細胞分裂與分化

1、關(guān)于細胞分裂和分化第一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月15.1 細胞分裂和細胞周期細胞周期(cell cycle)：細胞從一次分裂開始到第二次分裂開始所經(jīng)歷的全過程。細胞周期分成四個階段： 有絲分裂期(mitsis,M)分裂間期(interphase)DNA合成期 (S期)間隙期1(G1期)間隙期2(G2期)G0期細胞：離開細胞周期不再進行分裂的細胞 第二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月2細胞周期第三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月3不同物種、不同組織的細胞周期所經(jīng)歷的時間不同。在特定條件下，各種細胞的周期時間是一定的。絕大多數(shù)真核生物的細胞周期時間都較長。

2、間期時間總是長于M期。紫鴨跖(zh)草根尖細胞：20h間期17.5h(G1,4h；S,10.8h； G2,2.7h), M期2.5h(前期1.6h；中期，0.3h；后期及末期，0.6h)人囊胚細胞： 19.5h 間期18.5h (G1,8h; S,6h; G2,4.5h), M期1h (前期24min；中期，5-6min；后期,10min；末期，20min)第四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月4細胞分裂第五張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月5薄壁組織、表皮、頂端分生組織、花藥的絨氈層細胞等 第六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月6第七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作

3、于2022年6月7第八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月85.1.1 有絲分裂期(M期)將分裂間期復(fù)制的DNA以染色體的形式平均分配到兩個子細胞中去，使每個子細胞都得到一組與母細胞相同的遺傳物質(zhì)。全過程: 前期(prophase) 前中期(prometaphase) 中期(metaphase) 后期(anaphase) 末期(telophase)第九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月9動物細胞有絲分裂各時期主要特點1.分裂間期第十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月10動物細胞有絲分裂各時期主要特點2. 前期中心體染色體核膜星射線第十一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于

4、2022年6月11動物細胞有絲分裂各時期主要特點3. 前中期核膜破碎形成小泡.紡錘體移至細胞中央原先細胞核所在的位置.著絲粒外面的動粒與動粒微管相連,從染色體的兩側(cè)分別向相反方向延伸達到細胞兩極.第十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月12動物細胞有絲分裂各時期主要特點4. 中期赤道板（與紡錘體中軸相垂直的平面）第十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月13動物細胞有絲分裂各時期主要特點4. 中期中期染色體模式圖染色單體著絲粒中期染色體電鏡圖這一時期是觀察染色體最清晰的時期第十四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月14染色體、染色單體、姐妹染色單體的關(guān)系 1 2染色體

5、姐妹染色單體染色單體染色單體連接在同一著絲點上的染色單體互稱姐妹染色單體。34第十五張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月15染色體數(shù)與DNA數(shù)的關(guān)系 染色體 ：DNA 1 ：1染色體 ：DNA 1 ：2第十六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月16動物細胞有絲分裂各時期主要特點5. 后期第十七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月17動物細胞有絲分裂各時期主要特點6. 末期第十八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月18有絲分裂各期示意圖第十九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月19分裂間期前期中期前期 染色質(zhì)濃縮，折疊，包裝，形成光鏡下可見的染色體。每條染

6、色體含兩條姊妹染色單體。第二十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月20中期后期末期細胞質(zhì)分裂有絲分裂中期 核膜消失，染色體排列在赤道板上。后期 姐妹染色單體分開，被分別拉向細胞兩側(cè)末期 重新形成核膜，染色體 消失細胞質(zhì)分裂 胞質(zhì)形成間隔，最終分開為兩個細胞第二十一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月21動物細胞的有絲分裂第二十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月22植物細胞有絲分裂第二十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月23細胞質(zhì)分裂：動物細胞中形成環(huán)溝來分割母細胞。植物細胞中則形成赤道板，進而形成新細胞壁來分隔兩個新細胞。 植物細胞和動物細胞有絲分裂過程

