代细胞保持遗传性状的稳定性。

动、植物细胞前期：

纺锤体的形成方式不同。

有丝分裂的区别末期：

分成两子细胞的力式不同

无丝分裂

过程：

细胞核先延长、缢裂，接着整个细胞中部缢裂。

特点：

没有纺锤体和染色体的变化

举例：

蛙的红细胞的分裂。

二、要点精析

【要点一】制约细胞无限长大的因素

制约细胞体积的因素有二个方面：

一是细胞的相对表面积与体积的关系，细胞体积越小，其相对表面积越大，细胞与周围环境交换物质能力越大，细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大；二是细胞核与细胞质之间有一定的关系，一般为l/3，一个核内所含的遗传信息是有一定限度的，能控制细胞活动也就有一定的限度，使细胞不可能太大。

三是细胞内物质的交流受到细胞体积制约，细胞体积过大，影响物质流动速度，细胞内的生命活动就不能灵敏地控制与缓冲。

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【要点二】细胞周期的概念

1、细胞周期是指继续分裂的细胞．从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止的过程。

一个细胞周期分为两个大阶段：

第一阶段是细胞分裂间期，第二个阶段是细胞分裂期。

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【画龙点睛】细胞周期内这两个阶段所占时间，一般间期大约占细胞周期的90～95％；分裂期大约占细胞周期的5～10％，细胞的种类不同，细胞周期的时间也不同。

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2、细胞周期及分裂间期的主要变化

细胞有丝分裂是一个连续变化的过程，细胞完成一次分裂就称为一个细胞周期．为了研究的方便，人为地把细胞周期分为分裂间期和分裂期。

其中分裂间期是细胞周期的开始，可分三个阶段：

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（1）G1期（DNA复制前期）有丝分裂结束与DNA合成前的间隙。

G1期是一个生长期，在这一时期中主要进行RNA、蛋白质和酶的合成，为DNA复制做准备。

细胞较快地生长，体积随着细胞内物质的增多而增大。

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（2）S期（DNA复制期）：

这是细胞增殖周期中最关键的一个时期。

DNA在S期开始阶段合成的强度大，以后逐渐减弱，到S期末，DNA含量便增加一倍，为细胞分裂做准备。

由于在S期内DNA进行着准确的复制，因此保证了分裂后子细胞的稳定遗传文档收集自网络，仅用于个人学习

（3）G2期（DNA复制后期）：

此期经历的时间较短，其主要活动是为分裂期做准备。

细胞在G2期中，DNA的合成已经终止，但还进行某些为染色体凝聚和形成纺锤体所需的一些物质的合成，主要是RNA、微管蛋白及其他物质的合成。

细胞经G2期便进入到分裂期。

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【要点三】有丝分裂过程

有丝分裂过程见下表

项目

分裂间期

分裂期

复制前期

复制后期

前期

中期

后期

末期

核膜变化

DNA分子复制和蛋白质合成（组成染色体的蛋白质、有关的酶和细胞器）

核膜、核仁消失，纺锤体形成

纺锤体形态清晰

纺锤体存

纺锤体消失，核膜、核仁重新出现

染色体行为变化

以染色质的形式存在

一条染色体上有两条姐妹染色单体

逐渐缩短变粗，成为染色体

着丝点与纺锤体相连，排列在赤道板上，形态、数目清晰

着丝点一分为二，姐妹染色单体分开，形成两条相同的子染色体，向两极移动

染色体解旋为染色质，平均分配到两个子细胞

【画龙点睛】有丝分裂过程是一个连续的动态的变化过程，为研究方便人为的把它分为几个时期。

【要点四】有丝分裂过程中的几个规律性的变化

1．染色体形态变化规律

2纺锤体的变化规律

形成（前期）——→解体消失（末期）。

3．核仁、核膜的变化规律

解体消失（前期）——→重建（末期）。

4染色体行为变化规律

复制→散乱分布于纺锤体中央→着丝点排列在赤道板上→着丝点分裂→移向两极。

5染色体数目变化规律：

2N→4N→2N，如图所示

7．染色单体数目变化规律：

O→4N→0，如下图所示

【要点五】观察植物细胞的有丝分裂过程

实验步骤及实验成功的关键：

（1）取材应剪取生长旺盛带有分生区的根尖。

同时注意取材时间，一般在上午10时至下午2时剪取，此时洋葱根尖细胞分裂最活跃。

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（2）解离一定要充分，至根尖变软为止，但解离时间不宜过长，否则会使根尖过分酥软，无法漂洗和染色．且染色体成分被破坏。

