第十二章 细胞衰老
大纲要求
1.掌握细胞衰老和Hayflick界限的概念。
2.掌握细胞衰老的细胞特征和分子特征。
3.熟悉细胞衰老的机制。
4.了解细胞的寿命。
重点和难点
1.重点
(1)细胞衰老的概念。
(2)细胞衰老的细胞特征和分子特征。
2.难点:细胞衰老的机制。
内容精要
一、细胞衰老
1.“衰”是指功能或体力的减退,“老”是指年龄超过某一界限。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。
2.衰老是客观存在的,是细胞生命活动的客观规律。
3.机体的衰老与细胞的衰老是相关联的。
二、细胞衰老的细胞特征和分子特征
细胞衰老的细胞特征和分子特征见下表:

续表

三、细胞衰老的机制
1.遗传决定说:有关基因启动与关闭的命令按时发生,导致细胞“自我摧毁”的计划按期执行。从基因组水平上有多种学说进行补充和加强,典型的有体细胞突变学说、“差误”学说、密码子限制学说、基因调节学说等。
2.自由基学说:自由基对细胞成分尤其是生物膜的有害进攻造成衰老;维持体内适当水平的抗氧化剂和自由基清除剂水平可以延长寿命和推迟衰老。
3.神经内分泌—免疫调节学说:下丘脑被认为是人体的“衰老生物钟”。
下丘脑的衰老,使各内分泌器官功能下降,机体免疫功能也下降。
综合练习题
一、名词解释
1.衰老(aging)
2.自由基(free radical)
3.Hayflick界限(Hayflick limitation)
二、填空题
1.体外实验充分证明,成纤维细胞在体外培养中细胞的平均代数越多,该动物寿命则相应_______,衰老速度相对_______。
2.研究发现,_______和_______具有延缓衰老的作用,前者能歧化或重组两分子的超氧化物,使它们转化为_______和O2,转化产物的前者可被_______酶分解为H2O和O2;后者作为一种抗氧化剂,能_______保护不发生过氧化反应。
3.体细胞染色体的端粒会随细胞分裂次数的增加而_______,当端粒长度达到_______点时,细胞停止复制,走向死亡。端粒的长度还与_______酶有关,该酶活性在正常细胞中_______,在肿瘤细胞中_______。
三、是非题
1.机体的细胞不断衰老与死亡,同时又不断有细胞增殖与新生,呈动态平衡。
2.体内各种细胞本身寿命差异很大,能够保持继续分裂能力的细胞容易衰老。
3.离体细胞的寿命长短取决于细胞培养的天数。
4.细胞衰老时细胞集落形成率下降,每单位时间进入S期的细胞数减少。
5.随着年龄增长,机体细胞内DNA复制效率下降,且常会发生大分子的合成差错。
6.人的成纤维细胞在体外培养时增殖次数是无限的。
7.端粒的长度变化能记忆细胞分裂的次数,正常细胞端粒酶活性较高。
8.细胞衰老是机体老化的前提,也是重要的肿瘤抑制机制,是程序化的细胞反应。
9.大分子交联是细胞衰老的决定性因素,与Werner早老综合征关系密切。
10.细胞衰老主要表现为:细胞数目减少、细胞水分增加、细胞核固缩。
四、选择题
(一)单选题
1.体内各种细胞本身寿命差异较大,下列细胞最易发生衰老的是哪种细胞
A.造血干细胞 B.表皮生发层细胞 C.成熟的红细胞
D.心肌细胞 E.神经细胞
2.细胞衰老过程中发生的变化不包括哪项