7、的比較 第二十四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月245.1.2 有絲分裂過程的某些重要事件的細節(jié)細胞分裂前期，核纖層蛋白高度磷酸化而解體，導(dǎo)致核膜解體形成膜泡。末期時，核纖層蛋白發(fā)生去磷酸化作用而重新聚合并與膜泡結(jié)合形成核被膜，核膜孔也重新裝配到新的核被膜上。最后，分散的核被膜重新融合為一。1. 核被膜的裂解與再生第二十五張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月25有絲分裂時核被膜的解體和再生第二十六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月26 構(gòu)成紡錘體的纖維是由成束的微管和與微管相結(jié)合的蛋白質(zhì)組成的。 極纖維(polar fibers)或極微管：由紡錘體的一極延伸到另一

8、極。動粒纖維(kinetochore fibers)或動力微管：附著在染色體著絲粒兩側(cè)的動粒上。每個紡錘體平均含有108個微管蛋白分子，紡錘體微管就是由這些微管蛋白分子裝配而成。2. 紡錘體(spindle)的形成第二十七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月27早后期紡錘體極微管星體第二十八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月28前期：緊密并列的兩個染色單體。晚前期：染色體著絲粒兩側(cè)出現(xiàn)動粒前中期：每一染色單體的動粒各與一組紡錘體纖維動粒微管結(jié)合。中期：染色體位于赤道板上。 后期：著絲粒分裂，染色體向兩極移動。3. 染色體的行為秋水仙素(colchicine)：破壞微管的裝配，

9、阻止紡錘體的正常形成，因而阻止染色體復(fù)制后不能正常分離并移向兩極，結(jié)果形成多倍體細胞。第二十九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月29有絲分裂中染色體、DNA、染色單體數(shù)目變化ABCDEF間期前期中期后期末期染色體（質(zhì)）數(shù)目DNA含量染色單體數(shù)目44844448888088800第三十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月30各種細胞器的增生主要在間期1發(fā)生，以保證分裂產(chǎn)生的兩個新細胞均能獲得各種細胞器。有些細胞器，子細胞必須從母細胞中獲得。如線粒體、葉綠體,從原有的細胞器分裂增生.高爾基體或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，破成碎片或小泡4. 細胞器的分配第三十一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年

10、6月31第三十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月325.1.3 分子機制控制細胞周期細胞間期在細胞周期中占比較大的時間比例。在此期間，細胞的形態(tài)沒有太大的變化，但生化合成方面變化很大。染色體DNA的復(fù)制和多種蛋白質(zhì)的合成都發(fā)生在這一時期。S期：DNA合成的時期。染色體的組蛋白也在此時合成。1.分裂間期第三十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月335.1.4 分子機制控制細胞周期細胞周期(cell cycle) “細胞周期”也稱“細胞分裂周期”，是指一個細胞經(jīng)生長、分裂而增殖成兩個所經(jīng)歷的全過程通?？煞譃?個階段:G1期: 完成必要的生長和物質(zhì)準備S期: 完成其遺傳物質(zhì)染色

11、體DNA的復(fù)制G2期: 進行必要的檢查及修復(fù)以保證DNA復(fù)制的準確性M期: 完成遺傳物質(zhì)到子細胞中的均等分配，并使細胞一分為二。 第三十四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月34第三十五張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月355.1.4 分子機制控制細胞周期生命復(fù)制之謎的揭開（1）1858年建立細胞理論： 生命的基本形式是細胞，機體由細胞構(gòu)成，細胞的生長復(fù)制形成了生物體的生長繁衍，細胞的異?；蛩劳鰧?dǎo)致機體的疾病或死亡。 （2）1951年發(fā)現(xiàn)了細胞分裂周期：G1 S G2 M G0 細胞生長中有兩種形式- 有絲分裂期和細胞間期 第三十六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月

