2024届高考 二轮备考 微专题(一)　细胞周期的调控 学案

微专题(一)细胞周期的调控真题测评·试能力1．(2022·辽宁高考)二甲基亚砜(DMSO)易与水分子结合，常用作细胞冻存的渗透性保护剂。干细胞冻存复苏后指标检测结果见下表。下列叙述错误的是()冻存剂指标合成培养基＋DMSO合成培养基＋DMSO＋血清G1期细胞数百分比/%65.7879.85活细胞数百分比/%15.2941.33注：细胞分裂间期分为G1期、S期(DNA复制期)和G2期。A．冻存复苏后的干细胞可以用于治疗人类某些疾病B．G1期细胞数百分比上升，导致更多干细胞直接进入分裂期C．血清中的天然成分影响G1期，增加干细胞复苏后的活细胞数百分比D．DMSO的作用是使干细胞中自由水转化为结合水解析：选B冻存复苏后的干细胞可以经诱导分裂、分化形成多种组织器官，用于治疗人类某些疾病，A正确；G1期细胞数百分比上升，说明更多细胞进入分裂间期，但不会导致更多干细胞直接进入分裂期，还需经过S期和G2期，B错误；血清中的天然成分能影响G1期(该期细胞数百分比增大)，还能增加干细胞复苏后的活细胞数百分比，C正确；DMSO易与水分子结合，可以使干细胞中的自由水转化为结合水，D正确。2．(2022·浙江1月选考)某多细胞动物具有多种细胞周期蛋白(cyclin)和多种细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)，两者可组成多种有活性的CDK­cyclin复合体，细胞周期各阶段间的转换分别受特定的CDK­cyclin复合体调控。细胞周期如图所示，下列叙述错误的是()A．同一生物个体中不同类型细胞的细胞周期时间长短有差异B．细胞周期各阶段的有序转换受不同的CDK­cyclin复合体调控C．抑制某种CDK­cyclin复合体的活性可使细胞周期停滞在特定阶段D．一个细胞周期中，调控不同阶段的CDK­cyclin复合体会同步发生周期性变化解析：选D同一生物个体中不同类型细胞的细胞周期时间长短有差异，A正确；细胞分裂的不同时期需要不同的CDK­cyclin复合体有序转换，抑制某种CDK­cyclin复合体的活性会使细胞周期停滞在特定阶段，B、C正确；细胞分裂的不同时期需要的CDK­cyclin复合体不同，因此调控不同阶段的CDK­cyclin复合体不会使细胞周期发生同步的变化，D错误。3．(2020·江苏高考)细胞周期可分为分裂间期和分裂期(M期)，根据DNA合成情况，分裂间期又分为G1期、S期和G2期。为了保证细胞周期的正常运转，细胞自身存在着一系列监控系统(检验点)，对细胞周期的过程是否发生异常加以检测，部分检验点如图所示。只有当相应的过程正常完成，细胞周期才能进入下一个阶段运行。请据图回答下列问题：(1)与G1期细胞相比，G2期细胞中染色体及核DNA数量的变化是________________________________________________________________________。(2)细胞有丝分裂的重要意义在于通过________________________，保持亲子代细胞之间的遗传稳定性。图中检验点1、2和3的作用在于检验DNA分子是否______(填序号：①损伤和修复、②完成复制)；检验发生分离的染色体是否正确到达细胞两极，从而决定胞质是否分裂的检验点是________。(3)细胞癌变与细胞周期调控异常有关，癌细胞的主要特征是______________。有些癌症采用放射性治疗效果较好，放疗前用药物使癌细胞同步化，治疗效果会更好。诱导细胞同步化的方法主要有两种：DNA合成阻断法、分裂中期阻断法。