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（3）漂洗的目的是洗去根尖组织中的酸，有利于染色时碱性染料着色。

（4）染色用的龙胆紫溶液浓度不宜过大，染色时间不宜过长，否则会使染色体和周围结构均被着色。

（5）压片时用力必须恰当，过重过猛可能将组织压烂、压碎载玻片等；过轻时，细胞未充分分散而相互重叠，二者都影响观察。

压片时最好在盖玻片上放一张吸水纸．然后再在上面加一块载玻片．再用拇指垂直向下压，选样可以防止上面的载玻片和盖玻片粘在一起，避免根尖细胞各区位置错动。

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（6）用显微镜观察装片时，要遵循“先低后高”的原则。

（7）在观察装片时，装片的移动方向与物像的移动方向相反。

（8）观察时应先找到呈正方形的分生区细胞，在一个视野里，往往不容易找全有丝分裂过程中各个时期的细胞图像，因此，观察时要注意边观察边移动装片．观察有丝分裂各个时期。

换高倍镜时．要先把低倍镜下的物像移到视野中央。

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【要点六】有丝分裂的图表信息

1、结构图。

该图显示以下信息：

（1）是动物细胞（无细胞壁、有中心体）

（2）有丝分裂（移向每一极的染色体中均存在同源染色体）。

（3）处于分裂后期（着丝点已分裂，子染色体向两极移动，无染色单体）。

（4）该生物体细胞中染色体数为4条。

（5）该生物体细胞细胞质的分裂方式为细胞膜内陷缢裂。

【画龙点睛】不要把染色体的两条臂当成染色体单体。

2、坐标图：

该图显示以下信息：

（1）间期完成复制1个DNA→2个DNA．而染色体数目未变（形成姐妹染色单体）。

（2）染色体在分裂后期暂时加倍（着丝点分裂，姐妹染色单件→2条子染色体）。

（3）DNA与染色体的数量关系在复制前及后、末期为l：

1，而前、中期为1：

1

【画龙点睛】不要把复制完成时DNA加倍误当作染色体加倍。

3、数据表。

该表显示如下信息：

间期

前期

中期

后期

末期

甲

0→4N

4N

4N

0

0

乙

2N

2N

2N

4N

2N

丙

2N→4N

4N

4N

4N

2N

（1）甲在间期后段出现，至后期消失（染色单体）。

（2）乙在后期暂时加倍（着丝点分裂，染色体）。

（3）丙在间期加倍，而在末期恢复（间期复制，末期进入两个子细胞中，DNA）

【画龙点睛】不要把染色体和DNA的数量变化当成同步变化。

4条形图。

该表显示如下信息

（1）有丝分裂前期，染色体、染色单体、DNA分子三者数目之比为1：

2：

2

（2）有丝分裂中期，染色体、染色单体、DNA分子三者数目之比为1：

2：

2

（3）有丝分裂后期，着丝点分裂，姐妹染色单体分开成为两条子染色体，染色单体数目为0，DNA、染色体数目之比为1：

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（4）有丝分裂末期，一个细胞分成两个子细胞DNA、染色体数目减半，DNA、染色体数目之比为l：

l

【画龙点睛】有染色单体时，染色单体与DNA分子数目之比为1：

1，染色体与染色单体数目之比为l：

2；无染色单体时，染色体与DNA分子数目之比为1：

l。

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【要点七】细胞器与细胞有丝分裂的关系

1、有丝分裂间期，在组成染色体的DNA分子的复制和有关蛋白质合成的过程中，需要消耗ATP水解释放出来的能量，而ATP则主要是线粒体进行有氧呼吸产生的；组成染色体的蛋白质和细胞内的蛋白质，要在核糖体中合成。