12、36細胞周期細胞間期有絲分裂期（M期）DNA合成前期（G1期）DNA合成期（S期）DNA合成后期（G2期）前期中期后期末期第三十七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月37第三十八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月381.細胞周期檢控點p851989年，Hartwell通過構(gòu)建酵母細胞突變模型證實了細胞周期檢驗點（check point）的存在，并首次提出檢驗點的概念。細胞周期的運行，是在一系列檢驗點的嚴格檢控下進行的，它保證前一個事件完成之后，才啟動下一個事件，檢驗點是細胞的錯誤監(jiān)測機制。這些檢控點是細胞周期中的關(guān)鍵點，它發(fā)出的信號停止前一階段的事件而啟動后一階段的事件。這些

13、檢控點存在于G1期、G2期和M期。第三十九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月39主要檢驗點包括：G1/S檢驗點：在酵母中稱start點，在哺乳動物中稱 R點(restriction point)，控制細胞由靜止?fàn)顟B(tài)的G1進入DNA合成期，相關(guān)的事件包括：DNA是否損傷？細胞外環(huán)境是否適宜？細胞體積是否足夠大？ S期檢驗點：DNA復(fù)制是否完成？第四十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月40G2/M檢驗點：是決定細胞一分為二的控制點，相關(guān)的事件包括： 所有DNA都正確復(fù)制了嗎？DNA是否有損傷？細胞體積是否足夠大？ 中-后期檢驗點（紡錘體組裝檢驗點）：所有染色體都排列在紡錘體上了

14、嗎？任何一個著絲點沒有正確連接到紡錘體上，都會引起細胞周期中斷。第四十一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月41概念：檢驗點 (checkpoint)是細胞周期（cell cycle）中的一套保證DNA復(fù)制和染色體（chromosome）分配質(zhì)量的檢查機制。是一類負反饋調(diào)節(jié)機制。當(dāng)細胞周期進程中出現(xiàn)異常事件，如DNA損傷或DNA復(fù)制受阻時，這類調(diào)節(jié)機制就被激活，及時地中斷細胞周期的運行。待細胞修復(fù)或排除故障后，細胞周期才能恢復(fù)運轉(zhuǎn)。第四十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月421983年Timothy Hunt首次發(fā)現(xiàn)海膽卵受精后，在其卵裂過程中兩種蛋白質(zhì)的含量隨細胞周期劇烈

15、振蕩，在每一輪間期開始合成，G2/M時達到高峰，M結(jié)束后突然消失，在下一個周期中又重復(fù)這一消長現(xiàn)象，故命名為周期素或周期蛋白(cyclinsaiklin)。隨后cyclin很快被分離和克隆出來，證明其廣泛存在于從酵母到人類等各種真核生物中，而且在功能上存在互補性。2.細胞周期的時鐘：細胞周期蛋白及依賴于它的激酶第四十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月43隨著成熟刺激因子（maturation promoting factor, MPF），細胞周期蛋白（cyclin），依賴于細胞周期蛋白的激酶(cyclin dependent kinase，CDK)的發(fā)現(xiàn)使對細胞周期及與腫瘤的發(fā)生發(fā)

16、展關(guān)系的研究有了很大進展。CDK的活性隨其周期蛋白濃度變化而變化。第四十四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月44MPF P34cdc2Cyclin ？1988年M. J. Lohka 純化了爪蟾的MPF，經(jīng)鑒定由34KD和45KD兩種蛋白組成，二者結(jié)合可使多種蛋白質(zhì)磷酸化。 1990 Paul Nurse進一步的實驗證明P34實際上是P34cdc2的同源物，P45是cyclinB的同源物，而且，對于P34cdc2的活性而言，cyclin是必需的。從而將細胞周期三個領(lǐng)域的研究聯(lián)系在一起。MPF = P34cdc2(CDK1)+Cyclin B（催化亞單位）（調(diào)節(jié)亞單位）第四十五張，PP