前者可用药物特异性抑制DNA合成，主要激活检验点________，将癌细胞阻滞在S期；后者可用秋水仙碱抑制________的形成，主要激活检验点_______，使癌细胞停滞于中期。解析：(1)DNA复制发生在S期，着丝粒分裂染色体数目加倍发生在M期；与G1期细胞相比，G2期细胞染色体数不变，核DNA数加倍。(2)有丝分裂的重要意义是将亲代细胞的染色体复制(实质为DNA的复制)以后，精确地平均分配到两个子细胞中，使亲代和子代细胞之间保持了遗传的稳定性。检验点1、2和3都在分裂间期，间期DNA复制，在DNA复制过程中其双螺旋结构解开易受损伤，所以要检验DNA分子是否损伤和修复以及DNA是否完成复制。染色体分离发生在分裂后期，应该在检验点5检验发生分离的染色体是否正确到达细胞两极。(3)癌细胞的主要特征是可以无限增殖。DNA复制发生在S期，对应检验点2。秋水仙碱可以抑制纺锤体的形成而使癌细胞停滞在中期，对应检验点4。答案：(1)染色体数不变，核DNA数加倍(2)染色体正确复制和平均分配①②检验点5(3)细胞无限增殖2纺锤体4深化学习·提素养1．细胞周期调控的主要机制(1)细胞周期可分为分裂间期和分裂期(M期)两个阶段，分裂间期又可分为三个时期(G1期、S期、G2期)。(2)细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制，主要是确保细胞周期各时期的事件有序、全部完成并与外界环境因素相联系。在典型的细胞周期中，控制系统是通过细胞周期的关卡来进行调节的(如图)。控制系统至少有3个关卡：G1关卡(靠近G1末期)、G2关卡(在G2期结束点)、中期关卡(在中期末)。在每一个关卡，由细胞所处的状态和环境决定细胞能否通过此关卡，进入下一阶段。G1关卡(G1/S期检验点)该关卡主要检验分裂后的细胞是否足够大，G1期合成的蛋白质和糖是否充足，是否有生长因子调控，DNA是否损伤，能否启动DNA的复制。如果DNA有损伤，那么G1/S期检验点就能防止DNA损伤的细胞进入S期G2关卡(G2/M期检验点)该关卡是决定细胞一分为二的控制点，主要检测DNA是否损伤，细胞中合成的物质是否够多，细胞的体积是不是足够大，如果细胞不够大则无法进行有丝分裂。G2/M期检验点的作用是使细胞有充足的时间将损伤的DNA得以修复中期关卡(中期/后期检验点)该关卡是对纺锤体组装的检验，检查纺锤体是否正确组装，纺锤丝动粒微管是否正确连接在染色体的着丝粒上。如果没有正确组装，就要延长M期2．动物细胞周期同步化的三种方法(1)DNA合成阻断法：在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的DNA合成可逆抑制剂，会阻断间期中S期的DNA复制过程，使处于S期的细胞停滞在S期；处于S期之外的细胞不受影响而继续进行细胞周期的运转，最终细胞会停滞在细胞周期的G1/S期交界处，以实现细胞周期同步化的目的。假设一个细胞周期时长＝G1＋S＋G2＋M＝10＋7＋3.5＋1.5＝22(h)。操作过程如下：①向细胞的培养液中加入过量的DNA合成可逆抑制剂，处于S期的细胞立刻被抑制。②继续培养G2＋M＋G1＝3.5＋1.5＋10＝15(h)，则处于G2、M、G1期的细胞都将被抑制在G1/S期交界处。③除去抑制剂，更换新鲜培养液，细胞将继续沿细胞周期运行，运行时间既要保证处于G1/S期交界处的细胞经过S期(7h)进入G2期，又要保证处于S期的细胞不能再次进入S期，即运行时间应控制在7～15h。④再加入DNA合成可逆抑制剂，则可实现全部细胞都被阻断在G1/S期交界处，实现细胞周期同步化。