因此，分裂活动旺盛的细胞中，游离的核糖体数量较多。

附着在内质网上的核糖体，主要是合成某些专供输送到细胞外面的分泌物质，如抗体、蛋白质类激索等。

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在细胞分裂的前期，动物细胞中的中心体内的两个中心粒已经各产生了一个新的中心粒（按课本图所示，在分裂间期已经各产生一个新的中心粒），在前期向两极移动，两组中心粒之间的星射线形成纺锤体，以牵引染色体移动。

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高等植物细胞有丝分裂的末期，在赤道板位置出现一个细胞板，进而扩展成细胞壁，这一结构的形成必须有高尔基体参与。

低等植物细胞有丝分裂的分裂期中参与活动的细胞器有中心体和高尔基体等。

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【要点八】理解在无丝分裂过程中遗传物质的变化

在无丝分裂中，核仁、核膜都不消失，没有染色体的出现，当然就看不到染色体复制后的规律性变化。

但是，这并不能说明染色质没有发生深刻的变化，实际上，染色质也要进行复制，并且细胞核要增大，当细胞核体积增大一倍时，细胞核就发生分裂，核中的遗传物质就分配到两个子细胞中去。

由于整个分裂过程中不出现纺锤丝和染色体．所以遗传物质不一定均等分配到两个子细胞中去。

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清单一八

细胞的分化

一、知识结构

细胞的分化

概念：

个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。

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特点：

持久性的变化

意义：

生物个体发育的基础

使多细胞生物体中的细胞走向专门化，有利于提高各种生理功能的效率

原因：

个体发育中，不同的细胞遗传信息的执行情况不同。

概念：

指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。

实验证明：

高度分化的植物细胞具有全能性。

细胞的全能性

高度分化的动物体细胞的细胞核具有全能性

原因：

高度分化的细胞具有本物种的全部的遗传信息

应用：

利用植物细胞的全能性，通过植物组织培养的方式，快速繁殖花卉和蔬菜等作物，拯救珍稀濒危物种，还可以和基因工程结合培育新作物类型文档收集自网络，仅用于个人学习

干细胞：

动物和人体内仍保留少数具有分裂和分化能力的细胞。

二、要点精析

【要点一】细胞分化概念及其意义、特点

1、细胞分化的概念

在个体发育中，细胞分裂到一定程度后．相同细胞的后代在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，叫做细胞分化。

细胞分化是特定基因在一定的时间、空间表达的结果。

也可以说．细胞分化是细胞对化学环境变化的一种反应。

具体地说，一个胚胎细胞在形态上和化学上发生不同程度的永久性的变化，使它与最初所出现的状态有着显著的不同，这些细胞的变化就叫细胞分化。

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2、细胞分化是生物个体发育的基础

受精卵→一团相似的早期胚细胞→特定形态结构和生理功能不同的细胞→新生的组织、器官和系统→成熟生物个体

【画龙点睛】由以上过程可知，细胞分化是生物个体发育的基础，细胞分化使多细胞生物体内的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。

没有细胞的分化，生物就不可能正常发育。

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3、个体发育不同阶段细胞分化程度不同

细胞分化是一个渐变过程，在胚胎发育的早期，细胞外观上尚未出现明显变化前，细胞的分化前途就已经决定，以后依次渐变，不能逆转。

因此，分化是一种持久的、稳定的变化。

它发生在生物体的整个生命进程中，但在发育的不同阶段，细胞分化程度不同，胚胎时期（三胚层的原肠胚时期）达到最大限度。

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4、细胞分化的特点

（1）稳定性和不可逆性：

一旦细胞沿一定方向分化，便不再反分化到原来的状态。

（2）持久性：

细胞分化发生在生物体的整个生命过程中，在胚胎时期达到最大限度。

5、细胞的分化及意义

①经过细胞分化，在多细胞生物体内会形成各种不同的细胞和组织。

例如，人体的四大组织（上皮组织、肌肉组织、结缔组织和神经组织）的形成，形成色素细胞并能合成黑色素，肌肉细胞合成肌动蛋白和肌球蛋白，红细胞能够合成血红蛋白等．都是在特定时间和特定地点合成的，而邻近的其他细胞。

都不能合成这些蛋白质。

这三种细胞的稳定性变异是不可逆转的。

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②一般多细胞生物体的发育起点是一个细胞（受精卵），细胞的分裂只能繁殖出许多相同的细胞，只有经过细胞分化才能形成各种组织、器官和系统，才能形成胚胎、幼体，并发育成成体。