17、T共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月45MPF的作用促進染色體凝集H1組蛋白磷酸化H3組蛋白磷酸化核纖層磷酸化核被膜裝配細胞相關(guān)的酶與蛋白質(zhì)磷酸化第四十六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月46CDK CDC2與細胞周期蛋白結(jié)合才具有激酶的活性，稱為細胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent kinase，CDK)，因此CDC2又被稱為CDK1，激活的CDK1可將靶蛋白磷酸化而產(chǎn)生相應(yīng)的生理效應(yīng)，如：將核纖層蛋白磷酸化導(dǎo)致核纖層解體、核膜消失；將H1磷酸化導(dǎo)致染色體的凝縮等等這些效應(yīng)的最終結(jié)果是細胞周期的不斷運行。因此，CDK激酶和其調(diào)節(jié)因子又被稱作細胞周期引擎。 第四十

18、七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月47CDK 目前發(fā)現(xiàn)的CDK在動物中有7種。各種CDK分子均含有一段相似的激酶結(jié)構(gòu)域，這一區(qū)域有一段保守序列，即PSTAIRE，與周期蛋白的結(jié)合有關(guān)。第四十八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月48第四十九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月49脊椎動物的CDK CDK結(jié)合的相應(yīng)cyclin 作用的細胞周期 CDK1CDK2CDK3CDK4CDK5CDK6CDK7 CyclinA,BCyclinACyclinD1,D2,D3CyclinECyclinD1,D2,D3P35*, CyclinD1,D2,D3CyclinD1Cyclin

19、H, P36*G2/M轉(zhuǎn)換； M早期S期G1期G1/S 轉(zhuǎn)換G1期G0/G1轉(zhuǎn)換、G1期神經(jīng)纖維的磷酸化、G1期G0/G1轉(zhuǎn)換活化CDK* P35，P36的結(jié)構(gòu)與細胞周期蛋白無相似性 第五十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月503.細胞內(nèi)的因素也幫助控制細胞周期例如：分裂末期，在所有的染色體都與紡錘絲正確連接之前，姐妹染色單體的分離是不會開始的?？刂普呔褪荕階段的檢控點，它保證子細胞的染色體一個不多也一個不少。研究人員發(fā)現(xiàn)來自尚未與紡錘體微管連接的動粒的信號是延遲末期的信號，某些與微管有關(guān)的蛋白質(zhì)引發(fā)一種信號傳遞途徑，使促進末期的物質(zhì)APC處于失活狀態(tài)。只有當(dāng)所有動粒都連接到紡錘絲上

20、的時候，這種“等待”信號才會終止。然后APC才有活性并間接引發(fā)周期蛋白的降解和使姐妹染色單體和在一起的蛋白質(zhì)失活。第五十一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月514.生長因子是來自外部的信號研究人員培養(yǎng)動物細胞時鑒定出許多種影響細胞分裂的外部因素，這些因素即有化學(xué)的，也有物理的。例如 ：當(dāng)培養(yǎng)基中缺乏某種必需養(yǎng)分，細胞就會不分裂；即使所有其他條件都適合，但培養(yǎng)基中缺少專一的生長因子時，哺乳動物的細胞就會不分裂。生長因子是某些體細胞分泌的蛋白質(zhì)，它促進其他細胞的分裂。第五十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月525.1.3 分裂間期與細胞周期的控制機制G1期：在S期之前即前一次

21、有絲分裂完成之后到S期開始之前的時期。細胞進入G1期后，即開始為下一次分裂做準備。表現(xiàn)為： 與DNA復(fù)制有關(guān)的酶增加 線粒體、葉綠體和核糖體都增多 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)更新擴大 高爾基體和溶酶體數(shù)目增多 動物細胞的兩個中心粒彼此分離并開始復(fù)制。1.分裂間期第五十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月53G2期：從S期結(jié)束后到有絲分裂期開始之間的時期。中心粒完成復(fù)制而成2對，微管蛋白以及一些與細胞分裂有關(guān)的物質(zhì)在此期大量合成。G0期：有些細胞脫離細胞周期而分化成執(zhí)行一定功能的細胞，它們不再分裂，稱G0期細胞，如神經(jīng)細胞。有些已分化的細胞，在某些因子的作用下，可以恢復(fù)其分裂能力，重新進入細胞周期，如肝細

