第5章.細胞的分裂和分化

第五章細胞的分裂和分化一、細胞周期與有絲分裂二、減數(shù)分裂三、細胞分化、衰老與凋亡編輯ppt細胞周期及有絲分裂期各期的特征、有絲分裂與減數(shù)分裂的異同、細胞分化的本質(zhì)、細胞凋亡的生物學意義。重點編輯ppt個體正常發(fā)育過程中——細胞數(shù)目增加——有控制的細胞分裂細胞類型增加——有序的細胞分化細胞分化的關(guān)鍵在于特異性蛋白質(zhì)的合成->基因選擇性表達（基因組保持相同）編輯ppt一、細胞周期與有絲分裂1.有絲分裂有絲分裂過程的某些重要事件2.分裂間期與細胞周期的調(diào)控機制3.染色體編輯ppt一、細胞周期與有絲分裂細胞周期（cellcycle）：細胞從一次有絲分裂開始到下一次有絲分裂開始所經(jīng)歷的一個有序過程。期間細胞遺傳物質(zhì)和其它內(nèi)含物分配給子細胞。分為：分裂間期:G1（蛋白質(zhì)和RNA合成）,S(DNA合成期）,G2（蛋白質(zhì)和RNA合成）有絲分裂期（mitosis,M期）:有絲分裂期,胞質(zhì)分裂期細胞沿著G1→S→G2→M周期性運轉(zhuǎn)，細胞周期時間長短取決于G1期。編輯ppt不同細胞細胞周期的長短主要是G1期的變化，其它期較穩(wěn)定，一般M期1小時、G2期3小時、S期7小時。間期：主要完成DNA復制、有關(guān)蛋白質(zhì)合成、細胞器的增加分裂期：染色體、紡錘體出現(xiàn)，染色體平均分配到兩個子細胞中?！智捌凇⒅衅?、后期和末期。編輯ppt

不同細胞的細胞周期時間差異很大，主要差別在G1期細胞類型細胞周期時間早期蛙胚胎細胞30分鐘酵母菌細胞 1.5~3小時小腸上皮細胞 12小時細胞培養(yǎng)成纖維細胞 20小時人肝細胞 １年編輯ppt1.有絲分裂

前期染色質(zhì)凝縮形成染色體，核仁解體，紡錘體開始裝配，細胞器解體染色體由兩條染色單體組成,有著絲粒、動粒編輯ppt紡錘體的形成

中心粒、中心體、星狀體

編輯ppt前中期

核膜破裂：核纖層的磷酸化解體紡錘體微管與染色體動粒結(jié)合染色體移向赤道板編輯ppt動力微管極微管動粒著絲粒編輯ppt中期

染色體排列于赤道板編輯ppt染色體行為

紡錘體微管與動粒結(jié)合動力微管縮短、極微管伸長編輯ppt

后期姐妹染色體向兩極分離編輯ppt末期

染色單體到達兩極并去凝縮,紡錘體消失核膜重組裝：核纖層的去磷酸化聚合、裝配核仁出現(xiàn)編輯ppt編輯ppt編輯ppt

胞質(zhì)分裂

有絲分裂后期赤道板形成分裂溝微絲構(gòu)成收縮環(huán)動物細胞的胞質(zhì)分裂編輯ppt植物細胞的胞質(zhì)分裂

細胞內(nèi)形成新的細胞膜和細胞壁而將細胞分開編輯ppt2.分裂間期與細胞周期的控制機制分裂間期：G1期：DNA復制的酶、細胞器增加、中心粒開始復制S期：DNA復制G2：完成中心粒復制、微管蛋白等合成從增殖角度，細胞可分為三類a.連續(xù)分裂的細胞：周期性細胞，如小腸絨毛上皮,骨髓干細胞b.休眠細胞（G0期細胞）：暫時脫離細胞周期，如肝、腎細胞c.終端分化細胞：如神經(jīng)、肌肉細胞編輯ppt2.分裂間期與細胞周期的控制機制細胞周期及其控制機制兩個調(diào)控點：G1/S檢驗點、G2/M檢驗點參加調(diào)控的兩類蛋白：CDK-依賴細胞周期的蛋白激酶、周期蛋白（cyclin)不同的周期蛋白與不同的CDK結(jié)合，引發(fā)不同的細胞周期事件編輯ppt3.染色體染色體的一般形態(tài)：分裂期可見，有著絲粒、主縊痕、動粒、端粒。染色質(zhì)和染色體是同一物質(zhì)在細胞周期的不同時期不同的形態(tài)表現(xiàn)根據(jù)著絲粒、主縊痕的位置，染色體分為：等臂染色體、近端著絲粒染色體、端著絲粒染色體編輯ppt染色體的一般形態(tài)特征染色單體在著絲粒處相連,互稱為姐妹染色單體。著絲粒和動粒

