师:同学们好,下面我们一起来学习第六章第三节细胞的衰老和死亡。我国唐代诗人孟浩然有诗曰:“白发催人老,青阳逼岁除。”人体衰老之后,为什么会生出白发、长出皱纹、出现老人斑呢?细胞是生物体生命活动的基本单位,细胞衰老与个体的衰老之间又有怎样的关系呢?请同学们打开学习任务单,我们一起来完成任务。
首先,对于单细胞生物而言,一个细胞就是一个个体,很显然,细胞的衰老和死亡就是个体的衰老和死亡。但多细胞生物就没这么简单了,多细胞生物个体的衰老过程是其体内细胞普遍衰老的过程,细胞的衰老和死亡不能代表个体的衰老和死亡。事实上,老年人体内依然会有幼嫩的细胞,比如造血干细胞,这种细胞一生都可以分裂分化,产生各种血细胞;而年轻人体内也会有细胞不断地衰老和死亡,这有利于机体进行更好的自我更新,比如皮肤基底层细胞会逐渐衰老死亡,形成无生命的角质层细胞,不断从皮肤表面脱落,头屑就是头皮脱落的角质细胞。
科学家魏斯曼曾预言,组织不可能无休止地自我更新,细胞通过分裂增殖的次数是有限的。为了研究年龄因素与细胞衰老的关系,科学家进行了相关实验。我们来看实验一,把年轻人的体细胞去核与老年人的细胞核进行融合,将老年人的体细胞去核与年轻人的体细胞核进行融合,把形成的重组细胞进行培养后我们会发现,前者几乎不分裂,而后者分裂旺盛。请同学们思考,是细胞核还是细胞质对细胞分裂的影响更大?显然是细胞核对细胞分裂的影响更大。
下面我们再来看实验二。当科学家把不同年龄段个体的成纤维细胞进行单独培养时,会发现它们能增殖的代数是不同的。请同学们分析表格数据,能得出什么结论呢?我们会发现年轻个体的细胞增殖代数多,而年老个体的细胞增殖代数少,这说明年龄对细胞分裂的次数有很大影响。当我们把年轻人的成纤维细胞和老年人的成纤维细胞进行比对后,会发现老年人的成纤维细胞在形态结构上发生了变化,这其实是细胞衰老的表现。细胞衰老是细胞的生理状态和化学反应发生复杂变化的过程,最终表现为细胞的形态、结构和功能发生变化。细胞衰老后会有哪些特征表现呢?请同学们完成任务。
生:(思考并完成任务)
师:细胞衰老后,在成分上,衰老细胞水分减少,色素积累,导致其在形态上表现为萎缩,体积变小。因此,从外部特征看,老人会出现皮肤干燥、长出皱纹,而且由于脂褐素的积累,还会出现老人斑。衰老细胞在结构上的特征主要表现为细胞膜的通透性会发生改变,细胞核的体积会变大,核膜内折,染色质收缩,染色加深。有同学认为细胞核体积变大应该是好事,更有利于对细胞的控制了。其实不然,细胞衰老后细胞核体积的变大是一种异常的肿胀,其功能反而会退化,比如染色质收缩后会抑制细胞的分裂,这就是为什么老年人骨折后不容易痊愈的原因。
衰老细胞在功能上的变化主要是由于细胞内多种酶的活性降低。请同学们注意,是多种酶,而不是所有的酶。由于多种酶活性降低,就会导致细胞的代谢减慢,进而表现为呼吸速率减慢、物质运输功能降低。例如,老年人毛囊细胞当中有一种酶叫酪氨酸酶,如果其活性下降,黑色素的合成就会减少,从而出现白发。同时,由于衰老细胞物质运输功能降低,导致老年人的物质吸收能力下降,表现为食量减少。
下面我们对细胞衰老的特征进行一下归纳整理,请同学们完成任务2中的表格,填写细胞衰老后的特征主要表现为细胞核体积变大,细胞分裂受限制;细胞体积变小,水分减少,色素积累;细胞内物质的交流和信息传递会受到妨碍;多种酶的活性降低,呼吸速率减慢,新陈代谢速率减慢;同时细胞膜通透性改变,物质运输功能降低。
我们可以简单地将细胞衰老的特征概括成“一大一小、一多一少、两低两慢”。在这个变化过程中,由于细胞结构的变化导致了细胞功能的改变,而细胞普遍的衰老又会使人体表现出一定的衰老现象。因此,老年人表现为免疫力下降,对环境的适应能力减弱,这充分体现出结构与功能相适应的基本生物学原理。
关爱老年人不仅是我们中华民族的传统美德,更是老年人身体机能下降的一种切实需求。依据数据表明,2015年我国65岁及以上人口占人口总数的10.47%,这意味着我国已经进入老龄化社会,人口老龄化会给国家、社会以及老人自身带来一系列的问题。
怎样才能更好地解决人口老龄化的问题呢?空有一腔感怀是不够的,我们除了要在生活中力所能及地帮助和关爱老年人,还要积极地去探索细胞衰老的内在原因,进而做出更为实质性的工作。我们一起来完成学习任务。20世纪90年代以来,科学家们在细胞衰老原因的探索中已经取得了重大进展,提出了很多假说,其中普遍被接受的是自由基学说和端粒学说。我们首先来看自由基学说,请同学们带着以下问题阅读教材124页与自由基学说相关的内容。通常我们把异常活泼的带电分子或者集团称为自由基,自由基中含有未配对的电子,表现出高度的反应活泼性。在生命活动中,细胞不断进行着各种氧化反应,在这些反应中很容易会产生自由基。此外,辐射以及有害物质入侵也会刺激机体产生自由基。自由基因产生之后会攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子。
