细胞分裂和分化示范课件.ppt

1、细胞分裂和分化2（优选）细胞分裂和分化3细胞周期细胞周期4u不同物种、不同组织的细胞周期所经历的时间不同。u在特定条件下，各种细胞的周期时间是一定的。u绝大多数真核生物的细胞周期时间都较长。间期时间总是长于M期。紫鸭跖(zh)草根尖细胞：20h间期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)人囊胚细胞：19.5h 间期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)5细胞分裂6薄壁组织、表皮、顶端分生组织、花药的绒毡层细胞等 78

2、95.1.1 有丝分裂期(M期)将分裂间期复制的DNA以染色体的形式平均分配到两个子细胞中去，使每个子细胞都得到一组与母细胞相同的遗传物质。全过程:前期(prophase)前中期(prometaphase)中期(metaphase)后期(anaphase)末期(telophase)10动物细胞有丝分裂各时期主要特点1.分裂间期11动物细胞有丝分裂各时期主要特点2.前期中心体中心体染色体染色体核膜核膜星射线星射线12动物细胞有丝分裂各时期主要特点3.前中期核膜破碎形成小泡.纺锤体移至细胞中央原先细胞核所在的位置.着丝粒外面的动粒与动粒微管相连,从染色体的两侧分别向相反方向延伸达到细胞两极.13动

3、物细胞有丝分裂各时期主要特点4.中期赤道板赤道板（与纺锤体中轴相垂直的平面）（与纺锤体中轴相垂直的平面）14动物细胞有丝分裂各时期主要特点4.中期中期染色中期染色体模式图体模式图染色单体染色单体着丝粒着丝粒中期染色中期染色体电镜图体电镜图这一时期这一时期是观察染是观察染色体最清色体最清晰的时期晰的时期15染色体、染色单体、姐妹染色单体的关系染色体、染色单体、姐妹染色单体的关系 1 2染色体染色体姐妹染姐妹染色单体色单体染色单体染色单体染色单体染色单体连接在同一着连接在同一着丝点上的染色丝点上的染色单体互称姐妹单体互称姐妹染色单体。染色单体。3416核心：基因是如何有序表达的？（调控）。动物细胞

4、有丝分裂各时期主要特点各个染色体的带型是稳定的；全能干细胞：具有形成完整个体的分化潜能。细胞周期的运行，是在一系列检验点的严格检控下进行的，它保证前一个事件完成之后，才启动下一个事件，检验点是细胞的错误监测机制。常染色体(autosome)：性染色体以外的染色体蛋白质CDK与cyclin结合，产生MPF或SPF，触发细胞进入M期或S期肝脏干细胞如微丝蛋白基因，核糖体rRNA和蛋白的基因在正确的时间；着丝粒外面的动粒与动粒微管相连,从染色体的两侧分别向相反方向延伸达到细胞两极.对正确的信号产生正确的反应；前期：紧密并列的两个染色单体。形态学与生物化学特征：4 干细胞与细胞全能性1997年，“多利

5、”羊的成功克隆。多潜能干细胞：具有分化出多种细胞组织的潜能。性染色体和常染色体4 干细胞与细胞全能性CyclinD1,D2,D3染色体数与染色体数与DNA数的关系数的关系 染色体染色体 ：DNA 1 ：1染色体染色体 ：DNA 1 ：217动物细胞有丝分裂各时期主要特点5.后期18动物细胞有丝分裂各时期主要特点6.末期19有丝分裂各期示意图有丝分裂各期示意图20分裂间期前期中期前期 染色质浓缩，折叠，包装，形成光镜下可见的染色体。每条染色体含两条姊妹染色单体。21中期后期末期细胞质分裂有丝分裂中期 核膜消失，染色体排列在赤道板上。后期 姐妹染色单体分开，被分别拉向细胞两侧末期 重新形成核膜，染

