第2章细胞工程基础

1、第第2章章 细胞工程基础细胞工程基础2.1 细胞组成细胞组成2.2 细胞周期与细胞分裂细胞周期与细胞分裂2.3 细胞凋亡与细胞坏死细胞凋亡与细胞坏死2.4 细胞分化与脱分化细胞分化与脱分化2.5 组织与器官组织与器官2.6 生殖与发育生殖与发育2.4 细胞分化与脱分化细胞分化与脱分化2.4.1 细胞全能性细胞全能性 是指分化细胞保留着全部的核基因组，具是指分化细胞保留着全部的核基因组，具有生物个体生长、发育所需要的全部遗传有生物个体生长、发育所需要的全部遗传信息，具有发育成完整个体的潜能。信息，具有发育成完整个体的潜能。 1958年，史都华德（年，史都华德（Steward）等利用胡）等利用胡萝

2、卜根韧皮部组织培养出了完整的新植株，萝卜根韧皮部组织培养出了完整的新植株，证明高度分化的植物营养组织仍保持着发证明高度分化的植物营养组织仍保持着发育成完整植株的能力。动物细胞核移植实育成完整植株的能力。动物细胞核移植实验证明，胚胎细胞及高度分化的体细胞具验证明，胚胎细胞及高度分化的体细胞具有全能性。有全能性。2.4.2 细胞分化细胞分化 持家基因（持家基因（house-keeping gene）：维持）：维持细胞的基本结构和最低限度功能所不可缺细胞的基本结构和最低限度功能所不可缺少的基因，此类基因在所有类型的细胞中少的基因，此类基因在所有类型的细胞中都表达。都表达。 组织特异性基因（组织特异性

3、基因（tissue-specific geng）：）：又称奢侈基因，是在各种组织中进行不同又称奢侈基因，是在各种组织中进行不同的选择性表达的基因，与各类细胞的特殊的选择性表达的基因，与各类细胞的特殊性有直接关系。性有直接关系。2.4.3 细胞脱分化细胞脱分化 脱分化：又称去分化，是指分化细胞脱分化：又称去分化，是指分化细胞失去特有的结构和功能变为具有未分失去特有的结构和功能变为具有未分化细胞特性的过程，即分化的细胞在化细胞特性的过程，即分化的细胞在适当条件下转变为胚性状态而重新获适当条件下转变为胚性状态而重新获得分裂能力的过程。得分裂能力的过程。 不同生物的细胞脱分化能力不同，通不同生物的细胞

4、脱分化能力不同，通常采用人工诱导技术诱导体细胞的脱常采用人工诱导技术诱导体细胞的脱分化。分化。2.4.4 细胞再分化细胞再分化 再分化是指在离体条件下，无序生再分化是指在离体条件下，无序生长的脱分化的细胞在适当条件下重长的脱分化的细胞在适当条件下重新进入有序生长和分化状态的过程。新进入有序生长和分化状态的过程。 细胞再分化过程事实上是基因选择细胞再分化过程事实上是基因选择性表达与修饰的人工调控过程。性表达与修饰的人工调控过程。 脱分化是细胞全能性表现的前提，脱分化是细胞全能性表现的前提，再分化是细胞全能性的最终体现。再分化是细胞全能性的最终体现。 细胞分化：细胞分化： 是指细胞在形态、结构和功

5、能上发生差异是指细胞在形态、结构和功能上发生差异的过程，包括时间和空间上的分化。时间的过程，包括时间和空间上的分化。时间上的分化是指一个细胞在不同的发育阶段上的分化是指一个细胞在不同的发育阶段可以形成不同的形态和功能；空间上的分可以形成不同的形态和功能；空间上的分化是指同一种细胞由于所处的环境或部位化是指同一种细胞由于所处的环境或部位不同可以形成不同的形态和功能。不同可以形成不同的形态和功能。 同一种生物由于遗传物质的含量同一种生物由于遗传物质的含量是恒定的，因此核的大小也比较是恒定的，因此核的大小也比较恒定。恒定。 一般蛋白质合成旺盛和分裂增殖一般蛋白质合成旺盛和分裂增殖较快的细胞有较大和数

6、目较多的较快的细胞有较大和数目较多的核仁。核仁。2.1.2.5 染色质与染色体染色质与染色体染色质化学组成：染色质化学组成： DNA：恒定：恒定 组蛋白：恒定组蛋白：恒定+精氨酸、赖氨酸精氨酸、赖氨酸碱性蛋碱性蛋白白 非组蛋白：非组蛋白： 少量少量RNA：1. 非组蛋白非组蛋白 定义：是染色体上与特异定义：是染色体上与特异DNA序列结合的序列结合的蛋白质蛋白质序列特异性序列特异性DNA结合蛋白结合蛋白 特性：特性： 含有较多的天冬氨酸、谷氨酸含有较多的天冬氨酸、谷氨酸 负电负电 酸性酸性蛋白质蛋白质 整个细胞周期都进行合成整个细胞周期都进行合成 能识别特异的能识别特异的DNA序列序列 含量变化

7、大含量变化大1. 非组蛋白非组蛋白 功能：功能： 帮助帮助DNA分子折叠，以形成不同的结构分子折叠，以形成不同的结构域域 协助启动协助启动DNA复制复制 控制基因转录，调节基因表达控制基因转录，调节基因表达2.端粒端粒 端粒核苷酸复制与基因端粒核苷酸复制与基因DNA不同，每复制不同，每复制一次减少一次减少50-100bp3. 核型核型 是细胞分裂中期染色体特征的总和，包是细胞分裂中期染色体特征的总和，包括染色体的数目、大小和形态特征等方面。括染色体的数目、大小和形态特征等方面。 如果将成对的染色体按形状、大小依顺如果将成对的染色体按形状、大小依顺序排列起来，则称为核型图。序排列起来，则称为核型

