高考高三生物1.6细胞的生命历程-二分裂和细胞周期调控（教师版）复习

二轮微专题——细胞的生命历程①二分裂和细胞周期调控一.原核细胞以二分裂的方式进行繁殖细菌通常具有一个环状的DNA，其DNA复制且复制后平均分配给两个子细胞是一件不容易的事。例如，大肠杆菌的DNA，当它被完全拉伸时，长度可达细胞长度的500倍以上。当大肠杆菌的DNA在复制起点开始复制时，细胞分裂就开始了。大肠杆菌DNA复制时，细胞会伸长；当复制完成，细胞体积达到最初大小的两倍时，它的细胞质膜向内挤压，将亲本大肠杆菌细胞分裂成两个子细胞。这样，每个子代细胞都继承了一个完整的DNA（左图）。根据现有生物细胞分裂的模式（右图），推测出大多数真核细胞有丝分裂的模式是如何演化而来的吗？跟踪练习：1．FtsZ蛋白是一种广泛存在于细菌细胞质中的骨架蛋白，与哺乳动物细胞中的微管蛋白类似。在细菌二分裂过程中，FtsZ蛋白先招募其他15种分裂蛋白形成分裂蛋白复合物，再促进细菌完成二分裂。下列说法错误的是（）A．FtsZ蛋白的合成不需要内质网、高尔基体的加工B．FtsZ蛋白与其他15种分裂蛋白都以碳链为骨架C．研发细菌FtsZ蛋白的抑制剂时，应考虑其对哺乳动物微管蛋白的影响D．亲代细菌二分裂过程中染色质和DNA经复制后可均分到子代细菌【答案】D【详解】A、FtsZ蛋白是一种广泛存在于细菌细胞质中的骨架蛋白，细菌不具有高尔基体和内质网，A正确；B、蛋白质是以碳链为骨架的生物大分子，B正确；C、FtsZ蛋白是一种广泛存在于细菌细胞质中的骨架蛋白，与哺乳动物细胞中的微管蛋白类似，研发细菌FtsZ蛋白的抑制剂时，应考虑其对哺乳动物微管蛋白的影响，C正确；D、细菌不含有染色质，D错误。2．四膜虫是一种单细胞真核生物，易在实验室里培养，常作为实验生物学所使用的模式生物。请回答下列问题：（1）四膜虫最显著的特点是其细胞中拥有大核和小核两个细胞核，小核是“生殖核”，为有性繁殖的后代保存遗传信息。大核是“体细胞核”，不进行有丝分裂，可以通过二分裂将其中的DNA分配到不同的子细胞中。①在实验中，缺失小核的四膜虫常导致繁殖失败，从其自身结构分析，导致繁殖失败的原因可能是______。②细胞分裂时，在大核中能不能观察到纺锤体？________________。理由是_______________________。（2）下图为四膜虫的核糖体RNA（rRNA）转录后的加工过程。①与双链DNA分子不同，RNA中特有的碱基配对方式为____________________，四膜虫的rRNA的基本单位是____________________。②rRNA转录后，先剪切下左、右两侧的部分外显子，然后通过__________（填化学键名称）将两段外显子连接，形成环状含子。【答案】