6、色体 消失细胞质分裂 胞质形成间隔，最终分开为两个细胞22动物细胞的有丝分裂23植物细胞有丝分裂植物细胞有丝分裂24细胞质分裂：细胞质分裂：动物细胞中形成环沟来分割母细胞。植物细胞中则形成赤道板，进而形成新细胞壁来分隔两个新细胞。植物细胞和动物细胞有丝分裂过程的比较 255.1.2 有丝分裂过程的某些重要事件的细节u细胞分裂前期，核纤层蛋白高度磷酸化而解体，导致核膜解体形成膜泡。u末期时，核纤层蛋白发生去磷酸化作用而重新聚合并与膜泡结合形成核被膜，核膜孔也重新装配到新的核被膜上。最后，分散的核被膜重新融合为一。1.核被膜的裂解与再生核被膜的裂解与再生26有丝分裂时核被膜的解体和再生27 构成纺

7、锤体的纤维是由成束的微管和与微管相结合的蛋白质组成的。极纤维(polar fibers)或极微管：由纺锤体的一极延伸到另一极。动粒纤维(kinetochore fibers)或动力微管：附着在染色体着丝粒两侧的动粒上。每个纺锤体平均含有108个微管蛋白分子，纺锤体微管就是由这些微管蛋白分子装配而成。2.纺锤体纺锤体(spindle)的形成的形成28早后期纺锤体极微管星体29这些检控点存在于G1期、G2期和M期。CDC2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，称为细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinase，CDK)，因此CDC2又被称为CDK1，激活的CDK1可将靶蛋白磷

8、酸化而产生相应的生理效应，如：生长因子是来自外部的信号被周围细胞吞噬 周围炎症反应常染色体(autosome)：性染色体以外的染色体存在于G1期、G2期和M期。细胞凋亡对于生物体的正常发育具有重要的影响。染色体变化与基因重排对细胞分化的影响组织特异性基因(tissue-specific genes)：不同的细胞类型中特异表达的基因，其产物赋予各种类型细胞不同的形态和生理机能。组织干细胞：成体组织中存在的具有分化成某些细胞类型能力的细胞。晚前期：染色体着丝粒两侧出现动粒细胞坏死(necrosis)：因环境因素-严重损伤因素（中毒，严重缺血、缺氧，强酸碱，强电流）所致或病原物入侵而死亡。例如分裂末

9、期，在所有的染色体都与纺锤丝正确连接之前，姐妹染色单体的分离是不会开始的。3 分子机制控制细胞周期各个染色体的带型是稳定的；CyclinH,P36*染色体DNA的复制和多种蛋白质的合成都发生在这一时期。胚胎干细胞又被称为“万能细胞”，具有分化成人类各种组织细胞的潜力。组合调控大大增加了细胞分化的灵活性。红细胞：分化成熟失去细胞核 凋亡细胞分化是组织特异性基因在时间和空间上的有序的差异表达.v 前期：前期：紧密并列的两个染色单体。v 晚前期：晚前期：染色体着丝粒两侧出现动粒v 前中期：前中期：每一染色单体的动粒各与一组纺锤体纤维动粒微管结合。v 中期：中期：染色体位于赤道板上。v 后期：后期：着

10、丝粒分裂，染色体向两极移动。3.染色体的行为染色体的行为秋水仙素秋水仙素(colchicine)：破坏微管的装配，阻止纺锤体的正常形成，因而阻止染色体复制后不能正常分离并移向两极，结果形成多倍体细胞。30有丝分裂中染色体、有丝分裂中染色体、DNADNA、染色单体数目变化、染色单体数目变化ABCDEF间期间期 前期前期 中期中期 后期后期 末期末期染色体（质）染色体（质）数目数目DNADNA含量含量染色单体数染色单体数目目4 448484 44 44 44 48 88 88 88 808088 88 80 00 031各种细胞器的增生主要在间期1发生，以保证分裂产生的两个新细胞均能获得各种细胞器

11、。有些细胞器，子细胞必须从母细胞中获得。如线粒体、叶绿体,从原有的细胞器分裂增生.高尔基体或内质网，破成碎片或小泡4.细胞器的分配细胞器的分配32335.1.3 5.1.3 分子机制控制细胞周期分子机制控制细胞周期n细胞间期在细胞周期中占比较大的时间比例。在此期间，细胞的形态没有太大的变化，但生化合成方面变化很大。染色体DNA的复制和多种蛋白质的合成都发生在这一时期。nS期：DNA合成的时期。染色体的组蛋白也在此时合成。1.1.分裂间期分裂间期345.1.4 分子机制控制细胞周期分子机制控制细胞周期细胞周期细胞周期(cell cycle)(cell cycle)“细胞周期细胞周期”也称也称“细