细胞的分化是生物体发育的细胞学基础，可以说，没有细胞的分化，就不会形成一个完整的生物体。

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癌细胞就是一种只分裂而不能分化或是一种畸形分化的细胞。

【要点二】细胞的全能性

1、概念：

细胞的全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。

例如，1958年曾有美国科学家将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养，而最终发育成完整的新植株，体现了细胞的全能性。

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2、原因：

由于体细胞一般是通过有丝分裂繁殖而来的，一般已分化的细胞都有一整套和受精卵相同的染色体，携带有本物种相同的DNA分子。

因此，分化的细胞具有发育成完整新个体的潜能。

在合适的条件下，有些分化的细胞具有恢复分裂、重新分化发育成完整新个体的能力。

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3、植物细胞的全能性：

高度分化的植物细胞具有全能性。

植物组织培养、花药离体培养可以证明植物细胞具有全能性。

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4、动物细胞的全能性

（1）高度特化的动物细胞，细胞的全能性虽受到限制，但细胞核仍然保持着全能性，这是因为细胞核内含有保持物种遗传性所需要的全套遗传物质。

动物克隆技术的成功，证明上述观点的成立。

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（2）胚胎分割移植技术的成功，证明胚胎发育早期的胚胎干细胞具有全能性。

【画龙点睛】一般分化程度越高，细胞全能性越低，但生殖细胞例外（卵细胞、花粉细胞都是高度分化的细胞，但细胞的全能性高于一般体细胞）。

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【要点三】干细胞

干细胞是一类具有自我更新和分化发育潜能的原始细胞，机体的各种细胞、组织和器官都是由于细胞分化发育而来的。

干细胞分为三类：

全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。

下面以干细胞分化成红细胞的过程（右图）为例说明它们之间的关系。

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【画龙点睛】由于人胚胎干细胞的分离和培养成功，干细胞的研究受到了特别的重视。

胚胎干细胞来源于早期胚胎，把囊胚中的细胞团分离出来并进行培养，这些细胞就会不断分裂增殖并维持在未分化状态，这样就得到了人工培养的胚胎干细胞。

这种细胞在适当条件下培养时，可以分化出许多类型的细胞，如平滑肌细胞，神经元细胞等。

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清单一九

细胞的衰老和凋亡

一、知识结构

个体衰老与

（1）对于单细胞生物来说：

细胞衰老或死亡就是个体的衰老和死亡

细胞衰老的

（2）对于多细胞生物来说：

细胞衰老和死亡与个体的衰老和死亡不是一回事。

但的关系从总体上看，个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程文档收集自网络，仅用于个人学习

细胞衰老

过程：

是细胞的生理状态和化学反应发生复杂变化的过程

表现：

细胞的形态、结构和功能发生变化

（1）细胞内水分减少，结果使细胞萎缩，体积变小，细胞新陈代谢速率减慢

（2）

特征

细胞内多种酶的活性降低

（3）细胞内色素随着细胞衰老而逐渐积累

（4）细胞内呼吸速率减慢，细胞核的体积增大，核膜内折，染色质固缩，染色加深

（5）

细胞膜的通透性改变，使物质的运输功能降低

概念：

由基因所决定细胞自动结束生命的过程

含义：

受到严格遗传机制的决定的程序性死亡

（1）

细胞调亡

意义

对于多细胞生物体完成正常发育起着关键作用

（2）维持内部环境的稳定

（3）

抵御外界因素的干扰

（1）

与细胞坏死的区别

细胞坏死是在各种不利因素影响下，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；对于机体是不利的文档收集自网络，仅用于个人学习

（2）细胞凋亡是一种的自然生理过程，对机体是有利的

二、要点精析

【要点一】个体衰老与细胞衰老的关系

对于单细胞生物体来说，细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡；但对多细胞生物来说．细胞的衰老和死亡与个体的衰老和死亡并不是一回事。

多细胞生物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。

然而从总体上看，个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程。

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【要点实破】细胞衰老是个体内每时每刻都在进行的过程，是一种正常的生理现象；个体衰老是个体发展到一定阶段后细胞普遍衰老的现象。