缺失小核的四膜虫不能为后代保存遗传信息

不能

纺锤体是有丝分裂过程中出现的结构，大核不进行有丝分裂，不会出现纺锤体

A—U（或U—A）

核糖核苷酸

磷酸二酯键二.细胞周期的调控：细胞周期蛋白与细胞周期蛋白依赖性激酶构成细胞周期调控的核心细胞周期进程是由一系列蛋白质驱动的，其核心成分包含两种组分（左图）：细胞周期蛋白（cyclin）和细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）。细胞周期蛋白自身没有酶活性，其浓度在细胞周期中呈周期性升降，因此称为细胞周期蛋白。细胞周期的不同时期中存在不同的细胞周期蛋白（右图），结合与之匹配的细胞周期蛋白依赖性激酶，并激活其活性，从而启动细胞周期不同事件的发生。细胞周期一系列事件的发生与细胞周期蛋白依赖性激酶有关，其活性依赖于细胞周期蛋白。不同细胞周期蛋白的浓度在细胞周期中呈周期性升降，细胞周期蛋白依赖性激酶的活性也随之升降。例如，成熟促进因子（MPF）是一种细胞周期蛋白-CDK复合物，它可以触发细胞从G，期进入分裂期，其活性与细胞周期蛋白B的浓度密切相关（右图）。有活性的CDK对细胞周期运行起着核心调控作用，因此将其称为驱动细胞周期进行的“引擎”分子。不同种类的细胞周期蛋白与相应CDK结合，会使相应CDK在细胞周期的不同时期表现活性，对细胞周期的不同时期进行调节（表5-2-1)。（2）细胞周期检验点监控细胞周期的正常运行结缔组织中的成纤维细胞属于G0期细胞，平时不分裂，一旦所在的组织部位受到损伤，它们会马上返回细胞周期，分裂形成大量成纤维细胞，分布于伤口部位，促使伤口愈合。细胞周期的一系列事件是由细胞周期控制系统支配和主导的，这个控制系统可以触发和协调细胞周期中的关键事件。同时，细胞中还存在一套保证DNA复制和染色体分配质量的检查机制，即细胞周期检验点。细胞周期中的检验点有两个重要作用，一是保证一个细胞周期事件在前一个事件没有完成前不能开始，二是使细胞周期的起始依赖于细胞周围的环境条件（图5-2-6）。如果细胞内外条件不利，控制系统可以在G1期、G2期和M期检验点暂停。例如，当身体出现伤口时，邻近区域的血小板会释放出血小板衍生型生长因子，刺激G0期细胞顺利通过G1期检验点而重返细胞周期。细胞中还存在DNA损伤检验点。当细胞周期进程中出现异常事件，如DNA损伤或DNA复制受阻，这类调节机制就会被激活，及时中断细胞周期的运行。待细胞修复或排除故障后，细胞周期才能恢复运转。细胞周期检验点通过影响细胞周期蛋白-CDK复合物活性，实现对细胞周期的监控与调节（图5-2-7），主要是确保细胞周期每一个时期事件的有序进行，并与外界因素紧密联系。当检查点基因由于突变而丧失功能时，可能会导致额外的突变和癌变生长。跟踪训练：1．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cyclinB-CDK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．若细胞要顺利进入M期时，Weel蛋白激酶的活性会增强D．若Weel蛋白激酶活性降低，则细胞间期的时间不变【答案】C【详解】A、S期完成DNA分子的复制，cyclinA蛋白在S期合成和增加，与DNA的复制同步，推测cyclinA蛋白可能参与DNA的复制，A正确；B、cyclinB蛋白在G2期开始合成，在M期前期达到最多，之后逐渐降低，可能与前期细胞分裂的变化相关，如启动纺锤体的组装及纺锤丝与染色体的连接等，B正确；C、Weel蛋白激酶可抑制cyclinB-CDK复合物的活性，细胞顺利进入M期，说明cyclinB-CDK复合物的合成及活性正常，则Weel蛋白激酶的活性减弱，C错误；D、Weel蛋白激酶活性降低，cyclinB-CDK复合物正常发挥作用，使细胞进入分裂期，细胞分裂间期的时间不变，D正确。2．科学研究发现，细胞周期的调控主要由两类关键蛋白参与，即细胞周期蛋白（cyclins，能调控细胞按照一定顺序完成细胞分裂）和细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK），CDK的活性受到cyclins的调节。被激活的CDK可将靶蛋白磷酸化，从而产生相应的生理效应。若CDK持续保持较高活性，细胞周期将会延长。实验测得体外培养某种动物细胞的细胞周期各阶段时间为G1期（10h）、S期（DNA复制，7h）、G2期（3.5h），分裂期（M期，1.5h）。下列叙述错误的是（