12、胞分裂周期细胞分裂周期”，是指一个细胞经生长、分，是指一个细胞经生长、分裂而增殖成两个所经历的全过程裂而增殖成两个所经历的全过程通常可分为通常可分为4 4个阶段个阶段:G1G1期期:完成必要的生长和物质准备完成必要的生长和物质准备S S期期:完成其遗传物质完成其遗传物质染色体染色体DNADNA的复制的复制G2G2期期:进行必要的检查及修复以保证进行必要的检查及修复以保证DNADNA复制的准确性复制的准确性M M期期:完成遗传物质到子细胞中的均等分配，并使细胞一分为二。完成遗传物质到子细胞中的均等分配，并使细胞一分为二。35365.1.4 分子机制控制细胞周期分子机制控制细胞周期生命复制之谜的揭

13、开生命复制之谜的揭开（1）1858年建立细胞理论年建立细胞理论 生命的基本形式是细胞，机体由细胞构成，细胞的生长复制形生命的基本形式是细胞，机体由细胞构成，细胞的生长复制形成了生物体的生长繁衍，细胞的异常或死亡导致机体的疾病或死成了生物体的生长繁衍，细胞的异常或死亡导致机体的疾病或死亡。亡。（2）1951年发现了细胞分裂周期年发现了细胞分裂周期G1 S G2 M G0 细胞生长中有两种形式细胞生长中有两种形式 有丝分裂期和细胞间期有丝分裂期和细胞间期 37M M期）期）DNADNA合成前期（合成前期（）DNADNA合成期（合成期（）DNADNA合成后期（合成后期（）前期前期中期中期后期后期末期

14、末期38391.细胞周期检控点细胞周期检控点p851989年，Hartwell通过构建酵母细胞突变模型证实了细胞周期检验点（check point）的存在，并首次提出检验点的概念。细胞周期的运行，是在一系列检验点的严格检控下进行的，它保证前一个事件完成之后，才启动下一个事件，检验点是细胞的错误监测机制。这些检控点是细胞周期中的关键点，它发出的信这些检控点是细胞周期中的关键点，它发出的信号停止前一阶段的事件而启动后一阶段的事件。号停止前一阶段的事件而启动后一阶段的事件。这些检控点存在于这些检控点存在于G1期、期、G2期和期和M期期。402 组合调控是组织特异性基因表达的主要调控方式结合的相应cy

15、clin抗体形成时的DNA断裂丢失与重排旁泌素（细胞生长分化因子）：细胞分泌的信号分子只作用于周围的细胞。但高等动物的体细胞至今不能形成一个完整的个体，说明已分化细胞的细胞核必须经过重编程处理，才能重现其全能性。细胞增殖过程中产生不均等细胞的方式然后APC才有活性并间接引发周期蛋白的降解和使姐妹染色单体和在一起的蛋白质失活。如线粒体、叶绿体,从原有的细胞器分裂增生.核心：基因是如何有序表达的？（调控）。构成纺锤体的纤维是由成束的微管和与微管相结合的蛋白质组成的。中心粒完成复制而成2对，微管蛋白以及一些与细胞分裂有关的物质在此期大量合成。胚胎干细胞和生殖嵴干细胞后期(anaphase)在上皮、神

16、经、心脏及肝脏组织中也存在相应的干细胞。多潜能干细胞（pluripotent stem cells）在此期间，细胞的形态没有太大的变化，但生化合成方面变化很大。存在于G1期、G2期和M期。主要检验点包括主要检验点包括G1/S检验点在酵母中称检验点在酵母中称start点，在哺乳动物中称点，在哺乳动物中称 R点点(restriction point)，控制细胞由静止状态的，控制细胞由静止状态的G1进入进入DNA合成期，相关的事件包括合成期，相关的事件包括DNA是否是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？大？S期检验点期检验点DNA复制是否完成？复