22、胞和淋巴細胞。還有些細胞能夠連續(xù)分裂，從不進入G0期，如植物的頂端分生組織細胞和動物的造血干細胞。第五十四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月54細胞周期中的關(guān)鍵點，它發(fā)出的信號停止前一階段的事件而啟動后一階段的事件。存在于G1期、G2期和M期。2.細胞周期的檢控點第五十五張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月55細胞周期受控于一定的調(diào)節(jié)機制，使得生物體能有序地分裂和生長。細胞周期調(diào)控的關(guān)鍵在分裂間期。有2個起決定作用的控制點：從G1進入S和從G2進入M。從G2進入M期是由促進M期的因子（M-phase promoting factor，MPF ）的蛋白質(zhì)復(fù)合體觸發(fā).原來叫成熟促

23、進因子(maturation promoting factor，MPF) 。 3.細胞周期的時鐘：細胞周期蛋白及依賴于它的激酶第五十六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月56 組成MPF的兩類蛋白：依賴于細胞周期蛋白的蛋白激酶(cyclin-dependent kinase，CDK) 細胞周期蛋白(cyclin)這兩類蛋白的不同組合也可形成S期促進因子(S phase-promotin factor, SPF).第五十七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月57CDK活性提高觸發(fā)一系列蛋白的磷酸化導(dǎo)致細胞進入M期。酵母細胞中只有一種CDK，多數(shù)哺乳動物中有多種CDK 。 無論在酵

24、母細胞還是哺乳動物細胞中都有多種細胞周期蛋白，因這類蛋白在細胞周期的某一時相周期性的合成和降解故而得名。不同的細胞周期蛋白與CDK結(jié)合，活化CDK，形成細胞周期網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的核心復(fù)合物，從而調(diào)節(jié)復(fù)雜細胞周期過程的有序進行。細胞周期的控制機制第五十八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月58細胞周期的控制 蛋白質(zhì)CDK與cyclin結(jié)合，產(chǎn)生MPF或SPF，觸發(fā)細胞進入M期或S期 第五十九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月591）生長因子及其受體 2）原癌基因與抑癌基因抑癌基因p53如：DNA受損后，p53將介導(dǎo)細胞停留于G1 checkpoint,讓DNA修復(fù)或凋亡3）細胞的信使系

25、統(tǒng)4.影響細胞周期調(diào)控的因素第六十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月60第六十一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月611. 染色體的一般形態(tài) 染色質(zhì)絲：在間期核中, 染色質(zhì)成串珠狀的絲染色體：有絲分裂時，染色質(zhì)絲卷曲、折疊著絲粒和主縊痕：所有染色體都有著絲粒，位于染色體的一個縮細的部位，即主縊痕中。 位置確定，位于染色體中央或一側(cè)或一端端粒：真核細胞線形染色體末端的一特定結(jié)構(gòu)，與DNA的正常復(fù)制有關(guān)。 5.1.5 染色體第六十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月622. 性染色體和常染色體 性染色體(sex chromosomes)：決定性別的染色體。常染色體(a

26、utosome)：性染色體以外的染色體3. 染色體數(shù)目 各種生物的染色體數(shù)目是恒定的。5.1.5染色體第六十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月634. 染色體組型 不同生物有不同數(shù)目、不同形態(tài)和不同大小的染色體，即不同生物有不同的染色體組型或稱核型(karyotype) 5.1.4 染色體第六十四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月645. 染色體帶型 染色體帶型：染色體經(jīng)過特殊處理并用特定染料染色后，在光學(xué)顯微鏡下可見其臂上顯示不同深淺顏色的條紋，此稱為染色體帶。各號染色體帶的形態(tài)稱為帶型。 Q帶：熒光染料奎納克林染分裂中期的染色體顯示的發(fā)熒光的條帶。5.1.4 染色體第