(2)秋水仙素阻断法：在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的秋水仙素，秋水仙素能够抑制纺锤体形成，使细胞周期在M期被阻断，即可实现细胞周期同步化。(3)血清饥饿法：培养液中缺少血清可以使细胞周期停滞在间期，以实现细胞周期同步化。[典例]细胞周期同步化是指借助特定方法使分裂的细胞都停留在细胞周期的同一阶段的现象。高浓度的胸腺嘧啶脱氧核苷(TdR)双阻断法是常用的同步方法。TdR能可逆地抑制S期DNA合成，而不作用于其他细胞阶段的运转，最终导致细胞群被同步化。如图为研究人员利用TdR双阻断法使宫颈癌细胞群同步化的过程示意图。回答下列问题：(1)细胞增殖包括________和细胞分裂两个相连续的过程。(2)据图推测，TdR双阻断法先后两次使用高浓度TdR处理，这两次处理的时长均应控制在________________________范围内；正常处理的时长应控制在____________________范围内，该次处理的目的是________________________________________；经过上述三次处理后，所有细胞都应停滞在细胞周期的________________(填位置)，从而实现了细胞周期的同步化。[解析](1)细胞增殖包括分裂前的物质准备和细胞分裂两个相连续的过程。(2)TdR能可逆地抑制S期DNA合成，结合宫颈癌细胞周期各期长短，用高浓度TdR对细胞进行恰当时长的处理，可调控、阻断细胞周期的时间节点。如第一次用高浓度TdR处理大于或等于(G2＋M＋G1)的时长，可让位于S期的细胞依然停滞在S期，其他时期的细胞停留在G1/S交界处，然后正常处理大于S、小于(G2＋M＋G1)的时长，可让所有细胞均不在S期，此时再次用高浓度TdR处理大于或等于(G2＋M＋G1)的时长，则可让所有细胞均被阻断在G1/S交界处，从而实现了细胞周期的同步化。[答案](1)物质准备(2)大于或等于(G2＋M＋G1)大于S、小于(G2＋M＋G1)保证被TdR阻断在S期的细胞完全越过S期的同时避免再次进入S期G1/S交界处考法训练·融会通1．CDK蛋白是一类调控细胞周期进程的激酶。P27蛋白可以插入到CDK蛋白中改变其构象，使细胞周期停滞于DNA复制前。研究发现，敲除小鼠的P27基因，基因敲除小鼠的体型和一些器官的体积均大于正常小鼠。以下推论不正确的是()A．CDK蛋白可激活细胞增殖B．P27蛋白是CDK蛋白的活化因子C．敲除P27基因可能引发细胞癌变D．P27基因表达能抑制细胞的增殖解析：选BP27蛋白可以插入到CDK蛋白中改变其构象，使细胞周期停滞于DNA复制前，说明CDK蛋白结构改变，导致细胞分裂被抑制，而敲除小鼠的P27基因，基因敲除小鼠体内CDK蛋白结构不再被改变，其体型和一些器官的体积均大于正常小鼠，说明CDK蛋白可激活细胞增殖，P27蛋白是CDK蛋白的抑制因子，P27基因表达能抑制细胞的增殖，A、D正确，B错误；敲除小鼠的P27基因，小鼠的细胞增殖不再被P27蛋白抑制，可能引发细胞癌变，C正确。2．一个细胞周期中各时期发生的顺序是G1期(DNA复制前期)→S期(DNA复制期)→G2期(DNA复制后期)→M期(分裂期)，间期由Gl期、S期和G2期组成。CyclinE主要调控G1期到S期的转化，向细胞注射CyclinE的抗体时，细胞停滞在G1期；向细胞注射CyclinA的抗体时，DNA复制被抑制。下列相关说法错误的是()A．细胞周期的有序进行离不开一系列的调控B．细胞进入S期需要CyclinE的参与C．