17、制是否完成？41G2/M检验点是决定细胞一分为二的控制点，相关的检验点是决定细胞一分为二的控制点，相关的事件包括事件包括 所有所有DNA都正确复制了吗？都正确复制了吗？DNA是否有是否有损伤？细胞体积是否足够大？损伤？细胞体积是否足够大？中后期检验点（纺锤体组装检验点）所有染色体中后期检验点（纺锤体组装检验点）所有染色体都排列在纺锤体上了吗？任何一个着丝点没有正都排列在纺锤体上了吗？任何一个着丝点没有正确连接到纺锤体上，都会引起细胞周期中断。确连接到纺锤体上，都会引起细胞周期中断。42 概念检验点概念检验点(checkpoint)是细胞周期（是细胞周期（cell cycle）中的一套保证）中的

18、一套保证DNA复制和染色体复制和染色体（chromosome）分配质量的检查机制。是一类）分配质量的检查机制。是一类负反馈调节机制。当细胞周期进程中出现异常事负反馈调节机制。当细胞周期进程中出现异常事件，如件，如DNA损伤或损伤或DNA复制受阻时，这类调节机复制受阻时，这类调节机制就被激活，及时地中断细胞周期的运行。待细制就被激活，及时地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。胞修复或排除故障后，细胞周期才能恢复运转。431983年Timothy Hunt首次发现海胆卵受精后，在其卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期剧烈振荡，在每一轮间期开始合成，G2/M时达到高峰，

19、M结束后突然消失，在下一个周期中又重复这一消长现象，故命名为周期素或周期周期素或周期蛋白蛋白(cyclinsaiklin)。随后cyclin很快被分离和克隆出来，证明其广泛存在于从酵母到人类等各种真核生物中，而且在功能上存在互补性。2.细胞周期的时钟：细胞周期蛋白及依赖于它的细胞周期的时钟：细胞周期蛋白及依赖于它的激酶激酶44随着成熟刺激因子（随着成熟刺激因子（maturation promoting factor,MPF），），细胞周期蛋白（细胞周期蛋白（cyclin），依赖于细胞周期蛋白的激酶），依赖于细胞周期蛋白的激酶(cyclin dependent kinase dependent

20、kinase，CDK)CDK)的发现使对细胞周期及的发现使对细胞周期及与肿瘤的发生发展关系的研究有了很大进展。与肿瘤的发生发展关系的研究有了很大进展。CDKCDK的活性随其周期蛋白浓度变化而变化。的活性随其周期蛋白浓度变化而变化。45MPF P34cdc2Cyclin？1988年M.J.Lohka 纯化了爪蟾的MPF，经鉴定由34KD和45KD两种蛋白组成，二者结合可使多种蛋白质磷酸化。1990 Paul Nurse进一步的实验证明P34实际上是P34cdc2的同源物，P45是cyclinB的同源物，而且，对于P34cdc2的活性而言，cyclin是必需的。从而将细胞周期三个领域的研究联系在一

21、起。MPF=P34cdc2(CDK1)+Cyclin B（催化亚单位）（催化亚单位）（调节亚单位）（调节亚单位）46MPFMPF的作用的作用促进染色体凝集促进染色体凝集H1H1组蛋白磷酸化组蛋白磷酸化H3H3组蛋白磷酸化组蛋白磷酸化核纤层磷酸化核纤层磷酸化核被膜装配核被膜装配细胞相关的酶与蛋白质磷酸化细胞相关的酶与蛋白质磷酸化47CDK CDC2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，称为细胞周期与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，称为细胞周期蛋白依赖性激酶蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinase，CDK)，因此CDC2又被称为CDK1，激活的CDK1可将靶蛋白磷酸化而产生相

22、应的生理效应，如：n将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失；n将H1磷酸化导致染色体的凝缩等等这些效应的最终结果是细胞周期的不断运行。因此，CDK激激酶和其调节因子又被称作细胞周期引擎酶和其调节因子又被称作细胞周期引擎。48CDK 目前发现的CDK在动物中有7种。各种各种CDK分子均含有一段相分子均含有一段相似的激酶结构域，这一区域有一段保守序列，即似的激酶结构域，这一区域有一段保守序列，即PSTAIRE，与周期蛋白的结合有关与周期蛋白的结合有关。4950脊椎动物的CDK CDK结合的相应cyclin 作用的细胞周期 CDK1CDK2 CDK3CDK4CDK5CDK6CDK7 Cyclin