27、六十五張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月655. 染色體帶型 Giemsa染色：一種永久性染色技術(shù)。 G帶：將分裂中期染色體加熱或用蛋白酶處理，再用Giemsa染料染色出現(xiàn)的橫帶。富含A-T核苷酸的片段 R帶：先熱堿溶液處理再Giemsa染色出現(xiàn)的橫帶。富含G-C核苷酸的片段。 G帶和R帶不重疊。各個染色體的帶型是穩(wěn)定的；不同的物種，染色體的帶型各有特點。5.1.4 染色體第六十六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月66顯微鏡下人的染色體第六十七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月67人的染色體組帶型第六十八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月685.2 細胞

28、分化p91細胞分化(cell differentiation)：多細胞有機體在個體發(fā)育過程中，由同一種相同的細胞類型經(jīng)細胞分裂后，逐漸在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上形成穩(wěn)定性差異，產(chǎn)生不同的細胞類群的過程。細胞分化是動物和植物發(fā)育的基礎(chǔ)。第六十九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月69細胞分化細胞類型1細胞類型2細胞類型3細胞衰老細胞凋亡永生細胞（癌癥）去分化增殖 細胞分化與機體的正常功能：細胞分化是個體行使正常功能的保證。 本質(zhì)：細胞的基因組相同，但表達譜不同；使細胞 能行使不同的功能（分工）； 核心：基因是如何有序表達的？（調(diào)控）。第七十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月705.2

29、.1 管家基因與組織特異性基因細胞分化是不同類型的細胞各自表達一套特異的基因，其產(chǎn)物決定細胞特定的形態(tài)結(jié)構(gòu)并執(zhí)行各自不同的生理機能。分化細胞所表達的基因： 管家基因(keeping genes)：在所有細胞中都需要表達的基因，其產(chǎn)物是維持細胞的基本結(jié)構(gòu)和代謝活動所必需的。如微絲蛋白基因，核糖體rRNA和蛋白的基因 組織特異性基因(tissue-specific genes)：不同的細胞類型中特異表達的基因，其產(chǎn)物賦予各種類型細胞不同的形態(tài)和生理機能。又稱奢侈基因(luxury genes)。如鳥類輸卵管細胞中的卵清蛋白基因細胞分化是組織特異性基因在時間和空間上的有序的差異表達.第七十一張，PP

30、T共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月715.2.2 組合調(diào)控是組織特異性基因表達的主要調(diào)控方式細胞分化過程是由一系列基因產(chǎn)物（regulatory proteins）調(diào)控的。 i.e., 每個基因的表達都必須： 在正確的細胞中； 在正確的時間； 對正確的信號產(chǎn)生正確的反應(yīng)； 產(chǎn)生正確的表達水平。 問題：細胞是如何協(xié)調(diào)（coordinate）這一過程的？ 答案：一個關(guān)鍵的調(diào)控蛋白，可以調(diào)控一系列下游基因，完成細胞分化。 第七十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月72組合調(diào)控(combinational control)：少數(shù)調(diào)控蛋白完成眾多細胞類型的分化。每種類型的細胞分化是由多種調(diào)控

31、因子共同完成的。如果調(diào)控因子的數(shù)目為n，則其可調(diào)控的分化細胞類型在理論上為2n種。組合調(diào)控大大增加了細胞分化的靈活性。在啟動細胞分化的各類調(diào)節(jié)蛋白中往往只有一二種調(diào)控蛋白對某一特定類型的細胞分化起決定性作用。5.2.2 組合調(diào)控是組織特異性基因表達的主要調(diào)控方式第七十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月73生物學(xué)作用：借助于組合調(diào)控，一旦某種關(guān)鍵性基因調(diào)控蛋白與其它調(diào)控蛋白形成適當(dāng)?shù)恼{(diào)控蛋白組合，不僅可以將一種類型的細胞轉(zhuǎn)化成另一種類型的細胞，而且遵循類似的機制，甚至可以誘發(fā)整個器官的形成。分化啟動機制：靠一種關(guān)鍵性調(diào)節(jié)蛋白通過對其他調(diào)節(jié)蛋白的級聯(lián)啟動。5.2.2 組合調(diào)控是組織特異