A.细胞膜流动性降低
B.蛋白质合成下降
C.细胞膜内水分增加而水肿
D.细胞内色素颗粒沉积增多
E.酶失活
3.细胞衰老过程中细胞器的变化描述正确的是哪项
A.溶酶体数目及体积增加
B.细胞核与细胞质比率增大
C.细胞核内染色质变浅
D.细胞膜流动性增加
E.溶酶体内出现脂褐素沉积
4.下列因素中与衰老无关的是
A.自由基 B.端粒 C.代谢废物沉积
D.凋亡小体 E.基因突变
5.溶酶体内出现大量脂质沉积,体积增大的是
A.正常细胞 B.凋亡早期细胞 C.凋亡晚期细胞
D.衰老细胞 E.癌细胞
6.老年斑的形成与下列哪个细胞器关系密切
A.溶酶体 B.高尔基复合体 C.内质网
D.过氧化物酶体E.线粒体
7.维生素中能抗衰老的是
A.维生素A B.维生素 B C.维生素K
D.维生素D E.维生素E
8.关于自由基的描述正确的是
A.分子中可以自由活动的原子基团
B.对正常细胞无害
C.超氧化物歧化酶(SOD)是唯一的抗氧化剂
D.与其他分子发生反应时失去电子
E.在外层轨道有不成对电子的原子基团或分子
9.人胚胎成纤维细胞体外培养的平均分裂次数为
A.30次 B.50次 C.10次
D.80次 E.100次
10.衰老细胞的特征之一是常出现哪种细胞结构的固缩
A.细胞核 B.染色体 C.溶酶体
D.脂褐质 E.线粒体
(二)多选题
11.下列细胞中细胞寿命接近或等于动物自身寿命的是
A.口腔上皮细胞 B.肌细胞 C.神经元
D.哺乳动物红细胞 E.脂肪细胞
12.更新速度<30d的细胞包括
A.口腔上皮细胞 B.皮肤表皮细胞 C.红细胞
D.肝细胞 E.脂肪细胞
13.下列描述符合早老症患者的是
A.少年秃发
B.老年容颜
C.早发性动脉粥样硬化
D.平均寿命约16岁
E.成纤维细胞体外培养能传2~10代
14.以下关于细胞衰老的叙述正确的是
A.衰老过程中细胞内氧自由基增加
B.细胞衰老与机体的衰老是两个不相关的过程
C.细胞衰老与机体衰老是一个同步的过程
D.衰老是不可避免的
E.细胞的总体衰老是必须以机体整体衰老为基础的
15.细胞衰老时细胞膜的变化有
A.不饱和脂肪酸被氧化 B.膜脂之间与膜蛋白之间交联
C.膜的流动性增加 D.膜的流动性降低
E.膜的运输功能增加
16.端粒酶活性较高的是
A.神经细胞 B.肌肉细胞 C.肝细胞
D.精原细胞 E.肿瘤细胞
17.自由基分子的积聚能损害
A.细胞质膜 B.核被膜 C.线粒体膜
D.溶酶体膜 E.内质网膜
18.目前认为细胞衰老的原因和机制包括
A.遗传因素 B.自由基氧化损伤 C.代谢废物沉积
D.端粒缩短 E.下丘脑衰老
19.自由基学说是关于细胞衰老的学说,其内容包括
A.自由基分子积聚能导致生物膜的严重损害
B.过氧化磷脂酰乙醇胺使磷脂酰胆碱含量相应增加
C.生物膜脆性增加,离子通透性发生改变
D.使细胞内依赖DNA的RNA聚合酶活性受到抑制
E.导致过量的大分子交联
20.在遗传决定学说的基础上,从基因组水平上补充和加强学说包括
A.体细胞突变学说
B.差误学说
C.神经内分泌-免疫调节学说
D.细胞有限分裂学说
E.自由基学说
五、简答题
1.简述细胞衰老的形态学改变。
2.简述细胞衰老的生物化学改变。
3.什么是自由基?对细胞有什么影响?
六、论述题
目前对细胞衰老的机制有哪些解释?