23、A,BCyclinACyclinD1,D2,D3CyclinE CyclinD1,D2,D3P35*,CyclinD1,D2,D3CyclinD1CyclinH,P36*G2/M转换；M早期S期G1期G1/S 转换G1期G0/G1转换、G1期神经纤维的磷酸化、G1期G0/G1转换活化CDK*P35，P36的结构与细胞周期蛋白无相似性 513.细胞内的因素也帮助控制细胞周期例如分裂末期，在所有的染色体都与纺锤丝正确连接之前，姐妹染色单体的分离是不会开始的。控制者就是M阶段的检控点，它保证子细胞的染色体一个不多也一个不少。研究人员发现来自尚未与纺锤体微管连接的动粒的信号是延迟末期的信号，某些与微管

24、有关的蛋白质引发一种信号传递途径，使促进末期的物质APC处于失活状态。只有当所有动粒都连接到纺锤丝上的时候，这种“等待”信号才会终止。然后APC才有活性并间接引发周期蛋白的降解和使姐妹染色单体和在一起的蛋白质失活。524.生长因子是来自外部的信号 研究人员培养动物细胞时鉴定出许多种影响细胞分裂的外部因素，这些因素即有化学的，也有物理的。例如 当培养基中缺乏某种必需养分，细胞就会不分裂；即使所有其他条件都适合，但培养基中缺少专一的生长因子时，哺乳动物的细胞就会不分裂。生长因子是某些体细胞分泌的蛋白质，它促进其他细胞的分裂。535.1.3 5.1.3 分裂间期与细胞周期的控制机制分裂间期与细胞周期

25、的控制机制G1期：在S期之前即前一次有丝分裂完成之后到S期开始之前的时期。细胞进入G1期后，即开始为下一次分裂做准备。表现为：与DNA复制有关的酶增加 线粒体、叶绿体和核糖体都增多 内质网更新扩大 高尔基体和溶酶体数目增多 动物细胞的两个中心粒彼此分离并开始复制。1.1.分裂间期分裂间期54qG2期：从S期结束后到有丝分裂期开始之间的时期。中心粒完成复制而成2对，微管蛋白以及一些与细胞分裂有关的物质在此期大量合成。qG0期：有些细胞脱离细胞周期而分化成执行一定功能的细胞，它们不再分裂，称G0期细胞，如神经细胞。q有些已分化的细胞，在某些因子的作用下，可以恢复其分裂能力，重新进入细胞周期，如肝细

26、胞和淋巴细胞。q还有些细胞能够连续分裂，从不进入G0期，如植物的顶端分生组织细胞和动物的造血干细胞。55n细胞周期中的关键点，它发出的信号停止前一阶段的事件而启动后一阶段的事件。存在于存在于G1期、期、G2期和期和M期。期。2.2.细胞周期的检控点细胞周期的检控点56细胞周期受控于一定的调节机制，使得生物体能有序地分裂和生长。细胞周期调控的关键在分裂间期。有细胞周期调控的关键在分裂间期。有2个起决定作个起决定作用的用的控制点控制点：从：从G1进入进入S和从和从G2进入进入M。从G2进入M期是由促进M期的因子（M-phase promoting factor，MPF）的蛋白质复合体触发.原来叫成

27、熟促进因子(maturation promoting factor，MPF)。3.3.细胞周期的时钟：细胞周期蛋白及依赖于它的激酶57 组成MPF的两类蛋白：u依赖于细胞周期蛋白的蛋白激酶(cyclin-dependent kinase，CDK)u 细胞周期蛋白(cyclin)这两类蛋白的不同组合也可形成S期促进因子(S phase-promotin factor,SPF).58CDK活性提高触发一系列蛋白的磷酸化导致细胞进入M期。酵母细胞中只有一种CDK，多数哺乳动物中有多种CDK。无论在酵母细胞还是哺乳动物细胞中都有多种细胞周期蛋白，因这类蛋白在细胞周期的某一时相周期性的合成和降解故而得名