著絲粒位于兩條染色單體連接處,將染色體分為兩個臂。動粒（著絲點）是著絲粒周圍有蛋白質(zhì)性質(zhì)的盤狀結(jié)構(gòu)，可直接連接紡綞絲，是紡綞絲的附著區(qū)域。主縊痕和次縊痕染色體臂

長臂（q)短臂（p）。端粒：是染色體末端的特化部位。編輯ppt3.染色體性染色體和常染色體染色體數(shù)目：各種生物的染色體數(shù)目是恒定的,是物種的特征染色體組型：是指染色體組在有絲分裂中期的表型，包括染色體數(shù)目、大小和形態(tài)等所特有的染色體特征。染色體帶型：染色體經(jīng)處理染色而呈現(xiàn)的橫帶，有Q、G、R、C、N、T帶等。編輯ppt人類的２３對染色體編輯ppt二、減數(shù)分裂前期I編輯ppt編輯ppt減數(shù)分裂和有絲分裂比較有絲分裂發(fā)生在體細胞的增殖過程中，它與生物體的生長、發(fā)育有關(guān)；減數(shù)分裂發(fā)生在生殖細胞中，它與精細胞和卵細胞的形成有關(guān)。不同：１、有絲分裂ＤＮＡ復制一次，細胞分裂一次，產(chǎn)物是兩個二倍體的細胞；減數(shù)分裂ＤＮＡ復制一次，細胞分裂兩次，產(chǎn)物是四個單倍體細胞。２、有絲分裂同源染色體沒有聯(lián)會，每一子細胞得到和親本同樣的一組染色體；減數(shù)分裂有“聯(lián)會”，同源染色體配對而成聯(lián)會復合體，然后經(jīng)過交叉、重組等過程，兩個同源染色體分別走向兩個子細胞，結(jié)果兩個子細胞各只含有每對同源染色體中的一條染色體，所以是單倍性的。編輯ppt三、細胞分化、衰老與凋亡1、管家基因與組織特異性基因2、組合調(diào)控是組織特異性基因表達的主要調(diào)控方式3、影響細胞分化的因素（了解）4、干細胞與細胞全能性編輯ppt細胞分化

概念：在個體發(fā)育中，同一種相同的細胞經(jīng)細胞分裂逐漸在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上形成穩(wěn)定性差異,產(chǎn)生不同細胞類型的過程。每個細胞均含有一套完整的遺傳信息。細胞分化是特定基因在一定時間、空間表達的結(jié)果。

細胞分化本質(zhì)：基因的選擇表達分化的細胞，基因組相同，但基因表達有所不同，從而在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能和生物學行為上表現(xiàn)差異。編輯ppt1.管家基因與組織特異性基因管家基因(housekeepinggene)：是所有細胞中均要表達的一類基因，其產(chǎn)物對維持細胞基本生命活動是必需的。組織特異性基因（tissuespecificgene):是不同的細胞類型進行特異性表達的基因，其產(chǎn)物賦予各種類型細胞特異的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征與特異的生理功能。也稱奢侈基因（luxurygene）。編輯ppt2.組合調(diào)控是組織特異性基因表達的主要調(diào)控方式組合調(diào)控引發(fā)組織特異性基因的表達，是細胞分化的基本機制。幾種基因調(diào)節(jié)蛋白以不同的組合調(diào)節(jié)不同的專一基因表達，產(chǎn)生不同的細胞分化。編輯ppt3.影響細胞分化的因素

（１）胞外信號分子遠距離細胞間相互作用：激素調(diào)節(jié)近端組織的相互作用：信號分子旁泌素（細胞分化因子）（2）受精卵細胞質(zhì)的不均一性來自于卵母細胞胞質(zhì)的不均一性。（3）細胞間的相互作用與位置效應(yīng)（4）環(huán)境對性別決定的影響編輯ppt4.干細胞與細胞全能性細胞全能性(celltotipotency)

：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能力。細胞全能性的遺傳學基礎(chǔ)是體細胞內(nèi)存在一套完整的遺傳信息干細胞：（高等）動物細胞隨著胚胎的發(fā)育，細胞逐漸喪失發(fā)育成個體的能力，僅有一部分未分化細胞，具有分化成其他細胞類型、構(gòu)建組織器官的能力。編輯ppt全能干細胞：具有發(fā)育成整個個體的能力，如受精卵多潛能性干細胞：具有分化成各種組織細胞類型的潛能，如胚胎干細胞