）A．G1期主要进行相关RNA和蛋白质的合成B．CDK使靶蛋白质磷酸化的过程，改变了靶蛋白质的空间结构从而产生相应的生理效应C．动物神经细胞中cyclins基因的表达量减少D．用含有DNA合成抑制剂的培养液培养10h后，所有细胞都被阻断在S期【答案】D【详解】A、间期分为G1期、S期和G2期，其中G1期主要进行相关RNA和蛋白质的合成，A正确；B、CDK使靶蛋白质磷酸化的过程，可能会改变靶蛋白的空间结构，空间结构改变后，其功能也会发生改变，从而产生相应的生理效应，如CDK持续保持较高活性，细胞周期将会延长，B正确；C、动物神经细胞是高度分化的细胞，不在增殖，cyclins基因的表达量减少，C正确；D、用含有DNA合成抑制剂的培养液培养至少15h（G2期3.5h＋M期1.5h＋下一个细胞周期的G1期10h）后，细胞都被阻断在S期，D错误。3．细胞周期的调控关键有两个起决定作用的控制点：从G1期进入S期、从G2期进入M期，这两个转变过程都是由一种称为成熟促进因子（MPF）的蛋白质复合体所触发的。MPF由激酶（cdc2）和细胞周期蛋白（cyclins）组成，其中cyclins有2种：S-cyclin、M-cyclin，其调控过程如下图所示。下列叙述错误的是（

）A．M-cyclin与cdc2结合导致细胞从G2期进入M期B．若S-cyclin与cdc2结合受阻会导致细胞滞留于G1期C．cdc2可反复起作用，在细胞周期过程中无需重新合成D．细胞周期中不同时期MPF的空间结构会发生周期性变化【答案】C【详解】A、据图分析，M-cyclin和cdc2结合成具活性的MPF应该是触发细胞从G2进入M，MPF触发系列酶促反应，导致有丝分裂，所以进入有丝分裂过程，A正确；B、若S-cyclin与cdc2结合受阻会导致DNA不能合成，导致细胞滞留于G1期，B正确；C、据题中信息可知，反复起作用的是激酶cdc2和细胞周期蛋白（S-cyclin和M-cyclin）结合成的MPF，cdc2单独存在无活性，cdc2发挥作用后，会被分解，而cdc2蛋白的浓度在细胞周期过程中始终是稳定的，所以细胞周期过程中需要不断重新合成，C错误；D、从G1期进入S期和从G2期进入M期，这2个转变过程都是由MPF的蛋白质复合体所触发的，细胞周期中不同时期MPF的空间结构会发生周期性变化，D正确。4．老鼠有20对染色体，雌鼠的一个卵原细胞经减数分裂可形成1个卵细胞和3个第二极体，请回答雌鼠卵细胞形成过程中的相关问题。I．图1表示雌鼠减数分裂过程中一些染色体行为（均处于赤道面位置上），据图回答：(1)请对图1各过程按发生先后进行排序__________；雌鼠在图①所示阶段的初级卵母细胞中含有_________个四分体。过程③发生了__________分离。(2)如果一个雌性动物的基因型是AaBb，经减数分裂最终形成的一个第二极体的基因型是Ab，那么卵细胞的基因型是________。Ⅱ．中科院动物研究所研究团队发现CyclinB3（细胞周期蛋白）在雌鼠卵细胞形成过程中发挥了独特作用，当CyclinB3缺失时雌鼠不能产生后代。研究者对CyclinB3缺失雌鼠和正常雌鼠卵细胞的形成过程对比观察并绘制了图2。(3)对正常雌鼠而言，能揭示孟德尔遗传规律实质的时期是图中的______。已知正常雌鼠卵原细胞中染色体数目为2n=40条，图2中CyclinB3缺失小鼠的一个卵原细胞从MI前的间期到MⅡ中期的过程中，核DNA的数量变化是______。(4)图2分析可知，CyclinB3缺失的卵母细胞能形成正常的纺锤体，但______未分离，说明CyclinB3缺失导致卵母细胞的染色体形态维持在______________时期的样子。有意思的是，CyclinB3缺失的卵母细胞仍能正常受精，并在受精后排出极体并发育为早期囊胚。基因组分析发现CyclinB3缺失的卵母细胞在受精后启动了_______分裂，发生了跟有丝分裂相似的姐妹染色单体分离；但所有受精胚胎染色体数都是60条，并在着床后致死。(5)进一步研究发现，CyclinB3缺失的卵母细胞仍然能够正常受精，并且在受精后启动完成了减数第二次分裂。研究者对yclinB3缺失雌鼠产生的受精卵进行了染色体核型检测，如图乙。CyclinB3缺失雌鼠的卵母细胞在雌鼠的______中完成减数第二次分裂，图乙中含有______个染色体组，图中的两条X染色体应来自于______，图示受精卵发生变异的具体类型是______。【答案】(1)①③②④