参考答案
一、名词解释
1.又称老化,通常指在正常状况下生物发育成熟后,随年龄增加,自身功能减退,内环境稳定能力与应激能力下降,结构、组分逐步退行性变,趋向死亡的不可逆转的现象。
2.是指在外层轨道上具有不成对电子的分子或原子基团,是一种高度活化的分子,它可夺取其他物质的电子,使该物质氧化,进而对细胞产生有害的生物效应。
3.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,也称最大分裂次数。
二、填空题
1.越长 缓慢
2.超氧化物歧化酶(SOD) 维生素E H2O2 过氧化氢酶 不饱和脂肪酸
3.不断缩短 Hayflick 端粒 很低 较高
三、是非题
1.√2.╳3.╳4.√5.√6.╳7.╳8.√9.╳10.╳
四、选择题
1.C 2.C 3.E 4.D 5.D
6.A 7.E 8.E 9.B 10.A
11.B、C、E 12.A、B、C 13.A、B、C、D、E 14.A、C、D
15.A、B、D 16.D、E 17.A、B、C、D、E 18.A、B、C、D、E
19.A、B、C、D 20.A、B、D
五、简答题
1.在结构上表现为退行性变化,细胞数目减少,细胞体积缩小。细胞核:发生固缩,结构不清,染色质加深,细胞核与细胞质比率减小或核消失。溶酶体:功能降低,细胞内出现色素或蜡样物质如脂褐素等沉积。
2.伴随着细胞的衰老,细胞内各种大分子的组成也发生改变:①蛋白质合成下降,细胞内蛋白质发生各种修饰反应,导致蛋白质稳定性下降;②自由基使蛋白质多肽断裂、交联而变性,酶失活;③DNA复制与转录在细胞衰老时均受抑制;④脂类的不饱和脂肪酸被氧化,引起膜脂之间或与脂蛋白之间交联,膜流动性降低。
3.自由基是指在外层轨道上具有不成对电子的分子或原子基团,是一种高度活化的分子。它可夺取其他物质的电子,使该物质氧化,进而对细胞产生有害的生物效应。随着年龄的增加,自由基分子积聚会对细胞的质膜和内膜系统,包括核被膜,尤其是线粒体的膜系统造成严重损害。因为生物膜上含有的磷脂酰乙醇胺极易与自由基发生过氧化反应,使其含量逐步减少,而磷脂酰胆碱含量相应增加,生物膜脆性增加,对离子尤其是K+的通透性发生改变,使细胞内依赖DNA的RNA聚合酶活性受到抑制,细胞进入衰老过程。
六、论述题
关于衰老机制的假说很多,各学说相互重叠又相互补充,可通过各学说大致把握衰老机制的全貌。遗传决定学说:认为衰老本身就是一个遗传过程,即在正常情况下控制生长发育的基因在各个发育时期有序地开启和关闭,在生命后期才开启衰老相关基因控制着机体的衰老过程。机体生存的外环境,如温度、湿度、食物和应激反应等均可以影响衰老速度。在遗传决定说的基础上,从基因组水平上又有多种学说进行补充和加强,典型的有体细胞突变学说、“差误”学说、密码子限制学说、基因调节学说等。自由基学说:自由基分子的积聚会对细胞的质膜和内膜系统,包括核被膜,尤其是线粒体的膜系统造成严重损害。因为生物膜上含有的磷脂酰乙醇胺极易与自由基发生过氧化反应,使其含量逐步减少,而磷脂酰胆碱含量相应增加,生物膜脆性增加,对离子尤其是K+的通透性发生改变,使细胞内依赖DNA的RNA聚合酶活性受到抑制,细胞进入衰老过程。但自由基主要还是新陈代谢的次级产物,不大可能是衰老的原发性原因。神经内分泌-免疫调节学说:下丘脑是人体的“衰老生物钟”,下丘脑的衰老是导致神经内分泌器官衰老的中心环节。随着下丘脑的“衰老”,内分泌功能障碍。此外,随着下丘脑的“衰老”,机体免疫功能也下降,尤其是胸腺随年龄增长而体积缩小,重量变轻。
(潍坊医学院 于文静 潘智芳)