28、。不同的细胞周期蛋白与CDK结合，活化CDK，形成细胞周期网络调控的核心复合物，从而调节复杂细胞周期过程的有序进行。细胞周期的控制机制细胞周期的控制机制59细胞周期的控制 蛋白质CDK与cyclin结合，产生MPF或SPF，触发细胞进入M期或S期 601）生长因子及其受体）生长因子及其受体 2）原癌基因与抑癌基因抑癌基因p53如：DNA受损后，p53将介导细胞停留于G1 checkpoint,让DNA修复或凋亡3）细胞的信使系统4.影响细胞周期调控的因素影响细胞周期调控的因素61621.染色体的一般形态染色体的一般形态 染色质丝：在间期核中,染色质成串珠状的丝染色体：有丝分裂时，染色质丝卷曲、

29、折叠着丝粒和主缢痕：所有染色体都有着丝粒，位于染色体的一个缩细的部位，即主缢痕中。位置确定，位于染色体中央或一侧或一端端粒：真核细胞线形染色体末端的一特定结构，与DNA的正常复制有关。5.1.5 染色体染色体632.性染色体和常染色体性染色体和常染色体 性染色体(sex chromosomes)：决定性别的染色体。常染色体(autosome)：性染色体以外的染色体3.染色体数目染色体数目 各种生物的染色体数目是恒定的。5.1.5染色体染色体644.染色体组型染色体组型 不同生物有不同数目、不同形态和不同大小的染色体，即不同生物有不同的染色体组型或称核型(karyotype)5.1.4 染色体染

30、色体655.染色体带型染色体带型 u染色体带型：染色体经过特殊处理并用特定染料染色后，在光学显微镜下可见其臂上显示不同深浅颜色的条纹，此称为染色体带。各号染色体带的形态称为带型。uQ带：荧光染料奎纳克林染分裂中期的染色体显示的发荧光的条带。5.1.4 染色体染色体665.染色体带型染色体带型 uGiemsa染色：一种永久性染色技术。G带：将分裂中期染色体加热或用蛋白酶处理，再用Giemsa染料染色出现的横带。富含A-T核苷酸的片段 R带：先热碱溶液处理再Giemsa染色出现的横带。富含G-C核苷酸的片段。G带和R带不重叠。u各个染色体的带型是稳定的；不同的物种，染色体的带型各有特点。5.1.4

31、 染色体染色体67显微镜下人的染色体68人的染色体组带型695.2 细胞分化p91n细胞分化(cell differentiation)：多细胞有机体在个体发育过程中，由同一种相同的细胞类型经细胞分裂后，逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生不同的细胞类群的过程。n细胞分化是动物和植物发育的基础。70715.2.1 管家基因与组织特异性基因n细胞分化是不同类型的细胞各自表达一套特异的基因，其产物决定细胞特定的形态结构并执行各自不同的生理机能。n分化细胞所表达的基因：管家基因(keeping genes)：在所有细胞中都需要表达的基因，其产物是维持细胞的基本结构和代谢活动所必需的。如微丝蛋

32、白基因，核糖体rRNA和蛋白的基因 组织特异性基因(tissue-specific genes)：不同的细胞类型中特异表达的基因，其产物赋予各种类型细胞不同的形态和生理机能。又称奢侈基因(luxury genes)。如鸟类输卵管细胞中的卵清蛋白基因细胞分化是组织特异性基因在时间和空间上的有序的差异表达.725.2.2 组合调控是组织特异性基因表达的主要调控方式73p组合调控(combinational control)：少数调控蛋白完成众多细胞类型的分化。每种类型的细胞分化是由多种调控因子共同完成的。p如果调控因子的数目为n，则其可调控的分化细胞类型在理论上为2n种。p组合调控大大增加了细胞分

33、化的灵活性。p在启动细胞分化的各类调节蛋白中往往只有一二种调控蛋白对某一特定类型的细胞分化起决定性作用。5.2.2 组合调控是组织特异性基因表达的主要调控方式74p生物学作用：借助于组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白与其它调控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仅可以将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似的机制，甚至可以诱发整个器官的形成。p分化启动机制：靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动。5.2.2 组合调控是组织特异性基因表达的主要调控方式75组合调控机制示意图7677 胞外信号分子对细胞分化的影响 通过细胞的遗传机构发挥作用，完成细胞分化和个体发育。包括两大类：p