20

同源染色体(2)aB或者Ab(3)MI后期 2n→4n(4)同源染色体  

减数第一次分裂的中期

减数第二次(5)输卵管

3

雌鼠的两条同源X染色体

染色体数目变异【详解】（1）各个过程进行的先后顺序为①减数第一次分裂中期→③减数第一次分裂后期→②减数第二次分裂中期→④减数第二次分裂后期；四分体是减数分裂过程中由同源染色体配对而成，由题可知，雌鼠含有20对染色体，故可形成20个四分体；结合分析可知，过程③发生了同源染色体的分离。（2）若该生物基因型为AaBb的雌性动物，卵原细胞的基因型为AaBb，复制后形成的初级卵母细胞基因型为AAaaBBbb，因为形成一个Ab的极体，说明减数第一次分裂后期是A基因和b基因组合在一起，所以可能形成aaBB的次级卵母细胞和AAbb极体，再进行减数第二次分裂形成aB卵细胞和aB、Ab极体，也有可能在减数第一次分裂后形成AAbb次级卵母细胞和aaBB极体，再经过第二次减数分裂后形成Ab卵细胞和Ab、aB极体，因此产生的卵细胞的基因型为aB或Ab。（3）孟德尔遗传规律实质是等位基因随着同源染色体的分开而分离，且非同源染色体上的非等位基因自由组合，发生在MI后期。正常情况下，雌性个体减数分裂过程中核DNA的变化是2n→4n→2n→n，但CyclinB3缺失小鼠的同源染色体不能分离，减数第二次分裂过程不能正常进行，因此图1中CyclinB3缺失小鼠的一个卵原细胞（已知卵原细胞中染色体数目为2n）从间期Ⅰ到中期Ⅱ过程中，DNA数量的变化为2n→4n。（4）据图可知，与正常小鼠相比，CyclinB3缺失的卵母细胞能形成正常的纺锤体，但同源染色体未分离；同源染色体的分离发生在减数第一次分裂后期，若其不能正常分离，则yclinB3缺失导致卵母细胞的染色体形态维持在上一个时期，即减数第一次分裂中期的样子；能发生着丝点分裂的时期有有丝分裂时期和减数第二次分裂后期，结合题意“发生了跟有丝分裂相似的姐妹染色单体分离”可推测，此处应为减数第二次分裂。（5）卵母细胞减数第二次分裂过程是在受精作用过程中完成的，场所是雌鼠的输卵管内；据图可知，图乙中含有3个染色体组；CyclinB3缺失雌鼠减数分裂形成配子时，同源染色体未分离，且CyclinB3缺失雌鼠减数第二次分裂的过程与有丝分裂相似，由此可知图乙中的两条X染色体来自雌鼠的两条同源X染色体；已知该实验鼠为二倍体生物，而图示所示CyclinB3缺失雌鼠的受精卵含有3个染色体组，说明其发生变异的具体类型是染色体数目变异。5．细胞周期蛋白依赖性激酶CDK是调节细胞周期从G1期向S期转化的关键酶。在乳腺癌细胞中活跃表达的CDK4/6与细胞周期蛋白D（CyelinD）形成复合物（如图中过程1所示）后，可通过过程2促进E2F转录因子释放，该转录因子经过程3触发大量的G1期细胞向S期细胞转化，从而使细胞无限增殖，整个过程如图所示（G1期主要为DNA的合成做准备；S期进行DNA合成；G2期主要完成蛋白质的合成，为进入分裂期做准备；M期是细胞分裂期；G0细胞处于静息状态，既不生长，也不分化）。(1)衰老的细胞属于______（填“G0”或“G1”或“S”或“G2”或“M”）期，衰老的细胞主要具有______（至少答两点）的特征。(2)CDK4/6、CyclinD、E2F转录因子等物质均为蛋白质，决定它们功能不同的根本原因是______。(3)由图可知，CDK4/6与CyclinD复合物除了能引起E2F转录因子释放外，还能使______。(4)若使乳腺癌细胞的