32、性基因表達的主要調(diào)控方式第七十四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月74組合調(diào)控機制示意圖第七十五張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月75例子：眼形成的關(guān)鍵調(diào)控蛋白Ey（果蠅）ey 基因 早期細胞（發(fā)育成腿） 腿中眼細胞分化 眼形成第七十六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月76胞外信號分子對細胞分化的影響通過細胞的遺傳機構(gòu)發(fā)揮作用，完成細胞分化和個體發(fā)育。包括兩大類： 激素類：由內(nèi)分泌腺釋放。如無尾兩棲類蝌蚪變態(tài)過程中的甲狀腺素及昆蟲變態(tài)過程中的2-羥蛻皮素和保幼素 旁泌素（細胞生長分化因子）：細胞分泌的信號分子只作用于周圍的細胞。包括成纖維細胞生長因子和轉(zhuǎn)化生長因子

33、等5大家族胚胎誘導(dǎo)或近端組織的相互作用：在胚胎發(fā)育中一部分細胞影響周圍細胞向特定方向分化的現(xiàn)象。 5.2.3 影響細胞分化的因素第七十七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月772. 環(huán)境因素對性別決定的影響溫度：一種蜥蜴，24，全雌性；32，全雄性。個體之間的相互位置：一種蝸牛，互相疊壓的群體中，下方的雌性，上方的雄性。 3.受精卵細胞質(zhì)的不均一性對細胞分化的影響卵裂早期決定細胞分化方向的信息存于受精卵中，由于受精卵細胞質(zhì)的不均一性，在卵裂中不同的細胞質(zhì)分配到不同的細胞中，決定早期細胞分化的命運，產(chǎn)生分化方向上的差異。這種差異又通過信號分子影響其他細胞產(chǎn)生級聯(lián)效應(yīng)。5.2.3 影響細胞

34、分化的因素第七十八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月78 受精卵的細胞質(zhì)不均一性和不均等卵裂 細胞增殖過程中產(chǎn)生不均等細胞的方式第七十九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月794.染色體變化與基因重排對細胞分化的影響 馬蛔蟲的染色體消減現(xiàn)象抗體形成時的DNA斷裂丟失與重排DNA與組蛋白的修飾5.2.3 影響細胞分化的因素第八十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月80細胞全能性(totipotency):指細胞經(jīng)分裂和分化后仍具有產(chǎn)生完整有機體的潛能或特性。單個細胞形成完整個體的能力。如受精卵和早期胚胎細胞。實驗證據(jù)：1972年，植物體細胞在適當(dāng)?shù)臈l件下可培育出正常的植

35、株。1997年，“多利”羊的成功克隆。遺傳學(xué)基礎(chǔ)：體細胞內(nèi)存在一套完整的遺傳信息。高度分化的動植物體細胞，在遺傳背景（基因組DNA)和功能上均是全能的。但高等動物的體細胞至今不能形成一個完整的個體，說明已分化細胞的細胞核必須經(jīng)過重編程處理，才能重現(xiàn)其全能性。5.2.4 干細胞與細胞全能性第八十一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月81多莉羊的克隆第八十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月82干細胞（stem cell）：指隨著胚胎發(fā)育，仍然具有分化成其他細胞類型和構(gòu)建組織與器官的能力的細胞。分類：按分化潛能：全能干細胞，多能干細胞，單能干細胞。按發(fā)育狀態(tài)：胚胎干細胞，成體干細

36、胞。5.2.4 干細胞與細胞全能性第八十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月835.2.4 干細胞與細胞全能性全能干細胞：具有形成完整個體的分化潛能。受精卵和早期卵裂球細胞 多潛能干細胞：具有分化出多種細胞組織的潛能。如造血干細胞、神經(jīng)細胞。胚胎干細胞和生殖嵴干細胞單能干細胞：僅具有分化成某些類型細胞能力的干細胞。又叫定向干細胞。如上皮組織基底層的干細胞、肌肉中的成肌細胞。 第八十四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月845.2.4 干細胞與細胞全能性胚胎干細胞：ES細胞是一種高度未分化細胞。它具有發(fā)育的全能性，能分化出成體動物的所有組織和器官，包括生殖細胞。研究和利用ES細