CyclinA是S期DNA复制所必需的D．细胞周期的调控仅发生在细胞分裂的间期解析：选D由“CyclinE主要调控G1期到S期的转化，向细胞注射CyclinE的抗体时，细胞停滞在G1期”可以看出，细胞进入S期需要CyclinE的参与，B正确；向细胞注射CyclinA的抗体时，DNA复制被抑制，说明CyclinA是S期DNA复制所必需的，C正确；由以上分析可知，CyclinE和CyclinA分别在调控G1期到S期的转化和S期时发挥着非常重要的作用，可知细胞周期的有序进行离不开一系列的调控，A正确；细胞周期包括分裂间期和分裂期，因此对细胞周期的调控不仅发生在细胞分裂的间期，还发生在分裂期，D错误。3．细胞周期同步化是指利用一定方法使细胞群体处于同一细胞周期同一阶段的过程。如图是动物细胞周期同步化的方法之一，G1、S、G2、M期时长依次分别为10h、7h、3.5h、1.5h。使用DNA合成抑制剂选择性阻断S期，去除抑制剂后S期可继续进行，从而实现细胞周期同步化。下列叙述错误的是()A．阻断Ⅰ所用试剂属于可逆性抑制DNA复制的试剂B．第1次阻断处理至少15小时后，所有细胞都停留在S时期及G1/S期交界处C．阻断Ⅱ的处理与阻断Ⅰ相同，经过处理后，所有细胞可实现细胞周期的同步化D．可根据染色体形态和数目来判断所有细胞是否实现细胞周期同步化解析：选D阻断Ⅰ需在培养液中添加DNA合成抑制剂选择性阻断S期，去除抑制剂后S期可继续进行，可见，对DNA复制的抑制是可逆的，A正确；阻断Ⅰ需在培养液中添加DNA合成抑制剂，培养时长不短于15小时，即G2＋M＋G1的时长总和，这样可以使所有细胞都处于S期及G1/S期交界处，B正确；阻断Ⅱ的处理与阻断Ⅰ相同，经过处理后，所有细胞都应停滞在细胞周期的G1/S期交界处，从而实现细胞周期的同步化，C正确；G1/S期交界处处于间期，此时染色体呈染色质的状态，因此不能根据染色体形态和数目来判断所有细胞是否实现细胞周期同步化，D错误。4．CDK1是推动细胞由分裂间期进入分裂期的关键蛋白。在DNA复制开始后，CDK1发生磷酸化导致其活性被抑制，当细胞中的DNA复制完成且物质准备充分后，磷酸化的CDK1发生去磷酸化而被激活，使细胞进入分裂期。大麦黄矮病毒(BYDV)的M蛋白通过影响细胞中CDK1的磷酸化水平而使农作物患病。正常细胞和感染BYDV的细胞中CDK1的磷酸化水平变化如图所示。下列说法错误的是()A．正常细胞中DNA复制未完成时，磷酸化的CDK1的去磷酸化过程受到抑制B．正常细胞中磷酸化的CDK1发生去磷酸化后，染色质螺旋化形成染色体C．感染BYDV的细胞中，M蛋白通过促进CDK1的磷酸化而影响细胞周期D．M蛋白发挥作用后，感染BYDV的细胞被阻滞在分裂间期解析：选C由题意可知，正常细胞中DNA复制未完成时CDK1处于磷酸化状态，即去磷酸化过程受到抑制，A正确；正常细胞中磷酸化的CDK1发生去磷酸化后，使细胞进入分裂期，染色质螺旋化形成染色体，B正确；由题图可知，正常细胞和感染BYDV的细胞中CDK1磷酸化水平达到最高点(二者相同)后均出现下降，但感染BYDV的细胞中CDK1的磷酸化水平维持在较高水平，正常细胞中CDK1磷酸化水平显著降低，说明被感染细胞中磷酸化的CDK1的去磷酸化过程受到抑制，故M蛋白通过抑制磷酸化的CDK1的去磷酸化而影响细胞周期，C错误；磷酸化的CDK1发生去磷酸化被激活后，才能使细胞进入分裂期，故M蛋白发挥作用后，感染BYDV的细胞被阻滞在分裂间期，D正确。eq\a\vs4\al([重难强化训练一])1．PLK1是一种对细胞周期有重要调控作用的蛋白激酶，可以催化磷酸基团转移到不同的特异性底物上，在促进纺锤体两极分配、染色体运动等方面具有重要作用。