8、图。2.2.3 细胞分裂的影响因素细胞分裂的影响因素 在体外，细胞在没有生长因子的培养基中生在体外，细胞在没有生长因子的培养基中生长将会停在长将会停在G1/S交界处（交界处（R点），转变为点），转变为G0期细胞。期细胞。 肽类生长因子肽类生长因子 激素：远距离细胞间的相互作用，只作用于激素：远距离细胞间的相互作用，只作用于特定的靶细胞，促进其生长和分化特定的靶细胞，促进其生长和分化 细胞外基质：能引起特定细胞的增殖和分化细胞外基质：能引起特定细胞的增殖和分化2.3 细胞识别与细胞通讯细胞识别与细胞通讯 细胞识别：细胞识别： 多细胞生物中细胞识别有多细胞生物中细胞识别有3种方式：种方式： 抗原抗

9、原-抗体识别抗体识别 酶酶-底物识别底物识别 细胞间识别细胞间识别 细胞粘着：细胞粘着： 是在细胞识别基础上，同类细胞发生聚集是在细胞识别基础上，同类细胞发生聚集形成细胞团或组织的过程。引起细胞粘着形成细胞团或组织的过程。引起细胞粘着的粘着分子主要是糖蛋白。的粘着分子主要是糖蛋白。 2.3 细胞识别与细胞通讯细胞识别与细胞通讯 差别黏附：差别黏附： 指细胞通过表面糖蛋白与其他种类细胞表指细胞通过表面糖蛋白与其他种类细胞表面糖蛋白或细胞外基质作用，形成暂时或面糖蛋白或细胞外基质作用，形成暂时或稳定的细胞连接稳定的细胞连接。2.4.2 细胞分化细胞分化 细胞分化能力的强弱称为发育潜能。细胞分化能力

10、的强弱称为发育潜能。 细胞分化不仅发生在胚胎发育中，而且一细胞分化不仅发生在胚胎发育中，而且一直都进行着，以补充因衰老和死亡减少的直都进行着，以补充因衰老和死亡减少的细胞。细胞。 细胞分化与形态发生是相互联系在一起的。细胞分化与形态发生是相互联系在一起的。形态发生是指通过细胞增殖、分化和行为形态发生是指通过细胞增殖、分化和行为塑造组织、器官和个体形态的过程。塑造组织、器官和个体形态的过程。2.4.2 细胞分化细胞分化 随着细胞的分裂和分化，细胞的发育方向随着细胞的分裂和分化，细胞的发育方向逐渐被限定。当尚未定向的细胞不可逆地逐渐被限定。当尚未定向的细胞不可逆地转变为某种定向细胞时，细胞的命运就

11、被转变为某种定向细胞时，细胞的命运就被固定了，称之为决定。固定了，称之为决定。 持家基因：维持细胞的基本结构和最低限持家基因：维持细胞的基本结构和最低限度功能所不可少的基因，这类基因在所有度功能所不可少的基因，这类基因在所有类型的细胞中都表达。类型的细胞中都表达。 组织特异性基因：又称奢侈基因，是在各组织特异性基因：又称奢侈基因，是在各种组织中进行不同的选择性表达的基因。种组织中进行不同的选择性表达的基因。2.4.5 组织与器官组织与器官(1)动物组织：动物组织： 上皮组织：细胞连接紧密，细胞间质少上皮组织：细胞连接紧密，细胞间质少 结缔组织：结缔组织： 肌肉组织：肌细胞肌肉组织：肌细胞 神经

12、组织：神经元神经组织：神经元 神经胶质细胞神经胶质细胞结缔组织：发达的细胞间质结缔组织：发达的细胞间质 血液血液 淋巴淋巴 疏松结缔组织（成纤维细胞、巨噬细胞、疏松结缔组织（成纤维细胞、巨噬细胞、外膜细胞、肥大细胞、浆细胞等）外膜细胞、肥大细胞、浆细胞等） 致密结缔组织：骨膜、肌腱等致密结缔组织：骨膜、肌腱等 弹性结缔组织：韧带等弹性结缔组织：韧带等 网状结缔组织：肝等的基质网架网状结缔组织：肝等的基质网架 脂肪组织脂肪组织 软骨和硬骨软骨和硬骨(2)植物组织植物组织 分生组织：在植物体内保留一部分不分化的分生组织：在植物体内保留一部分不分化的细胞，它们能继续分裂、分化以补充新的细细胞，它们能继续分裂、分化以补充新的细胞。植物中，细胞进行迅速的有丝分裂并分胞。植物中，细胞进行迅速的有丝分裂并分化成新生组织及导致植物生长的那部分组织化成新生组织及导致植物生长的那部分组织称为分生组织。称为分生组织。 正是由于分生组织具有形成新细胞和组织的正是由于分生组织具有形成新细胞和组织的能力而常被用作植物细胞和组织培养的材料。能力而常被用作植物细胞和组织培养的材料。 永久组织：在生长发育过程中，细胞分化而永久组织：在生长发育过程中，细胞分化而失去分裂能力，成为有特定功能的细胞组织，失去分裂能力，成为有特定功能的细胞组织，即永久组织。即永久组织。2.5 生殖与发育生殖与发育2.5