37、胞是當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的核心問題之一。在未來幾年，ES細胞移植和其它先進生物技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用很可能在移植醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引發(fā)革命性進步。 組織干細胞：成體組織中存在的具有分化成某些細胞類型能力的細胞。如具有分化成多種血細胞能力的多能造血干細胞。在上皮、神經(jīng)、心臟及肝臟組織中也存在相應(yīng)的干細胞。在特定條件下，成體干細胞或者產(chǎn)生新的干細胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能細胞，從而使組織和器官保持生長和衰退的動態(tài)平衡。 第八十五張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月85終末分化（terminal differentiation）：由單能干細胞最終形成特化細胞類型的過程。轉(zhuǎn)分化(trans-differ

38、entiation):一種類型分化的細胞轉(zhuǎn)變成另一種類型的分化細胞現(xiàn)象。如造血干細胞等還有可能分化成其他組織的細胞的過程。 5.2.4 干細胞與細胞全能性干細胞來源胚胎干細胞（embryonic stem cells, ESC）成體干細胞：造血（骨髓）干細胞 神經(jīng)干細胞 肝臟干細胞 功能多潛能干細胞（pluripotent stem cells）定向干細胞 （directional stem cells）第八十六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月86干細胞具有以下幾個特點:干細胞本身不是終末分化細胞(即干細胞不是處于分化途徑的終端); 干細胞能無限地分裂;干細胞分裂產(chǎn)生的子細胞只能在

39、兩種途徑中選擇其一:或保持親代特征,仍作為干細胞,或不可逆地向終末分化。第八十七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月87造血干細胞的分化（hemopoiesis）第八十八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月88韓國“造假教授”重出江湖黃禹錫和他的研究小組宣稱，他們就是在這里克隆出了與患者DNA完全吻合的11 枚人體胚胎干細胞。2005年5月，黃禹錫在美國科學(xué)雜志上發(fā)表論文，正式公布了這一研究成果。胚胎干細胞又被稱為“萬能細胞”，具有分化成人類各種組織細胞的潛力。病人可以用自己的體細胞克隆出早期胚胎 ，從中提取干細胞，再誘導(dǎo)分化成所需的組織細胞，取代在疾病中受損的組織，從而治愈疾

40、病，同時不會引起令醫(yī)生們苦惱不 堪的排異反應(yīng)。這項技術(shù)是當(dāng)今科學(xué)界的前沿課題，樂觀者認為，如果這一技術(shù)取得成功，人類將可以醫(yī)治百病。第八十九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月89細胞衰老(aging or senescence)：指復(fù)制性的細胞衰老，即細胞經(jīng)過有限次數(shù)的分裂后，進入不可逆轉(zhuǎn)的增殖抑制狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生衰老性的改變。衰老細胞在結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生的變化: 核膜內(nèi)折、染色質(zhì)固縮、線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)減少、膜流動性降低、致密體增多等5.3 細胞衰老與細胞凋亡5.3.1 細胞衰老第九十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月90細胞衰老的機制：端粒與細胞衰老 端粒: 線性染色體末端的一種特殊結(jié)構(gòu)，由特定的DNA序列和蛋白質(zhì)組成。端粒DNA由一種特殊的酶端粒酶合成。 DNA復(fù)制導(dǎo)致端?？s短。“有絲分裂鐘”假說 氧化性損傷與細胞衰老 活性氧自由基(過氧化氫H2O2)和羥自由基(OH)對細胞中的DNA、RNA和蛋白質(zhì)等均會造成較大的損傷。氧化損傷的積累導(dǎo)致細胞乃至機體的衰老第九十一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月915.3.2 細胞凋亡細胞凋亡(apoptosis)：指由細胞自身基因編程的一種主動的死亡過程，又叫細胞編程性死亡(programmed cell death, PCD)形態(tài)學(xué)與生物化學(xué)特征：染色質(zhì)凝集與邊緣化DNA在核小體