34、 激素类：由内分泌腺释放。如无尾两栖类蝌蚪变态过程中的甲状腺素及昆虫变态过程中的2-羟蜕皮素和保幼素p 旁泌素（细胞生长分化因子）：细胞分泌的信号分子只作用于周围的细胞。包括成纤维细胞生长因子和转化生长因子等5大家族胚胎诱导或近端组织的相互作用：在胚胎发育中一部分细胞影响周围细胞向特定方向分化的现象。5.2.3 影响细胞分化的因素782.环境因素对性别决定的影响p 温度：一种蜥蜴，24，全雌性；32，全雄性。p 个体之间的相互位置：一种蜗牛，互相叠压的群体中，下方的雌性，上方的雄性。3.受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响卵裂早期决定细胞分化方向的信息存于受精卵中，由于受精卵细胞质的不均一性

35、，在卵裂中不同的细胞质分配到不同的细胞中，决定早期细胞分化的命运，产生分化方向上的差异。这种差异又通过信号分子影响其他细胞产生级联效应。5.2.3 影响细胞分化的因素79804.染色体变化与基因重排对细胞分化的影响 马蛔虫的染色体消减现象抗体形成时的DNA断裂丢失与重排DNA与组蛋白的修饰5.2.3 影响细胞分化的因素81l 细胞全能性(totipotency):指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性。单个细胞形成完整个体的能力。如受精卵和早期胚胎细胞。l 实验证据：1972年，植物体细胞在适当的条件下可培育出正常的植株。1997年，“多利”羊的成功克隆。l 遗传学基础：体细胞内

36、存在一套完整的遗传信息。高度分化的动植物体细胞，在遗传背景（基因组DNA)和功能上均是全能的。l 但高等动物的体细胞至今不能形成一个完整的个体，说明已分化细胞的细胞核必须经过重编程处理，才能重现其全能性。5.2.4 干细胞与细胞全能性8283干细胞（stem cell）：指随着胚胎发育，仍然具有分化成其他细胞类型和构建组织与器官的能力的细胞。分类：分类：按分化潜能按分化潜能：全能干细胞，多能干细胞，单能干细胞。按发育状态按发育状态：胚胎干细胞，成体干细胞。5.2.4 干细胞与细胞全能性845.2.4 干细胞与细胞全能性u全能干细胞：全能干细胞：具有形成完整个体的分化潜能。受精卵和早期卵裂球细胞

37、u 多潜能干细胞：多潜能干细胞：具有分化出多种细胞组织的潜能。如造血干细胞、神经细胞。胚胎干细胞和生殖嵴干细胞u单能干细胞：单能干细胞：仅具有分化成某些类型细胞能力的干细胞。又叫定向干细胞。如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞。855.2.4 干细胞与细胞全能性u胚胎干细胞胚胎干细胞：ES细胞是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，包括生殖细胞。研究和利用ES细胞是当前生物工程领域的核心问题之一。在未来几年，ES细胞移植和其它先进生物技术的联合应用很可能在移植医学领域引发革命性进步。u组织干细胞：成体组织中存在的具有分化成某些细胞类型能力的细胞。如具有

38、分化成多种血细胞能力的多能造血干细胞。在上皮、神经、心脏及肝脏组织中也存在相应的干细胞。在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。86终末分化（terminal differentiation）：由单能干细胞最终形成特化细胞类型的过程。转分化(trans-differentiation):一种类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞现象。如造血干细胞等还有可能分化成其他组织的细胞的过程。5.2.4 干细胞与细胞全能性87干细胞具有以下几个特点:干细胞本身不是终末分化细胞(即干细胞不是处于分化途径的终端);干细胞

39、能无限地分裂;干细胞分裂产生的子细胞只能在两种途径中选择其一:或保持亲代特征,仍作为干细胞,或不可逆地向终末分化。8889韩国韩国“造假教授造假教授”重出江湖重出江湖 黄禹锡和他的研究小组宣称，他们就是在这里克隆出了与患者DNA完全吻合的11 枚人体胚胎干细胞。2005年5月，黄禹锡在美国科学杂志上发表论文，正式公布了这一研究成果。胚胎干细胞又被称为“万能细胞”，具有分化成人类各种组织细胞的潜力。病人可以用自己的体细胞克隆出早期胚胎，从中提取干细胞，再诱导分化成所需的组织细胞，取代在疾病中受损的组织，从而治愈疾病，同时不会引起令医生们苦恼不 堪的排异反应。这项技术是当今科学界的前沿课题，乐观者