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【要点二】细胞凋亡

细胞的死亡方式有两种：

细胞坏死和细胞凋亡。

细胞凋亡是指细胞在一定的生理或病理条件下。

遵循自身的程序．自己结束其生命的过程，它是由细胞内在的有规律的机制引起的，可由某些因素诱导。

与细胞坏死不同的是．细胞调亡的死亡过程没有溶酶体及细胞膜的破裂，也没有内含物的外泄，因此不会像细胞坏死那样引起炎症反应和次级损伤。

但是，细胞凋亡往往需要新的基因转录和蛋白质合成，因此需要消耗能量。

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【画龙点睛】细胞凋亡与外界因素无关，而是受机体的遗传物质控制的，是一种正常的生命现象，也可称为细胞编程性死亡，细胞坏死是细胞受到化学因素（如强酸、强碱、有毒物质）物理因素（如热、辐射）和生物因素（如病原体）等环境因素的伤害．引起细胞死亡的。

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【要点三】细胞衰老的假说：

几十年来，为了阐明细胞衰老的机制，人们曾先后提出过许多假说来解释细胞衰老发生的原因。

这些理论各有自己的证据，然而这些证据往往都是强调了一个方面，是比较片面的。

细胞衰老的原因确实是有可能由多种因素引起的，所以存在多种有关细胞衰老的理论也是正常的，这可能也是至今没有真正揭示细胞衰老机制的原因。

目前看来，有发展前途的理论主要有两种：

一是自由基理论；另一种是细胞的程序死亡理论。

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（1）自由基理论：

细胞代谢过程离不开氧的存在，生物氧化过程是细胞获得能量的过程，然而在这种生物氧化过程的同时，会产生一些高活性的化合物，它们是生物氧化过程的副产品。

实验已经证明，这些生物氧化过程中的副产品或中间产物与细胞衰老直接相关，它们能导致细胞结构和功能的改变，这就是细胞衰老的自由基理论。

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所谓自由基是指那些带有奇数电子数的化学物质，即它们都带有未配对的自由电子，这些自由电子导致了这些物质的高反应活性。

自由基在细胞内的产生是有多种原因的。

例如，生物氧化、辐射、受污染物的侵害，以及细胞内的酶促反应等过程中都会释放自由基。

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在细胞中正常的自由基反应过程包括起始、扩增、终止3个过程。

自由基一旦生成，它们就能不断扩增。

自由基对细胞膜造成非常大的损伤，对许多细胞成分也造成损伤。

但是，自由基的扩增过程是可以随时被终止的，可以通过加入外源化合物来清除细胞内产生的多余的自由基。

例如，加入保护性的酶，主要有超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT），两者协同作用起保护性作用。

再有，加入其他抗氧化物分子，如维生素E和维生素C，它们都是自由基反应的有效终止剂。

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（2）细胞的程序死亡理论：

动物的大多数细胞在发育的一定阶段出现正常的自然死亡，称为细胞程序死亡。

细胞程序死亡和细胞病理死亡有根本的区别。

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细胞程序死亡的现象是普遍存在的，它发生在依赖激素的组织中，淋巴细胞、胸腺细胞、肝细胞、皮肤和胚胎发生期间的细胞中。

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一般细胞程序死亡过程的特性，最明显的形态学变化是细胞核内染色质浓缩，DNA降解成寡聚核苷酸片段，这与某些特异蛋白的表达有关。

已经证明，细胞程序死亡是一种细胞的生理控制机制。

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清单二零

细胞的癌变

一、知识结构

概念：

有的细胞受到致癌因子的作用，细胞中遗传物质发生变化，就变成了不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞文档收集自网络，仅用于个人学习

（1）

主要特征

适宜条件下能够无限增殖

（2）形态和结构发生显著变化

（3）

癌细胞表面发生变化，容易在体内分散和转移

物理致癌因子

原因

外因：

致癌因子化学致癌因子

↓生物致癌因子

内因：

原癌基因和抑癌基因发生突变

↓

结果：

正常细胞——→癌细胞

预防：

远离致癌因子

诊断：

有病理切片的显微观察、CT、核磁共振及癌基因检测等手段

治疗：

有手术切除、化疗、放疗和等手段

研究：

正在细胞和基因水平上研究细胞的癌变

二、要点精