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在健康機體中,細胞的生死存在著一個良性的動態(tài)平衡,即細胞不但要恰當誕生,也要恰當?shù)蛲?,否則機體就會患病、甚至死亡。那么,細胞這種“恰當?shù)蛲觥笔侨绾螌崿F(xiàn)的呢?從20世紀60年代起,科學家開始尋找合適的實驗材料并進行相關分子機制的探索。
1965年,布雷內(nèi)對秀麗隱桿線蟲(C.elegans)(如圖1)進行了解剖、觀察和遺傳分析,開創(chuàng)了用該線蟲作生物學研究材料的先河。秀麗隱桿線蟲體長約1mm、呈圓柱形、身體透明,有雌雄同體和雄性兩種生物類型,能在實驗室用培養(yǎng)皿培養(yǎng),并可以在-80℃下冷凍保存。20℃下,秀麗隱桿線蟲平均生活史為3.5天;雌雄同體型秀麗隱桿線蟲的平均繁殖力為300~350個后代,若與雄蟲交配,則可產(chǎn)生多達1400個以上的后代。另外,該線蟲基因組相對較小,約含3000個基因。
蘇爾斯頓加入布雷內(nèi)研究組后,主要工作是分析線蟲的細胞譜系。和人類的家譜一樣,生物體的每一個細胞也有譜系關系,單個受精卵不斷分裂產(chǎn)生更多的細胞,最后形成構成生物體的許多不同類型的細胞。1983年,通過耐心嚴謹?shù)娘@微鏡下觀察,蘇爾斯頓揭示了秀麗隱桿線蟲的細胞譜系(如圖2,字母代表細胞譜系的分支;右側框內(nèi)代表AB分支中部分細胞的生命歷程)。
雌雄同體型秀麗隱桿線蟲從受精卵到發(fā)育成熟,共產(chǎn)生1090個體細胞,其中131個細胞發(fā)生凋亡而被清除,最終成體共有959個體細胞。
為什么有些細胞在個體的發(fā)育過程中會產(chǎn)生,又在特定的發(fā)育階段凋亡呢?霍維茨經(jīng)過一系列的研究,揭秘了上述細胞發(fā)生凋亡的分子機制。經(jīng)鑒定,共有四個基因編碼的蛋白質參與細胞凋亡,它們分別是EGL-1、CED-3、CED-4和CED-9,它們相互作用的機制如圖3。
秀麗隱桿線蟲的系列研究看似簡單,卻是三位科學家近40年承前啟后艱辛工作的成果。因此,三位科學家共享了2002年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的殊榮。
(1)秀麗隱桿線蟲作為研究器官發(fā)育的模型生物,其優(yōu)勢有身體透明,易于顯微觀察;細胞數(shù)量少,且數(shù)目固定,已知;體型小,飼養(yǎng)時占地面積?。话l(fā)育周期短,利于短期內(nèi)獲得統(tǒng)計數(shù)據(jù);基因組相對較小身體透明,易于顯微觀察;細胞數(shù)量少,且數(shù)目固定,已知;體型小,飼養(yǎng)時占地面積小;發(fā)育周期短,利于短期內(nèi)獲得統(tǒng)計數(shù)據(jù);基因組相對較小(至少兩點)。
(2)請結合圖2說出文中“131個細胞發(fā)生凋亡而被清除”這一過程發(fā)生在特定的時間和空間時間和空間兩方面。
(3)根據(jù)圖3,用文字描述細胞凋亡過程的分子機制:在正常細胞中,CED-9結合在線粒體膜上,并且與CED-4牢固結合形成復合體而抑制CED-4的功能。當細胞接收到凋亡信號后,EGL-1直接與CED-9結合,而使CED-4與CED-9脫離進入細胞質中,而后在CED-4的作用下,可使無活性的CED-3活化,被活化的CED-3能夠使細胞表現(xiàn)出凋亡形態(tài)變化,最終發(fā)生細胞凋亡在正常細胞中,CED-9結合在線粒體膜上,并且與CED-4牢固結合形成復合體而抑制CED-4的功能。當細胞接收到凋亡信號后,EGL-1直接與CED-9結合,而使CED-4與CED-9脫離進入細胞質中,而后在CED-4的作用下,可使無活性的CED-3活化,被活化的CED-3能夠使細胞表現(xiàn)出凋亡形態(tài)變化,最終發(fā)生細胞凋亡。
(4)你對“細胞凋亡”的理解是細胞凋亡是在信號分子作用下由基因決定的程序性死亡(是在信號分子作用下由基因決定的精細而有規(guī)律的死亡;是在信號分子作用下由基因決定的發(fā)生在特定發(fā)育階段的死亡)細胞凋亡是在信號分子作用下由基因決定的程序性死亡(是在信號分子作用下由基因決定的精細而有規(guī)律的死亡;是在信號分子作用下由基因決定的發(fā)生在特定發(fā)育階段的死亡)(請用一句話描述)。
【考點】細胞死亡.
【答案】身體透明,易于顯微觀察;細胞數(shù)量少,且數(shù)目固定,已知;體型小,飼養(yǎng)時占地面積?。话l(fā)育周期短,利于短期內(nèi)獲得統(tǒng)計數(shù)據(jù);基因組相對較小;時間和空間;在正常細胞中,CED-9結合在線粒體膜上,并且與CED-4牢固結合形成復合體而抑制CED-4的功能。當細胞接收到凋亡信號后,EGL-1直接與CED-9結合,而使CED-4與CED-9脫離進入細胞質中,而后在CED-4的作用下,可使無活性的CED-3活化,被活化的CED-3能夠使細胞表現(xiàn)出凋亡形態(tài)變化,最終發(fā)生細胞凋亡;細胞凋亡是在信號分子作用下由基因決定的程序性死亡(是在信號分子作用下由基因決定的精細而有規(guī)律的死亡;是在信號分子作用下由基因決定的發(fā)生在特定發(fā)育階段的死亡)
【解答】
【點評】
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