40、认为，如果这一技术取得成功，人类将可以医治百病。90细胞衰老(aging or senescence)：指复制性的细胞衰老，即细胞经过有限次数的分裂后，进入不可逆转的增殖抑制状态，其结构与功能发生衰老性的改变。衰老细胞在结构和功能上发生的变化:核膜内折、染色质固缩、线粒体和内质网减少、膜流动性降低、致密体增多等5.3 细胞衰老与细胞凋亡5.3.1 细胞衰老91细胞衰老的机制：n 端粒与细胞衰老 端粒:线性染色体末端的一种特殊结构，由特定的DNA序列和蛋白质组成。端粒DNA由一种特殊的酶端粒酶合成。DNA复制导致端粒缩短。“有丝分裂钟”假说 n 氧化性损伤与细胞衰老 活性氧自由基(过氧化氢H2O

41、2)和羟自由基(OH)对细胞中的DNA、RNA和蛋白质等均会造成较大的损伤。氧化损伤的积累导致细胞乃至机体的衰老925.3.2 细胞凋亡n 细胞凋亡(apoptosis)：指由细胞自身基因编程的一种主动的死亡过程，又叫细胞编程性死亡(programmed cell death,PCD)n 形态学与生物化学特征：u染色质凝集与边缘化uDNA在核小体间发生降解，电泳显现200bp倍数的梯状条带u细胞裂解成由完整核膜和完整的细胞质膜包被的凋亡小体u凋亡小体被周围的细胞识别与吞噬，不引起炎症反应93945.3.2 细胞凋亡n 细胞凋亡是一种程序化的过程，一些细胞器如线粒体、溶酶体及多种蛋白质如细胞色素

42、c、Caspase家族成员和BCL-2蛋白家族成员等参与其调控过程。n 细胞坏死(necrosis)：因环境因素-严重损伤因素严重损伤因素（中毒，严重缺血、缺氧，强酸碱，强电流）所（中毒，严重缺血、缺氧，强酸碱，强电流）所致致或病原物入侵而死亡。细胞质膜及膜系统破裂，DNA随机降解，常常引起炎症反应。95细胞凋亡和细胞坏死有明显区别:细胞凋亡 细胞坏死Apoptosis Necrosis细胞变圆,与周围细胞脱开 细胞外形不规则变化核染色质凝聚 溶酶体破坏细胞膜内陷 细胞膜破裂细胞分为一个个小体 胞浆外溢被周围细胞吞噬 周围炎症反应96细胞坏死与凋亡的形态区别 97细胞凋亡是普遍存在的 变态：蝌

43、蚪 青蛙 昆虫、卵 幼虫 成虫 哺乳类:皮肤，指（趾）甲 红细胞：分化成熟失去细胞核 凋亡 淋巴细胞：95%以上在成熟之前死去，不到 5%成熟后只存活一至几天 T细胞杀伤靶细胞的机制之一，就是诱使靶细胞凋亡 癌细胞亦可看作是凋亡失控了的细胞。98 蝌蚪尾的消失 脊椎动物的神经系统的发育 发育过程中手和足的成形过程99细胞凋亡的生理意义：细胞凋亡对于生物体的正常发育具有重要的影响。比如胚胎发育期手的发育如果没有细胞的调亡就不会有纤细的手指；如果没有正常的细胞调亡，蝌蚪的尾部就不会消失，它将永远不能变成青蛙。正常的细胞调亡还肩负着维持各种组织器官固有体积和形态的功能；还会使机体内异常的细胞得到及时清除，去除潜在的隐患；例如癌症就是异常的细胞没有及时死亡的结果。细胞的正常死亡是生物体的一种非常重要的调节机制，是机体平衡细胞增殖，调节机体细胞数目恒定的方式，是必不可少的生命过程。