組織干細胞：具有分化成有限組織細胞類型的潛能，如造血干細胞單能干細胞（定向干細胞）：僅能使后代細胞發(fā)育成為一種細胞的特性，形成終末分化細胞干細胞的基本特征：分化潛能、自我更新轉(zhuǎn)分化：細胞失去分化后，再分化成另一種細胞的現(xiàn)象分化：細胞經(jīng)歷從全能到多能再到專能，彼此間在結(jié)構(gòu)、功能和形態(tài)產(chǎn)生穩(wěn)定性差異的過程。編輯ppt植物體細胞培養(yǎng)產(chǎn)生完整植株示意圖編輯ppt動物細胞未受精的卵皮膚細胞編輯pptcDolly羊的誕生說明高度分化的哺乳動物體細胞核也具有發(fā)育全能性多莉的出生與三只母羊有關(guān)，而多莉與提供細胞核的母羊最相似。編輯ppt三、細胞衰老與細胞凋亡1.細胞衰老（senescence)細胞衰老:細胞增殖能力減弱的現(xiàn)象，細胞隨著年齡的增加，機能和結(jié)構(gòu)發(fā)生退行性變化，趨向死亡的不可逆的現(xiàn)象。衰老和死亡是生命的基本現(xiàn)象，衰老過程發(fā)生在生物界的整體水平、種群水平、個體水平、細胞水平以及分子水平等不同的層次編輯ppt衰老細胞結(jié)構(gòu)變化細胞核隨分裂次數(shù)增加而增大，核膜呈現(xiàn)內(nèi)折，染色質(zhì)固縮化內(nèi)質(zhì)網(wǎng)彌散性分散于核周胞質(zhì)中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)減少線粒體減少，體積膨脹致密體的生成：脂褐素、老年色素膜流動性降低，韌性減小細胞骨架變化，信號傳遞系統(tǒng)變化編輯ppt細胞衰老的機制（了解）●●遺傳學派如端粒與細胞衰老 有人發(fā)現(xiàn)端粒長度確實與衰老有著密切的關(guān)系，隨著細胞的每次分裂，端粒不斷縮短，當端粒長度縮短達到一個閾值時，細胞就進入衰老。●差錯學派如氧化性損傷與細胞衰老該理論認為，代謝過程中產(chǎn)生的活性氧基團或分子（reactiveoxygenspecies，ROS）引發(fā)的氧化性損傷的積累，最終導致衰老。ROS主要有三種類型：◆O2-,即超氧自由基；◆OH-，即羥自由基◆H2O2ROS的作用：高度活性引發(fā)脂類、蛋白質(zhì)和核酸分子的氧化性損傷，從而導致細胞結(jié)構(gòu)的損傷乃至破壞最終導致衰老。清除ROS，就可以延長壽命。SOD基因抗氧化。編輯ppt2.細胞凋亡細胞凋亡(apoptosis)是一個主動的由自身基因決定的自動結(jié)束生命的過程。由于它受嚴格的遺傳機制控制，所以也稱為細胞編程性死亡(programmedcelldeath,PCD）。編輯ppt2.細胞凋亡細胞凋亡過程中，細胞膜反折，包裹斷裂的染色質(zhì)片段或細胞器，形成眾多凋亡小體，凋亡小體為附近的細胞吞噬。整個過程中細胞膜保持完好，細胞內(nèi)容物不泄露，不引起炎癥。凋亡細胞被吞噬細胞所吞噬。細胞壞死時，細胞膜發(fā)生滲漏，細胞內(nèi)容物被釋放到細胞外，導致炎癥反應(yīng)。細胞壞死細胞凋亡編輯ppt細胞色素c誘導的凋亡細胞DNA電泳圖1．細胞色素c誘導0h2．細胞色素c誘導1h3．細胞色素c誘導2h4．細胞色素c誘導3h5．細胞色素c誘導4h6．陰性對照7．Marker

細胞凋亡的生化特征

染色質(zhì)核小體間發(fā)生斷裂，形成電泳上大小為180-200bp特征性的DNA梯型的梯狀條帶；（核酸內(nèi)切酶降解DNA產(chǎn)生）組織轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(tTG)累積并達到較高水平（依賴于Ca++)編輯ppt細胞