科学家为了探究影响细胞衰老的因素,进行了如下实验。
一、实验Ⅰ:分别在相同的条件下,体外培养胎儿、中年人和老年人的肺成纤维细胞,结果如下表:
细胞来源 | 胎儿 | 中年人 | 老年人 |
增殖代数 | 50 | 20 | 2~4 |
实验Ⅱ:分别将鼠、鸡、人和龟的体细胞在体外培养,结果如下图:
实验Ⅲ:将年轻人体细胞去核后与老年人细胞核融合;将老年人体细胞去核后与年轻人的细胞核融合,分别在体外培养,结果前者不分裂,后者旺盛分裂。
(1)每个实验可以得出的结论是:
实验Ⅰ: ;
实验Ⅱ: ;
实验Ⅲ: 。
二、2009年10月5日,瑞典卡罗林斯卡医学院宣布,将2009年诺贝尔生理学或医学
奖授予美国科学家伊丽莎白·布莱克本、卡罗尔·格雷德和杰克·绍斯塔克,以表彰其发
现“端粒酶是如何保护染色体的”。细胞衰老可能与端粒截短有关,每条染色体的两
端都有一段特殊序列的DNA即端粒。人体细胞分裂的次数与特异性染色体端粒的长
短有关。随着每一次分裂,端粒的长度都要缩短一些,一旦达到“关键长度”,细
胞增殖就结束。然而,人的骨髓细胞和癌细胞,在端粒酶的作用下,会伸长已缩短
的染色体末端。因此,这些染色体就能快速地进行细胞分裂而不会达到“关键长
度”,细胞就持续增殖。细胞衰老可能是在端粒DNA序列“截短”后,端粒内侧正
常基因的DNA序列受到损伤,结果使细胞活动渐趋异常。
(2)请指出端粒酶、端粒长度和细胞分裂次数的关系: 。
(3)请结合端粒的有关知识,指出癌细胞无限增殖的可能途径: 。
(4)请利用上述材料描述两种延缓细胞衰老的方法: ;
。
(1)细胞分裂能力随着生物体的年龄增大而减弱 细胞分裂次数与物种的特异性有关,一般来讲,寿命越大的物种体细胞分裂的最高次数越高 细胞核是决定细胞衰老的重要因素
(2)端粒酶可使端粒伸长,端粒伸长有利于细胞分裂
(3)癌细胞能合成端粒酶,端粒酶使已缩短的染色体末端伸长(即修复端粒),从而使染色体不会达到“关键长度”,细胞就持续增殖
(4)①利用基因工程对产生端粒酶基因进行修饰,使之在部分或全部细胞中表达高活性的端粒酶 ②用脂质体包裹高活性端粒酶导入到某些细胞中去,延缓其细胞衰老 ③蛋白质工程修饰已有的端粒酶使其保持高活性 ④使用酶激活剂等(开放式答题,只要两种,合理即可)
实验Ⅰ中,胎儿的肺成纤维细胞增殖代数最多,老年人的增殖代数最少,说明细胞分裂能力随着生物体的年龄增大而减弱;实验Ⅱ中,细胞分裂次数与生物寿命呈正相关;实验Ⅲ中,细胞核决定细胞分裂能力,即细胞衰老。从题干信息可知,端粒的长短与人体细胞分裂次数呈正相关,细胞分裂次数越多,端粒越短;癌细胞和骨髓细胞中,端粒酶的作用可使染色体上的端粒伸长。
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