下列说法合理的是()A．大肠杆菌增殖过程中PLK1活性较高B．PLK1在细胞分裂间期大量合成且达到最大活性C．通过阻断PLK1的表达可有效抑制肿瘤细胞增殖D．PLK1发挥作用时不可能伴随着ATP的水解解析：选CPLK1对细胞周期有重要调控作用，大肠杆菌没有细胞周期且没有染色体和纺锤体，故推测在大肠杆菌增殖过程中无PLK1，A错误；由题干信息可知，PLK1主要在分裂期发挥作用，故推测其在分裂期的活性最大，B错误；PLK1对细胞周期有重要的调控作用，阻断PLK1的表达会抑制肿瘤细胞的增殖，C正确；染色体的运动等需要消耗能量，故PLK1发挥作用时，可能伴随着ATP的水解，D错误。2．(2023·深圳外国语检测)Mad2蛋白可以控制细胞周期的进程，其机制是Mad2蛋白提供一个“等待”信号延缓后期的起始，直到所有染色体的着丝粒正确排列在赤道板上后，该蛋白才会消失；若染色体受到两极相等拉力时该蛋白也会消失。下列有关叙述错误的是()A．Mad2蛋白会延缓姐妹染色单体的分离B．Mad2蛋白异常可能导致细胞发生非整倍体变异C．Mad2蛋白异常的细胞在染色体错误排列时停止在中期D．当染色体只受到一极拉力时，人为提供对极拉力，可能促进细胞进入后期解析：选C由题干信息可知，Mad2蛋白可以延缓后期的起始，后期可进行姐妹染色单体的分离，因此Mad2蛋白会延缓姐妹染色单体的分离，A正确；由题意可知，Mad2蛋白异常则不能起到监控作用，无“等待”信号调控，染色体分离不再同步，也不会停止在分裂中期，可能导致细胞发生非整倍体变异，B正确，C错误；由“若染色体受到两极相等拉力时该蛋白也会消失”可知，细胞能否进入后期与两极拉力是否相等有关，人为促进两极拉力，该蛋白也会消失，延缓信号解除，可能促进细胞进入后期，D正确。3．(2023·泰安一模)真核细胞的细胞周期分为分裂间期和分裂期，受多种物质的调控，分裂间期又分为G1、S、G2三个阶段。如图是某动物细胞周期的部分调节过程，图中CDK2-cyclinE能促进细胞从G1期进入S期。如果细胞中的DNA受损，会发生如图所示的调节过程。下列说法错误的是()A．DNA受损可能导致细胞分裂停滞B．DNA受损可能是由于随细胞分裂次数增加，端粒被截短造成的C．活化的p53蛋白促进了p21基因的表达，有利于DNA的复制D．某些蛋白质具有调控细胞增殖的功能解析：选CDNA受损可使p53蛋白活化，活化的p53蛋白能促进p21基因表达p21蛋白，p21蛋白使CDK2-cyclinE失活，导致细胞不能从G1期进入S期，即导致连续分裂的细胞大量停留在分裂间期，可见活化的p53蛋白不利于DNA复制的发生，A正确，C错误；端粒是指染色体两端的一段特殊序列的DNA­蛋白质复合体，端粒DNA在每次细胞分裂后会缩短一截，随细胞分裂次数增加，截短的部分会逐渐向内延伸，损伤内侧DNA，B正确；由题干信息可知，某些蛋白质具有调控细胞增殖的功能，如p53蛋白、p21蛋白，D正确。4．细胞周期控制器是由细胞周期蛋白依赖激酶(CDK)和细胞周期蛋白(cyclin)两种蛋白质构成的复合物。下图为多种cyclin在细胞周期中的表达情况，Weel蛋白激酶可抑制cyclinB­CDK复合物的活性。下列相关说法错误的是()A．cyclinA蛋白可能参与DNA的复制B．cyclinB可能与启动纺锤体的组装及纺锤丝与染色体的连接有关C．细胞顺利进入M期时，Weel蛋白激酶的活性会减弱D．Weel蛋白激酶活性降低，可使细胞分裂间期的时间增加解析：选D据图分析可知，cyclinA蛋白在S期和G2期表达水平